物料盘的校正方法和校正系统

技术领域

本发明涉及图像处理技术领域，具体地说，涉及一种物料盘的校正方法和校正系统。

背景技术

在电子产品的生产过程中，通过物料盘(Tray)放置电子元器件。物料盘会随着使用发生变形弯曲，需要对物料盘进行校正。

传统的校正方法，常常由作业人员先手动校正物料盘的顶点，再通过校正后的顶点，扩展生成物料盘上各个位置的坐标。

但是，上述传统的校正方法中，对顶点的校正和扩展生成的各个位置的坐标，都是基于平面进行，无法实现高度的校正。而实际生产中由于物料盘变形弯曲，导致其不同位置的取放料高度差异较大，影响设备稳定运行。另外，手动校正的人力负担重，耗时长，效率低，也无法保证不同作业人员的校正效果一致。

需要说明的是，上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本发明的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种物料盘的校正方法和校正系统，通过摄像装置和测距装置，结合贝塞尔曲面拟合原理，实现物料盘的三维方向的自动校正，提升校正效率，提高校正精度，克服物料盘的变形弯曲问题。

本发明的一个方面提供一种物料盘的校正方法，包括步骤：在一物料盘的置物点阵列中，确定若干置物点作为校准点；分别通过摄像装置和测距装置，获得每个所述校准点的平面坐标和高度坐标，形成所述校准点的三维坐标集；根据部分所述校准点的平面坐标和每个置物点在所述置物点阵列中的位置，计算每个所述置物点的平面坐标；根据所述三维坐标集和每个所述置物点与所述置物点阵列的位置关系，通过贝塞尔曲面计算每个所述置物点的高度坐标；以及，获得所述置物点阵列的校正后的三维坐标集合。

在一些实施例中，获得每个所述校准点的平面坐标和高度坐标的步骤中，获得一当前校准点的平面坐标和高度坐标的步骤包括：移动所述摄像装置，至所述摄像装置垂直对准所述当前校准点，读取所述摄像装置的第一平面坐标；根据所述第一平面坐标，水平移动所述测距装置，至所述测距装置垂直对准所述当前校准点，读取所述测距装置的测量值，生成所述当前校准点的高度坐标；根据所述测量值，再次移动所述摄像装置，至所述摄像装置垂直对准所述当前校准点且所述当前校准点位于所述摄像装置的焦平面，读取所述摄像装置的第二平面坐标，生成所述当前校准点的平面坐标。

在一些实施例中，所述摄像装置具有第一坐标系，所述测距装置具有第二坐标系，水平移动所述测距装置和再次移动所述摄像装置的步骤中，根据所述第一坐标系和所述第二坐标系的转换关系确定移动行程。

在一些实施例中，所述置物点阵列为矩形阵列，所述校准点包括所述矩形阵列的中心点、顶点和每条边的中心点，所述贝塞尔曲面为贝塞尔双二次曲面。

在一些实施例中，通过贝塞尔曲面计算每个所述置物点的高度坐标的步骤中，计算一当前置物点的高度坐标的步骤包括：确定所述当前置物点的所在行和所述所在行的第一顶点，根据所述当前置物点与所述第一顶点的距离在所述所在行的总距离中的占比，计算所述当前置物点的行方向的权值；确定所述当前置物点的所在列和所述所在列的第二顶点，根据所述当前置物点与所述第二顶点的距离在所述所在列的总距离中的占比，计算所述当前置物点的列方向的权值；根据所述三维坐标集、所述当前置物点的行方向的权值和列方向的权值，计算所述当前置物点的高度坐标。

在一些实施例中，所述当前置物点的行方向的权值Mu_X的计算公式为：

其中，x为所述当前置物点与所述第一顶点的距离在所述所在行的总距离中的占比；

所述当前置物点的列方向的权值Mu_Y的计算公式为：

其中，y为所述当前置物点与所述第二顶点的距离在所述所在列的总距离中的占比；

所述当前置物点的高度坐标Z的计算公式为：Z＝Mu_X

在一些实施例中，计算每个所述置物点的平面坐标的步骤包括：根据所述顶点的平面坐标，及每个所述置物点在所述矩形阵列中的行列位置，计算每个所述置物点的平面坐标；其中，所述矩形阵列中的各所述置物点在平面方向上均匀分布。

在一些实施例中，所述摄像装置为工业相机，所述测距装置为激光测距仪。

在一些实施例中，获得每个所述校准点的平面坐标和高度坐标的步骤中，基于以任一所述校准点为原点建立的三维坐标系，获得每个所述校准点的平面坐标和高度坐标。

本发明的另一个方面提供一种物料盘的校正系统，包括：载物平台，用于放置物料盘；移动装置，用于装设摄像装置和测距装置，所述移动装置可相对于所述载物平台移动；以及处理器，与所述移动装置连接，所述处理器被配置为通过执行可执行指令，实现上述任意实施例所述的校正方法。

本发明与现有技术相比的有益效果至少包括：

通过摄像装置和测距装置，获取到校准点的平面坐标和高度坐标；根据校准点的平面坐标和置物点在置物点阵列中的位置，获得置物点的平面坐标；根据校准点的三维坐标和置物点与置物点阵列的位置关系，通过贝塞尔曲面拟合原理，计算置物点的高度坐标；从而，根据置物点的平面坐标和高度坐标，获得置物点阵列的校正后的三维坐标集合，实现物料盘的三维方向的自动校正；

相比于传统的校正方法，本发明的校正方法能够显著提升校正效率，提高校正精度，提升设备一致性，解决物料盘的变形弯曲导致的高低差问题，使校正后的置物点无限接近实际点。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出本发明实施例中物料盘的校正系统的结构示意图；

图2示出本发明实施例中物料盘的校正方法的步骤示意图；

图3示出本发明实施例中物料盘的结构示意图；

图4示出本发明实施例中获得一当前校准点的平面坐标和高度坐标的步骤示意图；

图5示出本发明实施例中计算一当前置物点的高度坐标的步骤示意图；

图6示出本发明实施例中物料盘的校正效果示意图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式。相反，提供这些实施方式使本发明全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。

此外，附图仅为本发明的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。附图中所示的一些方框图是功能实体，不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。

下面实施例中的步骤序号仅用于表示不同的执行内容，并不严格限定步骤之间的执行顺序。具体描述时使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及不同实施例中的特征可以相互组合。

图1示出实施例中物料盘的校正系统的主要结构，展示物料盘与摄像装置和测距装置的位置关系。参照图1所示，该校正系统包括一载物平台11，用于放置物料盘12；移动装置13，用于装设摄像装置14和测距装置15，移动装置13可相对于载物平台11移动；以及处理器(图1中未具体标示)，与移动装置13连接，处理器被配置为通过执行可执行指令，通过控制摄像装置14和测距装置15，结合贝塞尔曲面拟合原理，实现对物料盘12的三维方向的自动校正。

移动装置13可由机械手臂组成，移动装置13在处理器的控制下，带动摄像装置14和测距装置15移动。

摄像装置14可采用工业相机，测距装置15可采用激光测距仪，但不以此为限。摄像装置14和测距装置15的装设方式并不限于图1中所展示，只要其能在移动装置13的带动下，相对于载物平台11上的物料盘12移动，采集物料盘12的特定位置的位置坐标即可。

处理器例如是一个CPU(central processing unit，中央处理器)，与移动装置13以及装设于移动装置13上的摄像装置14和测距装置15电连接，以通过移动装置13控制摄像装置14和测距装置15移动，并获取移动装置13控制摄像装置14采集的位置坐标，进行计算处理，实现物料盘12的校正。

下面结合图1所示的校正系统，对本发明的校正方法进行详细说明。

图2示出实施例中物料盘的校正方法的主要步骤，参照图2所示，本实施例中物料盘的校正方法包括：

步骤S210，在一物料盘的置物点阵列中，确定若干置物点作为校准点。校准点通常确定为物料盘上的一些特殊位置，例如顶点、中心点等。同时，根据贝塞尔曲面拟合需要，确定校准点的位置和个数。

图3示出物料盘的结构，参照图3所示，本实施例中物料盘12的置物点阵列是一个9行(R

需要注意的是，图3仅示意出物料盘上置物点阵列的布局示意，在实际生产中，置物点阵列的行列数、每个置物点的区域大小均可根据生产需要灵活调整，而不以图3所示为限。

后续，对物料盘12进行曲面拟合，即计算每个置物点的高度坐标时，采用的贝塞尔曲面为贝塞尔双二次曲面，因此需要九个校准点。在其他实施例中，根据不同贝塞尔曲面拟合需要，可以灵活变通校准点的位置和个数。例如，若采用贝塞尔双三次曲面，则需要十六个校准点。

确定校准点后，可在每个校准点上放置电子元器件，每个电子元器件具有唯一编号，以便于后续校准点位置坐标的采集。

步骤S220，分别通过摄像装置和测距装置，获得每个校准点的平面坐标和高度坐标，形成校准点的三维坐标集。

图4示出获得每个校准点的平面坐标和高度坐标的步骤中，获得一当前校准点的平面坐标和高度坐标的具体步骤，包括：S220-2，移动摄像装置，至摄像装置垂直对准当前校准点，读取摄像装置的第一平面坐标；S220-4，根据第一平面坐标，水平移动测距装置，至测距装置垂直对准当前校准点，读取测距装置的测量值，生成当前校准点的高度坐标；S220-6，根据测量值，再次移动摄像装置，至摄像装置垂直对准当前校准点且当前校准点位于摄像装置的焦平面，读取摄像装置的第二平面坐标，生成当前校准点的平面坐标。

在获得每个校准点的平面坐标和高度坐标之前，可以先以任一校准点为原点，例如以图3中所示的顶点37为原点，建立物料盘的三维坐标系(Z轴垂直于纸面方向，未示出)，以便于后续基于物料盘的三维坐标系，计算获得每个置物点的三维坐标。

另外，摄像装置具有第一坐标系，测距装置具有第二坐标系，第一坐标系和第二坐标系均为三维坐标系。水平移动测距装置和再次移动摄像装置的步骤中，根据第一坐标系和第二坐标系的转换关系确定移动行程。

具体来说，以图3中所示的顶点33为当前校准点，获得顶点33的平面坐标和高度坐标的过程包括：首先，移动摄像装置，使摄像装置的中心点在垂直方向上对准顶点33，读取此时摄像装置的中心点的第一平面坐标，第一平面坐标基于摄像装置的第一坐标系获得。其次，将第一平面坐标转换至测距装置的第二坐标系中，获得测距装置的中心点水平移动至顶点33所需的移动行程；进而控制测距装置水平移动至其中心点在垂直方向上对准顶点33，读取此时测距装置的测量值，将测量值转换到物料盘的三维坐标系中，生成顶点33的高度坐标Z

最后，重复上述步骤，可获得每个校准点的平面坐标和高度坐标，形成校准点的三维坐标集，记为G：

步骤S230，根据部分校准点的平面坐标和每个置物点在置物点阵列中的位置，计算每个置物点的平面坐标。

计算每个置物点的平面坐标时，具体根据四个顶点的平面坐标，及每个置物点在矩形阵列中的行列位置，扩展计算出每个置物点的平面坐标；其中，矩形阵列中的各置物点在平面方向上均匀分布。

举例来说，根据四个顶点的平面坐标，首先可获得四条边的长度，也即获得了行/列的长度。然后，根据每条边上每个置物点的位置，结合对应边的长度和对应边的顶点的平面坐标，获得每条边上的每个置物点的平面坐标，也即获得了每行/每列的顶点的平面坐标。进而，根据每行/每列的每个置物点的位置，结合对应行/对应列的顶点的平面坐标，即可获得每个置物点的平面坐标。

步骤S240，根据三维坐标集和每个置物点与置物点阵列的位置关系，通过贝塞尔曲面计算每个置物点的高度坐标。

图5示出通过贝塞尔曲面计算每个置物点的高度坐标的步骤中，计算一当前置物点的高度坐标的具体步骤，包括：S240-2，确定当前置物点的所在行和所在行的第一顶点，根据当前置物点与第一顶点的距离在所在行的总距离中的占比，计算当前置物点的行方向的权值；S240-4，确定当前置物点的所在列和所在列的第二顶点，根据当前置物点与第二顶点的距离在所在列的总距离中的占比，计算当前置物点的列方向的权值；S240-6，根据三维坐标集、当前置物点的行方向的权值和列方向的权值，计算当前置物点的高度坐标。

三维坐标集即上述获得的九个校准点的三维坐标集G。通过九个校准点的三维坐标集G，结合每个置物点在置物点矩阵中的行列位置关系，拟合贝塞尔双二次曲面，作为物料盘的作业面。

其中，当前置物点的行方向的权值Mu_X的计算公式为：

x为当前置物点与第一顶点的距离在所在行的总距离中的占比；

当前置物点的列方向的权值Mu_Y的计算公式为：

y为当前置物点与第二顶点的距离在所在列的总距离中的占比；

当前置物点的高度坐标Z的计算公式为：Z＝Mu_X

具体来说，以图3所示的当前置物点30为例，计算当前置物点30的高度坐标的过程包括：首先确定当前置物点30的所在行R

步骤S250，根据上述获得的每个置物点的平面坐标和高度坐标，获得每个置物点的三维坐标，进而可获得置物点阵列的校正后的三维坐标集合。

图6示出物料盘12的校正效果，其中标示出了九个校准点的高度坐标。结合图3和图6所示，通过校正，发现校准点31的高度坐标为0.33，表明校准点31的位置高度相对于原始高度增加了0.33mm；校准点32的高度坐标为0.78，表明校准点32的位置高度相对于原始高度增加了0.78mm；校准点33的高度坐标为0.52，表明校准点33的位置高度相对于原始高度增加了0.52mm；校准点34的高度坐标为-0.38，表明校准点34的位置高度相对于原始高度降低了0.38mm；校准点35的高度坐标为-0.21，表明校准点35的位置高度相对于原始高度降低了0.21mm；校准点36的高度坐标为-0.35，表明校准点36的位置高度相对于原始高度降低了0.35mm；校准点37的高度坐标为-0.99，表明校准点37的位置高度相对于原始高度降低了0.99mm；校准点38的高度坐标为-0.70，表明校准点38的位置高度相对于原始高度降低了0.70mm；校准点39的高度坐标为-0.79，表明校准点39的位置高度相对于原始高度降低了0.79mm。

整体置物点阵列的校正效果表明，区域610中的置物点因物料盘12变形弯曲，高度位置增高；区域620中的置物点因物料盘12变形弯曲，高度位置降低。从而，校正后，后续在某一置物点放置物料时，即可根据校正后的三维坐标，尤其是校正后高度坐标，准确地放置物料。

综上，本发明的物料盘的校正方法和校正系统，通过摄像装置和测距装置，结合贝塞尔曲面拟合原理，实现物料盘的三维方向的自动校正，相比于传统的校正方法，能够实现如下优点：

第一，提升物料盘的校正效率。传统的校正方法中，作业人员手动校正物料盘需要花费时长超过30分钟；使用本发明的物料盘的校正方法和校正系统，可在10分钟内完成物料盘的自动校正。

第二，提高物料盘的校正精度。通过机器视觉和激光测距，代替人眼观测，校正精度较手动校正有明显提高。

第三，提升设备一致性。自动校正可以克服不同作业人员由于个人技能水平导致的差异，从而提升设备一致性。

第四，降低作业人员的需求，自动由设备进行识别及位置计算，减少了作业人员对手臂的操作，降低视觉方面的技能要求。

第五，通过多个校准点，进行贝塞尔曲面拟合，解决物料盘的变形弯曲导致的高低差问题，使校正后的置物点无限接近实际点。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。