校准方法技术

技术编号:2772321 阅读:465 留言:0更新日期:2012-04-11 18:40
一种通过定位具有位于不同校准位置(402-407)的参考标记(301,302,303,310)的参考装置(300),以及检测每个校准位置参考标记位置而自校准定位系统(100)的方法。选择校准参数使得减小或者优选尽可能减小以实际坐标表示的不同校准位置的检测位置的相对位置之差。

calibration method

A calibration in different position by positioning with (402 - 407) of the reference mark (301302303310) reference device (300), and the detection of each calibration position reference mark position and self calibration positioning system (100) method. The selection of calibration parameters makes it possible to reduce or preferably minimize the difference between the relative positions of the detection positions represented by different calibration positions in actual coordinates.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种定位系统,特别涉及一种自校准用于在相对工作空间 定位元件的定位系统的方法。
技术介绍
定位系统广泛应用于各种领域,其基本原理通常相同。 一般,定位系 统用于将一个或多个元件移至工作空间中相应的期望位置,常常使工作头 相对于目标空间定位在期望位置。该元件通常为工作头和/或目标空间,其 定位在借助由控制单元控制的定位装置i^机床的期望位置。这里,术语工作空间是指包括在其上可由定位系统定位元件的坐标的 空间。另外,如果通过例如安装头或者分配头将工件或者材料置于例如目 标空间上的预定位置,则工作空间中通常也包括这些位置。存在多种安排控制相对于目标空间定位工作头的可选方法。在一些系 统中,工作头固定,而通过定位系统移动目标空间从而相对于目标空间正 确定位工作头。在其它系统中,目标空间固定,而通过定位系统移动工作 头。而在其它系统中,通过定位系统移动工作头和目标空间。例如在分轴 机中,沿第一轴移动工作头,而沿基本上正交的第二轴移动目标空间。通常由两组不同的坐标系覆盖工作空间或者一部分工作空间,其中一 组为实际或真实的坐标系, 一组为标称或积J床坐标系。另外,存在一组将 以其中 一组坐标系表示的坐标转换为以另 一组坐标系表示的相应坐标的转 换值。有时称之为映射。这里,术语实际坐标系是指与定位系统无关的、通常正交的、并且通 常是用户最熟悉的坐标系。通常,首先以实际坐标系描述与目标空间相关的CAD数据,之后转换为标称坐标系。术语标称坐标系是指由定位系统的结构和特性决定的坐标系。由于定 位系统的缺陷,例如定位轴未对准、或者与工作头定位相关的滚动、倾斜 和摇摆,所以多数情况下标称坐标系并非完全标准正交。术语转换值是指用于将实际坐标变为或者转换为标称坐标或者相反的 一组数值。通常,校准定位系统时的一个目标在于确定转换值,从而当用 于实际坐标指示所述工作空间中第一位置时,结果为指示完全相同位置的 标称坐标。这样一对实际和标称坐标称作对应的坐标对。因此,如果将正 确值输入机床并且如果完全校准定位系统,即转换值为理想值,则在由定 位系统定位后元件期望位置和其实际位置之间将没有差别。目标空间为二维例如电路板的三维定位系统的常规为使用基 本上覆盖定位系统目标表面的校准板。校准板具有参考标记,校准板上每 个参考标记的位置比定位系统的要求精度更高。由一个或多个在定位系统 控制下扫描校准板的传感器检测参考标记的位置。将标称坐标中每个参考 标记的检测位置与其在实际坐标中相应的已知位置比较,并对参考板上每 个参考标记计算相应的校正值。校准后,将校准所述工作空间的部分中的标称坐标。所选择的工作空 间在这里是指待校准的工作空间的部分。工作空间的选择部分可包括整个 所述工作空间。现有技术所使用的上述存在问题。首先,存在实用性问题。 不同的机床具有不同尺寸的目标空间。为了能够校准所有类型机床的整个 目标空间,操作员通常采用一组不同的校准板,每个目标空间尺寸一个. 可选择地,可在所有机床中采用适合最小目标空间的校准板,但是其可能 未校准目标空间的部分。另 一个问题在于制it^够高的精度的大校准板的成本。特别是当这些 板应当至少承受适度温度变化并且耐用时。这对所用的材料以及制造工艺 有较高要求。如果例如由于较差的校准板校准质量不够高,则会影响定位 系统的精度。定位工作头的精度在许多应用场合都是重要的,例如在制造电路板中, 特别是电路板组装所要求的步骤中,所使用的机床的情况中。存在多种与电路板组装相关使用的不同类型机床,例如分配、安装和/ 或检查机床。在部件安装机床中,采用工作头或者部件放置头从部件源中孤取需要 的电气部件,并将该部件置于电路板上的需要位置。重要的是该部件正确 连至电路板,而且更重要的是高精度地放置该部件。否则,该板随后较易 发生故障。在分配机床中,工作头或者分配头将用于分布粘性介质例如焊骨、胶 水或者底充胶的分配装置高精度地保持在电路板上期望的位置,以将电气 部件连至该板。因为失误常常使得部件和该板之间的连接不满意,所以所 述粘性介质的设置是重要的。存在几种自动检查机床,例如一种采用x射线,另一种采用可见光。在该两种系统中,工作头或者光学检查头用于定位检测器,其对关注的电 磁辐射灵敏,从而可以验证所安装部件和/或所应用粘性介质的附接、位置 和取向。其它类型的检查机床采用接触探针接触检查对象。然后,将接触 探针安装在由定位系统控制的工作头上。术语自校准是指采用未完全校准的测量仪和一个或多个未完全校准的 参考装置改进该仪器和该参考装置的校准,其中例如由定位系统使用所述 测量仪。当未完全校准参考装置时,不能以足够的精度地获知参考特征之间的 相对位置,该精度例如基本高于校准后期望该定位系统所达到的精度。参 考装置未充分校准的原因在于,因为磨损或热偏差,而从未以参考装置中 的所述足够精度或者变化测量参考装置.对小型电路消耗产品的需求不断增加。为满足该需求,通常必须改进 定位系统的精度,从而可获得较小公差。还期望机床的停机时间尽可能短。
技术实现思路
本专利技术的一个目标在于提供一种消除或至少緩解上述问题的校准方 法。通过根据所附权利要求1的实现该目标。在从属权利要求中 限定了优选实施例。根据其一方面,本专利技术提供一种自校准用于在工作空间中定位元件的 定位系统的方法,其包括提供实际坐标系、标称坐标系和用于在实际坐标 和标称坐标之间转换的一组转换函数的步骤,其中由至少一个转换参数确 定所述函数。另外,所述包括将参考装置非手工定位在所述定位 系统的工作空间中多个不同校准位置的步骤,其中所述参考装置包^i殳置 在基本固定的相对位置的可识别参考特征。所述还包括对每个校 准位置通过非接触测量检测标称坐标中至少两个任意所述参考特征的位 置。最后,该方法包括选择每个所述转换M的数值的步骤,从而减小或 者优选最小化以所述实际坐标表示不同校准位置的检测位置的相对位置之 差。本专利技术上述方面的一个优点在于可与所选择工作空间尺寸即待校准工 作空间部分无关地采用相同的方法和校准设备。这一点筒化了不同尺寸定 位系统的校准。本专利技术基于下面的认识,即可通过将参考装置置于定位系统的工作空 间中不同的校准位置而实现对定位系统非常精确地校准。该方法基本上基于两个假设只要参考装置处于相同的校准位置,参考装置的位置和取向 保持恒定;以及,参考装置特性例如参考特征之间的相对距离在不同校准 位置之间基本上保持不变。本专利技术基于下面的思想,即如果在不同校准位置例如第一和第二参考 特征之间的检测距离之间存在差异,则因为假定参考特征的相对位置固定, 所以这些差异可能源于定位系统的不精确。选择转换M的数值时的一个 目标在于使得上述差异尽可能变小或者至少减小。这里,术语可识别的参考特征用于指示可由检测装置检测或者识别的 参考装置特征,例如角落或者标记。如本领域技术人员所知,检测装置可 通过例如接触测量检测参考特征,其中探针或类似物用于扫描表面。可选 择地,可釆用非接触测量,其中采用对物理参数例如激光器所产生的光、可见光、x-射线、磁场或静电场变化灵敏的检测器。照相机是该检测器的一个实例,其可用于非接触测量。本领域技术人员熟知检测该设备参考特 征的检测和图像处理方法,将不再详细描述。由定位系本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种自校准用于在工作空间(108)中定位元件(112)的定位系统的方法,包括如下步骤:    提供实际坐标系、标称坐标系和用于在实际坐标和标称坐标之间转换的一组转换函数,其中由至少一个转换参数确定每一个所述函数;    将参考装置(300)非手工定位在所述工作空间中多个不同校准位置,其中所述参考装置包括设置在基本固定的相对位置的可识别参考特征(301、302、310);    对每个校准位置通过非接触测量检测标称坐标中至少任意两个所述参考特征的位置;以及    选择每个所述转换参数的数值,从而减小不同校准位置的以所述实际坐标表示的所述检测位置的相对位置之差。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员:R约纳松P厄斯特伦德
申请(专利权)人:麦德塔自动化股份有限公司
类型:发明
国别省市:SE[瑞典]

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