一种用于飞行拍摄效率最优的柔性速度规划方法技术

本发明专利技术一种用于飞行拍摄效率最优的柔性速度规划方法属于高速、高加速点到点运动速度规划技术领域，涉及一种用于飞行拍摄效率最优的柔性速度规划方法。该方法根据电机性能约束设置运行加加速度、加速度以及最大速度等信息，基于电机参数约束求解速度区间可行域。根据边界速度约束，计算S型速度曲线加/减速段运行时间与所需位移。以最大运行速度为目标，更新S型速度曲线加、减速段运行时间，得到整个柔性速度曲线的时间分配关系。规划点到点的运行速度，主运动方向采用效率最优的速度规划方法补偿，次运动方向以最优平稳性为目标设计速度曲线进行位置补偿。该方法能有效提高封装装片效率与精度，改善运行过程的平稳性。改善运行过程的平稳性。改善运行过程的平稳性。

【技术实现步骤摘要】
一种用于飞行拍摄效率最优的柔性速度规划方法


[0001]本专利技术属于高速高加速点到点运动速度规划
，涉及一种用于飞行拍摄的效率最优的柔性速度规划方法。

技术介绍

[0002]半导体后道封装的效率和精度一定程度上决定了集成电路行业的竞争力，高精度表面贴装技术(SMT)对保证半导体产品性能至关重要。在SMT中，为确保贴装精确度，需要机器视觉辅助检测工件位置，以保证芯片最终的贴合精度。传统的静态拍摄需设备停稳后进行检测，不必要的停顿造成贴装效率的降低。随着视觉检测中工业相机的性能提高，使得待检测工件匀速运动时的拍摄技术逐渐成熟。然而相较于静止拍摄而言，具有末端速度约束的速度规划难度较大。运行速度控制不合理极易引起速度衔接处加速度的不连续进而导致速度波动，引起设备的振动，增加检测拍摄的调整时间，进而影响整个贴片工艺的效率。针对此，常用的方法是减小运行过程的最大速度以减小设备振动，但这同样会降低贴片的效率。为了提高贴片工艺的效率，一方面需要保证运行平稳性的同时提高运行速度，另一方面需要降低检测过程中所需的时间，合理的规划效率最优的柔性速度曲线，配合工业相机的动态检测技术，可以使设备在保持匀速运行时实现工艺过程中芯片位姿的识别，从而缩短整个工艺时间，提高封装贴片效率。因此研究一种效率最优的点到点柔性速度规划方法对提高半导体封装工艺的效率具有重要意义。
[0003]高会军等人的专利“贴片机Y轴伺服电机的速度规划方法”，专利公开号CN103760828A。该专利为了解决数字控制器的信号频率与计算频率存在偏差造成控制精度低的问题，提出了一种贴片机Y轴伺服电机的离散速度规划方法，但该方法不适用于直接位置控制；黎明森等人的专利“一种飞拍方法、系统以及芯片键合方法、系统”，专利公开号CN110995986A。该专利为避免电机在拍照点停下检测导致键合头的震动使图像不清晰，提出了飞拍方法以及系统的工作原理，但是没有进行相关速度规划方面的工作。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对现有技术缺陷，专利技术了一种用于飞行拍摄效率最优的柔性速度规划方法。该方法首先根据电机性能约束设置运行加加速度、加速度以及运行中最大速度等信息，基于电机参数约束，求解速度区间可行域；然后以边界速度为约束，基于S型速度曲线过渡，计算加、减速段运行时间与完成加、减速过渡所需位移；其次基于给定位移约束，更新S型速度曲线加、减速段运行时间，并计算匀速段时间，从而得到整个效率最优的柔性速度曲线的时间分配关系；然后依据速度时间关系，规划点到点的运行速度；最后虑及视觉检测的二维位置偏差，主运动方向采用效率最优的速度规划方法补偿，次运动方向以最优平稳性为目标设计速度曲线进行位置补偿。所提出方法适用于具有边界速度约束的飞行拍摄过程，对提高封装装片效率与精度，改善运行过程平稳性方面具有重要作用，为半导体封装中高速高精度运动控制提供了理论与技术支持。
[0005]本专利技术的技术方案是一种用于飞行拍摄效率最优的柔性速度规划方法，该方法首先根据电机性能约束设置运行加加速度、加速度以及运行中最大速度等信息，基于电机参数约束，求解速度区间可行域，以便于速度曲线的设计；然后根据边界速度约束，计算S型速度曲线加/减速段运行时间与所需位移；其次基于给定位移约束，以寻求最大运行速度为目标，更新S型速度曲线加、减速段运行时间，并计算匀速段时间，从而得到整个柔性速度曲线的时间分配关系；然后依据速度时间关系，规划点到点的运行速度；最后基于视觉检测的二维位置偏差，主运动方向采用效率最优的速度规划方法补偿，次运动方向以最优平稳性为目标设计速度曲线进行位置补偿。方法的具体步骤如下：
[0006]步骤1：基于电机参数约束的速度区间可行域求解；
[0007]在高速贴片机的运行过程中，可将其视为二维平面内多次点到点运动。以其中一次点到点运动为例，起点时间定义为t
s
，终点时间定义为t
e
，从起始点到终点运行过程中任意时间t∈[t
s
,t
e
]，运行轨迹可以定义为p(t)＝[x(t),y(t)]。起始点与终点的运行受到速度与加速度的约束，假定点到点运行的起始位置A＝p(t
s
)，速度与加速度约束为E
con
＝[v(t
s
),a(t
s
)]＝[v
a
,a
a
]，终点位置B＝p(t
e
)，速度与加速度约束为E
con
＝[v(t
e
),a(t
e
)]＝[v
b
,a
b
]，两点之间的位移为x
ab
。为了更加柔顺的从点A快速运动到点B，极大的发挥电机的运行性能，合理规划点A到点B之间的速度尤为重要。电机的加加速度为J
a
、减加速度J
d
，最大加速度为a
a,max
，最大减速度a
d,max
，运行过程中电机的最大速度v
max
，点到点运动时的运动学参数需满足电机性能要求；
[0008][0009]式中，J
lim
、a
lim
、v
lim
表示电机的极限性能参数，由电机出厂参数决定。则运行速度与加速度满足约束max(v
a
,v
b
)∈[0,v
max
]，max(a
a,max
,a
b,max
)∈[0,a
lim
]。
[0010]通过计算起始点与结束点的边界速度约束，进而得到速度可行域。对于加速度过程，速度时间之间的关系满足：
[0011][0012]式中，v(t)表示在t时刻时的速度。为了求出速度的上、下限值，需要将最大加、减速度代入方程(2)，得到速度的不等式关系：
[0013]v(t)≤v
a
+a
a,max
t
ꢀꢀꢀ
(3)
[0014]v(t)≥v
a-a
d,max
t
ꢀꢀꢀ
(4)
[0015]同样的在减速段运行过程中，可通过逆向求解，可以得到减速过程中速度与时间的关系：
[0016][0017]式中，表示从终点位置向前的逆向计时。因此，可以通过逆向求解得到减速段时速度的不等式关系：
[0018][0019][0020]基于此，可以计算出起始和结束位置的速度约束包络曲线。考虑电机的最大运行速度与给定位移的关系，在给定位移约束下，可能存在达到最大速度和未达到最大速度两种情况。由此可根据直线电机的参数得到速度可行域，所设计的速度曲线应满足在可行区间范围内。
[0021]步骤2：边界速度约束的加/减速段时间精确求解方法；
[0022]起始点A的速度是v
a
，结束点B的速度是v
b本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于飞行拍摄效率最优的柔性速度规划方法，其特征在于，该方法首先根据电机性能约束设置运行加加速度、加速度以及运行中最大速度等信息，基于电机参数约束，求解速度区间可行域，以便于速度曲线的设计；然后根据边界速度约束，计算S型速度曲线加/减速段运行时间与所需位移；其次基于给定位移约束，以寻求最大运行速度为目标，更新S型速度曲线加、减速段运行时间，并计算匀速段时间，从而得到整个柔性速度曲线的时间分配关系；然后依据速度时间关系，规划点到点的运行速度；最后基于视觉检测的二维位置偏差，主运动方向采用效率最优的速度规划方法补偿，次运动方向以最优平稳性为目标设计速度曲线进行位置补偿；方法的具体步骤如下：步骤1：基于电机参数约束的速度区间可行域求解在高速贴片机的运行过程中，可将其视为二维平面内多次点到点运动；以其中一次点到点运动为例，起点时间定义为t
s
，终点时间定义为t
e
，从起始点到终点运行过程中任意时间t∈[t
s
,t
e
]，运行轨迹可以定义为p(t)＝[x(t),y(t)]；起始点与终点的运行受到速度与加速度的约束，假定点到点运行的起始位置A＝p(t
s
)，速度与加速度约束为E
con
＝[v(t
s
),a(t
s
)]＝[v
a
,a
a
]，终点位置B＝p(t
e
)，速度与加速度约束为E
con
＝[v(t
e
),a(t
e
)]＝[v
b
,a
b
]，两点之间的位移为x
ab
；为了更加柔顺的从点A快速运动到点B，极大的发挥电机的运行性能，合理规划点A到点B之间的速度尤为重要；电机的加加速度为J
a
、减加速度J
d
，最大加速度为a
a,max
，最大减速度a
d,max
，运行过程中电机的最大速度v
max
，点到点运动时的运动学参数需满足电机性能要求；式中，J
lim
、a
lim
、v
lim
表示电机的极限性能参数，由电机出厂参数决定；则运行速度与加速度满足约束max(v
a
,v
b
)∈[0,v
max
]，max(a
a,max
,a
b,max
)∈[0,a
lim
]；通过计算起始点与结束点的边界速度约束，进而得到速度可行域；对于加速度过程，速度时间之间的关系满足：式中，v(t)表示在t时刻时的速度；为了求出速度的上、下限值，需要将最大加、减速度代入方程(2)，得到速度的不等式关系：v(t)≤v
a
+a
a,max
t
ꢀꢀꢀ
(3)v(t)≥v
a-a
d,max
t
ꢀꢀꢀꢀ
(4)在减速段运行过程中，通过逆向求解，得到减速过程中速度与时间的关系：式中，表示从终点位置向前的逆向计时；因此，通过逆向求解得到减速段时速度的不等式关系：
基于此，计算出起始和结束位置的速度约束包络曲线；考虑电机的最大运行速度与给定位移的关系，在给定位移约束下，可能存在达到最大速度和未达到最大速度两种情况；由此，根据直线电机的参数得到速度可行域，所设计的速度曲线应满足在可行区间范围内；步骤2：边界速度约束的加/减速段时间精确求解方法；起始点A的速度是v
a
，结束点B的速度是v
b
，当v
a
＜v
b
时，从广义上将AB段视为加速度段；为使运行过程平稳，电机在A点以初速度v
a
按S型速度曲线加速运行到B点时，此时速度为v
b
；将S型速度曲线将其分为三个阶段，即增加加速度阶段t1、恒定加速度阶段t2、减小加速度阶段t3，且有T
i
＝∑(t
i
)；根据电机性能约束，计算得到三个阶段的加速度a、速度v、位移x与时间t的表达式；当t∈[0,T1]时，a(t)＝J
a
t
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)(8)由此，对于给定的加速段的加速度J
a
和最大加速度a
a,max
，可以根据公式(8)计算得到t1，进而可根据公式(9)-(10)得到v(t1)和x(t1)；当t∈[T1,T2]时，a(t)＝a
a,max
ꢀꢀꢀꢀ
(11)v(t)＝v(T1)+a
a,max
(t-T1)
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(12)当t∈[T2,T3]时，a(t)＝a(T2)-J
a
(t-T2)
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(14)(14)由公式(8)-(16)，可计算得到S型速度曲线加速段的时间满足如下公式当时，
当时，由此，计算出从点A到点B加速过程中的时间序列t

【专利技术属性】
技术研发人员：马建伟，胡国庆，左一鸣，王云峰，吕琦，司立坤，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：