CN101303230A - 对位平台的旋转参数获取方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种对位平台的旋转参数获取方法，包括步骤：将其上设置有第一及第二对位记号的工件装载在对位平台上；获取第一及第二对位记号的初始坐标值；驱动对位平台运动n次使第一及第二对位记号相对于其初始位置以任意角度转动n次；获取第一及第二对位记号的坐标值(X_ai，Y_ai)及(X_bi，Y_bi)，以及其旋转半径R_ai，R_bi，1≤i≤n；获取以(X_ai，Y_ai)及(X_bi，Y_bi)为圆心对应的R_ai及R_bi为半径的两圆的一交点坐标值(X_i，Y_i)；对获取的坐标值(X_i，Y_i)进行数值统计以剔除标准差之外的坐标值；利用未被剔除的坐标值计算出第一及/或第二对位记号的旋转半径和初始旋转角；以及分别平均所述计算出的旋转半径和初始旋转角的取值，进而获取所述对位平台对应第一及/或第二对位记号的旋转参数。

Description

对位平台的旋转参数获取方法

技术领域

本发明涉及影像辨识对位领域，尤其是一种对位平台的用于影像辨识对位的旋转参数的获取方法。

背景技术

影像辨识对位技术常应用在平面显示器、半导体、印刷电路板(PrintedCircuit Board，PCB)等产业，因为这些产业的制造过程较为繁杂，制造过程中的上一工序与下一工序之间通常又有几何上的相依关系；如果直接使用误差较大的工件边缘作为制造过程中各工序的几何基础，则有可能导致该制造过程毁损或失效。因此，在生产过程中，会制作特定的对位记号(Mark)，作为制造过程中各工序的对位基准。例如执行平面显示器用面板的缺陷测试时，需先利用对位记号将面板上的金手指与探针对准，才可开始传送测试信号以检定该面板是否有缺陷存在。又如平面显示器用面板的切割工艺中，需先利用对位记号找出所要切割的几何位置，才可下刀切割。

参见图1，其示出一种典型的影像对位系统10的主要硬件构成。该影像对位系统10包括两个影像撷取装置12，如CCD(Charge Coupled Device)影像撷取装置，一个对位平台14，及一个运动控制器(图未示)。所谓对位通常是指在所述运动控制器的控制作用下该平台可沿X及Y方向移动以及在XY平面内转动任意角度θ，进而实现对装载在其上的工件进行精确对位。

参见图2，通常，上述影像对位系统10在执行影像对位操作之前，需先获知对位平台14的旋转参数，也即对位平台14的旋转中心以及其相对某一对位记号21的旋转半径R及初始旋转角θ₀。现有的旋转参数获取方法常以对位平台14的尺寸为基础，驱动马达的安装位置等于对位平台14的正中心为前提，将对位平台14的几何中心(如图2中的两条正交虚线的交点)作为旋转中心，然后通过以下步骤来获取旋转半径R及初始旋转角θ₀：(1)将设置有对位标记21的一工件20装载在对位平台14上；(2)将左上角的一对位记号21调至影像撷取装置12的影像中心，运动控制器记录P1点的坐标值；(3)将对位平台14的左上角调至影像撷取装置12的影像中心，运动控制器记录P2点的坐标值。获取该P1及P2点坐标值后，即可算出旋转半径R及初始旋转角θ₀， $R\≈\sqrt{{(w/2-\stackrel{\‾}{P1P2}x)}^2+{(h/2-\stackrel{\‾}{P1P2}y)}^2},$ ${\mathrm{\θ}}_0\≈\arctan \left(\frac{h/2-\stackrel{\‾}{P1P2}x}{w/2-\stackrel{\‾}{P1P2}y}\right),$ 其中w及h分别为对位平台的X轴方向的宽度及Y轴方向的高度，P1P2x及P1P2y分别为P1到P2点的位置差在X轴及Y轴方向的分量。

然而，采用上述对位平台14的旋转参数获取方法存在以下缺陷：(1)上述旋转中心的获取方法需考虑对位平台的外形以及其与驱动马达是否为同心等组装问题，一般而言精度有限；(2)对于针对微动调整及高刚性的需求而设计的三向驱动对位平台，各运动轴的行程大都在厘米量级，这使得从P1到P2点的大移动量无法执行，从而使得上述旋转参数获取方法不适用于该种三向驱动对位平台，故其适用性不广。

发明内容

有鉴于此，提供一种对位平台的旋转参数获取方法以克服现有技术中存在的缺陷实为必要。

下面将以实施例说明一种对位平台的旋转参数获取方法。

一种对位平台的旋转参数获取方法，其包括步骤：

将工件装载在对位平台上，该工件上设置有第一对位记号及第二对位记号；

获取第一对位记号及第二对位记号的初始坐标值；

驱动所述对位平台运动n次使所述工件上的第一对位记号及第二对位记号相对其初始位置以任意角度转动n次，n为大于1的自然数；

获取每次转动后的第一对位记号及第二对位记号的坐标值(X_ai，Y_ai)及(X_bi，Y_bi)，以及第一对位记号及第二对位记号的旋转半径R_ai，R_bi，其中，1≤i≤n；

获取以(X_ai，Y_ai)及(X_bi，Y_bi)为圆心，对应的R_ai及R_bi为半径的两圆的一交点的坐标值(X_i，Y_i)，该坐标值(X_i，Y_i)为所述对位平台的旋转中心的坐标值；

对获取的旋转中心的坐标值(X_i，Y_i)进行数值统计以剔除标准差之外的坐标值；

利用未被剔除的坐标值计算出第一对位记号及/或第二对位记号的旋转半径和初始旋转角的取值；以及

分别平均所述计算出的旋转半径和初始旋转角的取值，进而获取所述对位平台对应第一对位记号及/或第二对位记号的旋转参数。

相对于现有技术，所述旋转参数获取方法经由多次旋转任意角度来获取旋转中心的多个取值，再对该旋转中心的多个取值进行数值统计，然后对未被剔除的旋转中心坐标值对应的旋转半径以及初始旋转角进行平均，最终获取所述对位平台的旋转参数；其因可不考虑对位平台的外形以及驱动马达是否与对位平台同心组装等问题，可达到较高的精度；另外，其无需利用如现有技术中的P1到P2点的大移动量来获取旋转参数，可应用于针对微动调整及高刚性需求而设计的三向驱动对位平台，适用性较广。

附图说明

图1是一种典型的影像对位系统的主要硬件构成示意图。

图2是现有技术中的旋转参数获取方法的原理示意图。

图3是本发明实施例的旋转参数获取方法的原理示意图。

图4是本发明实施例的对位平台的旋转中心坐标值的数值统计原理示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明实施例作进一步的详细说明。

参见图1、图3及图4，本发明实施例提供的对位平台的旋转参数获取方法，可用于获取对位平台的对应对位记号M_a，M_b的旋转半径R_a、R_b及初始旋转角θ_a、θ_b等旋转参数。该旋转参数获取方法包括步骤：

(1)将工件，如测试样本(图未示)装载在影像对位系统10的对位平台14上，使工件与对位平台14不会产生相对移动。该工件上设置有至少两个对位记号M_a，M_b(如图3所示)。该对位标记M_a，M_b位于影像对位系统10的影像撷取装置12，如CCD影像撷取装置的视野范围内。可以理解的是，当工件被装载在对位平台后，工件上的对位记号M_a，M_b与对位平台的旋转中心O的相对位置就已经被确定下来，也就是说对位记号M_a，M_b的旋转半径R_a、R_b及初始旋转角θ_a、θ_b在该旋转参数获取方法过程中不会有变化。

(2)获取对位标记M_a，M_b的初始坐标值M_a(X_a0，Y_a0)，M_b(X_b0，Y_b0)。该初始坐标值M_a(X_a0，Y_a0)，M_b(X_b0，Y_b0)可经由该影像撷取装置12获得。

(3)驱动所述对位平台运动多次使所述工件上的对位记号M_a，M_b相对其初始位置以任意角度转动相应次数。具体的，所述对位平台14每被驱动运动一次，工件上的对位记号M_a，M_b会产生相对于其初始位置M_a(X_a0，Y_a0)，M_b(X_b0，Y_b0)的一转动角度θ_i(i表示所述对位平台14的第i次运动，i＝1，2，3，...N，为自然数)，该对位平台14运动可经由影像对位系统10的运动控制器(图未示)来驱动。该θi可为任意角度，其取值只要不使对位记号M_a，M_b相对于其初始位置转动角度θi后偏出影像撷取装置12的视野外均可。对应于对位平台14的第i次运动，对位标记M_a，M_b的坐标值分别为(X_ai，Y_ai)，(X_bi，Y_bi)，该坐标值(X_ai，Y_ai)，(X_bi，Y_bi)可由影像撷取装置12获取。通常，所述对位平台14可在卡笛尔坐标系(Cartesian coordinate system)的X轴和Y轴方向直线运动，且可在X轴与Y轴定义的XY平面内作转动。

(4)获取每次转动后的第一对位记号及第二对位记号的坐标值(X_ai，Y_ai)及(X_bi，Y_bi)，以及第一对位记号及第二对位记号的旋转半径R_ai，R_ai。

具体的，对应于对位平台14的第i次转动，对位标记M_a，M_b的第i次转动后的坐标值分别为(X_ai，Y_ai)，(X_bi，Y_bi)，该坐标值(X_ai，Y_ai)，(X_bi，Y_bi)可由影像撷取装置12获取。

如图3所示，对位记号M_a，M_b的第i次转动后的位置相对于其初始位置(X_a0，Y_a0)，(X_b0，Y_b0)的偏移量分别为ΔL_ai，ΔL_bi，且 $\mathrm{\Δ}{L}_{\mathrm{ai}}=\sqrt{{\left(\mathrm{\ΔXai}\right)}^2+{\left(\mathrm{\ΔYai}\right)}^2},$ (ΔL_ai)/2＝R_ai×sin(θi/2)， $\mathrm{\Δ}{L}_{\mathrm{bi}}=\sqrt{{\left(\mathrm{\ΔXbi}\right)}^2+{\left(\mathrm{\ΔYbi}\right)}^2},$ (ΔL_bi)/2＝R_bi×sin(θi/2)；ΔX_ai＝X_ai-X_a0，ΔY_ai＝Y_ai-Y_a0；ΔX_bi＝X_bi-X_b0，ΔY_bi＝Y_bi-Y_b0。因此，对位记号M_a的第i次转动的旋转半径 $R_{\mathrm{ai}}=\sqrt{{\left(\mathrm{\ΔXai}\right)}^2+{\left(\mathrm{\ΔYai}\right)}^2}/(2\×\sin (\mathrm{\θi}/2),$ 对位记号M_b的第i次转动的旋转半径 $R_{\mathrm{bi}}=\sqrt{{\left(\mathrm{\ΔXbi}\right)}^2+{\left(\mathrm{\ΔYbi}\right)}^2}/(2\×\sin (\mathrm{\θi}/2).$

(5)获取每次转动后以(X_1i，Y_1i)及(X_2i，Y_2i)为圆心，R_1i及R_2i为半径的两圆的一交点的坐标值(X_i，Y_i)，该坐标值(X_i，Y_i)为所述对位平台的旋转中心O的坐标值。

具体的，分别以第i次转动后对位记号M_a，M_b坐标值(X_ai，Y_ai)，(X_bi，Y_bi)为圆心以相对应的R_ai及R_bi为半径作圆，解该两圆的联立方程式(I)：

$\left(I\right),\left\{\begin{array}{c}{(X_i-X_{\mathrm{ai}})}^2+{(Y_i-Y_{\mathrm{ai}})}^2={R_{\mathrm{ai}}}^2\\ {(X_i-X_{\mathrm{bi}})}^2+{(Y_i-Y_{\mathrm{bi}})}^2={R_{\mathrm{bi}}}^2\end{array}\right.$

可求出该两圆方程式的方程解，也即该两圆的交点，其中一交点即旋转中心O的坐标值(X_i，Y_i)。可以理解的是，当上述联立方程式(I)具有两个方程解时，可将该两个方程解代入直线方程式L(X，Y)＝(X_a0-X_b0)Y+(Y_b0-Y_a0)X+(X_b0Y_a0-X_a0Y_b0)，经由获知L(X，Y)的结果的正负来判定该两方程解所对应的位置位于M_a(X_a0，Y_a0)和M_b(X_b0，Y_b0)所定义的直线的哪一侧，进而可获取目标解作为旋转中心O的坐标值(X_i，Y_i)。

上述选取两方程解中的目标解来作为旋转中心O的坐标值(X_i，Y_i)的方法还可以为：计算该两个方程解对应的坐标点到M_a(X_a0，Y_a0)点的距离是否等于对应的R_ai或其到M_b(X_b0，Y_b0)点的距离是否等于对应的R_bi来选取目标解作为旋转中心O的坐标值(X_i，Y_i)。

(6)对获取的旋转中心O的坐标值(X_i，Y_i)进行数值统计以剔除标准差之外的坐标值。

具体的，对于上述获取的旋转中心O的坐标值(X_i，Y_i)的多个取值，如(X₁，Y₁)，(X₂，Y₂)，(X₃，Y₃)，...，(X_N，Y_N)，可将该多个取值的X_i(i＝1，2，3，...，N)及Y_i(i＝1，2，3，...，N)分别作数值统计，剔除标准差(如一个标准差，两个标准差或m个标准差，m为自然数，m的取值视影像对位系统10的对位精度要求而定)之外的取值，来获取所需的坐标值(X_i，Y_i)。由数学计算可知，X_i的一个标准差 ${\mathrm{\σ}}_x=\sqrt{\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{(X_i-\stackrel{\‾}{X})}^2},$ 其中 $\stackrel{\‾}{X}=\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{X}_i=\frac{1}{N}(X_1+X_2+X_3+\·\·\·+X_N);$ 如果|X_i-X|＞m×σ_X则因其位于标准差之外而被剔除掉，否则将其保留。同样的，旋转中心O的坐标值(X_i，Y_i)中的Y_i的一个标准差σ_Y为 $\sqrt{\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{(Y_i-\stackrel{\‾}{Y})}^2},$ 其中 $\stackrel{\‾}{Y}=\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{Y}_i=\frac{1}{N}(Y_1+Y_2+Y_3+\·\·\·+Y_N);$ 如果|Y_i-Y|＞m×σ_Y则因其位于标准差之外而被剔除掉，否则将其保留。

参见图4，其为将步骤(1)～(5)获得的旋转中心坐标值(Xi，Yi)的100个取值进行数值统计的原理示意图。从图4可以得知，经由分别对旋转中心坐标值(X_i，Y_i)的取值中的X_i值及Y_i值分别进行数值统计，当将X_i值和Y_i值中的位于各自的一个标准差(也即m＝1)之外的数据剔除后，图4中位于圆圈内的旋转中心的坐标值(X_i，Y_i)即为未被剔除之取值；该未被剔除的旋转中心的坐标值(X_i，Y_i)的取值中的X_i及Y_i均在各自的数值统计的一个标准差之内。

(7)利用步骤(6)中未被剔除的旋转中心O的坐标值(X_i，Y_i)的取值计算出与对位记号M_a对应的旋转半径和初始旋转角取值以及与对位记号M_b对应的旋转半径和初始角度取值。具体的，对位记号M_a对应的旋转半径可经由计算(X_i，Y_i)到(X_a0，Y_a0)的距离获得，M_a对应的初始旋转角，也即(X_i，Y_i)与(X_a0，Y_a0)的连线与X轴的夹角因(X_i，Y_i)及(X_a0，Y_a0)已知而可经由三角函数计算获得。同样的，对位记号M_b对应的旋转半径可经由计算(X_i，Y_i)到(X_b0，Y_b0)的距离获得，M_b对应的初始旋转角，也即(X_i，Y_i)与(X_b0，Y_b0)的连线与X轴的夹角因(X_i，Y_i)及(X_b0，Y_b0)已知而可经由三角函数计算获得。

(8)将对位记号M_a的未剔除的旋转半径和初始旋转角取值分别求平均值，即可获得对应对位记号M_a的旋转半径R_a及初始旋转角θ_a的值；将对位记号M_b的未剔除的旋转半径和初始旋转角取值分别求平均值，即可获得对应对位记号M_b的旋转半径R_b及初始旋转角θ_b的值；进而可获得所述影像对位系统10的对位平台14对应对位记号M_a，M_b的旋转参数。

本发明实施例利用对位平台14的对装载并固持在其上的工件的对位记号的旋转半径不变之原理，经由多次旋转任意角度θi来获取旋转中心的多个取值，再对该旋转中心的多个取值进行数值统计，然后对对未被剔除的旋转中心坐标值对应的旋转半径以及初始旋转角进行平均，最终获取对位平台14的旋转参数，如旋转半径(如R_a，R_b)及初始旋转角(如θ_a，θ_b)。本发明实施例的对位平台14的旋转参数获取方法，其因可不考虑对位平台14的外形以及驱动马达是否与对位平台14同心组装等问题，可达到较高的精度；另外，其无需利用如现有技术中的P1到P2的大移动量来获取旋转参数，可使得其能应用于针对微动调整及高刚性需求而设计的三向驱动对位平台，适用性较广。

本发明实施例的对位平台的旋转参数获取方法，其精度较高及适用性较广而可广泛应用于平面显示器产业机械对位，印刷电路板产业机械对位，及半导体产业机械对位的旋转参数获取。

另外，本领域技术人员还可于本发明精神内做其它变化，如适当变更旋转中心O的坐标值(X_i，Y_i)的数值统计方法等以用于本发明等设计，只要其不偏离本发明的技术效果均可。这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (6)

1.一种对位平台的旋转参数获取方法，其包括步骤：将工件装载在对位平台上，该工件上设置有第一对位记号及第二对位记号；

获取第一对位记号及第二对位记号的初始坐标值；

驱动所述对位平台运动n次使所述工件上的第一对位记号及第二对位记号相对于其初始位置以任意角度转动n次，n为大于1的自然数；

获取每次转动后的第一对位记号及第二对位记号的坐标值(X_1i，Y_1i)及(X_2i，Y_2i)，以及第一对位记号及第二对位记号的旋转半径R_1i，R_2i，其中，1≤i≤n；

获取以(X_1i，Y_1i)及(X_2i，Y_2i)为圆心，对应的R_1i及R_2i为半径的两圆的一交点的坐标值(X_i，Y_i)，该坐标值(X_i，Y_i)为所述对位平台的旋转中心的坐标值；

对获取的旋转中心的坐标值(X_i，Y_i)进行数值统计以剔除标准差之外的坐标值；

利用未被剔除的旋转中心的坐标值计算出对应第一对位记号及/或第二对位记号的旋转半径和初始旋转角的取值；以及

分别平均所述计算出的旋转半径和初始旋转角的取值，进而获取所述对位平台对应第一对位记号及/或第二对位记号的旋转参数。

2.如权利要求1所述的旋转参数获取方法，其特征在于，所述对获取的旋转中心的坐标值(X_i，Y_i)进行数值统计以剔除标准差之外的坐标值之步骤包括：

对旋转中心的坐标值(X_i，Y_i)中X_i和Y_i分别进行数值统计以剔除位于标准差之外的X_i和Y_i值。

3.如权利要求1所述的旋转参数获取方法，其特征在于，所述利用未被剔除的旋转中心的坐标值计算出对应第一对位记号及/或第二对位记号的旋转半径和初始旋转角的取值之步骤包括：

通过计算未被剔除的旋转中心的坐标值与第一对位记号及/或第二对位记号的初始坐标值的位置差以获得对应第一对位记号及/或第二对位记号的旋转半径；以及

通过计算未被剔除的旋转中心的坐标值对应的第一位置与第一对位记号及/或第二对位记号的初始坐标值对应的第二位置的连线与X轴方向的夹角以获得对应第一对位记号及/或第二对位记号的初始旋转角。

4.如权利要求1所述的旋转参数获取方法，其特征在于，所述旋转中心的坐标值(X_i，Y_i)的获取步骤包括：

计算出联立方程式(I)

$\left(I\right),\left\{\begin{array}{c}{(X_i-X_{1i})}^2+{(Y_i-Y_{1i})}^2={R_{1i}}^2\\ {(X_i-X_{2i})}^2+{(Y_i-Y_{2i})}^2={R_{2i}}^2\end{array}\right.$

的方程解；以及

将所述方程解代入直线方程式(II)，

(II)L(X，Y)＝(X₁₀-X₂₀)Y+(Y₂₀-Y₁₀)X+(X₂₀Y₁₀-X₁₀Y₂₀)

根据L(X，Y)的结果的正负获取目标方程解作为所述对位平台的旋转中心的坐标值(X_i，Y_i)，其中，X₁₀、Y₁₀、X₂₀及Y₂₀分别为第一对位记号及第二对位记号的初始坐标值的X轴及Y轴的取值。

5.如权利要求1所述的旋转参数获取方法，其特征在于，所述旋转中心的坐标值(X_i，Y_i)的获取步骤包括：

计算出联立方程式(I)

$\left(I\right),\left\{\begin{array}{c}{(X_i-X_{1i})}^2+{(Y_i-Y_{1i})}^2={R_{1i}}^2\\ {(X_i-X_{2i})}^2+{(Y_i-Y_{2i})}^2={R_{2i}}^2\end{array}\right.$

的方程解；以及

获取与第一对位记号的初始坐标值的距离等于R_1i或者与第二对位记号的初始坐标值的距离等于R_2i的方程解，该获取的方程解即为所述对位平台的旋转中心的坐标值(X_i，Y_i)。

6.如权利要求1所述的旋转参数获取方法，其特征在于，所述对位平台可在卡笛尔坐标系的X轴及Y轴方向直线运动，且可在X轴与Y轴定义的XY平面内转动。

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