CN104690420B - 基于数字ccd的fpc板边定位加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及激光加工设备CCD定位技术领域，公开了基于数字CCD的FPC板边定位加工方法。该方法包括以FPC的设计文件中的板边靶标和CCD所捕捉的FPC的板边靶标来确定一标准板边靶标模板，在定位时，CCD参照标准板边靶标模板来进行自动定位加工。本发明的方法不仅能识别圆形，十字等常规靶标，还可以灵活定位板边，如：FPC表面的直角，圆角板边，鱼钩连接点等几何图形，让加工精度能自动适应板子的尺寸变化，具有图像功能强大，精度高，响应快的优点。

Description

基于数字CCD的FPC板边定位加工方法

技术领域

本发明涉及激光加工设备CCD定位技术领域，更具体的说，特别涉及一种电子行业制版、贴装中的基于数字CCD的FPC板边定位加工方法。

背景技术

带有CCD定位激光成型加工国外发展较早，随着PCB制造，电子组装产业大量往国内迁移发展，激光作为高品质的FPC外形加工慢慢在业内推广应用，如专利号为：201210015907.6和201210015868.X的发明专利。

激光切割成型机的优势在于比传统机械模具切割精度高，节省了产品开发周期及模具成本，加上带有模拟CCD定位，具有灵活的文件编辑方式，受到行业客户的青睐，从CCD视觉系统的结构及定位功能不难得出，因FPC板的定位靶标常见的外形一般为圆形、十字形、蝶形，普通功能配置的CCD只需要对于这三种类型靶点进行识别定位，即可进行产品的外形切割，对于材质结构均匀的硬板加工精度可以做到50um左右，符合较高产品要求，随着电子信息行业技术的发展提升，软性材质的FPC基于其材质轻薄，柔性组装的特性大有替代硬板的趋势，但FPC板材在制作加工时，外形尺寸涨缩很大，受外界环境的温湿度FPC的尺寸也不稳定，当产品精度要求严格为50um以内时，直接定位圆形靶标就无法做到小于50um，在这样条件勉强投入激光加工生产直接导致品质良率很低，因此，使用模拟CCD定位的激光切割方案就不能充分发挥激光成型的特有优势。

一方面客户对激光应用需求增长是建立在FPC种类繁多，其加工愈加精细的基础上。而要求精度在50um以内的切割还没有一套科学完善的方案，这一问题在业界普遍存在，极大的影响了激光加工应用在PCB和FPC产品的纵深发展。带模拟CCD的激光切割设备在高端（50um以内）的FPC加工性能方面严重滞后，其结构功能呆板，存有以下缺陷：1、靶标识别使用范围有限，仅能识别圆形，十字形等简单的靶标；2、对于图像质量要求高，当靶标背景变化时容易出现误抓；3、定位加工系统解析度低，系统精度不够；4、软件功能接口封闭，定位功能升级困难；5、定位功能不足，激光加工系统的性能优化级别低。

所以，在对采用FPC材质的产品而言，需要设计一种新的板边定位加工方法。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中存在的技术问题，提供一种基于数字CCD的FPC板边定位加工方法。

为了解决以上提出的问题，本发明采用的技术方案为：

基于数字CCD的FPC板边定位加工方法，该方法包括以FPC的设计文件中的板边靶标和CCD所捕捉的所述FPC设计文件中的板边靶标来确定一标准靶标模板，在定位时，CCD参照所述标准靶标模板来进行自动定位加工。

根据本发明的一优选实施例：所述板边靶标包括直角靶标、圆角靶标和鱼钩靶标。

根据本发明的一优选实施例：所述直角靶标为两条板边相交所形成的直角；所述圆角靶标为两条板边相交倒角处理而后形成的圆角；所述鱼钩靶标为信号线路与板边支撑互连而成的连接点。

根据本发明的一优选实施例：所述方法具体包括以下步骤，

S1、加工文件定义的步骤：将所述FPC板边靶标与激光加工图形在图形软件中进行定义，并分别标识定义不同线段的属性，将激光加工图形转换为激光系统能读取的数据文件，载入上位机加工软件中；

S2、将FPC的位置固定的步骤；

S3、FPC的板边靶标捕捉的步骤：调节CCD外接环形光源亮度，让待捕捉的FPC的板边靶标在上位机加工软件的影像界面中的画面显示清晰且边界明显；

S4、靶标模板类型设定的步骤：在上位机的加工软件中设定捕捉到的FPC上的板边靶标所对应的靶标模板序号；

S5、靶标模板参数设定的步骤：在上位机加工软件中设定所述靶标模板的参数。

S6、标准靶标模板设定的步骤：将设置好参数的靶标模板保存为标准靶标模板；

S7、加工的步骤：在对FPC加工定位时，自动调用所述标准靶标模板与CCD实时抓取的FPC的板边靶标信息进行校对，当抓取的靶标信息与所述标准靶标模板匹配正确后，进行定位加工。

根据本发明的一优选实施例：所述步骤S6中还进一步包括对靶标模板进行定位学习的步骤，在靶标模板的参数设置完成后，CCD对图像中的靶标信息进行抓取训练，定位学习后，再保存为标准靶标模板。

根据本发明的一优选实施例：所述步骤S2中的将FPC的位置固定的步骤具体为，将所述FPC放置在真空平台上吸附或采用治具夹紧。

根据本发明的一优选实施例：所述步骤S4中的靶标模板类型设定的步骤具体为，设定所述直角靶标和圆角靶标为角模板，设定所述鱼钩靶标为鱼钩模板。

根据本发明的一优选实施例：所述步骤S5中的靶标模板参数设定的步骤具体为，设定所述角模板的阈值、极性、旋转角度、搜索范围和解析度参数，设定所述鱼钩模板的搜索范围、阈值、数字卡尺数量参数。

根据本发明的一优选实施例：所述步骤S5中所设定的参数值的范围为，

阈值：0-1；极性：CCD辨析的是亮还是暗图像；旋转角度：+10度至-10度；搜索范围：全图或指定；解析度参数：不小于1；数字卡尺数量：与板边的实际大小对应。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明的方法不仅能识别圆形，十字等常规靶标，还可以灵活定位板边，如：FPC表面的直角板边、圆角板边、鱼钩连接点等几何图形，让加工精度能自动适应板子的尺寸变化，具有图像功能强大，精度高，响应快的优点。

附图说明

图1为本发明的基于数字CCD的FPC板边定位加工方法流程图。

图2为本发明的基于数字CCD的FPC板边定位加工方法中直角靶标、圆角靶标和鱼钩靶标的示意图。

图3为本发明的基于数字CCD的FPC板边定位加工方法中高精密FPC拼板示意图。

附图标记说明：1、直角靶标；2、圆角靶标；3、鱼钩靶标。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

本发明采用的是带有CCD的激光加工设备来对电子行业制板，贴装中的FPC板的激光成型定位加工，本发明的方法是以FPC的设计文件中的板边靶标和CCD所捕捉的FPC设计文件中的板边靶标来确定一标准板边靶标模板，在定位时，CCD参照所述标准板边靶标模板来进行自动定位加工。具体是采用了数字CCD视觉系统搜索FPC板上的直角靶标、圆角靶标、鱼钩类型靶标功能，当然也可搜索圆形、十字形等常规靶标，并且利用此CCD视觉系统与激光加工设备配套完成FPC板的外形无差异化的加工。

本实施所提供的基于数字CCD的FPC板边定位加工方法，其不仅能识别圆形，十字形等常规靶标，还可以更为灵活的对板边进行定位，具体是指对FPC板上的直角靶标1、圆角靶标2或鱼钩靶标3（参阅图2所示）等几何图形进行定位处理，并且这几种类型的几何图形可以是在一个平面，也可以位于多个几何平面，这样即可让加工精度能自动适应FPC板的尺寸变化，并且具有图像功能强大，精度高，响应快的优点。

上述的直角靶标1为两条板边相交所形成的直角；圆角靶标2为两条板边相交倒角处理而后形成的圆角；而鱼钩靶标3为信号线路与板边支撑互连而成的连接点。

参阅图1所示，本实施例的方法具体通过以下步骤来完成：

S1、加工文件的定义步骤：

以制作FPC板的Gerber文件为数据对象，将FPC板的板边靶标图形和激光加工图形在Gerber图形软件中进行定义，在本发明实施方式中，所述板边靶标包括直角靶标、圆角靶标和鱼钩靶标，用其作为CCD自动定位的坐标及激光加工扫描的图形数据，并且选定板边靶标与激光加工图形所在的图形信息，分别标识定义直角靶标、圆角靶标、鱼钩靶标以及激光加工图形之间不同线段的属性，并将激光加工图形转换为激光加工系统能读取的数据文件，再载入激光加工设备的上位机加工软件中等待运行。

本发明其他实施方式中，还可在Gerber文件中对圆形，十字形等常规靶标进行定义。

S2、对FPC板定位的步骤：

本实施例对FPC板的定位主要分为两种情况，其一是对于无元器件的FPC板，可以直接放在加工平台上并利用真空装置吸附固定；其二是对于有元器件的FPC板，即需要设计工装治具压紧结构进行固定，并且需保证元器件外观不碰撞治具，以免损坏元器件，同时工装治具本身也要通过加工平台上的真空装置吸附固定或采用机械锁紧的方式固定。

在放置FPC板时，需要将FPC板与加工文件的方向相对应放置，由于有些阴阳排列的FPC板未作限定，如不对准FPC板与加工文件的方向，在正式定位加工时，将会影响产品的加工精度，故而在放置FPC板时，需提前判断系统定位和加工的正反关系，并且与加工平台无较大的倾斜角度，这样可保证在加工时不会发生偏移，晃动等现象。

S3、FPC板的板边靶标捕捉的步骤：

调节激光加工设备上的数字CCD外接环形光源亮度，让待捕捉的FPC板的板边靶标，也就是直角靶标、圆角靶标和鱼钩靶标在激光加工设备的上位机加工软件的影像界面中，画面显示清晰且边界明显。即需要保证直角靶标、圆角靶标、鱼钩靶标在FPC板的表面分布有可见的几何外形，且通过数字CCD成像后，在上位机加工软件的影像界面中有清晰的外形轮廓。

作为一组优选数据，本实施例中CCD外接的环形光源采用近红外光源，数字CCD视野范围为：6.4*4.85mm，数字CCD视野内影像的分辨率为：5um，并且，数字CCD与激光加工设备的通讯方式采用千兆网口通讯；当然，也可以根据实际需要而选择其他光源或参数数值而不影响本发明的实施。

S4、靶标模板类型设定的步骤：

在激光加工设备的上位机加工软件中设置捕捉到的FPC板上的板边靶标所对应的靶标模板序号，即将直角靶标和圆角靶标设置为角模板，可进一步分别设置为直角模板和圆角模板，将鱼钩靶标设置为鱼钩模板，并且角模板和鱼钩模板都设置有一个合适的参数，并且该参数可以让CCD定位的精度符合产品定位加工的要求，以便于激光加工设备进行定位和加工时的调用；同时，如果未对文件中的靶标进行设置，CCD则不会对相应的靶标进行采集捕捉处理，即CCD相机无法识别；因此，只要在FPC板上选择作为定位板边的位置，那么都需要在文件中进行相应的靶标模板设置。

S5、靶标模板参数设定的步骤：

在上位机加工软件的影像界面中设置直角模板、圆角模板、鱼钩模板的相关识别参数，比如设置直角模板、圆角模板、鱼钩模板的模板识别范围、模板数量、模板亮暗属性、角度要求，阈值范围等。例如：角度值默认值为±5，阈值范围应在1以内，可以默认为0.7。模板识别参数还包括：如颗粒度、噪声阈值、副值和等；例如：颗粒度范围默认3；噪声阈值默认值为30；副值和默认值为750。在上位机加工软件中可优化设置同类型的靶标模板的相关识别参数。

一般的，圆形、十字形等基本靶标抓取的模板受亮度、大小等因素的影响，在标准模板设定、CCD自动定位时只要约定一些基本参数即可以实现靶标识别抓取；而当要抓取FPC板的直角靶标、圆角靶标、鱼钩靶标时，由于影像更为复杂，CCD要解析的杂点更多，故而需要设置更多详细的模板参数特征，并策略分析处理图像，在视野内有效的过滤掉噪声，采集正确的几何板边进行定位。其中：角模板的模板参数具体有：阈值、极性、旋转角度、搜索范围、解析度等，而鱼钩模板参数具体有：ROI、阈值、数字卡尺数量等。

具体使用时，角模板和鱼钩模板在靶标模板学习时，模板参数按照FPC板靶标的材质及背景变化实时调整，优化组合，本实施例的模板参数适用性较强。下面即给出一组较为优选的参数范围值：

亮度值：0-255；极性：0-1，是CCD辨析的图像与周围背景有明显的边界对比，0-1指靶标图像亮或暗属性（亮还是暗图像），并且这两种图像在CCD中都可以正常处理；阈值0-1；

旋转角度：+10度至-10度；解析度：最小为1；

搜索范围（即是ROI值）：全图或指定；数字卡尺数量：默认为35参照板边的实际尺寸。

S6、标准靶标模板设定的步骤：

在设定标准靶标模板之前，还包括对靶标模板进行学习的步骤。在直角模板、圆角模板和鱼钩模板的参数优化设置后，可以对图像中的直角靶标、圆角靶标、鱼钩靶标进行学习定位，依次进行靶标模板的搜索和抓取训练，当学习效果不好时，可重新返回步骤S5，进行参数优化设置。

靶标模板学习与抓取成功后，将直角模板、圆角模板和鱼钩模板作为CCD自动定位的标准靶标模板保存至上位机加工软件中，作为调用的标准靶标模板；CCD定位时自动参照标准靶标模板的属性搜索与定位，如果无标准靶标模板则无法自动定位加工。

S7、加工步骤：

激光加工设备的上位机加工软件控制加工平台将FPC板移至激光扫描区域，在上位机加工软件的影像界面中确认靶标位置，在加工定位时，通过CCD实时捕捉FPC板在加工平台的靶标坐标信息并反馈给上位机加工软件，上位机加工软件自动调用存取的标准靶标模板文件与CCD实时抓取的FPC靶标信息进行校对，当抓取的靶标信息与标准靶标模板匹配正确后，按照设计要求依次定位所有类型靶标，完成加工产品在工作平台上的有效读取，促使激光加工设备的激光系统按照设计的加工路径实时进行外形加工。

自动定位时，取直角靶标，圆角靶标，鱼钩靶标这三种类型的对象作为定位靶标，其可以辨别有层次的标准图像，确保CCD实时高速识别处理靶标特征，有效识别抓取坐标。

本实施所采用的数字CCD在FPC板上面开发出了直角靶标、圆角靶标、鱼钩靶标的定位功能，可让视觉系统的精度在±5um以内，单个靶标模板的处理时间在1s左右。

参阅图3所示，为本发明所处理的高精密FPC拼板示意图。其为典型的FPC多拼版结构，激光定位加工位置在灰色的连接点位置，这种FPC结构紧凑，并且一般都是在打上零件之后使用激光加工，实现高密器件的封装调试。

在本实施案中，对FPC板表面的直角靶标、圆角靶标、鱼钩靶标的定位，运用了数字CCD的几何形状识别算法。

其中，直角靶标和圆角靶标的定位基本原理是：开启CCD的视觉模块的图像找线工具，调整工具参数，优化板边模板的背景图像参数的有效图元信息，让工具准确的抓取加工设定的板边，以两条板边的有限长度拟合的交点作为角点，即角定位的模板功能，在视觉影像中只要是可以被识别的图形线段都能找到实际的交点，角功能模块立即向上位机软件传递这个交点的相关参数数值，与上位机软件的文件中的靶标模板进行比较，当CCD反馈实际抓取的坐标符合标准靶标模板的文件坐标系统，则会被储存在内存中，激光加工设备和CCD运行时自动调用这些信息结合激光系统以加工文件中的标准图形实施产品的外形加工。

鱼钩靶标的定位基本原理是：相对于圆角靶标定位来说，更加丰富了CCD的视觉模块的定位功能，其图像识别能力更为强大，可以解析平面的，镂空的鱼钩靶标，能在复杂的图像中解析FPC板上的鱼钩形状板边，因此，需要指定CCD搜索处理的范围，抓取的亮度参数，鱼钩功能模块就可以根据加工要求反馈鱼钩靶标实际的特征数值，在激光加工设备加工同时，CCD定位成功某一位置的鱼钩靶标后，上位机软件发出指令驱使加工平台的伺服机构工作，将加工平台上的FPC板移至激光的加工范围，这时激光开始出光作用于FPC板的表面，以上位机软件中存储的工程文件中的图形数据连续地扫描加工完成产品的外形加工。

本发明的优势主要为：克服现有技术中模拟CCD视觉定位精度不够、功能简单、产品的加工精度提升空间狭小等方面的不足，其定位功能适应FPC板的柔性加工，并且板边定位加工不局限其外形的变化，能最大限度地保证FPC板的高精度加工。该方案定位方式灵活，适用范围广，精度高，效率快，角定位、鱼钩定位丰富了CCD靶标定位的种类，为激光设备提供了一种更加可靠、新型实用的数字CCD智能视觉定位方案。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.基于数字CCD的FPC板边定位加工方法，其特征在于：该方法包括以FPC的设计文件中的板边靶标和CCD所捕捉的所述FPC设计文件中的板边靶标来确定一标准靶标模板，并将标准靶标模板保存至上位机加工软件中，在加工定位时，上位机加工软件自动调用标准靶标模板文件与CCD实时抓取的FPC靶标信息进行比对，当二者匹配正确后，按照设计要求依次定位所有类型靶标，然后激光系统按照设计的加工路径加工产品。

2.根据权利要求1所述的基于数字CCD的FPC板边定位加工方法，其特征在于：所述板边靶标包括直角靶标、圆角靶标或鱼钩靶标。

3.根据权利要求2所述的基于数字CCD的FPC板边定位加工方法，其特征在于：所述直角靶标为两条板边相交所形成的直角；所述圆角靶标为两条板边相交倒角处理而后形成的圆角；所述鱼钩靶标为信号线路与板边支撑互连而成的连接点。

4.根据权利要求2或3所述的基于数字CCD的FPC板边定位加工方法，其特征在于：该方法具体包括以下步骤，

S1、加工文件定义的步骤：将所述FPC板边靶标与激光加工图形在图形软件中进行定义，并分别标识定义不同线段的属性，将激光加工图形转换为激光系统能读取的数据文件，载入上位机加工软件中；

S2、将FPC的位置固定的步骤；

S3、FPC的板边靶标捕捉的步骤：调节CCD外接环形光源亮度，让待捕捉的FPC的板边靶标在上位机加工软件的影像界面中的画面显示清晰且边界明显；

S4、靶标模板类型设定的步骤：在上位机的加工软件中设定捕捉到的FPC上的板边靶标所对应的靶标模板序号；

S5、靶标模板参数设定的步骤：在上位机加工软件中设定所述靶标模板的参数；

S6、标准靶标模板设定的步骤：将设置好参数的靶标模板保存为标准靶标模板；

S7、加工的步骤：在对FPC加工定位时，自动调用所述标准靶标模板与CCD实时抓取的FPC的板边靶标信息进行校对，当抓取的靶标信息与所述标准靶标模板匹配正确后，进行定位加工。

5.根据权利要求4所述的基于数字CCD的FPC板边定位加工方法，

其特征在于：所述步骤S6中还进一步包括对靶标模板进行定位学习的步骤，在靶标模板的参数设置完成后，CCD对图像中的靶标信息进行抓取训练，定位学习后，再保存为标准靶标模板。

6.根据权利要求4所述的基于数字CCD的FPC板边定位加工方法，其特征在于：所述步骤S2中的将FPC的位置固定的步骤具体为，将所述FPC放置在真空平台上吸附或采用治具夹紧。

7.根据权利要求4所述的基于数字CCD的FPC板边定位加工方法，其特征在于：所述步骤S4中的靶标模板类型设定的步骤具体为，设定所述直角靶标和圆角靶标为角模板，设定所述鱼钩靶标为鱼钩模板。

8.根据权利要求7所述的基于数字CCD的FPC板边定位加工方法，其特征在于：所述步骤S5中的靶标模板参数设定的步骤具体为，设定所述角模板的阈值、极性、旋转角度、搜索范围和解析度参数，设定所述鱼钩模板的搜索范围、阈值、数字卡尺数量参数。

9.根据权利要求8所述的基于数字CCD的FPC板边定位加工方法，其特征在于：所述步骤S5中所设定的参数值的范围为，阈值：0-1；极性：CCD辨析的是亮还是暗图像；旋转角度：+10度至-10度；搜索范围：全图或指定；解析度参数：不小于1；数字卡尺数量：与板边的实际大小对应。