CN106647180A - 直写曝光机中基于标定板的误差校正和补偿方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了直写曝光机中基于标定板的误差校正和补偿方法及其装置，首先采集标定板上至少一个任意区域的顶点坐标值；然后根据图形相似变换模型以及顶点坐标值确定该顶点坐标值对应区域的尺寸涨缩变化量，最后根据所述尺寸涨缩变化量对直写曝光机系统进行误差校正和补偿。通过标定板量测和校正不同区域的图形的形变，对曝光设备系统做校正和补偿，从而提高了曝光不同的区域成像结果的质量。

Description

直写曝光机中基于标定板的误差校正和补偿方法及其装置

技术领域

本发明属于印刷电路板加工制造技术领域，具体涉及直写曝光机中基于标定板的误差校正和补偿方法及其装置。

背景技术

目前印刷电路板曝光设备有两大类：传统的投影式曝光设备和直写曝光设备。传统的投影式曝光设备将已经印制在菲林底片上图形，通过投影菲林底片将图形转移到感光干膜上；另外一类是直写曝光设备，光束将曝光图形直接扫描成像在感光干膜上，直写曝光设备中，其中从CAM资料到激光图形的转换一般借助可编程的图形发生器完成。直写曝光设备与传统的投影式曝光设备相比，有着独特的技术优势：首先由于不存在底片引起的尺寸误差，直写曝光技术可以明显的提高图形的位置精度以及层间图形的对位度；其次直写曝光机具有较高的图形解析度，适合精细导线的制作；并且具有快速的反应能力，生产周期短，特别适用于技术性复杂、批量较小的印刷电路板产品，且能够提升印刷电路板的生产良率。因此直写曝光设备应用越来越广泛。

然而，曝光机在生产装配过程中，因移动平台、系统及曝光组件等都存在一定的误差和位置偏差，导致在后期调试测量时会存在曝光基底的不同区域所使用的曝光参数和对准参数不同，有一定的误差，影响曝光不同区域成像结果的质量。

发明内容

本发明的目的是提供直写曝光机系统中基于标定板的误差校正和补偿方法，通过图形相似变换模型计算出所述区域的尺寸涨缩变化量，根据尺寸涨缩变化量对直写曝光机系统进行误差校正和补偿，减小了因曝光参数和对准参数不同带来的误差，提高了曝光成像结果的质量。

本发明的另一个目的是提供上述直写曝光机中基于标定板的误差校正和补偿方法的装置。

本发明所采用的技术方案是，首先采集标定板上至少一个任意区域的顶点坐标值；然后根据图形相似变换模型以及顶点坐标值确定该顶点坐标值对应区域的尺寸涨缩变化量，最后根据所述尺寸涨缩变化量对直写曝光机系统进行误差校正和补偿。

本发明的特点还在于，

所述区域为多个，所有区域覆盖整个标定板。

所述任意相邻的两个区域有重叠部分。

所述采集标定板上至少一个任意区域的顶点坐标值，具体为：将带有等间距标记点的标定板置于平台上，通过传感器采集标定板上任意位置构成图形的顶点坐标值。

根据图形相似变换模型和顶点坐标值确定该顶点坐标值对应区域的尺寸涨缩变化量，具体通过以下步骤实现：顶点坐标值为(x_s1，y_s1)、(x_s2，y_s2)……(x_sn，y_sn)，图形相似变换中的旋转角为α，每个顶点x轴方向的涨缩量为(s1_x，s2_x……sn_x)，y轴方向的涨缩量为(s1_y，s2_y……sn_y)，x轴方向的平移量为(t1_x，t2_x……tn_x)，y轴方向的平移量为(t1_y，t2_y……tn_y)；

步骤1，将所述传感器采集标定板上任意位置构成图形的顶点坐标值带入转换公式中，得：

上式中，(x_c1，y_c1)、(x_c2，y_c2)……(x_cn，y_cn)表示(x_s1，y_s1)、(x_s2，y_s2)……(x_sn，y_sn)对应的理论值，即为标定板上各个标定点的原始坐标；如：默认标定板左下角的图形标定点坐标为原点(0,0)，那么其他标定点相对于原点的相对位置关系即为各标定点的理论坐标值；

步骤2，将步骤1中的方程(1)～(3)计算后得到：

步骤3，根据步骤2中(4)～(6)，使用高斯牛顿迭代法求解出旋转角、x轴方向的涨缩量、y轴方向的涨缩量、x轴方向的平移量以及y轴方向的平移量，即求出所述图形的尺寸涨缩变化量。

一种直写曝光机装置，包括相互连接且成角度的标定板和镜头板，所述标定板上设置有传感器。

本发明的特点还在于，

所述标定板上设置有等间距的标定点。

所述镜头板上设置有多个镜头。

所述传感器为电荷藕合器件图像传感器。

所述传感器设置有多个，用于采集多个顶点的坐标值。

本发明的有益效果是，本发明直写曝光机中基于标定板的误差校正和补偿方法及其装置，省掉了所有的菲林程序，具有工艺更高效、成本更低、可靠性好且易于实现等优势，计算过程不需要依赖任何的相机参数或图像拍摄的位置信息，校正和补偿过程全部自动进行，无需人工干预或借助其他手段，使用方便灵活；使用相对不会出现尺寸变化和变形的标定板来测量和校正系统误差，且因测量划分的区域小、单元多，可以更多的精确细化的校正系统误差；根据量测出的多组数据，通过计算搭建多种类型的图形变化模型，将误差降到最低，分析和考量的变量更加全面；使用该方法校正和补偿后的系统，可以更好的完成PCB业内的封装载板、高精度板、薄板、大尺寸板等易出现尺寸涨缩变化的产品，能够分多个区域量测实际板子的涨缩尺寸变化，进而单独校正和涨缩补偿相应的原始曝光设计图形，最终解决对位不良的问题、提高产品的生产品质。

附图说明

图1是本发明实施例提供采集标定板上任意区域的顶点坐标值；

图2是本发明实施例提供图形相似变换的示意图；

图3是本发明实施例提供一种直写曝光机装置的结构示意图。

图中，1.标定板，2.镜头板，3.传感器，4.标定点，5.镜头。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例提供直写曝光机系统中基于标定板的误差校正和补偿方法，首先采集标定板上至少一个任意区域的顶点坐标值，具体方法为：具体为：将带有等间距标记点的标定板置于平台上，通过传感器采集标定板上任意位置构成图形的顶点坐标值；

根据图形相似变换模型和顶点坐标值确定该顶点坐标值对应区域的尺寸涨缩变化量，具体通过以下步骤实现：顶点坐标值为(x_s1，y_s1)、(x_s2，y_s2)……(x_sn，y_sn)，图形相似变换中的旋转角为α，每个顶点x轴方向的涨缩量为(s1_x，s2_x……sn_x)，y轴方向的涨缩量为(s1_y，s2_y……sn_y)，x轴方向的平移量为(t1_x，t2_x……tn_x)，y轴方向的平移量为(t1_y，t2_y……tn_y)；

步骤1，将所述传感器采集标定板上任意位置构成图形的顶点坐标值带入转换公式中，得：

上式中，(x_c1，y_c1)、(x_c2，y_c2)……(x_cn，y_cn)表示(x_s1，y_s1)、(x_s2，y_s2)……(x_sn，y_sn)对应的理论值，即为标定板上各个标定点的原始坐标；如：默认标定板左下角的图形标定点坐标为原点(0,0)，那么其他标定点相对于原点的相对位置关系即为各标定点的理论坐标值；

步骤2，将步骤1中的方程(1)～(3)计算后得到：

步骤3，根据步骤2中(4)～(6)，使用高斯牛顿迭代法求解出旋转角、x轴方向的涨缩量、y轴方向的涨缩量、x轴方向的平移量以及y轴方向的平移量，即求出所述图形的尺寸涨缩变化量；

最后根据所述尺寸涨缩变化量对直写曝光机系统进行误差校正和补偿。

本发明实施例还提供上述直写曝光机中基于标定板的误差校正和补偿方法的装置，包括相互连接且成角度的标定板1和镜头板2，所述标定板1上设置有传感器3，所述传感器3为电荷藕合器件图像传感器，所述标定板上设置有等间距的标定点4，所述镜头板上设置有多个镜头5，所述传感器3设置有多个，用于采集多个顶点的坐标值。

本发明实施例的直写曝光机中基于标定板的误差校正和补偿方法及其装置，省掉了所有的菲林程序，具有工艺更高效、成本更低、可靠性好且易于实现等优势，计算过程不需要依赖任何的相机参数或图像拍摄的位置信息，校正和补偿过程全部自动进行，无需人工干预或借助其他手段，使用方便灵活；使用相对不会出现尺寸变化和变形的标定板来测量和校正系统误差，且因测量划分的区域小、单元多，可以更多的精确细化的校正系统误差；根据量测出的多组数据，通过计算搭建多种类型的图形变化模型，将误差降到最低，分析和考量的变量更加全面；使用该方法校正和补偿后的系统，可以更好的完成PCB业内的封装载板、高精度板、薄板、大尺寸板等易出现尺寸涨缩变化的产品，能够分多个区域量测实际板子的涨缩尺寸变化，进而单独校正和涨缩补偿相应的原始曝光设计图形，最终解决对位不良的问题、提高产品的生产品质。

实施例：本发明中采集标定板上任意两个区域的顶点坐标值，所述任意区域为四边形，且所述两个区域有重叠部分，其具体实施方法为：

区域一，首先将带有等间距标记点的标定板置于平台上；然后通过传感器采集标定板上任意位置构成的四边形的顶点s1，s2，s3以及s4处的坐标值，记为：(x_s1，y_s1)、(x_s2，y_s2)、(x_s3，y_s3)、(x_s4，y_s4)；

然后根据图形相似变换模型计算出所述四边形的尺寸涨缩变化量，具体方法为：图形相似变换中的旋转角为α，四个顶点x轴方向的涨缩量为(s1_x，s2_x，s3_x，s4_x)，y轴方向的涨缩量为(s1_y，s2_y，s3_y，s4_y)，x轴方向的平移量为(t1_x，t2_x，t3_x，t4_x)，y轴方向的平移量为(t1_y，t2_y，t3_y，t4_y)；

步骤1，将所述传感器采集标定板上任意位置四边形的顶点坐标值带入转换公式中，得：

上式中，(x_c1，y_c1)、(x_c2，y_c2)、(x_c3，y_c3)、(x_c4，y_c4)表示(x_s1，y_s1)、(x_s2，y_s2)、(x_s3，y_s3)、(x_s4，y_s4)对应的理论值，即为标定板上各个标定点的原始坐标；如：默认标定板左下角的图形标定点坐标为原点(0,0)，那么其他标定点相对于原点的相对位置关系即为各标定点的理论坐标值；

步骤2，将步骤1中的方程计算后得到：

步骤3，根据步骤2中的方程，使用高斯牛顿迭代法求解出旋转角、x轴方向的涨缩量、y轴方向的涨缩量、x轴方向的平移量以及y轴方向的平移量，即求出所述四边形的尺寸涨缩变化量；

最后根据所述尺寸涨缩变化量对直写曝光机系统进行误差校正和补偿；

区域二，首先将带有等间距标记点的标定板置于平台上；然后通过传感器采集标定板上任意位置构成的四边形的顶点s4，s5，s6以及s7处的坐标值，记为：(x_s4，y_s4)、(x_s5，y_s5)、(x_s6，y_s6)、(x_s7，y_s7)；

然后根据图形相似变换模型计算出所述四边形的尺寸涨缩变化量，具体方法为：图形相似变换中的旋转角为α，四个顶点x轴方向的涨缩量为(s4_x，s5_x，s6_x，s7_x)，y轴方向的涨缩量为(s4_y，s5_y，s6_y，s7_y)，x轴方向的平移量为(t4_x，t5_x，t6_x，t7_x)，y轴方向的平移量为(t4_y，t5_y，t6_y，t7_y)；

步骤1，将所述传感器采集标定板上任意位置四边形的顶点坐标值带入转换公式中，得：

上式中，(x_c4，y_c4)、(x_c5，y_c5)、(x_c6，y_c6)、(x_c7，y_c7)表示(x_s4，y_s4)、(x_s5，y_s5)、(x_s6，y_s6)、(x_s7，y_s7)对应的理论值，即为标定板上各个标定点的原始坐标；如：默认标定板左下角的图形标定点坐标为原点(0,0)，那么其他标定点相对于原点的相对位置关系即为各标定点的理论坐标值；

步骤2，将步骤1中的方程计算后得到：

步骤3，根据步骤2中的方程，使用高斯牛顿迭代法求解出旋转角、x轴方向的涨缩量、y轴方向的涨缩量、x轴方向的平移量以及y轴方向的平移量，即求出所述四边形的尺寸涨缩变化量；

最后根据所述尺寸涨缩变化量对直写曝光机系统进行误差校正和补偿；

因为区域二和区域一有重叠部分，使区域二的图形相似变换准确率更高，最终提高了产品质量。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (10)

1.直写曝光机中基于标定板的误差校正和补偿方法，其特征在于，首先采集标定板上至少一个任意区域的顶点坐标值；然后根据图形相似变换模型以及顶点坐标值确定该顶点坐标值对应区域的尺寸涨缩变化量，最后根据所述尺寸涨缩变化量对直写曝光机系统进行误差校正和补偿。

2.根据权利要求1所述的直写曝光机中基于标定板的误差校正和补偿方法，其特征在于，所述区域为多个，所有区域覆盖整个标定板。

3.根据权利要求2所述的直写曝光机中基于标定板的误差校正和补偿方法，其特征在于，所述任意相邻的两个区域有重叠部分。

4.根据权利要求1所述的直写曝光机中基于标定板的误差校正和补偿方法，其特征在于，所述采集标定板上至少一个任意区域的顶点坐标值，具体为：将带有等间距标记点的标定板置于平台上，通过传感器采集标定板上任意位置构成图形的顶点坐标值。

5.根据权利要求1所述的直写曝光机中基于标定板的误差校正和补偿方法，其特征在于，根据图形相似变换模型和顶点坐标值确定该顶点坐标值对应区域的尺寸涨缩变化量，具体通过以下步骤实现：顶点坐标值为(x_s1，y_s1)、(x_s2，y_s2)……(x_sn，y_sn)，图形相似变换中的旋转角为α，每个顶点x轴方向的涨缩量为(s1_x，s2_x……sn_x)，y轴方向的涨缩量为(s1_y，s2_y……sn_y)，x轴方向的平移量为(t1_x，t2_x……tn_x)，y轴方向的平移量为(t1_y，t2_y……tn_y)；

步骤1，将所述传感器采集标定板上任意位置构成图形的顶点坐标值带入转换公式中，得：

$\left(\begin{array}{c}{x}_{s1}\\ y_{s1}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}cos\mathrm{\α}& -sin\mathrm{\α}\\ \sin \mathrm{\α}& \cos \mathrm{\α}\end{array}\right)\left(\begin{array}{cc}s{1}_x& 0\\ 0& s{1}_y\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{x}_{c1}\\ y_{c1}\end{array}\right)+\left(\begin{array}{c}t{1}_x\\ t{1}_y\end{array}\right)---\left(1\right)$

$\begin{array}{c}\left(\begin{array}{c}{x}_{s2}\\ y_{s2}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}cos\mathrm{\α}& -sin\mathrm{\α}\\ \sin \mathrm{\α}& \cos \mathrm{\α}\end{array}\right)\left(\begin{array}{cc}s{2}_x& 0\\ 0& s{2}_y\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{x}_{c2}\\ y_{c2}\end{array}\right)+\left(\begin{array}{c}t{2}_x\\ t{2}_y\end{array}\right)---\left(2\right)\\ \mathrm{......}\\ \left(\begin{array}{c}{x}_{sn}\\ y_{sn}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}cos\mathrm{\α}& -sin\mathrm{\α}\\ \sin \mathrm{\α}& \cos \mathrm{\α}\end{array}\right)\left(\begin{array}{cc}{\mathrm{sn}}_x& 0\\ 0& {\mathrm{sn}}_y\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{x}_{cn}\\ y_{cn}\end{array}\right)+\left(\begin{array}{c}{\mathrm{tn}}_x\\ {\mathrm{tn}}_y\end{array}\right)---\left(3\right)\end{array}$

上式中，(x_c1，y_c1)、(x_c2，y_c2)……(x_cn，y_cn)表示(x_s1，y_s1)、(x_s2，y_s2)……(x_sn，y_sn)对应的理论值，即为标定板上各个标定点的原始坐标。

步骤2，将步骤1中的方程(1)～(3)计算后得到：

$\begin{array}{c}\left(\begin{array}{c}{x}_{s1}\\ y_{s1}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}s{1}_x{x}_{c1}\cos \mathrm{\α}-s{1}_y{y}_{c1}\sin \mathrm{\α}+t{1}_x\\ s{1}_x{x}_{c1}\sin \mathrm{\α}+s{1}_y{y}_{c1}\cos \mathrm{\α}+t{1}_y\end{array}\right)---\left(4\right)\\ \left(\begin{array}{c}{x}_{s2}\\ y_{s2}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}s{2}_x{x}_{c2}\cos \mathrm{\α}-s{2}_y{y}_{c2}\sin \mathrm{\α}+t{2}_x\\ s{2}_x{x}_{c2}\sin \mathrm{\α}+s{2}_y{y}_{c2}\cos \mathrm{\α}+t{2}_y\end{array}\right)---\left(5\right)\\ \mathrm{......}\\ \left(\begin{array}{c}{x}_{s4}\\ y_{s4}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}s{4}_x{x}_{c4}\cos \mathrm{\α}-s{4}_y{y}_{c4}\sin \mathrm{\α}+t{4}_x\\ s{4}_x{x}_{c4}\sin \mathrm{\α}+s{4}_y{y}_{c4}\cos \mathrm{\α}+t{4}_y\end{array}\right)---\left(6\right)\end{array}$

步骤3，根据步骤2中(4)～(6)，使用高斯牛顿迭代法求解出旋转角、x轴方向的涨缩量、y轴方向的涨缩量、x轴方向的平移量以及y轴方向的平移量，即求出所述区域的尺寸涨缩变化量。

6.一种直写曝光机装置，其特征在于，包括相互连接且成角度的标定板和镜头板，所述标定板上设置有传感器。

7.根据权利要求6所述的一种直写曝光机装置，其特征在于，所述标定板上设置有等间距的标定点。

8.根据权利要求7所述的一种直写曝光机装置，其特征在于，所述镜头板上设置有多个镜头。

9.根据权利要求6-8任一项所述的一种直写曝光机装置，其特征在于，所述传感器为电荷藕合器件图像传感器。

10.根据权利要求6-8任一项所述的一种直写曝光机装置，其特征在于，所述传感器设置有多个，用于采集多个顶点的坐标值。