CN108955535B - 锡膏印刷机标定及对准方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种锡膏印刷机标定及对准方法，其包括以下步骤：第一步：锡膏印刷机标定：建立标定坐标系并得到标定坐标系中的坐标每变化一个单位时平台对应的运动量；第二步：测量粗对位位置：计算轨道中心点与挡钢网气缸中心位置之间的距离；第三步：示教标记点：确定钢网示教位置和PCB示教位置的坐标；第四步：印刷前对准：载入PCB后，分别计算钢网和PCB上标记点的重心坐标，从而计算二者的坐标偏差量，结合标定坐标系中的坐标每变化一个单位时平台对应的运动量得出平台需要移动的总运动量，从而基于总运动量驱动平台移动。本发明基于机器视觉技术，可以实现锡膏印刷机的自动标定和对准，其精度和效率均较高，且无需人工干预。

Description

锡膏印刷机标定及对准方法

技术领域

本发明属于机器视觉自动化技术领域，具体涉及一种表面贴装行业中使用的锡膏印刷机的标定及对准方法。

背景技术

传统的锡膏印刷机是基于量具测量后，将测量的数据输入软件，从而不断调整PCB到精确的位置而达到对准目的的，操作复杂且精度完全依赖机械零件精度和装配精度。随着设备的长期运行，机械部件的损耗，而逐渐失去印刷精度，此时需要有经验的操作工凭经验来判断，重新调整设备。因此，对锡膏印刷机的调整精度较低导致印刷精度较低，且需要大量人工操作，效率较低。

发明内容

本发明的目的是提供一种无需人工干预，可以自动进行对位从而可以提高印刷精度的锡膏印刷机标定及对准方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种锡膏印刷机标定及对准方法，用于标定锡膏印刷机并在印刷时对准钢网和PCB，所述锡膏印刷机标定及对准方法包括以下步骤：

第一步：锡膏印刷机标定：

1a、预备第一标定板和第二标定板，所述第一标定板和所述第二标定板上分别标记有等距点阵，且所述第一标定板上的等距点阵的点直径/点间距与所述第二标定板上的等距点阵的点直径/点间距不同；

1b、在所述锡膏印刷机的平台及其上方的钢网之间设置相机，将所述第一标定板放置在所述平台上并将所述平台上升至所述相机的视觉高度位置，调整所述第一标定板的角度，每调整一次所述第一标定板的角度即利用所述相机拍摄一次所述第一标定板上，多次拍摄后利用张正友方法计算出所述相机的内参；

1c、将所述第二标定板放置在所述平台上并将所述平台上升至所述相机的视觉高度，确定所述第二标定板上的等距点阵中的任意一点的位置为起始位置；

1d、移动所述相机使其由所述起始位置开始拍逐次拍摄所述第二标定板上的等距点阵中的各点，计算出各点的外参而建立标定坐标系；

1e、再将所述第一标定板放置在所述平台上，确定所述第一标定板上的等距点阵中的任意一点为起始点，将所述相机移动至对准所述起始点并拍摄所述起始点，基于由所述第二标定板所确定的各点的外参而计算所述起始点的外参；

1f、保持所述相机不动，控制所述平台移动和转动，每移动或转动一次所述平台即利用所述相机拍摄一次所述起始点并计算所述起始点的外参，从而得到所述标定坐标系中的坐标每变化一个单位时所述平台对应的运动量；

第二步：测量粗对位位置：

2a、移动所述相机使其对准所述锡膏印刷机的轨道中心点，拍摄所述轨道中心点并计算其在所述标定坐标系中的位置；

2b、移动所述相机使其对准所述锡膏印刷机的挡钢网气缸中心位置，拍摄所述挡钢网气缸中心位置并计算其在所述标定坐标系中的位置；

2c、计算所述轨道中心点与所述挡钢网气缸中心位置之间的距离；

第三步：示教标记点：

3a、基于所述轨道中心点与所述挡钢网气缸中心位置之间的距离控制所述平台移动而载入示教PCB，使所述示教PCB停止在由所述挡钢网气缸中心位置确定的粗对位位置；

3b、移动所述相机，使所述相机找到对应所述钢网上的标记点的位置并拍摄所述钢网、使所述相机找到对应所述示教PCB上的标记点的位置并拍摄所述示教PCB，计算钢网上的标记点的重心在所述标定坐标系中的坐标并将所述钢网上的标记点的重心的坐标对应位置作为钢网示教位置，计算所述示教PCB上的标记点的重心在所述标定坐标系中的坐标并将所述示教PCB上的标记点的重心的坐标对应位置作为PCB示教位置；

第四步：印刷前对准：

4a、当需要利用所述锡膏印刷机印刷PCB时，基于所述轨道中心点与所述挡钢网气缸中心位置之间的距离控制所述平台移动而载入待印刷的所述PCB，使所述PCB停止在所述粗对位位置；

4b、移动所述相机至所述钢网示教位置，拍摄所述钢网并计算出所述钢网上的标记点的重心在所述标定坐标系中的坐标；移动所述相机至所述PCB示教位置，拍摄所述PCB并计算出所述PCB上的标记点的重心在所述标定坐标系中的坐标；

4c、计算所述钢网上的标记点的重心与所述PCB上的标记点的重心在所述标定坐标系中的坐标偏差量，结合所述标定坐标系中的坐标每变化一个单位时所述平台对应的运动量得出所述平台需要移动的总运动量，从而基于所述总运动量驱动所述平台移动，完成所述钢网与待印刷的所述PCB在印刷前的对准。

优选的，所述第一标定板、所述第二标定板均为玻璃板，且所述第一标定板的面积小于所述第二标定板的面积。

优选的，所述第一标定板上的等距点阵中，点直径为1mm，点间距为2mm，所述第二标定板上的等距点阵中，点直径为2mm，点间距为5mm。

所述1c中，将所述第二标定板放置在所述平台上后需调整所述平台的平面度至设定的限定值以内，再将所述平台上升至所述相机的视觉高度。

所述3b中，所述相机基于所述钢网的对角线上的标记点而找到对应位置，所述相机基于所述示教PCB的对角线上的标记点而找到对应位置。

所述3b中，拍摄所述钢网和所述示教PCB后，通过边图像缘检测方法找到所述钢网上标记点的边缘和所述示教PCB上标记点的边缘，从而分别计算所述钢网上标记点的重心在所述标定坐标系中的坐标和所述示教PCB上标记点的重心在所述标定坐标系中的坐标。

所述4b中，拍摄所述钢网后通过图像边缘检测方法找到所述钢网上标记点的边缘从而计算所述钢网上的标记点的重心在所述标定坐标系中的坐标，拍摄所述后通过图像边缘检测方法找到所述PCB上标记点的边缘从而计算所述PCB上的标记点的重心在所述标定坐标系中的坐标。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明基于机器视觉技术，可以实现锡膏印刷机的自动标定和对准，其精度和效率均较高，且无需人工干预。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步描述。

实施例一：锡膏印刷机包括具有导轨而能够移动的平台，在平台上方设置印刷用的钢网，则当待印刷的PCB放置到平台上后，在其与钢网对准的情况下即可利用钢网进行印刷。

一种用于标定锡膏印刷机并在印刷时对准钢网和PCB的锡膏印刷机标定及对准方法，包括以下步骤：

第一步：锡膏印刷机标定：

通过该第一步，可以在锡膏印刷机上建立一套标定坐标系，并确定锡膏印刷机的平台运动量与该标定坐标系的对应关系。该第一步包括以下几步：

1a、预备第一标定板和第二标定板，通常第一标定板、第二标定板均为玻璃板，且第一标定板的面积小于第二标定板的面积。第一标定板和第二标定板上分别标记有等距点阵，且第一标定板上的等距点阵的点直径/点间距与第二标定板上的等距点阵的点直径/点间距不同。例如，第一标定板上的等距点阵中，点直径为1mm，点间距为2mm，第二标定板上的等距点阵中，点直径为2mm，点间距为5mm。

1b、在锡膏印刷机的平台及其上方的钢网之间设置相机，该相机具有的带动其移动的移动机构。将第一标定板放置在平台上并将平台上升至相机的视觉高度位置（相机的视觉高度位置指相机的焦距所在位置，便于相机进行清晰地拍摄），调整第一标定板的角度，每调整一次第一标定板的角度即利用相机拍摄一次第一标定板上，多次拍摄后利用张正友方法计算出相机的内参，计算出的相机的内参记录在标定文件中。

1c、将第二标定板放置在平台上，调整平台的平面度至设定的限定值（例如0.05mm）以内，再将平台上升至相机的视觉高度，确定第二标定板上的等距点阵中的任意一点的位置为起始位置。

1d、移动相机使其由起始位置开始拍逐次拍摄第二标定板上的等距点阵中的各点，计算出各点的外参而建立标定坐标系，各点的外参以及所建立的标定坐标系均记录在标定文件中。

1e、再将第一标定板放置在平台上，通常在中心位置，确定第一标定板上的等距点阵中的任意一点为起始点，将相机移动至对准起始点并拍摄起始点，基于由第二标定板所确定的各点的外参而计算起始点的外参。

1f、保持相机不动，控制平台移动和转动，每移动或转动一次平台即利用相机拍摄一次起始点并计算起始点的外参，从而得到标定坐标系中的坐标每变化一个单位时平台对应的运动量，记录在标定文件中。

第二步：测量粗对位位置：

通过该第二步可以确定PCB的粗对位位置，其包括以下几步：

2a、移动相机使其对准锡膏印刷机的轨道中心点，拍摄轨道中心点并计算其在标定坐标系中的位置，该轨道中心点即印刷前载入PCB时平台的起始位置。

2b、移动相机使其对准锡膏印刷机的挡钢网气缸中心位置，拍摄挡钢网气缸中心位置并计算其在标定坐标系中的位置，该挡钢网气缸中心位置即印刷前载入PCB时的终点位置。

2c、计算轨道中心点与挡钢网气缸中心位置之间的距离，从而使得平台在载入PCB时可以依据轨道中心点与挡钢网气缸中心位置之间的距离进行初步载入定位。

第三步：示教标记点：

通过该第三步可以确定出可以用于拍摄标记点的位置，其包括以下几步：

3a、基于轨道中心点与挡钢网气缸中心位置之间的距离控制平台移动而载入示教PCB，使示教PCB停止在由挡钢网气缸中心位置确定的粗对位位置。

3b、移动相机，使相机找到对应钢网上的标记点的位置并拍摄钢网、使相机找到对应示教PCB上的标记点的位置并拍摄示教PCB，这里所基于的钢网或示教PCB上的标记点通常为给自对角线上的一对标记点，即相机基于钢网的对角线上的标记点而找到对应位置，相机基于示教PCB的对角线上的标记点而找到对应位置，且钢网上的标记点与示教PCB上的标记点应是一对对应用来对位的标记点。通过边图像缘检测方法找到钢网上标记点的边缘，计算钢网上的标记点的重心在标定坐标系中的坐标并将钢网上的标记点的重心的坐标对应位置作为钢网示教位置；通过边图像缘检测方法找到示教PCB上标记点的边缘，计算示教PCB上的标记点的重心在标定坐标系中的坐标并将示教PCB上的标记点的重心的坐标对应位置作为PCB示教位置。以上计算出的各坐标记录在标定文件中。

第四步：印刷前对准：

通过该第四步可以将待印刷的PCB与钢网相对准，其包括以下几步：

4a、当需要利用锡膏印刷机印刷PCB时，基于轨道中心点与挡钢网气缸中心位置之间的距离控制平台移动而载入待印刷的PCB，使PCB停止在粗对位位置。此时，钢网与PCB并未完全对准，需进一步调整PCB的位置。

4b、移动相机至钢网示教位置，拍摄钢网，通过图像边缘检测方法找到钢网上标记点的边缘，计算出钢网上的标记点的重心在标定坐标系中的坐标。移动相机至PCB示教位置，拍摄PCB，通过图像边缘检测方法找到PCB上标记点的边缘，计算出PCB上的标记点的重心在标定坐标系中的坐标。

4c、计算钢网上的标记点的重心与PCB上的标记点的重心在标定坐标系中的坐标偏差量，结合第一步中计算出的标定坐标系中的坐标每变化一个单位时平台对应的运动量而得出平台需要移动的总运动量，从而基于总运动量驱动平台移动，完成钢网与待印刷的PCB在印刷前的对准。此时即可利用钢网印刷PCB了。

当印刷完PCB后，还可以基于某一焊盘而判断锡膏的实际印刷位置与目标位置的偏差，将其作为对准补偿的参数之一。

以上方案基于传统的锡膏印刷机的各种问题，利用机器视觉技术，自动测量出各机械位置，只需要在软件中输入PCB尺寸和钢网的尺寸，利用气缸准确定位，并锁定钢网，自动补偿修正机械零件和装配的误差，并随着设备的长期运行，通过SPI的检测反馈数值，自动修正补偿的系数，无需任何人工干预，便可实现高精度的锡膏印刷。其有益效果在于：1、自动补偿机械误差；2、所有机械测量数据由机器视觉自动来完成，无需任何量具；3、可以一边生产，一边修正印刷误差。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种锡膏印刷机标定及对准方法，用于标定锡膏印刷机并在印刷时对准钢网和PCB，其特征在于：所述锡膏印刷机标定及对准方法包括以下步骤：

第一步：锡膏印刷机标定：

1a、预备第一标定板和第二标定板，所述第一标定板和所述第二标定板上分别标记有等距点阵，且所述第一标定板上的等距点阵的点直径/点间距与所述第二标定板上的等距点阵的点直径/点间距不同；

1b、在所述锡膏印刷机的平台及其上方的钢网之间设置相机，将所述第一标定板放置在所述平台上并将所述平台上升至所述相机的视觉高度位置，调整所述第一标定板的角度，每调整一次所述第一标定板的角度即利用所述相机拍摄一次所述第一标定板上，多次拍摄后利用张正友方法计算出所述相机的内参；

1c、将所述第二标定板放置在所述平台上并将所述平台上升至所述相机的视觉高度，确定所述第二标定板上的等距点阵中的任意一点的位置为起始位置；

1d、移动所述相机使其由所述起始位置开始拍逐次拍摄所述第二标定板上的等距点阵中的各点，计算出各点的外参而建立标定坐标系；

1e、再将所述第一标定板放置在所述平台上，确定所述第一标定板上的等距点阵中的任意一点为起始点，将所述相机移动至对准所述起始点并拍摄所述起始点，基于由所述第二标定板所确定的各点的外参而计算所述起始点的外参；

1f、保持所述相机不动，控制所述平台移动和转动，每移动或转动一次所述平台即利用所述相机拍摄一次所述起始点并计算所述起始点的外参，从而得到所述标定坐标系中的坐标每变化一个单位时所述平台对应的运动量；

第二步：测量粗对位位置：

2a、移动所述相机使其对准所述锡膏印刷机的轨道中心点，拍摄所述轨道中心点并计算其在所述标定坐标系中的位置；

2b、移动所述相机使其对准所述锡膏印刷机的挡钢网气缸中心位置，拍摄所述挡钢网气缸中心位置并计算其在所述标定坐标系中的位置；

2c、计算所述轨道中心点与所述挡钢网气缸中心位置之间的距离；

第三步：示教标记点：

3a、基于所述轨道中心点与所述挡钢网气缸中心位置之间的距离控制所述平台移动而载入示教PCB，使所述示教PCB停止在由所述挡钢网气缸中心位置确定的粗对位位置；

3b、移动所述相机，使所述相机找到对应所述钢网上的标记点的位置并拍摄所述钢网、使所述相机找到对应所述示教PCB上的标记点的位置并拍摄所述示教PCB，计算钢网上的标记点的重心在所述标定坐标系中的坐标并将所述钢网上的标记点的重心的坐标对应位置作为钢网示教位置，计算所述示教PCB上的标记点的重心在所述标定坐标系中的坐标并将所述示教PCB上的标记点的重心的坐标对应位置作为PCB示教位置；

第四步：印刷前对准：

4a、当需要利用所述锡膏印刷机印刷PCB时，基于所述轨道中心点与所述挡钢网气缸中心位置之间的距离控制所述平台移动而载入待印刷的所述PCB，使所述PCB停止在所述粗对位位置；

4b、移动所述相机至所述钢网示教位置，拍摄所述钢网并计算出所述钢网上的标记点的重心在所述标定坐标系中的坐标；移动所述相机至所述PCB示教位置，拍摄所述PCB并计算出所述PCB上的标记点的重心在所述标定坐标系中的坐标；

4c、计算所述钢网上的标记点的重心与所述PCB上的标记点的重心在所述标定坐标系中的坐标偏差量，结合所述标定坐标系中的坐标每变化一个单位时所述平台对应的运动量得出所述平台需要移动的总运动量，从而基于所述总运动量驱动所述平台移动，完成所述钢网与待印刷的所述PCB在印刷前的对准。

2.根据权利要求1所述的锡膏印刷机标定及对准方法，其特征在于：所述第一标定板、所述第二标定板均为玻璃板，且所述第一标定板的面积小于所述第二标定板的面积。

3.根据权利要求1所述的锡膏印刷机标定及对准方法，其特征在于：所述第一标定板上的等距点阵中，点直径为1mm，点间距为2mm，所述第二标定板上的等距点阵中，点直径为2mm，点间距为5mm。

4.根据权利要求1所述的锡膏印刷机标定及对准方法，其特征在于：所述1c中，将所述第二标定板放置在所述平台上后需调整所述平台的平面度至设定的限定值以内，再将所述平台上升至所述相机的视觉高度。

5.根据权利要求1所述的锡膏印刷机标定及对准方法，其特征在于：所述3b中，所述相机基于所述钢网的对角线上的标记点而找到对应位置，所述相机基于所述示教PCB的对角线上的标记点而找到对应位置。

6.根据权利要求1所述的锡膏印刷机标定及对准方法，其特征在于：所述3b中，拍摄所述钢网和所述示教PCB后，通过边图像缘检测方法找到所述钢网上标记点的边缘和所述示教PCB上标记点的边缘，从而分别计算所述钢网上标记点的重心在所述标定坐标系中的坐标和所述示教PCB上标记点的重心在所述标定坐标系中的坐标。

7.根据权利要求1所述的锡膏印刷机标定及对准方法，其特征在于：所述4b中，拍摄所述钢网后通过图像边缘检测方法找到所述钢网上标记点的边缘从而计算所述钢网上的标记点的重心在所述标定坐标系中的坐标，拍摄所述后通过图像边缘检测方法找到所述PCB上标记点的边缘从而计算所述PCB上的标记点的重心在所述标定坐标系中的坐标。