CN109484012A - 一种带视觉检测的直写式丝网印刷系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种带视觉检测的直写式丝网印刷系统及方法，包括主机、运动系统、光源驱动控制器(LSC)、光源(LS)、可编程数据控制器(PDC)、空间光调制器(SLM)、主动聚焦模块(AF)、光学镜头、位置误差修正模块、通信模块以及视觉检测模块（MV）；所述运动系统由步进平台、扫描平台以及平台驱动器组成，其中平台驱动器与主机相连并驱动步进平台和扫描平台运动。本发明提能够在对网版进行曝光直写之前自动检查网版上的各种缺陷，避免有缺陷的网版流入下一个环节，因而造成经济上的损失。

Description

一种带视觉检测的直写式丝网印刷系统及方法
技术领域
本发明涉及印刷技术领域，尤其涉及一种带视觉检测的直写式丝网印刷系统及方法。
背景技术
传统的丝网制版工艺，需要通过晒板机使用菲林进行制版。菲林与早期的照相机底片类似。使用菲林进行制版流程如下：将带有图像的菲林贴在已涂敷感光胶的丝网网版上，使用汞灯照射菲林，菲林上有图形部分可以透射光线，使网版的感光胶感光，将感光的网版进行显影，显影之后未感光的部分会被显影液溶解，从而在网版上形成图形。
利用菲林进行制版存在成本高、精度差、幅面有限等缺点。近年来，直写式直接制版技术逐步取代了传统的利用菲林进行曝光的工艺，大幅度降低了丝网印刷的成本，提高了印刷效率，同时也提高了印刷精度。但是目前市场上的直写式直接制版系统依然存在一个比较严重的问题：未对待加工的网版进行检测，导致存在砂眼、针孔、异物等缺陷的网版流到生产环节，从而造成不必要的经济损失。
发明内容
本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种带视觉检测的直写式丝网印刷系统及方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种带视觉检测的直写式丝网印刷系统，包括有底座、龙门、步进平台和扫描平台，所述的步进平台和扫描平台分别通过直线电机一和直线电机二做直线运动，所述的龙门包括有龙门支架和龙门横梁，龙门支架垂直的固定在所述的底座上，龙门横梁连接在龙门支架的顶端，所述的步进平台固定在底座上且位于龙门横梁的下方，步进方向与龙门横梁垂直，在步进平台上设有网版固定夹具，在步进平台上通过网版固定夹具固定有网版，所述的扫描平台固定于龙门横梁上，在扫描平台上安装有光学系统和视觉检测模块，所述的光学系统包括有光源模组、光学镜头和主动聚焦模块，所述的视觉检测模块包括有相机和光源，还包括有主机、通信模块、平台驱动器、光源控制模块、光源控制器、可编程数字控制器、空间光调制器和位置误差修正模块，所述的主机的输出端与平台驱动器的输入端连接，平台驱动器的输出端分别驱动步进平台和扫描平台运动，所述的主机通过通信模块分别与光源控制模块、主动聚焦模块和光源控制器的输入端连接，光源控制模块的输出端与光源模组连接，主动聚焦模块的输出端与光学镜头连接，光源控制器的输出端与光源连接，主机还分别与相机和可编程数字控制器的输入端连接，可编程数字控制器的输出端与空间光调制器的输入端连接，扫描平台还与位置误差修正模块的输入端连接，位置误差修正模块的输出端与可编程数字控制器的输入端连接。
所述的光源模组是激光器或LED灯。
所述的可编程数字控制器是由随机存储器、现场可编程门阵列及空间光调制器控制芯片组成的。
所述的空间光调制器控制芯片为数字光处理芯片。
所述的空间光调制器为数字微镜器件。
所述的主动聚焦模块由高速电机、距离传感器和主动聚焦控制器组成的，高速电机和距离传感器分别与主动聚焦控制器连接，主动聚焦模块根据距离传感器测量到的到曝光面的距离实时调节曝光镜头的距离，保证曝光面在曝光镜头的焦深范围内，高速电机就是带着z轴上下移动。
所述光源控制模块控制所述光源模组的开关状态以及光强；
所述可编程数据控制器与主机直接相连，在主机的控制下驱动空间光调制器完成曝光任务；
所述主动聚焦模块控制光学镜头与网版间的距离；
所述位置误差修正模块接收扫描平台发出的实时位置信号，对实时位置信号进行修正得到精确位置信号并将精确位置信号输出至可编程数据控制器；
所述通信模块上行与主机相连，下行与光源驱动控制器以及主动聚焦模块分别相连。
所述视觉检测模块检测网版上是否存在针孔、砂眼、异物等缺陷；
其中，所述主机是个人计算机、服务器或工控机中的一种。
其中，所述步进平台承载网版并带动网版运动，所述扫描平台承载主动聚焦模块和光学镜头并带动主动聚焦模块和光学镜头运动。
一种带视觉检测的直写式丝网印刷方法，具体步骤如下：
（1）网版准备：主机向平台驱动器发出指令，平台驱动器驱动步进平台移动到上版位置，由人工或自动上板装置将网版放置到步进平台上，再由设于步进平台的网版固定夹具对网版进行固定；
(2)视觉检测：主机控制平台驱动器驱动步进平台和扫描平台移动到待扫描区域起始点，控制视觉检测模块从起始点开始对网版进行视觉检测，如果网版有缺陷则停止工作并通知操作员取走网版，如果网版没有缺陷则继续下面的步骤；
(3)版图发送：主机将版图发送给可编程数字控制器，同时向可编程数字控制器发出关闭空间光调制器指令；
(4)曝光准备：主机根据版图大小和网版大小计算出初始曝光点位置，然后控制平台驱动器驱动步进平台和扫描平台移动到初始曝光点位置；
(5)启动主动聚焦：主动聚焦模块经由通信模块接收主机下发的指令，开始进行主动聚焦操作；
(6)版图就绪信号及图形生成：可编程数字控制器接收版图并准备就绪后，向主机发出版图就绪信号，表示可以开始曝光，之后可编程数字控制器依据版图发送步骤中接收的版图，持续地按空间光调制器的宽度生成图形数据；
(7)打开光源模组：光源驱动控制模块经由通信模块接受主机下发的指令，打开光源模组；
(8)正方向的单次扫描：平台驱动器接受主机发出的控制指令，驱动扫描平台按指定速度匀速运动到单次扫描的结束位置，扫描过程中，扫描平台持续向位置误差修正模块反馈位置信号，位置误差修正模块对接收到的位置信号进行修正得到精确位置信号，并输出精确位置信号至可编程数字控制器，可编程数字控制器根据接收的精确位置信号控制空间光调制器在指定位置投射相应图案；
(9)步进移动：平台驱动器接受主机发出的控制指令，驱动步进平台向待曝光区域移动空间光调制器有效扫描宽度的距离；
(10)反方向的单次扫描：平台驱动器接受主机发出的控制指令，驱动扫描平台按指定速度反方向匀速运动到反方向的结束位置，扫描过程中，扫描平台持续向位置误差修正模块反馈位置信号，位置误差修正模块对接收到的位置信号进行修正得到精确位置信号，并输出精确位置信号至可编程数字控制器，可编程数字控制器根据接收的精确位置信号控制空间光调制器在指定位置投射相应图案；
(11)步进移动：平台驱动器接受主机发出的控制指令，驱动步进平台向待曝光区域移动空间光调制器有效扫描宽度的距离；
(12)重复步骤(8)-步骤(11)，直至所有图形均被转移，曝光过程完成。
所述的启动主动聚焦的过程如下：主动聚焦模块中的距离传感器实时测量镜头到网版间的距离，当所述距离的值超过镜头的误差范围时，主动聚焦模块中的主动聚焦控制器上下移动主动聚焦模块中的高速电机，使得镜头的焦面保持在网版平面上。
本发明的优点是：本发明提能够在对网版进行曝光直写之前自动检查网版上的各种缺陷，避免有缺陷的网版流入下一个环节，因而造成经济上的损失。
附图说明
图1是本发明工作原理框图。
图2是本发明的结构示意图。
图3是本发明的立体结构示意图。
图4是应用本发明的带视觉检测的直写式丝网制版系统在网版上进行图形曝光的方法图。
图5是本发明提供的带视觉检测的直写式丝网制版系统视觉系统工作流程图。
图6为位置误差修正模块内部硬件结构图。
具体实施方式
如图1、2、3所示，一种带视觉检测的直写式丝网印刷系统，包括有底座19、龙门2、步进平台17和扫描平台18，所述的步进平台和扫描平台分别通过直线电机一和直线电机二做直线运动，所述的龙门2包括有龙门支架20和龙门横梁21，龙门支架20垂直的固定在所述的底座19上，龙门横梁21连接在龙门支架20的顶端，所述的步进平台17固定在底座19上且位于龙门横梁21的下方，步进方向与龙门横梁21垂直，在步进平台17上设有网版固定夹具，在步进平台上通过网版固定夹具固定有网版22，所述的扫描平台18固定于龙门横梁21上，在扫描平台18上安装有光学系统14和视觉检测模块15，所述的光学系统包括有光源模组4、光学镜头6和主动聚焦模块5，所述的视觉检测模块15包括有相机9和光源8，还包括有主机1、通信模块13、平台驱动器16、光源控制模块3、光源控制器7、可编程数字控制器10、空间光调制器11和位置误差修正模块12，所述的主机1的输出端与平台驱动器16的输入端连接，平台驱动器16的输出端分别驱动步进平台17和扫描平台18运动，所述的主机1通过通信模块13分别与光源控制模块3、主动聚焦模块5和光源控制器7的输入端连接，光源控制模块3的输出端与光源模组4连接，主动聚焦模块5的输出端与光学镜头6连接，光源控制器7的输出端与光源8连接，主机1还分别与相机9和可编程数字控制器10的输入端连接，可编程数字控制器10的输出端与空间光调制器11的输入端连接，扫描平台18还与位置误差修正模块12的输入端连接，位置误差修正模块12的输出端与可编程数字控制器10的输入端连接。
所述的光源模组4是激光器或LED灯。
所述的可编程数字控制器10是由随机存储器、现场可编程门阵列及空间光调制器控制芯片组成的。
所述的空间光调制器11控制芯片为数字光处理芯片。
所述的空间光调制器11为数字微镜器件。
所述的主动聚焦模块5由高速电机、距离传感器和主动聚焦控制器组成的。
所述光源控制模块3控制所述光源模组的开关状态以及光强；
所述可编程数据控制器10与主机直接相连，在主机的控制下驱动空间光调制器完成曝光任务；
所述主动聚焦模块5控制光学镜头与网版间的距离；
所述位置误差修正模块12接收扫描平台发出的实时位置信号，对实时位置信号进行修正得到精确位置信号并将精确位置信号输出至可编程数据控制器；
所述通信模块13上行与主机相连，下行与光源驱动控制器以及主动聚焦模块分别相连。
所述视觉检测模块15检测网版上是否存在针孔、砂眼、异物等缺陷；
其中，所述主机1是个人计算机、服务器或工控机中的一种。
其中，所述步进平台17承载网版并带动网版运动，所述扫描平台18承载主动聚焦模块5和光学镜头并带动主动聚焦模块5和光学镜头运动。
位置误差修正模块通过补偿平台在运动过程中产生的绝对定位误差来保证平台运动精度，其硬件结构如图6所示：
其中内存单元存23储通过标定得到的MAPPING数据，逻辑计算单元24根据MAPPING数据将平台信号转换为PSO信号。该技术目前已经应用在曝光设备上。
所述的步进平台和扫描平台均是通过直线电机实现直线移动的，所述的平台驱动器为电机驱动器，电机驱动器分别与两个直线电机连接。
如图4、5所示，一种带视觉检测的直写式丝网印刷方法，具体步骤如下：
（1）网版准备：主机1向平台驱动器发出指令，平台驱动器驱动步进平台17移动到上版位置，由人工或自动上板装置将网版放置到步进平台17上，再由设于步进平台17的网版固定夹具对网版进行固定；
(2)视觉检测：主机1控制平台驱动器驱动步进平台17和扫描平台18移动到待扫描区域起始点，控制视觉检测模块15从起始点开始对网版进行视觉检测，如果网版有缺陷则停止工作并通知操作员取走网版，如果网版没有缺陷则继续下面的步骤；
(3)版图发送：主机1将版图发送给可编程数字控制器10，同时向可编程数字控制器10发出关闭空间光调制器11指令；
(4)曝光准备：主机1根据版图大小和网版大小计算出初始曝光点位置，然后控制平台驱动器驱动步进平台17和扫描平台18移动到初始曝光点位置；
(5)启动主动聚焦：主动聚焦模块5经由通信模块接收主机1下发的指令，开始进行主动聚焦操作；
(6)版图就绪信号及图形生成：可编程数字控制器10接收版图并准备就绪后，向主机1发出版图就绪信号，表示可以开始曝光，之后可编程数字控制器10依据版图发送步骤中接收的版图，持续地按空间光调制器11的宽度生成图形数据；
(7)打开光源模组4：光源驱动控制模块经由通信模块接受主机1下发的指令，打开光源模组4；
(8)正方向的单次扫描：平台驱动器接受主机1发出的控制指令，驱动扫描平台18按指定速度匀速运动到单次扫描的结束位置，扫描过程中，扫描平台18持续向位置误差修正模块12反馈位置信号，位置误差修正模块12对接收到的位置信号进行修正得到精确位置信号，并输出精确位置信号至可编程数字控制器10，可编程数字控制器10根据接收的精确位置信号控制空间光调制器11在指定位置投射相应图案；
(9)步进移动：平台驱动器接受主机1发出的控制指令，驱动步进平台17向待曝光区域移动空间光调制器11有效扫描宽度的距离；
(10)反方向的单次扫描：平台驱动器接受主机1发出的控制指令，驱动扫描平台18按指定速度反方向匀速运动到反方向的结束位置，扫描过程中，扫描平台18持续向位置误差修正模块12反馈位置信号，位置误差修正模块12对接收到的位置信号进行修正得到精确位置信号，并输出精确位置信号至可编程数字控制器10，可编程数字控制器10根据接收的精确位置信号控制空间光调制器11在指定位置投射相应图案；
(11)步进移动：平台驱动器接受主机1发出的控制指令，驱动步进平台17向待曝光区域移动空间光调制器11有效扫描宽度的距离；
(12)重复步骤(8)-步骤(11)，直至所有图形均被转移，曝光过程完成。
所述的启动主动聚焦的过程如下：主动聚焦模块5中的距离传感器实时测量镜头到网版间的距离，当所述距离的值超过镜头的误差范围时，主动聚焦模块5中的主动聚焦控制器上下移动主动聚焦模块5中的高速电机，使得镜头的焦面保持在网版平面上。

Claims (9)

1.一种带视觉检测的直写式丝网印刷系统，其特征在于：包括有底座、龙门、步进平台和扫描平台，所述的步进平台和扫描平台分别通过直线电机一和直线电机二做直线运动，所述的龙门包括有龙门支架和龙门横梁，龙门支架垂直的固定在所述的底座上，龙门横梁连接在龙门支架的顶端，所述的步进平台固定在底座上且位于龙门横梁的下方，步进方向与龙门横梁垂直，在步进平台上设有网版固定夹具，在步进平台上通过网版固定夹具固定有网版，所述的扫描平台固定于龙门横梁上，在扫描平台上安装有光学系统和视觉检测模块，所述的光学系统包括有光源模组、光学镜头和主动聚焦模块，所述的视觉检测模块包括有相机和光源，还包括有主机、通信模块、平台驱动器、光源控制模块、光源控制器、可编程数字控制器、空间光调制器和位置误差修正模块，所述的主机的输出端与平台驱动器的输入端连接，平台驱动器的输出端分别驱动步进平台的直线电机一和扫描平台的直线电机二运动，所述的主机通过通信模块分别与光源控制模块、主动聚焦模块和光源控制器连接，光源控制模块的输出端与光源模组连接，主动聚焦模块与光学镜头连接，光源控制器的输出端与光源连接，主机还分别与相机和可编程数字控制器的输入端连接，可编程数字控制器的输出端与空间光调制器的输入端连接，扫描平台的直线电机二还与位置误差修正模块的输入端连接，位置误差修正模块的输出端与可编程数字控制器的输入端连接。
2.根据权利要求1所述的一种带视觉检测的直写式丝网印刷系统，其特征在于：所述的光源模组是激光器或LED灯。
3.根据权利要求1所述的一种带视觉检测的直写式丝网印刷系统，其特征在于：所述的可编程数字控制器是由随机存储器、现场可编程门阵列及空间光调制器控制芯片组成的。
4.根据权利要求3所述的一种带视觉检测的直写式丝网印刷系统，其特征在于：所述的空间光调制器控制芯片为数字光处理芯片。
5.根据权利要求4所述的一种带视觉检测的直写式丝网印刷系统，其特征在于：所述的空间光调制器为数字微镜器件。
6.根据权利要求1所述的一种带视觉检测的直写式丝网印刷系统，其特征在于：所述的主动聚焦模块由高速电机、距离传感器和主动聚焦控制器组成的。
7.根据权利要求1所述的一种带视觉检测的直写式丝网印刷系统，其特征在于：所述的视觉检测模块通过对相机抓拍图像和CAM图形栅格化图像进行对比获得疑似缺陷区域，再通过模式识别方法最终判定疑似缺陷区域是否为缺陷。
8.一种带视觉检测的直写式丝网印刷方法，其特征在于：具体步骤如下：
（1）网版准备：主机向平台驱动器发出指令，平台驱动器驱动步进平台移动到上版位置，由人工或自动上板装置将网版放置到步进平台上，再由设于步进平台的网版固定夹具对网版进行固定；
(2)视觉检测：主机控制平台驱动器驱动步进平台和扫描平台移动到待扫描区域起始点，控制视觉检测模块从起始点开始对网版进行视觉检测，如果网版有缺陷则停止工作并通知操作员取走网版，如果网版没有缺陷则继续下面的步骤；
(3)版图发送：主机将版图发送给可编程数字控制器，同时向可编程数字控制器发出关闭空间光调制器指令；
(4)曝光准备：主机根据版图大小和网版大小计算出初始曝光点位置，然后控制平台驱动器驱动步进平台和扫描平台移动到初始曝光点位置；
(5)启动主动聚焦：主动聚焦模块经由通信模块接收主机下发的指令，开始进行主动聚焦操作；
(6)版图就绪信号及图形生成：可编程数字控制器接收版图并准备就绪后，向主机发出版图就绪信号，表示可以开始曝光，之后可编程数字控制器依据版图发送步骤中接收的版图，持续地按空间光调制器的宽度生成图形数据；
(7)打开光源模组：光源驱动控制模块经由通信模块接受主机下发的指令，打开光源模组；
(8)正方向的单次扫描：平台驱动器接受主机发出的控制指令，驱动扫描平台按指定速度匀速运动到单次扫描的结束位置，扫描过程中，扫描平台持续向位置误差修正模块反馈位置信号，位置误差修正模块对接收到的位置信号进行修正得到精确位置信号，并输出精确位置信号至可编程数字控制器，可编程数字控制器根据接收的精确位置信号控制空间光调制器在指定位置投射相应图案；
(9)步进移动：平台驱动器接受主机发出的控制指令，驱动步进平台向待曝光区域移动空间光调制器有效扫描宽度的距离；
(10)反方向的单次扫描：平台驱动器接受主机发出的控制指令，驱动扫描平台按指定速度反方向匀速运动到反方向的结束位置，扫描过程中，扫描平台持续向位置误差修正模块反馈位置信号，位置误差修正模块对接收到的位置信号进行修正得到精确位置信号，并输出精确位置信号至可编程数字控制器，可编程数字控制器根据接收的精确位置信号控制空间光调制器在指定位置投射相应图案；
(11)步进移动：平台驱动器接受主机发出的控制指令，驱动步进平台向待曝光区域移动空间光调制器有效扫描宽度的距离；
(12)重复步骤(8)-步骤(11)，直至所有图形均被转移，曝光过程完成。
9.根据权利要求7所述的一种带视觉检测的直写式丝网印刷方法，其特征在于：所述的启动主动聚焦的过程如下：主动聚焦模块中的距离传感器实时测量镜头到网版间的距离，当所述距离的值超过镜头的误差范围时，主动聚焦模块中的主动聚焦控制器上下移动主动聚焦模块中的高速电机，使得镜头的焦面保持在网版平面上。
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