CN113115517B - 一种基于机器视觉的套准方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于机器视觉的套准装置，包括可移动的固定待套准器件一的固定装置一、固定待套准器件二的固定装置二、位于固定装置一、固定装置二之间的双面反射镜、摄像装置，器件一器件二上分别对应设置有对准点一、对准点二，双面反射镜其中一个反射面对准对准点一，另一个反射面对准对准点二，摄像装置将对准点一、对准点二的图像拍摄在同一成像框中，还包括控制器，控制器与摄像装置、固定装置二相连。本发明提出的基于机器视觉的套准装置用一个双面反射镜同时拍摄两个待套准器件上的对准点，并将其呈现在同一幅图中，其结构简单，对准判断方法简单，对准效率高，对准精度高。

Description

一种基于机器视觉的套准方法

技术领域

本发明涉及属于印刷、模具合模、电路板覆膜、多层膜制造等工艺技术领域，具体地涉及一种基于机器视觉的套准装置及其自动套准方法。

背景技术

在大量的生产工艺过程中，需要将两个物件按照一定的位置关系在各自的对准工位进行对准而进行下一步工艺，比如：在印刷行业的多色印制或者烫金工艺中，为了叠加整齐，或者是将两种材质合在一起，需要对两种材质或者是色彩印制时进行对准；在电路板印刷过程中也存在将两层电路合在一起的工艺，在电路板制作完成后还需要对电路板进行覆膜保护，在覆膜时需要露出电路板的元件插装位置、焊接位置等，需要将膜上相应的孔与电路板的焊接位置对准后再将二者贴合在一起，保证产品的良率，特别是PI膜覆盖在软铜版上难度较大，对准精度也较高；在冲床合模过程中也需要将模具进行对准；纳米多层膜的制作过程中，出于对纳米多层膜的某些要求(如：器件制作、性能测试等)，需将各层膜溅射成不同的图形，且各层图形相互间有确定的位置关系，这种位置关系需套准予以保证。

现有套准方法也比较多，但是现有的贴合技术存在许多不足之处，在定位和贴合过程中，存在稳定性不足，有的套准方法精度不高，设备复杂，有的采用模板进行套准，比如制造纳米多层膜过程中采用模板进行套准但在更换模板操作过程中，模板极易擦伤已溅射好的纳米膜，使制备完好率较低，甚至导致性能失效，也容易产生偏差。在包装盒的二次印刷和烫金过程中均要求很高的套准精度，使印刷图案和烫金图案均与膜面上的定位图案区域精确套准，而定位转移膜由于表面较光滑，在印刷和烫金时容易发生偏移。而目前模具合模则一般是人工进行合模或者是采用机械结构设立定位柱进行定位合模，而电路板覆膜中则少有对准系统。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出了一种基于机器视觉的套准方法，包括以下步骤：

S1，将待套准的器件一1固定在固定装置一3上，将待套准的器件二2固定在固定装置二4上；

S2，将双面反射镜5移动到待套准器件一1与待套准器件二2之间的对准工位，所述双面反射镜包括反射面一53、反射面二52；

S3，用摄像装置6对准双面反射镜5并通过双面反射镜5同时拍摄器件一1上的对准点一11、器件二2上相对应的对准点二21在同一成像框中形成一个图像得到相应的成像点一13、成像点二23；

S4，对S3步骤拍摄的图像进行识别判断对准点一11、对准点二21的相对位置，

S5，控制器根据对准点一11、对准点二21的相对位置，向固定装置一3或/和固定装置二4发出位置调整指令。

进一步地，S2步骤中的所述反射面一53、反射面二52相交于相交线51，所述相交线51为水平状态，所述反射面一53、反射面二52成90°夹角，所述相交线51与所述摄像装置的感光中心在同一水平线上且反射面一53、反射面二52沿相交线51水平对称，所述器件一、器件二与相交线51的距离对称相等，在所述S3步骤中，在所述成像框中建立水平对称线62，所述水平对称线62为所述相交线的成像，当成像点一13、成像点二23沿水平对称线62不对称时，则控制器向固定装置一或/和固定装置二发出横向或纵向移动指令，直到成像点一13、成像点二23沿水平对称线62对称，则对准点一11与对准点二21完成对准。

进一步地，在所述成像框中建立一条平行于水平对称线62的对准点一横向移动终点线一65、一条对准点二横向移动终点线二64，当成像点一到达横向移动终点线一时，控制器发出器件一停止横向移动的指令，当对成像点二到达横向移动终点线二时，控制器发出器件二停止横向移动的指令。

进一步地，在所述成像框中建立对准区一67、对准区二66，当对准点成像到达对准区的边界时，控制器向器件发出停止移动或者反向移动命令。

进一步地，在所述成像框中建立一条垂直于水平对称线的纠偏中线一63作为器件一、器件二纵向移动的参考线。

进一步地，还包括以下步骤：

S6，在所述器件一上设置对准点三12，在所述器件二上设置与所述对准点三12相对应的对准点四22，将双面反射镜移动到对准点三12、对准点四22的中间，用摄像装置对准双面反射镜同时拍摄对准点三、对准点四在同一成像框中形成一个图像；

S7，对S6步骤拍摄的图像进行识别判断对准点三、对准点四的相对位置，

S8，控制器根据对准点三、对准点四的相对位置，向固定装置一或/和固定装置二发出位置调整指令。

进一步地，所述摄像装置包括凸透镜一68、CCD图像传感器61，对准点一、对准点二经双面反射镜形成的反射图像通过凸透镜一聚焦后经CCD图像传感器成像在成像框中，当成像点一13与成像点二23图像重合时，则对准点一与对准点二对准；当CCD图像传感器形成的成像点一13、成像点二23图像不重合时，则控制器向固定装置一或/和固定装置二发出移动指令，直到当CCD图像传感器形成的对准点一与对准点二图像成像点一13、成像点二23重合。

本发明提出的基于机器视觉的套准方法用一个双面反射镜同时拍摄两个待套准器件上的对准点，并将其呈现在同一幅图中，对准判断方法简单直观，对准效率高，对准精度高。

附图说明

图1为本发明的一种基于机器视觉的套准装置结构示意图；

图2为本发明的另一种基于机器视觉的套准装置结构示意图；

图3为本发明的另外一种基于机器视觉的套准装置结构示意图；

图4为本发明的又一种基于机器视觉的套准装置结构示意图；

图5为图1、图3的基于机器视觉的套准装置成像对准区示意图；

图6为图1、图3的基于机器视觉的套准装置对准过程成像示意图；

图7为图1、图3的基于机器视觉的套准装置对准后的成像示意图；

图8为本发明的再一种基于机器视觉的套准装置结构示意图；

图9为图8的基于机器视觉的套准装置对准过程成像示意图；

图10为图8的基于机器视觉的套准装置对准后的成像示意图。

其中，1、器件一；11、对准点一；12、对准点三；13、成像点一；14、成像点三；2、器件二；21、对准点二；22、对准点四；23、成像点二；24、成像点四；3、固定装置一；4、固定装置二；41、移动装置；5、双面反射镜；51、相交线；52、反射面二；53、反射面一；54、准直镜二；55、准直镜一；56、辅助光源二；57、辅助光源一；6、摄像装置；61、CCD图像传感器；62、水平对称线；63、纠偏中线一；64、横向移动安全终点线二；65、横向移动安全终点线一；66、对准区二；67、对准区一；68、凸透镜一；69、透镜二；610、中心点一；611、中心点二；71、双面反射镜支架；72、摄像装置支架。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定相连、设置，也可以是可拆卸连接、设置，或一体地连接、设置。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1所示，本实施例提供了一种基于机器视觉的套准装置，包括固定装置一3、固定装置二4、双面反射镜5、摄像装置6，

所述固定装置一3用于固定待套准器件一1，所述固定装置二4用于固定待套准器件2，所述器件一1上设置有对准点一11，所述器件2上设置有与所述对准点一11相对应的对准点二21，所述固定装置一3、固定装置二4均可以横向、纵向移动或者水平转动，

所述双面反射镜5位于待套准器件一1与待套准器件二2之间并处于对准点一11与对准点二21对准工位的区间范围内，其包括成90°夹角的反射面一53、反射面二52。所述反射面一53、反射面二52的相交线51(包括实体性的相交或虚拟延长面相交的情形)与所述摄像装置6的感光中心在同一水平线上且相交线51为水平状态，反射面一53、反射面二52沿相交线51水平对称，所述器件一1、器件二2与相交线51的垂直距离对称相等，其中反射面一53对准所述对准点一11，反射面二52对准所述对准点二21，所述双面反射镜5将所述对准点一11、对准点二21的图像反射过来经所述摄像装置6拍摄在同一成像框中分别形成成像点一13与成像点二23，还包括控制器，所述控制器与所述摄像装置6、固定装置一3、固定装置二4相连，摄像装置6的感光原件为CCD图像传感器61。

双面反射镜5的反射面与所述对准点一11、所述对准点二21之间还设置有准直镜一55、准直镜二54，还包括射向所述对准点一11、对准点二21的辅助光源一57、辅助光源二56，以便于更好地成像，清楚地看到各对准点。

双面反射镜5、摄像装置6设置成可移动式，包括双面反射镜支架71、摄像装置支架72，所述双面反射镜5设置在所述双面反射镜支架71上，所述双面反射镜支架71可以横向、纵向移动并与控制器电控相连。当器件一1、器件二2完成对准工序后，双面反射镜5可以退出器件一1、器件二2之间以便于器件一1、器件二2相向运动进行贴合。

所述摄像装置6设置在所述摄像装置支架72上，所述摄像装置支架72可以横向、纵向移动并与控制器电控相连。

当然摄像装置支架72与双面反射镜支架71可以集成起来设置成一体模式，也可以分开设置而单独运动。

在本实施例中，如图1所示，所述摄像装置6包括CCD图像传感器61及成像显示装置，并不包括其他改变光路的透镜，双面反射镜5将所述对准点一11、对准点二21反射过来的光线均落在CCD图像传感器61上，经CCD图像传感器61感知而在相机成像框中形成图像。

在另一实施例中，如图2所示，摄像装置6还包括凸透镜一68，凸透镜一68将对准点一11、对准点二21经双面反射镜5反射过来的光线聚集在CCD图像传感器61上，调整凸透镜一68与CCD图像传感器61的距离，在对准点一11与对准点二21对准状态下其成像点一13与成像点二23重合。

在另外一些实施例中，如图3、图4所示，在前述另一些实施例的基础上，所述摄像装置6还包括透镜二69，所述透镜二69设置在所述凸透镜一68与所述CCD图像传感器61之间用于根据需要而调整对准点一11、对准点二21的成像位置，透镜二69既可以为凸透镜也可以为凹透镜，既可以通过改变透镜二69的焦距也可以通过改变透镜二69与凸透镜一68或CCD图像传感器61之间的距离而实现对准点一11、对准点二21的成像点一13与成像点二23重合(如图4所示)或者保持原来的坐标位置(如图3所示)，使得成像更清晰。

如图6-7所示，成像点一13是对准点一11的成像点；成像点二23是对准点二21的成像点；

在所述成像框中建立对准区一67、对准区二66，对准区一67、对准区二66分别以器件一1、器件二2处于标准工位时的成像点一13、成像点二23为中心点一610、中心点二611形成的矩形区域，一般地，该矩形区域可以设置为长5-20mm宽5-10mm的矩形区域，如图5所示建立对准区，由于相交线51与摄像装置6的感光中心处于同一水平线，所以可以在成像框中选取其中心建立相互垂直的水平对称线62(所述水平对称线62即为所述相交线51的成像)、垂直于水平对称线62且位于成像框中心的纠偏中线一63，根据固定装置二4、固定装置一3横向移动的安全极限位置时对准点二21的成像点二23建立对准点二21的横向移动安全终点线二64、对准点一11的横向移动安全终点线一65，当对准点一11、对准点二21横向移动时其成像移动到横向移动安全终点线二64、横向移动安全终点线一65时，则控制器向移动装置41发出停止或者反向移动指令指令，同样地根据固定装置一3、固定装置二4纵向移动的安全边际位置时对准点一11、对准点二21的成像点建立对准点一11、对准点二21的纵向移动安全终点线，横向移动安全终点线二64、横向移动安全终点线一65与纵向移动安全终点线以及对准工位起始位置围成对准区二66、对准区一67，当成像点一13落在对准区一67外或者成像点二23落在对准区二66外时，对准点一11、对准点二21或者固定装置一3、固定装置二4可能碰撞到其他装置如机架等而发生安全事故，则提示机器故障进行报警。很显然，如图5所示，成像点一13、成像点二23落在纠偏中线为较理想的投射点。

图6为对准点二21纵向未到达纵向移动安全边际而横向已到达横向安全极限、对准点一11横向已到达横向安全极限纵向位于纠偏中线时的成像状态图，图7为对准点一11、对准点二21在对准状态下的示意图，成像点一13与成像点二23沿水平对称线62对称。当然在对准区域内，只要成像点一13与成像点二23沿水平对称线62对称时即为对准状态。

一般来说，对准点一11与对准点二21对准后，器件一1与器件二2完成对准，但是由于各种意外情况比如器件一1或器件二2的夹持固定不是在理想的状态而发生歪斜，有可能使得对准点一11与对准点二21对准后器件一1与器件二2并非对准状态，所以需要选择另外的对准点进行对准校准，进一步地，在图1-4所描述的实施例基础上，所述器件一1上还设置有对准点三12，所述器件2上还设置有与所述对准点三12相对应的对准点四22，如图8所示，为对准点一11与对准点二21完成对准后进行对准点三12、对准点四22的对准示意图，如图9所示，成像点三14为对准点三12的成像点，成像点四24为对准点四22的成像点；此时，控制器会反复对固定装置一3、固定装置二4发出纵向移动、横向移动、旋转的指令，同时相应地也会对摄像装置支架72、双面反射镜支架71发出移动指令使摄像装置支架72与双面反射镜支架71往返于对准点一11、对准点二21、对准点三12、对准点四22的对准工位，以使得对准点一11与对准点二21、对准点三12与对准点四22在各自的对准工位全部对准，如图7、图10所示。

本发明的基于机器视觉的套准装置工作过程如下：：

S1，将待套准的器件一1固定在固定装置一3上，将待套准的器件二2固定在固定装置二4上；

S2，将双面反射镜5移动到待套准器件一1与待套准器件二2之间的对准工位；

S3，用摄像装置6对准双面反射镜5并通过双面反射镜5同时拍摄器件一1上的对准点一11、器件二2上相对应的对准点二21在同一成像框中形成一个图像得到相应的成像点一13、成像点二23；

S4，对S3步骤拍摄的图像进行识别判断对准点一11、对准点二21的相对位置，

S5，控制器根据对准点一11、对准点二21的相对位置，向固定装置一3或/和固定装置二4发出位置调整指令。

进一步地，在所述S3步骤中，当成像点一13、成像点二23沿水平对称线62不对称时，则控制器向固定装置一3或/和固定装置二4发出横向或纵向移动或者旋转指令，直到成像点一13、成像点二23沿水平对称线62对称，对准点一11与对准点二21完成对准。

当对准点一11与对准点二21对准后，可能出现器件一1与器件二2相对位置歪斜的情况，所以还需要继续对准，进一步地，还包括以下步骤：

S6，将双面反射镜5移动到对准点三12、对准点四22的中间，用摄像装置6对准双面反射镜5同时拍摄对准点三12、对准点四22在同一成像框中形成一个图像；

S7，对S6步骤拍摄的图像进行识别判断对准点三12、对准点四22的相对位置，

S8，控制器根据对准点三12、对准点四22的相对位置，向固定装置一3或/和固定装置二4发出位置调整指令。

另外，本发明还建立一种对准点一11与对准点二21重合判断方法，在如图2所示的套准装置中，所述摄像装置6包括凸透镜一68、CCD图像传感器61，在标准对准工位状态下，调节凸透镜一68与CCD图像传感器61的位置，对准点一11、对准点二21经双面反射镜5形成的反射图像通过凸透镜一68聚焦后经CCD图像传感器61成像在成像框中，当成像点一13与成像点二23图像重合，在本发明的基于机器视觉的套准装置运行过程中，当成像点一13与成像点二23图像重合时，则判断为对准点一11与对准点二21对准；当CCD图像传感器61形成的成像点一13、成像点二23图像不重合时，则控制器向固定装置一3或/和固定装置二4发出移动指令，直到成像点一13、成像点二23重合。本发明的图像重合判断方法简单，并且精度极高。在如图4所示的套准装置中，其对准点一11与对准点二21重合判断方法也如此。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种基于机器视觉的套准方法，包括以下步骤：

S1，将待套准的器件一（ 1） 固定在固定装置一（ 3） 上，将待套准的器件二（ 2） 固定在固定装置二（ 4） 上；

S2，将双面反射镜（ 5） 移动到待套准器件一（ 1） 与待套准器件二（ 2） 之间的对准工位，所述双面反射镜包括反射面一（ 53） 、反射面二（ 52） ；

S3，用摄像装置（ 6） 对准双面反射镜（ 5） 并通过双面反射镜（ 5） 同时拍摄器件一（ 1） 上的对准点一（ 11） 、器件二（ 2） 上相对应的对准点二（ 21） 在同一成像框中形成一个图像得到相应的成像点一（ 13） 、成像点二（ 23） ；

S4，对S3步骤拍摄的图像进行识别判断对准点一（ 11） 、对准点二（ 21） 的相对位置，

S5，控制器根据对准点一（ 11） 、对准点二（ 21） 的相对位置，向固定装置一（ 3） 或/和固定装置二（ 4） 发出位置调整指令；

S2步骤中的所述反射面一（ 53） 、反射面二（ 52） 相交于相交线（ 51） ，所述相交线（ 51） 为水平状态，所述反射面一（ 53） 、反射面二（ 52） 成90°夹角，所述相交线（ 51）与所述摄像装置的感光中心在同一水平线上且反射面一（ 53） 、反射面二（ 52） 沿相交线（ 51） 水平对称，所述器件一、器件二与相交线（ 51） 的距离对称相等，在所述S3步骤中，在所述成像框中建立水平对称线（ 62） ，所述水平对称线（ 62） 为所述相交线的成像，当成像点一（ 13） 、成像点二（ 23） 沿水平对称线（ 62） 不对称时，则控制器向固定装置一或/和固定装置二发出横向或纵向移动指令，直到成像点一（ 13） 、成像点二（ 23） 沿水平对称线（ 62） 对称，则对准点一（ 11） 与对准点二（ 21） 完成对准；

在所述成像框中建立一条平行于水平对称线（ 62） 的对准点一横向移动终点线一（65） 、一条对准点二横向移动终点线二（ 64） ，当成像点一到达横向移动终点线一时，控制器发出器件一停止横向移动的指令，当对成像点二到达横向移动终点线二时，控制器发出器件二停止横向移动的指令；

在所述成像框中建立对准区一（ 67） 、对准区二（ 66） ，当对准点成像到达对准区的边界时，控制器向器件发出停止移动或者反向移动命令。

2.根据权利要求1所述的基于机器视觉的套准方法，其特征在于，在所述成像框中建立一条垂直于水平对称线的纠偏中线一（ 63） 作为器件一、器件二纵向移动的参考线。

3.根据权利要求1所述的基于机器视觉的套准方法，其特征在于，还包括以下步骤：

S6，在所述器件一上设置对准点三（ 12） ，在所述器件二上设置与所述对准点三（ 12）相对应的对准点四（ 22） ，将双面反射镜移动到对准点三（ 12） 、对准点四（ 22） 的中间，用摄像装置对准双面反射镜同时拍摄对准点三、对准点四在同一成像框中形成一个图像；

S7，对S6步骤拍摄的图像进行识别判断对准点三、对准点四的相对位置，

S8，控制器根据对准点三、对准点四的相对位置，向固定装置一或/和固定装置二发出位置调整指令。

4.根据权利要求1所述的基于机器视觉的套准方法，所述摄像装置包括凸透镜一（ 68）、CCD图像传感器（ 61） ，对准点一、对准点二经双面反射镜形成的反射图像通过凸透镜一聚焦后经CCD图像传感器成像在成像框中，当成像点一（ 13） 与成像点二（ 23） 图像重合时，则对准点一与对准点二对准；当CCD图像传感器形成的成像点一（ 13） 、成像点二（ 23）图像不重合时，则控制器向固定装置一或/和固定装置二发出移动指令，直到当CCD图像传感器形成的对准点一与对准点二图像成像点一（ 13） 、成像点二（ 23） 重合。

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