CN113467203B - 利用相机对平台进行对位的方法、对位装置及直接成像光刻设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种利用相机对平台进行对位的方法，包括：S101：移动平台直至平台上的识别标记与相机图像中心对齐，获取平台的基准参考位置；S102：以不同的移动量移动平台，通过相机获取识别标记在相机的视野内不同位置的图像；S103：基于不同位置的图像，获得识别标记与图像的中心的像素偏移量；S104：基于平台的基准参考位置和移动量，计算平台在不同位置的第一坐标；S105：在不同位置，基于像素偏移量、第一坐标和基准参考位置，计算相机视野内不同位置的补偿量，建立相机的标定对位补偿表。本发明可以减小对位时同一组相机视野中不同位置抓取到的靶点位置存在的误差，减少相机镜头畸变和灯源对成像质量的影响，改善曝光后PCB板空位存在偏移的问题。
Description
技术领域
本公开涉及直接成像技术领域，尤其涉及一种利用相机对平台进行对位的方法、一种对位装置以及一种直接成像光刻设备。
背景技术
光刻技术是指在光照作用下，借助于光致抗蚀剂将掩膜版上的图形转移到基片上的技术。激光直接成像光刻设备抛弃了传统曝光机利用菲林底片图像转移方式，可实现无需底片直接控制激光进行图形的转移，这促进了PCB板、半导体制造技术的进一步发展，具有重要意义。
激光直接成像光刻设备在零件制造及装配过程中，因运动平台存在误差、相机镜头畸变以及灯源对成像质量的影响，致使在对PCB基板对位孔进行对位提取中心点过程中，若孔位出现在相机的同一个视野中的不同位置时，其抓取到的孔位置信息存在一定误差。若不纠正，将导致曝光孔位存在偏差问题。
为解决以上问题，则需要对同一视野中不同位置处的标记Mark点进行补偿标定。现有技术中，对位补偿值采用实际曝光后根据曝光结果确定左右相机的补偿值的方式，此方式对于Mark点处于相机视野同一位置时是有效的，实际中每块PCB基板的定位孔并非都在相机视野的同一位置，导致相机补偿值误差较大，精度不够，造成曝光不良现象，所以有必要提供一种对位相机视野内补偿标定方法解决上述缺陷。。
背景技术部分的内容仅仅是公开人所知晓的技术，并不当然代表本领域的现有技术。
发明内容
有鉴于现有技术的至少一个缺陷，本发明设计一种利用相机对平台进行对位的方法，包括：
S101：移动所述平台直至所述平台上的识别标记与相机图像中心对齐，获取所述平台的基准参考位置；
S102：以不同的移动量移动所述平台，通过所述相机获取所述识别标记在所述相机的视野内不同位置的图像；
S103：基于所述不同位置的图像，获得所述识别标记与所述图像的中心的像素偏移量；
S104：基于所述平台的基准参考位置和所述移动量，计算所述平台在不同位置的第一坐标；
S105：在所述不同位置，基于所述像素偏移量、所述第一坐标和所述基准参考位置，计算所述相机视野内不同位置的补偿量，建立所述相机的标定对位补偿表。
根据本发明的一个方面，还包括：改变所述相机和所述平台之间的距离，将所述识别标记调整至所述相机的焦平面上，然后固定所述相机。
根据本发明的一个方面，其中所述步骤S101包括：通过所述相机获取所述识别标记中心的像素坐标，当所述识别标记中心的像素坐标与所述相机图像中心的像素坐标的偏差值大于预设偏差时，移动所述平台直至所述偏差值小于预设偏差，并将所述平台的位置作为所述基准参考位置。
根据本发明的一个方面，其中所述步骤S102包括：将所述平台沿着垂直于所述相机的光轴的方向按照预设行间距和预设列间距移动，通过所述相机获取所述识别标记中心在所述相机的视野内不同位置的图像。
根据本发明的一个方面，所述预设行间距和所述预设列间距与所述相机的分辨率、像素的大小以及所述识别标记的大小中的一个或多个相关。
根据本发明的一个方面，其中所述步骤S104包括：基于所述基准参考位置以及所述预设行间距和预设列间距，计算所述平台在不同位置的第一坐标。
根据本发明的一个方面，还包括：基于所述相机的参数设置，建立所述相机的标定参数表。
根据本发明的一个方面，其中所述相机包括左相机和右相机，所述方法还包括：分别建立所述左相机和右相机的标定对位补偿表和标定参数表。
根据本发明的一个方面，还包括：
将PCB基板固定于所述平台上，所述PCB基板上具有定位标记；
通过所述相机获取所述PCB基板上定位标记的图像；
根据所述定位标记在所述图像中的位置，获得与该位置对应的补偿量；
基于所述补偿量，对所述定位标记的位置进行补偿。
根据本发明的一个方面，还包括：基于补偿后的定位标记的位置，对待打印的PCB图纸进行平移、旋转和涨缩转换中的一种或多种。
根据本发明的一个方面，其中PCB基板上设置有第一组定位标记和第二组定位标记，所述方法还包括：
将所述PCB基板固定于所述平台上；
根据标定参数表分别对所述左相机和右相机进行设置；
通过所述左相机分别获取所述第一组定位标记中各定位标记的图像；
确定所述左相机的标定对位补偿表中与所述第一组定位标记中各定位标记中心距离最接近的位置以及对应的第一组补偿量；
通过所述右相机分别获取所述第二组定位标记中各定位标记的图像；
确定所述右相机的标定对位补偿表中与所述第二组定位标记中各定位标记中心距离最接近的位置以及对应的第二组补偿量；
基于所述第一组补偿量和第二组补偿量，依次对所述第一组定位标记和第二组定位标记的位置进行补偿；
对PCB图纸进行变换矩阵的运算并打印到PCB基板上。
本发明还设计一种对位装置，包括：
平台；
至少一个相机，所述至少一个相机设置在所述平台的上方，并配置成可采集所述平台的图像；
控制单元，所述控制单元与所述平台和所述相机通讯，并配置成可执行如上所述的方法。
根据本发明的一个方面，还包括光源，基于建立标定对位补偿表时的相机参数设置和光源参数设置，建立所述相机的标定参数表。
本发明还设计一种直接成像光刻设备，包括如上所述的对位装置，配置为：对PCB基板上至少一个定标标记的位置进行补偿，然后对PCB图纸进行变换矩阵的运算并打印到PCB基板上。
本发明设计的技术方案旨在解决现有对位方式存在同一相机视野中不同位置抓取到的靶点位置存在误差，导致曝光出来的PCB板空位存在偏移的问题。主要包括：1、以相机中心为原点建立相机视野坐标系(或称像素坐标系)；2、选取标定尺上圆形标记作为识别标记，固定相机不动，分别沿X轴、Y轴方向移动平台获取识别标记的中心位置在相机视野不同位置处的补偿值，从而得到整个相机视野中的补偿表；3、通过计算对位识别出的PCB基板上定位标记(例如定位孔)中心与补偿表中识别标记中心距离最小值，取出补偿表中对应的补偿值进行补偿，进而得到定位标记中心的真实位置。再利用真实位置坐标进行旋转涨缩变换计算，可得到更加准确的变换矩阵，变换矩阵对PCB图形进行变换后，可解决对位后曝光偏位问题，进而提高激光直接成像光刻设备对位精度以及曝光打印精度。
附图说明
构成本公开的一部分的附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。在附图中：
图1示出了本发明一个实施例的直接成像光刻设备的示意图；
图2示出了直接成像光刻设备的工作原理示意图；
图3示出了本发明一个实施例的对位方法流程图；
图4示出了本发明一个实施例的校准识别标记中心与相机图像中心的偏差示意图；
图5示出了本发明一个实施例的像素坐标系的网格示意图；
图6示出了本发明一个实施例的识别标记M移动示意图；
图7示出了本发明一个实施例的对位方法示意图；
图8示出了本发明一个实施例的应用示意图；
图9示出了本发明一个实施例的直接成像光刻设备的示意图。
具体实施方式
在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"竖直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"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。此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
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"、"连接"应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接:可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之"上"或之"下"可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征"之上"、"上方"和"上面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征"之下"、"下方"和"下面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
采用本发明设计的方案，可以减小对位时同一组相机视野中不同位置抓取到的靶点位置存在的误差，减少相机镜头畸变和灯源对成像质量的影响，改善曝光后PCB基板空位存在偏移的问题。
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
图1示出了本发明一个实施例的直接成像光刻设备的系统构成图，直接成像光刻设备1包括可沿X轴、Y轴和Z轴方向移动的平台11，其中X轴和Y轴为水平面内相互垂直的轴线，Z轴为竖直方向。平台11上固定有标定尺12，标定尺12上带有识别标记12-1。其中，识别标记12-1也可位于平台11上，本发明不对识别标记12-1的位置做限定。对位相机13(如图1中包括左相机13-1和右相机13-2)设置于平台11上方，可沿导轨14左右移动，用于实际曝光时抓取标定尺12上的标记图案12-1或者PCB基板20上的定位标记21。图2示出了直接成像光刻设备的工作原理示意图，其原理可简单描述为将待打印PCB图纸30上的线路图转移到PCB基板20上。其中，PCB基板20上设置有事先用钻孔机钻好的定位孔或者绘制线路图时放置的焊盘，也可以采用其它方式设置定位标记21。
图3示出了本发明一个实施例的方法流程图，将PCB图纸30打印到PCB基板20之前，需要利用对位相机13对平台11进行对位，对位的方法100包括：
在步骤S101：移动平台11直至平台11上的识别标记12-1与相机图像中心对齐，获取平台11的基准参考位置。
具体地，参考图1，将识别标记12-1(例如标定尺12上的标记图案M)与相机图像中心对齐。图1所示的标定尺12上具有多个标记图案M，可选择其中任一个标记图案M。如果识别标记12-1为圆形图案，则将圆心与相机图像中心对齐；如果识别标记12-1为矩形图案，可以将几何中心或四个角的任一顶点与相机图像中心对齐，如果识别标记12-1为其他图形，可以选择几何中心或其它点与相机图像中心对齐。因为对位后的误差范围越小，对位精度越高，所以尽量选择识别标记12-1上的特征点，有助于提高对位精度。
对于每一个对位相机13(例如左相机13-1)，其进行图像采集时的像素通常是固定的。基于相机13的视野，以像素为单位，可以建立相机像素坐标系。例如，相机13采集的图片的左上角可以设定为相机像素坐标系的原点，相机图像中心的像素坐标C(x，y)为(相机宽度像素/2，相机高度像素/2)，假如相机分辨率为1920*1080，那么相机13拍摄的图像的中心像素为(960,540)。
另外，平台11通常可以沿着X和Y轴的方向移动，例如在平台11下方分别安装有X轴驱动装置和Y轴驱动装置(可通过滚珠丝杆或者步进电机实现)。因此，对于平台11，也可以建立平台坐标系，例如以X轴驱动装置和Y轴驱动装置的零点作为平台坐标系的原点。当识别标记与相机图像中心对齐后，平台11的位置即为平台11的基准参考位置，可以采用平台11上任一点的平台坐标作为所述平台11的基准参考位置。
根据本发明的一个优选实施例，为提高对位精度，精准定位识别标记12-1在相机像素坐标系中的坐标，方法10还包括：改变相机13和平台11之间的距离，将识别标记12-1调整至相机13的焦平面上，然后固定相机13。因为焦平面位置处，相机13拍到的图像最清晰，有利于做图像识别处理。具体地，将设置有标记图案M的标定尺12所在的平台11沿Z轴方向移动，通过相机13捕捉标记图案M并进行图像识别，例如根据成像质量确定M调整到相机13的最佳焦平面后，固定相机13。
根据本发明的一个优选实施例，为进一步提高对位精度，需要校正识别标记中心的像素坐标与相机图像中心的像素坐标的偏差。在步骤S101包括：通过相机13获取识别标记中心的像素坐标，当识别标记中心的像素坐标与相机图像中心的像素坐标的偏差值大于预设偏差时，移动平台11直至偏差值小于预设偏差，然后将此时平台11的位置作为基准参考位置。更进一步地，基于单个像素对应的实际物体大小将像素坐标的偏差值换算到实际偏差值，按照该实际偏差值移动平台11，再次通过图像处理识别偏差值并移动平台11，重复此操作直到偏差值小于预设偏差。对于偏差的校正，可以在步骤S101中执行，也可以在利用相机13对平台11进行对位的方法10之前的准备工作中进行，都在本发明的保护范围内。
具体地，选择标定尺12上任意一个标记图案M，假设M即为方法10中需要相机13抓取并进行图像处理的识别标记；确定好M后，将对位相机13(例如左相机13-1)移动到位置KPos处固定不动，KPos的位置为相机13所在轴(例如导轨14)上的位置坐标，假设左相机13-1所在位置坐标为K1。打开左相机13-1，因为平台11所处的位置，可能M这个图案没有出现在左相机13-1的视野中，所以需要沿X轴和Y轴移动平台11，使M出现在左相机13-11的视野中，此时停止移动平1台，并将此时平台11的位置设定为初始基准参考位置，为方便计算，可将平台11上任一点(例如平台左下角)的平台坐标设定为基准参考位置的初始坐标XYInitPos(x,y)。然后，调整沿Z轴移动平台11以使M处于相机13的焦平面位置，固定相机13并打开光源，此时M就会出现在相机13拍摄的图像中，如图4所示，此时的基准参考位置的初始坐标XYInitPos(x,y)精度很差，不能作为标定数据的基准参考位置，要找出标定准确的基准参考位置需要借助图像处理准确找出M中心在相机13拍摄图像中的像素坐标M(x,y)。为此，所述相机13可以与图像处理装置相通讯，图像处理装置接收相机13采集的标记图案M的图像，然后进行图像处理以识别出标记图案M的中心(也可以是标记图案M的其他基准点，例如角点等)的像素坐标。根据识别出来的M中心的像素坐标M(x,y)与相机图像中心的像素坐标C(x,y)，计算出此时M到相机图像中心的像素偏移量PixOffset。已知单个像素对应的实际物体大小的长宽皆为r1毫米(r1毫米的具体数值例如与相机13的分辨率以及相机13与平台11之间沿着Z轴方向的距离有关，可以预先设置，也可以通过查表获得)，r1*PixOffset即为M从像素坐标M(x,y)移动到相机图像中心的像素坐标C(x,y)时，平台11移动的偏移量DisOffset(可对应为沿X轴的偏移量和沿Y轴的偏移量)。将平台11移动DisOffset后，需要验证移动后的M中心的像素坐标是否与相机图像中心的像素坐标的偏差在容许的误差范围内(例如不能大于0.1个像素)，如果在允许的误差范围内，则此时平台11的位置即为基准参考位置，记此时选定的平台坐标为O(x,y)，若不在误差允许范围内，则再次计算此时M中心的像素坐标与相机图像中心的像素坐标的偏移量PixOffset，转换为平台11需要移动的偏移量DisOffset，再次移动平台11，重复此过程直到满足误差允许范围，并得到校准后的平台基准参考位置的坐标O(x,y)。
通过上述方法，在像素坐标系下确定M中心与相机图像中心的偏差，然后换算为平台11需要移动的距离，移动平台11后，判断偏差是否减小到允许的误差范围内，重复操作直至满足要求，此时M中心与相机图像中心的偏差即为对位处理方法的精度。
在步骤S102：以不同的移动量移动平台11，通过相机13获取识别标记12-1在相机13的视野内不同位置的图像。因为识别标记12-1在相机视野内不同位置的偏差值不同，所以需要移动平台11，获取识别标记12-1在不同位置的图像。
根据本发明的一个优选实施例，将平台11沿着垂直于相机13的光轴的方向按照预设行间距和预设列间距移动，通过相机13获取识别标记中心在相机13的视野内不同位置的图像。具体地，预设行间距为StepX，预设列间距为StepY，为方便描述，将相机视野划分为网格型，如图5所示，中间实心圆点为相机图像中心像素坐标C(x，y)，此时平台11处于基准参考位置处，平台坐标为O(x,y)。相机13的光轴方向平行于Z轴，垂直于相机13的光轴方向包括X轴方向和Y轴方向。参考图6，按照预设行间距StepX沿X轴左右移动平台11，按照预设列间距StepY沿Y轴前后移动平台11，依次将M置于各个网格内，直至M遍历全部网格，同时记录M在不同网格中的像素坐标M(x，y)。本领域技术人员可以理解，也可以只记录M在部分网格中的像素坐标(例如90％数量的网格)，然后推算相邻或附近网格中M的像素坐标。
根据本发明的一个优选实施例，预设行间距StepX和预设列间距StepY的选择与相机13的分辨率、像素的大小以及识别标记的大小中的一个或多个相关。具体地，当相机13型号或参数确定后，相机分辨率确定。像素的大小为单个像素对应的实际物体大小，与识别标记12-1到相机镜头的相对距离相关，当识别标记12-1处于相机最佳焦平面时，单个像素对应的实际物体大小确定。识别标记12-1的大小对应于标定尺12上的标识图案M的大小，标定尺12固定于平台11上，亦即当平台11确定后，标定尺12以及标识图案也确定了，M大小确定。三个参数对预设行间距和预设列间距的选择影响为：相机13的分辨率越高，预设行间距和预设列间距可以设置越小的数值；像素越小，预设行间距和预设列间距可以设置越小的数值；M越小，预设行间距和预设列间距也可以设置得越小，优选地，单个网格可容纳标识图案M。对应到方法10中，预设行间距和预设列间距设置的越小，对位精度越高。
在步骤S103：基于不同位置的图像，获得识别标记中心与图像的中心的像素偏移量。具体地，相机13固定后，相机视野不变，随着平台11的移动，M出现在相机视野的不同位置。基于相机13获取的标识图案M在相机视野内不同位置的图像，获得图像中M中心与相机图像中心的像素偏移量。
在步骤S104：基于平台11的基准参考位置和移动量，计算平台11在不同位置的第一坐标。其中，所述基准参考位置为步骤S101校准后平台11的位置。优选地，所述移动量包括平台11以预设行间距StepX的整数倍沿X轴移动的距离，以及平台11以预设列间距StepY的整数倍沿Y轴移动的距离。具体地，基于平台11的基准参考位置的坐标O(x,y)和移动量，计算平台11移动到不同位置时M的平台坐标，即第一坐标(x，y)。
x＝O(x)-Cn*StepX
y＝O(y)-Rn*StepY
由于基准参考位置的坐标O(x,y)为已知的平台基准参考坐标，StepX和StepY均为已知的数值，因此第一坐标(x，y)为平台11当前的实际坐标，即平台11移动后的实际坐标。
参考图6，移动平台11使得M遍历网格，记录M在不同网格中的第一坐标。本领域技术人员可以理解，也可以只记录M在部分网格中的第一坐标(例如90％数量的网格)，然后推算相邻或附近网格中M的第一坐标，但会限制对位精度提高的程度。
在步骤S105：在不同位置，基于像素偏移量、第一坐标和基准参考位置，计算相机视野内不同位置的补偿量，建立相机13的标定对位补偿表。本发明中，通过将标识图案M移动到相机视野内的不同位置，根据标记中心与图像中心的像素偏移量，再结合平台11的第一坐标和基准参考位置的坐标，可以反推得到对应于相机视野内的不同位置处的补偿量，进而建立不同位置的标定对位补偿表，供实际对位补偿使用。下面详细描述具体实现方式。
具体地，平台11参照某一移动量进行移动后，M处于某一网格中，在步骤S103获得M中心与相机图像中心的像素偏移量。在步骤104基于平台11的移动量计算出M的第一坐标，在步骤S105，将像素偏移量换算为实际偏移量，将第一坐标移动该实际偏移量后得到第二坐标，理论上第二坐标应于基准参考位置的坐标重合，但实际上该第二坐标和基准参考位置的坐标存在偏差，该偏差即为补偿量(可对应为平台11沿X轴方向的补偿量和沿Y轴方向的补偿量)，重复此步骤直至获得M处于全部网格中的补偿量，然后建立对位相机13的标定对位补偿表。其中，标定对位补偿表包括在步骤S103通过图像处理识别出的M的像素坐标以及在步骤S105获得的补偿量。
在上述步骤S102-S105中，相机13保持固定不动，因此相机图像中心(相机13的光轴)在物理世界中的位置是固定不动的。将平台11移动到相机视野中的不同位置处，根据平台11的基准参考位置(初始位置)和平台11的移动量，得到平台11的实际位置坐标(第一坐标)，进一步的，根据此时标识图案M与相机图像中心的像素偏移量换算得到平台坐标系中的实际偏移量，将该平台11的实际位置坐标(第一坐标)反向移动所述实际偏移量，得到平台11的第二坐标，该第二坐标与基准参考位置的坐标的偏差即为补偿量。
可选地，在步骤S105，将像素偏移量换算为实际偏移量后，还可以将基准参考点的平台坐标反向移动该实际偏移量后得到第三坐标，理论上第三坐标应于第一坐标重合，但实际该第三坐标和第一坐标存在偏差，该偏差即为补偿量。两种方式得到的补偿量相同。
对于步骤S101-S105，通过本发明的一个实施例进一步描述如下：
已知相机分辨率为m*n，已知单个像素对应的实际大小为r1*r1的矩形，进而得到相机视野能看到的实际面积为长度L*宽度W，其中，长度L＝m*r1，宽度W＝n*r1；选择X轴方向上的步进参数StepX作为预设行间距，选择Y轴方向上的步进参数StepY作为预设列间距。以相机图像中心对应的平台11上的点为基准参考点，基于预设行间距StepX和预设列间距StepY将相机视野划分为Rn行、Cn列，如图5所示，相机视野的长度沿X轴方向划分为第-Cn列到第Cn列，相机视野的宽度沿Y轴方向划分为第-Rn行到第Rn行。
参考图7，M的初始位置处于相机图像中心误差允许范围内，平台11处于基准参考位置，相机13固定不动，以相机图像中心对应的平台11上的点为基准参考点(以其平台坐标来代表基准参考位置)，即图5中的中间实心圆点，其像素坐标为C(x，y)，平台坐标为O(x，y)。然后，从基准参考位置(如图7中的图①)移动平台11，使得M出现在第-Rn行，第-Cn列(结合图5和图7中的图②)。平台11沿X轴移动的距离为沿Y轴移动的距离为/>移动后M中心处于网格中心，M中心的平台坐标，即第一坐标为：
利用图像处理识别M中心与相机图像中心的像素坐标偏移量PixOffset，根据PixOffset*r1得到平台11的实际偏移量DisOffset，此时第一坐标+DisOffset的值为第二坐标O'(x，y)，理论上O'(x，y)应与基准参考点O(x，y)的坐标重合，实际O'(x，y)与O(x，y)存在偏差，这个偏差值为:
Δx＝O(x)–O'(x)
Δy＝O(y)–O'(y)
亦即，对应于X轴的偏差值为Δx，对应于Y轴的偏差值为Δy。
继续移动平台11，使得M出现在第-Rn行，第-(Cn-1)列，如图7中图③所示，按照上述方法计算此位置时的偏差值Δx和Δy。重复操作，直至遍历Rn行和Cn列，获得M处于所有网格中心位置的平台坐标偏差值，进而得到整个标定对位补偿表，对位结束。其中，标定对位补偿表包括M的像素坐标M(x，y)，以及与之对应的平台坐标偏差值Δx和Δy。已知一个点的像素坐标，即可通过查表找到与之最接近的像素坐标值，然后确定需要沿X轴和沿Y轴移动的距离。
通过上述步骤S101-S105,实现了利用相机13对平台11进行对位，执行步骤S101-S105不分先后顺序。对位前还要根据实际环境调整光源以及相机参数，优选地，基于建立标定对位补偿表时的相机参数设置，建立相机13的标定参数表，例如包括M调整到相机焦平面时的相机13与平台11相对位置(或者此时相机13和平台11的Z轴坐标)、光源参数设置、相机参数设置等。换句话说，针对不同的相机13或不同的光源，标定参数表也可能不相同。
对位处理后，在进行PCB打印时，需要应用标定参数表和标定对位补偿表。具体地，参考图1：将PCB基板固定于平台11上，根据标定参数表对相机13和平台11的位置(例如定位标记21处于相机焦平面时的相机13和平台11的Z轴坐标)、相机参数和光源参数等进行设置，将PCB基板20上的定位标记21移动到相机视野内，通过相机132获取PCB基板0上该定位标记21的图像，通过图像处理识别该定位标记21在图像中的位置(定位标记中心的像素坐标)，通过查找标定对位补偿表，取出与该定位标记中心距离最接近的像素坐标所对应的补偿量(对应的偏差量Δx和偏差量Δy)，基于该补偿量对该定位标记中心的平台坐标进行补偿，然后基于补偿后的定位标记中心的平台坐标对PCB图纸30进行变换矩阵的运算(平移、旋转和涨缩转换中的一种或多种)并打印到PCB基板20上。其中，PCB基板20上的定位标记21不限于通孔或焊盘，定位标记中心不限于图案的几何中心，也可以是图案的一个顶点。
以上为利用一个对位相机13进行平台11对位的方法，对位处理后，在进行PCB打印时，针对一个定位孔应用标定参数表和标定对位补偿表。根据本发明的一个优选实施例，当对位装置中设置有多个相机13时，例如左相机13-1和右相机13-2，所述方法10还包括：分别建立多个相机13，例如左相机13-1和右相机13-2的标定对位补偿表和标定参数表。
优选地，当PCB基板20上设置有多个定位标记21时，如图8所示，可以将定位标记21对应于相机13进行分组，以提高对位效率。例如，第一组定位标记21-1对应左相机13-1，第二组定位标记21-2对应右相机13-2，所述方法100包括：将PCB基板20固定于平台11上，根据左相机13-1的标定参数表对左相机13-1进行设置，根据右相机13-2的标定参数表对右相机13-2进行设置，移动平台11，将PCB基板20上的第一组定位标记21-1中的各定位标记21依次移动到左相机13-1视野内，通过左相机13-1分别获取第一组定位标记21-1中各定位标记21的图像，确定左相机13-1的标定对位补偿表中与第一组定位标记21-1中各定位标记中心距离最接近的像素坐标以及对应的第一组补偿量；移动平台11，将PCB基板20上的第二组定位标记21-2中的各定位标记21依次移动到右相机13-2视野内，通过右相机13-2分别获取第二组定位标记21-2中各定位标记中心的像素坐标，确定右相机13-2的标定对位补偿表中与第二组定位标记21-2中各定位标记中心距离最接近的像素坐标以及对应的第二组补偿量，基于第一组补偿量和第二组补偿量，依次对第一组定位标记21-1和第二组定位标记21-2的位置进行补偿，然后对PCB图纸30进行变换矩阵的运算(平移、旋转和涨缩转换中的一种或多种)并打印到PCB基板20上。
利用相机进行曝光对位时，PCB基板20上的定位孔可能出现在相机视野中的不同位置，此时由于相机前面的镜头存在微小畸变(越靠近中心位置畸变越小，远离中心位置处的畸变越大)，为了提高效率，对位抓孔时左右相机分别识别出各自分配的定位孔中心像素，例如M1和M2，根据M1中心和M2中心的像素坐标，查找标定对位补偿表中对应的补偿值对定位孔位置进行补偿，再根据定位孔的坐标信息进行PCB变换矩阵的运算，得到更加准确的变换矩阵，从而提高PCB打印精度。
具体地，将PCB基板20固定于平台11上，结合图1、图2和图8，由左上定位孔与左下定位孔组成第一组定位标记21-1，对应左相机13-1；由右上定位孔与右下定位孔组成第二组定位标记21-2，对应右相机13-2。基于标定参数表分别设置左相机13-1和右相机13-2，基于左相机13-1的标定对位补偿表对左上定位孔与左下定位孔在PCB图纸30上的位置进行补偿，基于右相机13-2的标定对位补偿表对右上定位孔与右下定位孔在PCB图纸30上的位置进行补偿，然后进行PCB变换矩阵的运算并打印到PCB基板20上。
本发明还设计一种对位装置10，如图9所示，包括：
平台11；
至少一个相机13，所述至少一个相机13设置在所述平台11的上方，并配置成可采集所述平台的图像；
控制单元15，所述控制单元15与所述平台11和所述相机13通讯，并配置成可执行如上所述的方法。
根据本发明的一个优选实施例，还包括光源，基于建立标定对位补偿表时的相机参数设置和光源参数设置，建立所述相机的标定参数表。
本发明还设计一种直接成像光刻设备1，参考图9，包括如上所述的对位装置10，配置为：基于PCB基板20上至少一个定标标记21的位置对PCB图纸30进行变换矩阵的运算并打印到PCB基板20上。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (14)
1.一种利用相机对平台进行对位的方法，其中直接成像光刻设备包括所述平台，所述方法包括：
S101：移动所述平台直至所述平台上的识别标记与相机图像中心对齐，获取所述平台的基准参考位置；
S102：以不同的移动量移动所述平台，通过所述相机获取所述识别标记在所述相机的视野内不同位置的图像；
S103：基于所述不同位置的图像，获得所述识别标记与所述图像的中心的像素偏移量；
S104：基于所述平台的基准参考位置和所述移动量，计算所述平台在不同位置的第一坐标；和
S105：在所述不同位置，基于所述像素偏移量、所述第一坐标和所述基准参考位置，计算所述相机视野内不同位置的补偿量，建立所述相机的标定对位补偿表。
2.如权利要求1所述的方法，还包括：改变所述相机和所述平台之间的距离，将所述识别标记调整至所述相机的焦平面上，然后固定所述相机。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中所述步骤S101包括：通过所述相机获取识别标记中心的像素坐标，当所述识别标记中心的像素坐标与所述相机图像中心的像素坐标的偏差值大于预设偏差时，移动所述平台直至所述偏差值小于预设偏差，并将所述平台的位置作为所述基准参考位置。
4.如权利要求1或2所述的方法，其中所述步骤S102包括：将所述平台沿着垂直于所述相机的光轴的方向按照预设行间距和预设列间距移动，通过所述相机获取识别标记中心在所述相机的视野内不同位置的图像。
5.如权利要求4所述的方法，所述预设行间距和所述预设列间距与所述相机的分辨率、像素的大小以及所述识别标记的大小中的一个或多个相关。
6.如权利要求4所述的方法，其中所述步骤S104包括：基于所述基准参考位置以及所述预设行间距和预设列间距，计算所述平台在不同位置的第一坐标。
7.如权利要求1或2所述的方法，还包括：基于所述相机的参数设置，建立所述相机的标定参数表。
8.如权利要求7所述的方法，其中所述相机包括左相机和右相机，所述方法还包括：分别建立所述左相机和右相机的标定对位补偿表和标定参数表。
9.如权利要求1或2所述的方法，还包括：
将PCB基板固定于所述平台上，所述PCB基板上具有定位标记；
通过所述相机获取所述PCB基板上定位标记的图像；
根据所述定位标记在所述图像中的位置，获得与该位置对应的补偿量；
基于所述补偿量，对所述定位标记的位置进行补偿。
10.如权利要求9所述的方法，还包括：基于补偿后的定位标记的位置，对待打印的PCB图纸进行平移、旋转和涨缩转换中的一种或多种。
11.如权利要求8所述的方法，其中PCB基板上设置有第一组定位标记和第二组定位标记，所述方法还包括：
将所述PCB基板固定于所述平台上；
根据标定参数表分别对所述左相机和右相机进行设置；
通过所述左相机分别获取所述第一组定位标记中各定位标记的图像；
确定所述左相机的标定对位补偿表中与所述第一组定位标记中各定位标记中心距离最接近的位置以及对应的第一组补偿量；
通过所述右相机分别获取所述第二组定位标记中各定位标记的图像；
确定所述右相机的标定对位补偿表中与所述第二组定位标记中各定位标记中心距离最接近的位置以及对应的第二组补偿量；
基于所述第一组补偿量和第二组补偿量，依次对所述第一组定位标记和第二组定位标记的位置进行补偿；
对PCB图纸进行变换矩阵的运算并打印到PCB基板上。
12.一种对位装置，包括：
平台；
至少一个相机，所述至少一个相机设置在所述平台的上方，并配置成可采集所述平台的图像；
控制单元，所述控制单元与所述平台和所述相机通讯，并配置成可执行如权利要求1-11中任一项所述的方法。
13.如权利要求12所述的对位装置，还包括光源，基于建立标定对位补偿表时的相机参数设置和光源参数设置，建立所述相机的标定参数表。
14.一种直接成像光刻设备，包括如权利要求12或13所述的对位装置，配置为：对PCB基板上至少一个定标标记的位置进行补偿，然后对PCB图纸进行变换矩阵的运算并打印到PCB基板上。
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