CN114740020A - 一种飞行取像方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种飞行取像方法及系统，属于光刻技术领域，它解决了现有技术中无法实现高速运行状态的飞行取像问题。本飞行取像方法，包含如下步骤，S1、平台运行；S2、相机拍照；S3、图像处理；S4、识别定位点；S5、测算出位置补偿距离；S6、持续对平台上的定位点进行拍照和识别定位点，以发送精确对位坐标至下一工序。本飞行取像方法具有飞拍识别精度高，效率高的优点。

Description

一种飞行取像方法及系统
技术领域
本发明属于光刻技术领域，涉及一种基于飞行取像的PCB板定位方法及系统，特别涉及一种超高速运行状态下的高精度图形识别定位方法及系统。
背景技术
在工业自动化生产过程中，需要采用工业相机对运动状态下的工件进行拍照，以便于获得工件图像并进行处理，从而根据工件图像信息实现后续的自动化工艺动作，例如，纠偏、检测、定位及修正等工艺动作。
在现有技术中，运动状态下的工件拍照，需要先将工件的运动状态停止，使得工件处于静止状态后再进行定拍，其中运动状态下的工件将会经过运动减速、静止、拍照、再加速运动等多个过程，导致工件的拍摄效率低，进而影响后续工艺动作的进行。如中国专利(公开号CN112964721A)提供的一种多目标随机阵列飞拍视觉检测方法及检测系统，其采用定拍或点动启停的方式拍照，以通过视觉检测方法精确识别工件上的目标位置。
上述方法工作效率低，完全跟不上高速运行的生产进度，且连续启停会导致运动过程中产生误差，启停次数越多其误差的叠加越大，这又会导致图像识别精度的降低，因此，尤其在光刻领域中，亟待提供一种运行速度快，精度又能达到微米级的飞行取像装置。
发明内容
本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种高精度的飞行取像方法。
为了实现创新本发明的目的可通过下列技术方案来实现：
一种飞行取像方法，包含如下步骤：
S1；工件定位好后在平台上运行；
S2、工件运行到设定位置后触发相机拍照；
S3、拍照后对获取的图像进行处理；
S4、识别图像中的定位点并传输至控制系统；
S5、控制系统根据平台运行速度，以及相机曝光时间，测算出位置补偿距离；拍摄到的定位点坐标减去补偿距离即为定位点实际坐标；
S6、持续对工件上的定位点进行拍照识别和计算发送至控制系统以反馈定位点实际坐标。
本飞行取像方法应用于与PCB板的光刻领域，由于平台运行速度极高，通常可达800-1000mm/S，并且光刻精度要求也极高，通常为微米级，因此给飞行取像的定位精度也提出了极高的要求，通常拍摄精度误差要求在一个像素内。若平台运动速度Vp(mm/s)，相机曝光时间t(us)，相机拍摄精度为0.0075mm/pixel，则曝光时间内平台运行的距离S＝Vp*t，需要满足S≤0.0075mm/pixel，即精度误差小于一个像素，才能满足飞行取像对位精度要求。因此，本方法通过在相机拍照时缩短曝光时间，增大曝光光源功率，使得相机在极端时间内完成曝光，且曝光后的图像经过高精度处理后，可精确识别图像中的定位点，并经过系统计算出位置补偿距离，以补偿曝光过程中平台运行的距离，完成定位点实际坐标的采集，以为PCB板光刻时提供精确的对位数据。
在上述的一种飞行取像方法中，还包括：
步骤S7、计算待光刻工位与定位点实际坐标的距离差，根据平台运行速度，计算出定位点运行至待光刻位置的时间差，根据相机拍照时间加上该时间差即为对该定位点进行光刻的时间点。
飞行取像的目的在于在PCB板上识别出定位点的精确坐标，以实现曝光时精确对位，因此在飞行取像工位至曝光工位之间的距离差，也需要精确计算，并根据该距离差计算光刻机曝光的时间点，才能实现精确对位，因此步骤S7为计算平台运行至光刻工位时的时间差，以实现精确对位后的曝光。
在上述的一种飞行取像方法中，所述的步骤S5中，位置补偿距离计算公式如下：
当平台运动速度Vp＝0时，经测，信号从发出到反馈回来的时间t1；则位置补偿距离S＝Vp*t1，则Y实际的坐标为Y实际＝Ypos-S。
t1为计算信息的反馈时间，Y实际为平台运行时定位点的Y轴实际坐标，Ypos为相机拍摄时定位点的显示坐标，考虑信息反馈时间(通常也是微秒级)，并计算在该信息反馈时间内平台的实际运行距离作为位置补偿距离，则可换算出定位点的Y轴实际坐标值。
在上述的一种飞行取像方法中，所述的步骤S2中，触发相机拍照为硬触发，即通过外部系统检测到工件运行至某一设定位置后，直接触发相机拍照。硬触发不经过控制系统处理，类似于机械触发，所以拍照延时短，曝光时间可控。
在上述的一种飞行取像方法中，所述的步骤S2中，触发相机拍照还包括软触发，即控制系统内设置好平台运行时间或距离，到达该设定时间或距离后触发相机拍照。因采用软件设置，触发需要实时关注软件反馈的位置信息，故软触发会出现延时，即便通过计算对延时进行补偿，因相机拍摄和平台运行都存在一定的误差，补偿效果也不尽理想。
在上述的一种飞行取像方法中，所述的步骤S2还包括步骤S2.1：开启光源。
在上述的一种飞行取像方法中，所述的光源为黄光和/或红光。根据被识别工件的要求，可分别开启黄光、红光，或同时开启黄光和红光，以满足不同场景的使用。
在上述的一种飞行取像方法中，所述的光源驱动电压为24V或48V。因相机曝光时间极端，为在短时间内获得图像信息，势必要增大光源的亮度，通常在飞拍状态下，光源采用48V驱动，提供更高效更快速的光源响应，而在调试模式下或定拍模式下，可采用24V光源以降低曝光过渡导致的图像处理难的问题。
本发明的另一目的还在于提供一种飞行取像系统，其特征在于，包括：
平台运行模块：用于对平台上的待曝光工件按照设定运行方向输送；
取像模块：设置于平台上方，用于对平台上运行的工件进行拍照；
图像处理模块：用于对取像模块拍摄的图像进行处理，将方便控制系统识别图像中的定位点；
控制系统：用于根据平台运行速度，取像模块曝光时间等计算图像中定位点的实际位置并发送至下一工位执行下一步工序。
在上述的一种飞行取像系统中，还包括：
机台控制模块：用于控制平台的运行，并根据运行平台上工件的运行位置反馈至取像模块触发其执行拍照动作。
在上述的一种飞行取像系统中，所述的控制系统中还包括软件触发单元，用于根据软件设计时间或距离，发送指令至取像模块触发其执行拍照动作。
在上述的一种飞行取像系统中，还包括光源模块，用于在取像模块曝光时提供光源，以提升拍照精度。
与现有技术相比，本发明利用高清相机，在极短曝光时间内对高速运行的平台进行拍照，然后进行图像处理以精确识别定位点，方便PCB板光刻时的对位，并且将曝光时长带来的误差计算出来通过位置距离补偿的方式，实现平台高速运行状态下精确识别定位点坐标，方便下一工序光刻曝光时完成精确对位，有效提高了高速运行状态下的PCB板对位精度，在对位和光刻过程无需停机，利用飞行取像系统及方法实现了高速运行状态下PCB板能够精确对位和曝光，具有飞拍识别精度高，效率高的优点。
附图说明
图1是本发明的工作过程示意图。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
本飞行取像系统及方法应用于与PCB板的光刻领域，由于平台运行速度极高，通常可达800-1000mm/S，并且光刻精度要求也极高，通常为微米级，因此给飞行取像的定位精度也提出了极高的要求，通常拍摄精度误差要求在一个像素内。若平台运动速度Vp(mm/s)，相机曝光时间t(us)，相机拍摄精度为0.0075mm/pixel，则曝光时间内平台运行的距离S＝Vp*t，需要满足S≤0.0075mm/pixel，即精度误差小于一个像素，才能满足飞行取像对位精度要求。因此，本方法通过在相机拍照时缩短曝光时间，增大曝光光源功率，使得相机在极端时间内完成曝光，且曝光后的图像经过高精度处理后，可精确识别图像中的定位点，并经过系统计算出位置补偿距离，以补偿曝光过程中平台运行的距离，完成定位点实际坐标的采集，以为PCB板光刻时提供精确的对位数据。
本飞行取像系统包括：
平台运行模块：用于对平台上的待曝光工件按照设定运行方向输送；
取像模块：设置于平台上方，用于对平台上运行的工件进行拍照；
图像处理模块：用于对取像模块拍摄的图像进行处理，将方便控制系统识别图像中的定位点；
控制系统：用于根据平台运行速度，取像模块曝光时间等计算图像中定位点的实际位置并发送至下一工位执行下一步工序；
机台控制模块：用于控制平台的运行，并根据运行平台上工件的运行位置反馈至取像模块触发其执行拍照动作。
所述的取像模块还包括光源模块，用于在取像模块曝光时提供光源，以提升拍照精度。所述的光源为黄光和/或红光。根据被识别工件的要求，可分别开启黄光、红光，或同时开启黄光和红光，以满足不同场景的使用。所述的光源驱动电压为24V或48V。因相机曝光时间极端，为在短时间内获得图像信息，势必要增大光源的亮度，通常在飞拍状态下，光源采用48V驱动，提供更高效更快速的光源响应，而在调试模式下或定拍模式下，可采用24V光源以降低曝光过渡导致的图像处理难的问题。
所述的控制系统中还包括软件触发单元，用于根据软件设计时间或距离，发送指令至取像模块触发其执行拍照动作。
如图1所示，本飞行取像系统的取像方法包含如下步骤：
S1；工件定位好后在平台上运行；
S2、工件运行到设定位置后触发相机拍照，与此同时开启光源照明；
S3、拍照后对获取的图像进行处理；
S4、识别图像中的定位点并传输至控制系统；
S5、控制系统根据平台运行速度，以及相机曝光时间，测算出位置补偿距离；拍摄到的定位点坐标减去补偿距离即为定位点实际坐标；
S6、持续对工件上的定位点进行拍照识别和计算发送至控制系统以反馈定位点实际坐标；
步骤S7、计算待光刻工位与定位点实际坐标的距离差，根据平台运行速度，计算出定位点运行至待光刻位置的时间差，根据相机拍照时间加上该时间差即为对该定位点进行光刻的时间点。
飞行取像的目的在于在PCB板上识别出定位点的精确坐标，以实现曝光时精确对位，因此在飞行取像工位至曝光工位之间的距离差，也需要精确计算，并根据该距离差计算光刻机曝光的时间点，才能实现精确对位，因此步骤S7为计算平台运行至光刻工位时的时间差，以实现精确对位后的曝光。
所述的步骤S5中，位置补偿距离计算公式如下：
当平台运动速度Vp＝0时，经测，信号从发出到反馈回来的时间t1；则位置补偿距离S＝Vp*t1，则Y实际的坐标为Y实际＝Ypos-S。
t1为计算信息的反馈时间，Y实际为平台运行时定位点的Y轴实际坐标，Ypos为相机拍摄时定位点的显示坐标，考虑信息反馈时间(通常也是微秒级)，并计算在该信息反馈时间内平台的实际运行距离作为位置补偿距离，则可换算出定位点的Y轴实际坐标值。
所述的步骤S2中，触发相机拍照为硬触发，即通过外部系统检测到工件运行至某一设定位置后，直接触发相机拍照。硬触发不经过控制系统处理，类似于机械触发，所以拍照延时短，曝光时间可控。
所述的步骤S2中，触发相机拍照还包括软触发，即控制系统内设置好平台运行时间或距离，到达该设定时间或距离后触发相机拍照。因采用软件设置，触发需要实时关注软件反馈的位置信息，故软触发会出现延时，即便通过计算对延时进行补偿，因相机拍摄和平台运行都存在一定的误差，补偿效果也不尽理想。
本发明利用高清相机，在极短曝光时间内对高速运行的平台进行拍照，然后进行图像处理以精确识别定位点，方便PCB板光刻时的对位，并且将曝光时长带来的误差计算出来通过位置距离补偿的方式，实现平台高速运行状态下精确识别定位点坐标，方便下一工序光刻曝光时完成精确对位，有效提高了高速运行状态下的PCB板对位精度，在对位和光刻过程无需停机，利用飞行取像系统及方法实现了高速运行状态下PCB板能够精确对位和曝光，具有飞拍识别精度高，效率高的优点。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (12)

1.一种飞行取像方法，包含如下步骤：
S1；工件定位好后在平台上运行；
S2、工件运行到设定位置后触发相机拍照；
S3、拍照后对获取的图像进行处理；
S4、识别图像中的定位点并传输至控制系统；
S5、控制系统根据平台运行速度，以及相机曝光时间，测算出位置补偿距离；拍摄到的定位点坐标减去补偿距离即为定位点实际坐标；
S6、持续对工件上的定位点进行拍照识别和计算发送至控制系统以反馈定位点实际坐标。
2.根据权利要求1所述的飞行取像方法，其特征在于，还包括：
步骤S7、计算待光刻工位与定位点实际坐标的距离差，根据平台运行速度，计算出定位点运行至待光刻位置的时间差，根据相机拍照时间加上该时间差即为对该定位点进行光刻的时间点。
3.根据权利要求1所述的飞行取像方法，其特征在于，所述的步骤S5中，位置补偿距离计算公式如下：
当平台运动速度Vp＝0时，经测，信号从发出到反馈回来的时间t1(计算信息反馈时间)；则位置补偿距离S＝Vp*t1，则Y实际的坐标为Y实际＝Ypos-S。
4.根据权利要求1或2或3所述的飞行取像方法，其特征在于，所述的步骤S2中，触发相机拍照为硬触发，即通过外部系统检测到工件运行至某一设定位置后，直接触发相机拍照。
硬触发不经过控制系统处理，类似于机械触发，所以拍照延时短，曝光时间可控。
5.根据权利要求1或2或3所述的飞行取像方法，其特征在于，所述的步骤S2中，触发相机拍照还包括软触发，即控制系统内设置好平台运行时间或距离，到达该设定时间或距离后触发相机拍照。
因采用软件设置，触发需要实时关注软件反馈的位置信息，故软触发会出现延时，即便通过计算对延时进行补偿，因相机拍摄和平台运行都存在一定的误差，补偿效果也不尽理想。
6.根据权利要求1或2或3所述的飞行取像方法，其特征在于，所述的步骤S2还包括步骤S2.1：开启光源。
7.根据权利要求1或2或3所述的飞行取像方法，其特征在于，所述的光源为黄光和/或红光。
8.根据权利要求7所述的飞行取像方法，其特征在于，所述的光源驱动电压为24V或48V。
9.一种飞行取像系统，其特征在于，包括：
平台运行模块：用于对平台上的待曝光工件按照设定运行方向输送；
取像模块：设置于平台上方，用于对平台上运行的工件进行拍照；
图像处理模块：用于对取像模块拍摄的图像进行处理，将方便控制系统识别图像中的定位点；
控制系统：用于根据平台运行速度，取像模块曝光时间等计算图像中定位点的实际位置并发送至下一工位执行下一步工序。
10.根据权利要求9所述的飞行取像系统，其特征在于，本系统还包括：
机台控制模块：用于控制平台的运行，并根据运行平台上工件的运行位置反馈至取像模块触发其执行拍照动作。
11.根据权利要求9或10所述的飞行取像系统，其特征在于，所述的控制系统中还包括软件触发单元，用于根据软件设计时间或距离，发送指令至取像模块触发其执行拍照动作。
12.根据权利要求9或10所述的飞行取像系统，其特征在于，还包括光源模块，用于在取像模块曝光时提供光源，以提升拍照精度。
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