CN116811447B - 一种基板纠偏和定位方法及相关设备 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及视觉定位技术领域,公开了一种基板纠偏和定位方法及相关设备,该基板纠偏和定位方法:通过获取基板偏转的基准角度以及目标位置,在基板实际纠偏和定位中,获取实时的基板偏转的实际角度和基板的实际位置,根据基准角度和实际角度的角度偏差控制转台对基板进行纠偏,根据目标位置和实际位置的位置偏差控制工作台对基板进行定位,解决了由于现有对多相机无共同视野进行标定的方法成本较高,标定过程复杂,计算繁琐的基板纠偏问题,通过本申请设置的基板纠偏和定位方法,不但可以满足基板纠偏微米级精度,而且相较于利用三维立体坐标系标定更加简单和高效。

Description

一种基板纠偏和定位方法及相关设备
技术领域
本申请涉及视觉定位技术领域,具体而言,涉及一种基板纠偏和定位方法及相关设备。
背景技术
在工业领域中,喷墨打印、微米发光二极管巨量转移等设备需要对上片后的基板进行纠偏及定位,比如在电子纸墨水填充设备中,由于基板在上片后,其位置可能偏了一定的角度和距离,从而影响喷墨打印的准确性,而且像素坑边缘的间距只有10微米左右,其要求的对位精度往往是微米级甚至是亚微米级,因此,需要对基板进行高精度的定位,才能保证墨水能精确填充到像素坑中,由于基板的尺寸较大,而单台相机的相机视野范围较小,因此,多台相机之间没有重合的视野,所以,一般会选择多台工业相机完成视觉对位,例如,现有对多相机无共同视野进行标定的方法中有:1、在多台相机之间设置过渡相机进行标定,但是,由于安装空间的限制,增加过渡相机仍然无法保证处于共同视野中;2、采用双经纬仪三坐标测量系统或云台相机进行标定,但是,成本较高,标定过程复杂,计算繁琐。
针对上述问题,目前尚未有有效的技术解决方案。
发明内容
本申请的目的在于提供一种基板纠偏和定位方法,使用喷墨打印系统现有的设备对基板进行纠偏和定位,不但可以满足基板纠偏微米级精度,而且相较于利用三维立体坐标系标定更加简单和高效。
第一方面,本申请提供了一种基板纠偏和定位方法,基于喷墨打印系统对基板进行纠偏和定位,所述喷墨打印系统包括横梁轴、打印头、转台、固定架和能够沿二维平面坐标系的X方向和/或Y方向移动的工作台,所述转台设置在工作台上并用于承托基板,所述基板上设置有沿Y方向排列的多个标记点,所述转台能够相对所述工作台转动以调节所述基板的角度,所述横梁轴设置在所述工作台的上方且沿Y方向延伸,所述打印头设置在所述横梁轴上,所述打印头设置有第一相机,所述第一相机跟随所述打印头在所述横梁轴上沿Y方向往复运动,所述固定架与所述横梁轴平行,所述固定架上沿Y方向间隔设置有多台第二相机,所述基板纠偏和定位方法包括步骤:
A1.利用所述第一相机和所述第二相机,配合所述转台和所述工作台的运动,基于所述基板上的各个所述标记点的位置,获取所述基板偏转的基准角度;
A2.标定所述基板在打印起始时刻的目标位置;
A3.利用所述第二相机,配合所述工作台的运动,基于所述基板上的各个所述标记点的位置,获取实时的所述基板偏转的实际角度和所述基板的实际位置;
A4.根据所述基准角度和实际角度的角度偏差控制所述转台对所述基板进行纠偏,根据所述目标位置和实际位置的位置偏差控制所述工作台对所述基板进行定位。
通过本申请设置的基板纠偏和定位方法,不但可以满足基板纠偏微米级精度,而且相较于利用三维立体坐标系标定更加简单和高效。
优选地,步骤A1包括步骤:
A11.对每台所述第二相机的安装角度、第一台所述第二相机与所述二维平面坐标系的原点在X方向的第一位置偏差和Y方向上的第二位置偏差、剩余各台所述第二相机分别与第一台所述第二相机在X方向的第三位置偏差和Y方向上的第四位置偏差进行预标定;
A12.控制所述第一相机按预设步长在所述横梁轴上沿Y方向移动,以获取所述基板的多个第一图像信息,根据多个所述第一图像信息转动所述转台以使所述基板的水平刻度线与所述横梁轴平行;
A13.通过各台所述第二相机获取各个所述标记点的位置,根据所述标记点的位置、各台所述第二相机的所述安装角度、所述第一位置偏差、所述第二位置偏差、各个所述第三位置偏差和各个所述第四位置偏差拟合各个所述标记点在所述二维平面坐标系中的目标直线;
A14.计算所述目标直线在所述二维平面坐标系中的偏转角,所述偏转角记为基准角度。
通过步骤A12利用已有的设备可以间接标定了基板与横梁轴的偏转关系,无需外设辅助系统或辅助相机,进一步节省成本、提高效率。
优选地,步骤A14之后还包括步骤:
A15. 基于最小优化算法,多次重复执行步骤A11-A14,以获取最优的基准角度,作为最终的基准角度。
优选地,步骤A13包括:
通过各台所述第二相机获取各个所述标记点的第二图像信息;根据各个所述第二图像信息获取各个所述标记点在对应的所述第二相机的第二相机坐标系下的多个像素坐标,记为初始像素坐标;
根据第一台所述第二相机的多个所述初始像素坐标、第一台所述第二相机的所述安装角度、第一位置偏差和所述第二位置偏差,计算第一台所述第二相机上拍摄的各个所述标记点在所述二维平面坐标系中的多个第一像素坐标;
根据剩余各台所述第二相机的多个初始像素坐标、剩余各台所述第二相机的各个所述安装角度、所述第一位置偏差、所述第二位置偏差、各个所述第三位置偏差和各个所述第四位置偏差,分别计算剩余各台所述第二相机上拍摄的各个所述标记点在所述二维平面坐标系中的多个第二像素坐标;
基于最小二乘法,根据多个所述第一像素坐标和多个所述第二像素坐标拟合各个所述标记点在二维平面坐标系中的所述目标直线。
优选地,步骤A14包括:
根据以下公式,计算所述目标直线在所述二维平面坐标系中的偏转角:
式中,为所述偏转角,为所述目标直线在所述二维平面坐标系中在X方向上的单位向量,为所述目标直线在所述二维平面坐标系中在Y方向上的单位向量。
优选地,步骤A2包括:
把打印头移动至预设初始位置后,利用所述第一相机,调整所述打印头的位置,使所述打印头的墨点能够落在所述基板的第一像素坑中心位置,通过第一台所述第二相机获取当前所述基板上指定的一个所述标记点的位置作为目标位置。
优选地,步骤A15包括:
多次重复步骤A11-A14,并在每次重复执行步骤A11-A14后执行以下步骤以获取第一总值:
S1.控制所述转台按预设角度多次旋转,利用多台所述第二相机,基于所述基板上的各个所述标记点的位置,计算每次旋转后所述基板的第二偏转角;
S2.计算所述预设角度与多个所述第二偏转角的第一偏差;
S3.对各个所述第一偏差的平方进行求和,得到第一总值;
比较所有所述第一总值的大小,以获取最小的所述第一总值对应的所述基准角度作为所述最终的基准角度。
通过多次验证计算的基准角度,以获取误差最小的第一总值对应的基准角度作为最终的基准角度,有利于提高基板进行纠偏的精确度。
第二方面,本申请提供了一种基板纠偏和定位的装置,基于喷墨打印系统对基板进行纠偏和定位,所述喷墨打印系统包括横梁轴、打印头、转台、固定架和能够沿二维平面坐标系的X方向和/或Y方向移动的工作台,所述转台设置在工作台上并用于承托基板,所述基板上设置有沿Y方向排列的多个标记点,所述转台能够相对所述工作台转动以调节所述基板的角度,所述横梁轴设置在所述工作台的上方且沿Y方向延伸,所述打印头设置在所述横梁轴上,所述打印头设置有第一相机,所述第一相机跟随所述打印头在所述横梁轴上沿Y方向往复运动,所述固定架与所述横梁轴平行,所述固定架上沿Y方向间隔设置有多台第二相机,所述基板纠偏和定位的装置包括:
第一获取模块,用于利用所述第一相机和所述第二相机,配合所述转台和所述工作台的运动,基于所述基板上的各个所述标记点的位置,获取所述基板偏转的基准角度;
标定模块,用于标定所述基板在打印起始时刻的目标位置;
第二获取模块,用于利用所述第二相机,配合所述工作台的运动,基于所述基板上的各个所述标记点的位置,获取实时的所述基板偏转的实际角度和所述基板的实际位置;
调节模块,用于根据所述基准角度和实际角度的角度偏差控制所述转台对所述基板进行纠偏,根据所述目标位置和实际位置的位置偏差控制所述工作台对所述基板进行定位。
第三方面,本申请提供了一种电子设备,包括处理器和存储器,所述存储器存储有所述处理器可执行的计算机程序,所述处理器执行所述计算机程序时,运行如前文所述基板纠偏和定位方法中的步骤。
第四方面,本申请提供了一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时运行如前文所述基板纠偏和定位方法中的步骤。
有益效果
本申请提供的基板纠偏和定位方法及相关设备,利用所述第一相机和所述第二相机,配合所述转台和所述工作台的运动,基于所述基板上的各个所述标记点的位置,获取所述基板偏转的基准角度;标定所述基板在打印起始时刻的目标位置;利用所述第二相机,配合所述工作台的运动,基于所述基板上的各个所述记点的位置,获取实时的所述基板偏转的实际角度和所述基板的实际位置;根据所述基准角度和实际角度的角度偏差控制所述转台对所述基板进行纠偏,根据所述目标位置和实际位置的位置偏差控制所述工作台对所述基板进行定位,解决了由于现有对多相机无共同视野进行标定的方法成本较高,标定过程复杂,计算繁琐的基板纠偏问题,通过本申请设置的基板纠偏和定位方法,不但可以满足基板纠偏微米级精度,而且相较于利用三维立体坐标系标定更加简单和高效。
附图说明
图1为本申请提供的基板纠偏和定位方法的流程图。
图2为本申请提供的基板纠偏和定位的装置结构示意图。
图3为本申请提供的电子设备的结构示意图。
图4为喷墨打印系统的结构示意图。
图5为标记点从第二相机坐标系中转换到二维平面坐标系的位置示意图。
图6为基板上的标记点在各二维平面坐标系中的位置示意图。
标号说明:1、第一获取模块;2、标定模块;3、第二获取模块;4、调节模块;10、第二相机;20、固定架;30、工作台;40、横梁轴;50、打印头;60、标记点;301、处理器;302、存储器;303、通信总线。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中附图,对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此,以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围,而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例,本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本申请保护的范围。
应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项,因此,一旦某一项在一个附图中被定义,则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时,在本申请的描述中,术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
第一方面,请参考图1,图1是本申请提供的基板纠偏和定位方法的流程图,图4为喷墨打印系统的结构示意图,本申请的基板纠偏和定位方法是基于喷墨打印系统对基板进行纠偏和定位,喷墨打印系统包括横梁轴40、打印头50、转台、固定架20和能够沿二维平面坐标系的X方向和/或Y方向移动的工作台30,转台设置在工作台30上并用于承托基板,基板上设置有沿Y方向排列的多个标记点60,转台能够相对工作台30转动以调节基板的角度,横梁轴40设置在工作台30的上方且沿Y方向延伸,打印头50设置在横梁轴40上,打印头50设置有第一相机(图中未画出),第一相机跟随打印头50在横梁轴40上沿Y方向往复运动,固定架20与横梁轴40平行,固定架20上沿Y方向间隔设置有多台第二相机10,基板纠偏和定位方法包括步骤:
A1.利用第一相机和第二相机10,配合转台和工作台30的运动,基于基板上的各个标记点60的位置,获取基板偏转的基准角度;
A2.标定基板在打印起始时刻的目标位置;
A3.利用第二相机10,配合工作台30的运动,基于基板上的各个标记点60的位置,获取实时的基板偏转的实际角度和基板的实际位置;
A4.根据基准角度和实际角度的角度偏差控制转台对基板进行纠偏,根据目标位置和实际位置的位置偏差控制工作台30对基板进行定位。
其中,多台第二相机10均为同一型号和规格的相机,且多台第二相机10的相机视野互不重合,标记点是预先光刻在基板上的。
具体地,通过获取基板偏转的基准角度以及目标位置,在基板实际纠偏和定位中,获取实时的基板偏转的实际角度和基板的实际位置,根据基准角度和实际角度的角度偏差控制转台对基板进行纠偏,根据目标位置和实际位置的位置偏差控制工作台30对基板进行定位,解决了由于现有对多相机无共同视野进行标定的方法成本较高,标定过程复杂,计算繁琐的基板纠偏问题,通过本申请设置的基板纠偏和定位方法,不但可以满足基板纠偏微米级精度,而且相较于利用三维立体坐标系标定更加简单和高效。
在一些实施方式中,步骤A1包括步骤:
A11.对每台第二相机10的安装角度、第一台第二相机10与二维平面坐标系的原点在X方向的第一位置偏差和Y方向上的第二位置偏差、剩余各台第二相机10分别与第一台第二相机10在X方向的第三位置偏差和Y方向上的第四位置偏差进行预标定;
A12.控制第一相机按预设步长在横梁轴40上沿Y方向移动,以获取基板的多个第一图像信息,根据多个第一图像信息转动转台以使基板的水平刻度线与横梁轴40平行;
A13.通过各台第二相机10获取各个标记点60的位置,根据各个标记点60的位置、各台第二相机10的安装角度、第一位置偏差、第二位置偏差、各个第三位置偏差和各个第四位置偏差拟合各个标记点60在二维平面坐标系中的目标直线;
A14.计算目标直线在二维平面坐标系中的偏转角,偏转角记为基准角度。
具体地,步骤A11中,对每台第二相机10的安装角度进行预标定,可以通过固定第二相机10,移动标定板(指标定专用板,是单独带有特征图案的板子)的方式来计算安装角度;或者,通过固定标定板,移动第二相机10的方式来计算安装角度,另外,为了提高计算精度,还可以使用激光干涉仪辅助测量,计算出每台第二相机10的安装角度,安装角度的预标定不限于上述方式。其中,可以结合工作台30带动标定板沿Y方向移动的距离和标定板在各台第二相机10中的像素坐标,从而计算出第一位置偏差、第二位置偏差、各个第三位置偏差和各个第四位置偏差,也可以通过多台第二相机10标定自身的像素坐标系和世界坐标系,从而得到第二相机10外参。
在步骤A12中,第一相机靠近横梁轴40的侧面与横梁轴40保持平行,预设步长可以根据实际需要设置,目的是为了使第一相机在横梁轴40上沿Y方向移动,可以验证整个横梁轴40是否与基板的水平刻度线保持平行,因此,通过移动第一相机拍摄基板,获取多个第一图像信息,每个第一图像信息都有中心十字线,利用图像识别技术,从多个第一图像信息中获取基板上的水平刻度线是否与对应的第一图像信息中心十字线的水平线重合,若不重合,不断转动转台,直到转台上的基板的水平刻度线与所有第一图像信息中心十字线的水平线重合,即是保证了基板的水平刻度线与横梁轴40平行,虽然本申请没有直接标定横梁轴40和相机与基板之间的偏转角度,但是通过步骤A12利用已有的设备可以间接标定了基板与横梁轴40的偏转关系,无需外设辅助系统或辅助相机,进一步节省成本、提高效率。
在步骤A13和A14中,通过建立二维平面坐标系xoy,结合各台第二相机10的安装角度和多台第二相机10在二维平面坐标系中标定的位置关系,求出所有标记点60在二维平面坐标系中的坐标,如图6所示,图中的dx为两台第二相机10在x方向上的位置偏差,dy为两台第二相机10在y方向上的位置偏差,根据各台第二相机10视野中的各个标记点60在二维平面坐标系的具体位置,在二维平面坐标系中拟合标记点60的目标直线,以计算目标直线在二维平面坐标系中的偏转角,即是求得的基准角度,从而,在进行基板纠偏的时候,只需将该基准角度与实时的基板偏转的实际角度进行比较,即可对基板进行纠偏。
在一些实施方式中步骤A14之后还包括步骤:
A15.基于最小优化算法,多次重复执行步骤A11-A14,以获取最优的基准角度,作为最终的基准角度。
具体地,通过多次验证,以获取最优的基准角度作为最终的基准角度,有利于提高基板纠偏的精确度。
在一些实施方式中,步骤A13包括:
通过各台第二相机10获取各个标记点60的第二图像信息(如图6所示,左右两个相框中分别表示两台第二相机10视野中的各个标记点60的位置图);
根据各个第二图像信息获取各个标记点60在对应的第二相机10的第二相机坐标系下的多个像素坐标,记为初始像素坐标;
根据第一台第二相机10的多个初始像素坐标、第一台第二相机10的安装角度、第一位置偏差和第二位置偏差,计算第一台第二相机10上拍摄的各个标记点60在二维平面坐标系中的多个第一像素坐标;
根据剩余各台第二相机10的多个初始像素坐标、剩余各台第二相机10的各个安装角度、第一位置偏差、第二位置偏差、各个第三位置偏差和各个第四位置偏差,分别计算剩余各台第二相机10上拍摄的各个标记点60在二维平面坐标系中的多个第二像素坐标;
基于最小二乘法,根据多个第一像素坐标和多个第二像素坐标拟合各个标记点60在二维平面坐标系中的目标直线。
在通过各台第二相机10获取各个标记点60的第二图像信息的步骤中,如果基板上仅有一个标记点60,且工作台30能够沿Y方向移动,则各台第二相机10获取标记点60的第二图像信息的过程为:以标记点位于基板的左上角为例,控制工作台30从左边开始,沿Y方向移动,由于各台第二相机10的视野相互不重合,因此,左上角的标记点沿Y方向每移动一定距离(根据需要设置)的时候,各台第二相机10都拍摄到一张图片,每个图片中都有标记点60的具体位置信息,将同一个第二相机10视野内拍摄的多个标记点60的具体位置信息放到同一张图片中,就形成如图6中左边相框中所示的位置图,同理,图6中右边相框是标记点在另一台第二相机10视野中的多个位置信息。
在实际应用中,参考图5(P表示标记点60,x’oy’为第二相机 10的第二相机坐标系,xoy为二维平面坐标系,为第二相机10的安装角度),第一像素坐标可以根据以下公式计算:
;
;
其中,,
式中,(,)为旋转后的第m个第一像素坐标,()为对第一台第二相机10的第m个初始像素坐标进行平移转换后的像素坐标,为第一位置偏差,为第二位置偏差,()为第一台第二相机10的第m个初始像素坐标,为第一台第二相机10的安装角度。
第二像素坐标可以根据以下公式计算:
;
;
其中,,
式中,(,)为旋转后的第m个第二像素坐标,()为对剩余各台第二相机10的第m个初始像素坐标进行平移转换后的像素坐标,为第三位置偏差,为第四位置偏差,()为剩余各台第二相机10对应的第m个初始像素坐标,为剩余各台第二相机10对应的安装角度。
其中,最小二乘法为现有技术,此处不作具体限制,根据多个第一像素坐标和多个第二像素坐标,即可在二维平面坐标系中拟合各个标记点60的目标直线。
在一些实施方式中,步骤A14包括:
根据以下公式,计算目标直线在二维平面坐标系中的偏转角:
式中,为偏转角,为目标直线在二维平面坐标系中在X方向上的单位向量,为目标直线在二维平面坐标系中在Y方向上的单位向量。
具体地,通过上述公式即可计算得到目标直线在二维平面坐标系中的偏转角。
在一些实施方式中,步骤A2包括:
把打印头50移动至预设初始位置后,利用第一相机,调整打印头50的位置,使打印头50的墨点能够落在基板的第一像素坑中心位置,通过第一台第二相机10获取当前基板上指定的一个标记点60的位置作为目标位置。
其中,第一像素坑中心位置与基板上的标记点60的位置的转换矩阵是已知的,可以通过现有技术直接获取得到。因此,在调整基板的水平刻度线与横梁轴40平行之后,把打印头50移动至预设初始位置后,由于第一相机的视野中是可以拍摄到墨点落在基板上的位置,根据第一相机的图像,不断调整打印头50的位置,直到打印头50的墨点能够落在基板的第一像素坑中心位置时,通过第一台第二相机10(设置在基板第一像素坑的一侧)拍摄基板上指定的一个标记点60的位置,通过图像识别技术(现有技术)获取当前基板上指定的一个标记点60的位置,并作为目标位置。在基板进行实际定位时,通过第一台第二相机10获取基板上对应指定的一个标记点60的实际位置与目标位置的位置偏差,即可快速控制工作台30对基板进行定位,提高基板定位的效率。
在一些实施方式中,步骤A15包括:
多次重复步骤A11-A14,并在每次重复执行步骤A11-A14后执行以下步骤以获取第一总值:
S1.控制转台按预设角度多次旋转,利用多台第二相机10,基于基板上的各个标记点60的位置,计算每次旋转后基板上的第二偏转角;
S2.计算预设角度与多个第二偏转角的第一偏差;
S3.对各个第一偏差的平方进行求和,得到第一总值;
比较所有第一总值的大小,以获取最小的第一总值对应的基准角度作为最终的基准角度。
其中,预设角度可以是任意角度,预设角度是预先给定的,例如,预设角度为,控制转台每次都按转动,然后转台每转动一次,利用多台第二相机10,基于基板上的各个标记点60的位置,计算每次旋转后基板的第二偏转角(计算过程与步骤A13和A14一样,具体见上文,此处不作详述),计算得到的第二偏转角可能是或者(对应的第一偏差为或者),因此,将所有的第一偏差进行平方求和,从而在多次重复步骤A11-A14后,可以得到多个第一总值,通过比较所有第一总值的大小,以获取误差最小的第一总值对应的基准角度作为最终的基准角度,有利于提高基板进行纠偏的精确度。
具体地,由于计算的误差,在每次重复执行步骤A11-A14都计算得到一个基准角度可能不是最可靠的,因此,在每次计算得到一个基准角度后再执行步骤S1-S3,使转台按预设角度多次转动,并记录每次转动后由步骤A14计算出来的第二偏转角,多次验证计算得到的第二偏转角与预设角度(即转台的实际转动角度)的第一偏差的大小,通过对多个第一偏差的平方进行求和,从而得到比较可靠的第一总值,有利于提高步骤A14计算得到的基准角度的可靠性,使步骤A14计算得到的基准角度越来越接近真实值,最后,比较所有第一总值的大小,取最小的第一总值对应的基准角度作为最终的基准角度,有利于提高基板纠偏的精确度。
第二方面,本申请提供了一种基板纠偏和定位的装置,基于喷墨打印系统对基板进行纠偏和定位,喷墨打印系统包括横梁轴40、打印头50、转台、固定架20和能够沿二维平面坐标系的X方向和/或Y方向移动的工作台30,转台设置在工作台30上并用于承托基板,基板上设置有沿Y方向排列的多个标记点60,转台能够相对工作台30转动以调节基板的角度,横梁轴40设置在工作台30的上方且沿Y方向延伸,打印头50设置在横梁轴40上,打印头50设置有第一相机,第一相机跟随打印头50在横梁轴40上沿Y方向往复运动,固定架20与横梁轴40平行,固定架20上沿Y方向间隔设置有多台第二相机10,基板纠偏和定位的装置包括:
第一获取模块1,用于利用第一相机和第二相机10,配合转台和工作台30的运动,基于基板上的各个标记点60的位置,获取基板偏转的基准角度;
标定模块2,用于标定基板在打印起始时刻的目标位置;
第二获取模块3,用于利用第二相机10,配合工作台30的运动,基于基板上的各个标记点60的位置,获取实时的基板偏转的实际角度和基板的实际位置;
调节模块4,用于根据基准角度和实际角度的角度偏差控制转台对基板进行纠偏,根据目标位置和实际位置的位置偏差控制工作台30对基板进行定位。
其中,多台第二相机10均为同一型号和规格的相机,且多台第二相机10的相机视野互不重合,标记点是预先光刻在基板上的。
具体地,通过获取基板偏转的基准角度以及目标位置,在基板实际纠偏和定位中,获取实时的基板偏转的实际角度和基板的实际位置,根据基准角度和实际角度的角度偏差控制转台对基板进行纠偏,根据目标位置和实际位置的位置偏差控制工作台30对基板进行定位,解决了由于现有对多相机无共同视野进行标定的方法成本较高,标定过程复杂,计算繁琐的基板纠偏问题,通过本申请设置的基板纠偏和定位方法,不但可以满足基板纠偏微米级精度,而且相较于利用三维立体坐标系标定更加简单和高效。
在一些实施方式中,第一获取模块1在执行利用第一相机和第二相机10,配合转台和工作台30的运动,基于基板上的标记点60的位置,获取基板偏转的基准角度的时候,具体执行:
A11.对每台第二相机10的安装角度、第一台第二相机10与二维平面坐标系原点在X方向的第一位置偏差和Y方向上的第二位置偏差、剩余各台第二相机10分别与第一台第二相机10在X方向的第三位置偏差和Y方向上的第四位置偏差进行预标定;
A12.控制第一相机按预设步长在横梁轴40上沿Y方向移动,以获取基板的多个第一图像信息,根据多个第一图像信息转动转台以使基板的水平刻度线与横梁轴40平行;
A13.通过各台第二相机10获取各个标记点60的位置,根据各个标记点60的位置、各台第二相机10的安装角度、第一位置偏差、第二位置偏差、各个第三位置偏差和各个第四位置偏差拟合各个标记点60在二维平面坐标系中的目标直线;
A14.计算目标直线在二维平面坐标系中的偏转角,偏转角记为基准角度。
具体地,步骤A11中,对每台第二相机10的安装角度进行预标定,可以通过固定第二相机10,移动标定板(指标定专用板,是单独带有特征图案的板子)的方式来计算安装角度;或者,通过固定标定板,移动第二相机10的方式来计算安装角度,另外,为了提高计算精度,还可以使用激光干涉仪辅助测量,计算出每台第二相机10的安装角度,安装角度的预标定不限于上述方式。其中,可以结合工作台30带动标定板沿Y方向移动的距离和标定板在各台第二相机10中的像素坐标,从而计算出第一位置偏差、第二位置偏差、各个第三位置偏差和各个第四位置偏差,也可以通过多台第二相机10标定自身的像素坐标系和世界坐标系,从而得到第二相机10外参。
在步骤A12中,第一相机靠近横梁轴40的侧面与横梁轴40保持平行,预设步长可以根据实际需要设置,目的是为了使第一相机在横梁轴40上沿Y方向移动,可以验证整个横梁轴40是否与基板的水平刻度线保持平行,因此,通过移动第一相机拍摄基板,获取多个第一图像信息,每个第一图像信息都有中心十字线,利用图像识别技术,从多个第一图像信息中获取基板上的水平刻度线是否与对应的第一图像信息中心十字线的水平线重合,若不重合,不断转动转台,直到转台上的基板的水平刻度线与所有第一图像信息中心十字线的水平线重合,即是保证了基板的水平刻度线与横梁轴40平行,虽然本申请没有直接标定横梁轴40和相机与基板之间的偏转角度,但是通过步骤A12利用已有的设备可以间接标定了基板与横梁轴40的偏转关系,无需外设辅助系统或辅助相机,进一步节省成本、提高效率。
在步骤A13和A14中,通过建立二维平面坐标系xoy,结合各台第二相机10的安装角度和多台第二相机10在二维平面坐标系中标定的位置关系,求出所有标记点60在二维平面坐标系中的坐标,如图6所示,图中的dx为两台第二相机10在x方向上的位置偏差,dy为两台第二相机10在y方向上的位置偏差,根据各台第二相机10视野中的各个标记点60在二维平面坐标系的具体位置,在二维平面坐标系中拟合标记点60的目标直线,以计算目标直线在二维平面坐标系中的偏转角,即是求得的基准角度,从而,在进行基板纠偏的时候,只需将该基准角度与实时的基板偏转的实际角度进行比较,即可对基板进行纠偏。
在一些实施方式中步骤A14之后还包括步骤:
A15.基于最小优化算法,多次重复执行步骤A11-A14,以获取最优的基准角度,作为最终的基准角度。
具体地,通过多次验证,以获取最优的基准角度作为最终的基准角度,有利于提高基板纠偏的精确度。
在一些实施方式中,步骤A13包括:
通过各台第二相机10获取各个标记点60的第二图像信息(如图6所示,左右两个相框中分别表示两台第二相机10视野中的各个标记点60的位置图);
根据各个第二图像信息获取各个标记点60在对应的第二相机10的第二相机坐标系下的多个像素坐标,记为初始像素坐标;
根据第一台第二相机10的多个初始像素坐标、第一台第二相机10的安装角度、第一位置偏差和第二位置偏差,计算第一台第二相机10上拍摄的各个标记点60在二维平面坐标系中的多个第一像素坐标;
根据剩余各台第二相机10的多个初始像素坐标、剩余各台第二相机10的各个安装角度、第一位置偏差、第二位置偏差、各个第三位置偏差和各个第四位置偏差,分别计算剩余各台第二相机10上拍摄的各个标记点60在二维平面坐标系中的多个第二像素坐标;
基于最小二乘法,根据多个第一像素坐标和多个第二像素坐标拟合各个标记点60在二维平面坐标系中的目标直线。
在通过各台第二相机10获取各个标记点60的第二图像信息的步骤中,如果基板上仅有一个标记点60,且工作台30能够沿Y方向移动,则各台第二相机10获取标记点60的第二图像信息的过程为:以标记点位于基板的左上角为例,控制工作台30从左边开始,沿Y方向移动,由于各台第二相机10的视野相互不重合,因此,左上角的标记点沿Y方向每移动一定距离(根据需要设置)的时候,各台第二相机10都拍摄到一张图片,每个图片中都有标记点60的具体位置信息,将同一个第二相机10视野内拍摄的多个标记点60的具体位置信息放到同一张图片中,就形成如图6中左边相框中所示的位置图,同理,图6中右边相框是标记点在另一台第二相机10视野中的多个位置信息。
在实际应用中,参考图5(P表示标记点60,x’oy’为第二相机 10的第二相机坐标系,xoy为二维平面坐标系,为第二相机10的安装角度),第一像素坐标可以根据以下公式计算:
;
;
其中,,
式中,(,)为旋转后的第m个第一像素坐标,()为对第一台第二相机10的第m个初始像素坐标进行平移转换后的像素坐标,为第一位置偏差,为第二位置偏差,()为第一台第二相机10的第m个初始像素坐标,为第一台第二相机10的安装角度。
第二像素坐标可以根据以下公式计算:
;
;
其中,,
式中,(,)为旋转后的第m个第二像素坐标,()为对剩余各台第二相机10的第m个初始像素坐标进行平移转换后的像素坐标,为第三位置偏差,为第四位置偏差,()为剩余各台第二相机10对应的第m个初始像素坐标,为剩余各台第二相机10对应的安装角度。
其中,最小二乘法为现有技术,此处不作具体限制,根据多个第一像素坐标和多个第二像素坐标,即可在二维平面坐标系中拟合各个标记点60的目标直线。
在一些实施方式中,步骤A14包括:
根据以下公式,计算目标直线在二维平面坐标系中的偏转角:
式中,为偏转角,为目标直线在二维平面坐标系中在X方向上的单位向量,为目标直线在二维平面坐标系中在Y方向上的单位向量。
具体地,通过上述公式即可计算得到目标直线在二维平面坐标系中的偏转角。
在一些实施方式中,标定模块2在执行标定基板在打印起始时刻的目标位置的时候,具体执行:
把打印头50移动至预设初始位置后,利用第一相机,调整打印头50的位置,使打印头50的墨点能够落在基板的第一像素坑中心位置,通过第一台第二相机10获取当前基板上指定的一个标记点60的位置作为目标位置。
其中,第一像素坑中心位置与基板上的标记点60的位置的转换矩阵是已知的,可以通过现有技术直接获取得到。因此,在调整基板的水平刻度线与横梁轴40平行之后,把打印头50移动至预设初始位置后,由于第一相机的视野中是可以拍摄到墨点落在基板上的位置,根据第一相机的图像,不断调整打印头50的位置,直到打印头50的墨点能够落在基板的第一像素坑中心位置时,通过第一台第二相机10(设置在基板第一像素坑的一侧)拍摄基板上指定的一个标记点60的位置,通过图像识别技术(现有技术)获取当前基板上指定的一个标记点60的位置,并作为目标位置。在基板进行实际定位时,通过第一台第二相机10获取基板上对应指定的一个标记点60的实际位置与目标位置的位置偏差,即可快速控制工作台30对基板进行定位,提高基板定位的效率。
在一些实施方式中,步骤A15包括:
多次重复步骤A11-A14,并在每次重复执行步骤A11-A14后执行以下步骤以获取第一总值:
S1.控制转台按预设角度多次旋转,利用多台第二相机10,基于基板上的各个标记点60的位置,计算每次旋转后基板上的第二偏转角;
S2.计算预设角度与多个第二偏转角的第一偏差;
S3.对各个第一偏差的平方进行求和,得到第一总值;
比较所有第一总值的大小,以获取最小的第一总值对应的基准角度作为最终的基准角度。
其中,预设角度可以是任意角度,预设角度是预先给定的,例如,预设角度为,控制转台每次都按转动,然后转台每转动一次,利用多台第二相机10,基于基板上的各个标记点60的位置,计算每次旋转后基板的第二偏转角(计算过程与步骤A13和A14一样,具体见上文,此处不作详述),计算得到的第二偏转角可能是或者(对应的第一偏差为或者),因此,将所有的第一偏差进行平方求和,从而在多次重复步骤A11-A14后,可以得到多个第一总值,通过比较所有第一总值的大小,以获取误差最小的第一总值对应的基准角度作为最终的基准角度,有利于提高基板进行纠偏的精确度。
具体地,由于计算的误差,在每次重复执行步骤A11-A14都计算得到一个基准角度可能不是最可靠的,因此,在每次计算得到一个基准角度后再执行步骤S1-S3,使转台按预设角度多次转动,并记录每次转动后由步骤A14计算出来的第二偏转角,多次验证计算得到的第二偏转角与预设角度(即转台的实际转动角度)的第一偏差的大小,通过对多个第一偏差的平方进行求和,从而得到比较可靠的第一总值,有利于提高步骤A14计算得到的基准角度的可靠性,使步骤A14计算得到的基准角度越来越接近真实值,最后,比较所有第一总值的大小,取最小的第一总值对应的基准角度作为最终的基准角度,有利于提高基板纠偏的精确度。
请参照图3,图3为本申请实施例提供的一种电子设备的结构示意图,本申请提供一种电子设备,包括:处理器301和存储器302,处理器301和存储器302通过通信总线303和/或其他形式的连接机构(未标出)互连并相互通讯,存储器302存储有处理器301可执行的计算机程序,当电子设备运行时,处理器301执行该计算机程序,以执行上述实施例的任一可选的实现方式中的基板纠偏和定位方法,以实现以下功能:利用所述第一相机和所述第二相机,配合所述转台和所述工作台的运动,基于所述基板上的各个所述标记点的位置,获取所述基板偏转的基准角度;标定所述基板在打印起始时刻的目标位置;利用所述第二相机,配合所述工作台的运动,基于所述基板上的各个所述标记点的位置,获取实时的所述基板偏转的实际角度和所述基板的实际位置;根据所述基准角度和实际角度的角度偏差控制所述转台对所述基板进行纠偏,根据所述目标位置和实际位置的位置偏差控制所述工作台对所述基板进行定位。
本申请实施例提供一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,计算机程序被处理器执行时,执行上述实施例的任一可选的实现方式中的基板纠偏和定位方法,以实现以下功能:利用所述第一相机和所述第二相机,配合所述转台和所述工作台的运动,基于所述基板上的各个所述标记点的位置,获取所述基板偏转的基准角度;标定所述基板在打印起始时刻的目标位置;利用所述第二相机,配合所述工作台的运动,基于所述基板上的各个所述标记点的位置,获取实时的所述基板偏转的实际角度和所述基板的实际位置;根据所述基准角度和实际角度的角度偏差控制所述转台对所述基板进行纠偏,根据所述目标位置和实际位置的位置偏差控制所述工作台对所述基板进行定位。其中,计算机可读存储介质可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现,如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory, 简称SRAM),电可擦除可编程只读存储器(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory, 简称EEPROM),可擦除可编程只读存储器(Erasable Programmable Read Only Memory, 简称EPROM),可编程只读存储器(Programmable Red-Only Memory, 简称PROM),只读存储器(Read-Only Memory, 简称ROM),磁存储器,快闪存储器,磁盘或光盘。
在本申请所提供的实施例中,应该理解到,所揭露装置和方法,可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的,例如,单元的划分,仅仅为一种逻辑功能划分,实际实现时可以有另外的划分方式,又例如,多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统,或一些特征可以忽略,或不执行。另一点,所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口,装置或单元的间接耦合或通信连接,可以是电性,机械或其它的形式。
另外,作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的,作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元,即可以位于一个地方,或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
再者,在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分,也可以是各个模块单独存在,也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
在本文中,诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
以上仅为本申请的实施例而已,并不用于限制本申请的保护范围,对于本领域的技术人员来说,本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基板纠偏和定位方法,基于喷墨打印系统对基板进行纠偏和定位,所述喷墨打印系统包括横梁轴、打印头、转台、固定架和能够沿二维平面坐标系的X方向和/或Y方向移动的工作台,所述转台设置在工作台上并用于承托基板,所述基板上设置有沿Y方向排列的多个标记点,所述转台能够相对所述工作台转动以调节所述基板的角度,所述横梁轴设置在所述工作台的上方且沿Y方向延伸,所述打印头设置在所述横梁轴上,所述打印头设置有第一相机,所述第一相机跟随所述打印头在所述横梁轴上沿Y方向往复运动,所述固定架与所述横梁轴平行,所述固定架上沿Y方向间隔设置有多台第二相机,其特征在于,所述基板纠偏和定位方法包括步骤:
A1.利用所述第一相机和所述第二相机,配合所述转台和所述工作台的运动,基于所述基板上的各个所述标记点的位置,获取所述基板偏转的基准角度;
A2.标定所述基板在打印起始时刻的目标位置;
A3.利用所述第二相机,配合所述工作台的运动,基于所述基板上的各个所述标记点的位置,获取实时的所述基板偏转的实际角度和所述基板的实际位置;
A4.根据所述基准角度和实际角度的角度偏差控制所述转台对所述基板进行纠偏,根据所述目标位置和实际位置的位置偏差控制所述工作台对所述基板进行定位。
2.根据权利要求1所述的基板纠偏和定位方法,其特征在于,步骤A1包括步骤:
A11.对每台所述第二相机的安装角度、第一台所述第二相机与所述二维平面坐标系的原点在X方向的第一位置偏差和Y方向上的第二位置偏差、剩余各台所述第二相机分别与第一台所述第二相机在X方向的第三位置偏差和Y方向上的第四位置偏差进行预标定;
A12.控制所述第一相机按预设步长在所述横梁轴上沿Y方向移动,以获取所述基板的多个第一图像信息,根据多个所述第一图像信息转动所述转台以使所述基板的水平刻度线与所述横梁轴平行;
A13.通过各台所述第二相机获取各个所述标记点的位置,根据各个所述标记点的位置、各台所述第二相机的所述安装角度、所述第一位置偏差、所述第二位置偏差、各个所述第三位置偏差和各个所述第四位置偏差拟合各个所述标记点在所述二维平面坐标系中的目标直线;
A14.计算所述目标直线在所述二维平面坐标系中的偏转角,所述偏转角记为基准角度。
3.根据权利要求2所述的基板纠偏和定位方法,其特征在于,步骤A14之后还包括步骤:
A15.基于最小优化算法,多次重复执行步骤A11-A14,以获取最优的基准角度,作为最终的基准角度。
4.根据权利要求2所述的基板纠偏和定位方法,其特征在于,步骤A13包括:
通过各台所述第二相机获取各个所述标记点的第二图像信息;
根据各个所述第二图像信息获取各个所述标记点在对应的所述第二相机的第二相机坐标系下的多个像素坐标,记为初始像素坐标;
根据第一台所述第二相机的多个所述初始像素坐标、第一台所述第二相机的所述安装角度、第一位置偏差和所述第二位置偏差,计算第一台所述第二相机上拍摄的各个所述标记点在所述二维平面坐标系中的多个第一像素坐标;
根据剩余各台所述第二相机的多个所述初始像素坐标、剩余各台所述第二相机的各个所述安装角度、所述第一位置偏差、所述第二位置偏差、各个所述第三位置偏差和各个所述第四位置偏差,分别计算剩余各台所述第二相机上拍摄的各个所述标记点在所述二维平面坐标系中的多个第二像素坐标;
基于最小二乘法,根据多个所述第一像素坐标和多个所述第二像素坐标拟合所述标记点在二维平面坐标系中的所述目标直线。
5.根据权利要求2所述的基板纠偏和定位方法,其特征在于,步骤A14包括:
根据以下公式,计算所述目标直线在所述二维平面坐标系中的偏转角:
式中,为所述偏转角,为所述目标直线在所述二维平面坐标系中在X方向上的单位向量,为所述目标直线在所述二维平面坐标系中在Y方向上的单位向量。
6.根据权利要求4所述的基板纠偏和定位方法,其特征在于,步骤A2包括:
把打印头移动至预设初始位置后,利用所述第一相机,调整所述打印头的位置,使所述打印头的墨点能够落在所述基板的第一像素坑中心位置,通过第一台所述第二相机获取当前所述基板上指定的一个所述标记点的位置作为目标位置。
7.根据权利要求3所述的基板纠偏和定位方法,其特征在于,步骤A15包括:
多次重复步骤A11-A14,并在每次重复执行步骤A11-A14后执行以下步骤以获取第一总值:
S1.控制所述转台按预设角度多次旋转,利用多台所述第二相机,基于所述基板上的各个所述标记点的位置,计算每次旋转后所述基板的第二偏转角;
S2.计算所述预设角度与多个所述第二偏转角的第一偏差;
S3.对各个所述第一偏差的平方进行求和,得到第一总值;
比较所有所述第一总值的大小,以获取最小的所述第一总值对应的所述基准角度作为所述最终的基准角度。
8.一种基板纠偏和定位的装置,基于喷墨打印系统对基板进行纠偏和定位,所述喷墨打印系统包括横梁轴、打印头、转台、固定架和能够沿二维平面坐标系的X方向和/或Y方向移动的工作台,所述转台设置在工作台上并用于承托基板,所述基板上设置有沿Y方向排列的多个标记点,所述转台能够相对所述工作台转动以调节所述基板的角度,所述横梁轴设置在所述工作台的上方且沿Y方向延伸,所述打印头设置在所述横梁轴上,所述打印头设置有第一相机,所述第一相机跟随所述打印头在所述横梁轴上沿Y方向往复运动,所述固定架与所述横梁轴平行,所述固定架上沿Y方向间隔设置有多台第二相机,其特征在于,所述基板纠偏和定位的装置包括:
第一获取模块,用于利用所述第一相机和所述第二相机,配合所述转台和所述工作台的运动,基于所述基板上的各个所述标记点的位置,获取所述基板偏转的基准角度;
标定模块,用于标定所述基板在打印起始时刻的目标位置;
第二获取模块,用于利用所述第二相机,配合所述工作台的运动,基于所述基板上的各个所述标记点的位置,获取实时的所述基板偏转的实际角度和所述基板的实际位置;
调节模块,用于根据所述基准角度和实际角度的角度偏差控制所述转台对所述基板进行纠偏,根据所述目标位置和实际位置的位置偏差控制所述工作台对所述基板进行定位。
9.一种电子设备,其特征在于,包括处理器和存储器,所述存储器存储有所述处理器可执行的计算机程序,所述处理器执行所述计算机程序时,运行如权利要求1-7任一项所述基板纠偏和定位方法中的步骤。
10.一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于,所述计算机程序被处理器执行时运行如权利要求1-7任一项所述基板纠偏和定位方法中的步骤。
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