CN1717150A - 印刷线路板机器视觉打孔机校正系统 - Google Patents

Abstract

印刷板机器视觉打孔机校正系统， 包含专用软件和校正板，专用软件安装于打孔机计算机系统中；校正板上设有校正单元，每一校正单元上设有参照物；所述参照物为实心圆、正方形或其他图形，校正软件通过参照物计算得到打孔目标点位置。采用本发明将校正板以耗材的形式成为打孔机的打孔对象，可以快速校正打孔头的位置，并可对打孔机的精度等级进行测试。采用本发明不需对打孔机结构进行改装，只需安装专用软件配合校正板即可，具有构思巧妙、设计合理的特点，适合广泛推广应用。

Description

印刷线路板机器视觉打孔机校正系统

                         技术领域

本发明涉及印刷线路板机器视觉打孔机校正系统，具体涉及一种由计算机软件配合专用校正板自动消除打孔头中心点实际坐标和计算机中记录坐标之间的误差，对打孔头位置进行校正的系统，属于机电设计技术领域。

                         背景技术

现有技术中，印刷线路板的机器视觉打孔机大都通过机器视觉识别印制板定位孔标识，并将其打穿。有关印刷线路板的打孔机的相关技术在美国专利US5010232、US5063280及中国专利98203943.3、03245463.5也有披露。但是这些现有技术中都未涉及为提高工作效率如何避免人工操作和人为判断，对打孔头位置进行精密校正采用怎样的措施。因此，如何避免人工操作和人为判断，如何对打孔头位置进行精密校正是现有技术中有待解决的问题。

目前采用较多的打孔机如图1所示，主要由弯臂1、摄像头2、盖板3、桌面4、打孔头5、钻机6、外壳7和计算机等组成，图中8为计算机安放位置。打孔时将印制板放于盖板上，打孔机通过摄像头2找出定位孔标示，用打孔头5将标示打穿。在打孔的过程中，由于各种外部因素，例如温度的变化造成热变形等，打孔机的打孔头5的中心实际位置和计算机中所记录的坐标位置之间出现误差，这个误差经过多次累加将会超出机械加工的要求，严重影响加工精度，所以在打孔机使用过程中每隔2小时(根据实际条件可作一定调整)就要求进行一次校正工作，以消除打孔头5的中心实际坐标和计算机中记录坐标之间的误差。而打孔机打孔头校正常采用一种标准板，在标准板上按2.54mm的间距排列着半径大小相同的目标实心圆。将标准板放于打孔机工作台之上，计算机通过摄像机识别到实心圆，将其打掉，然后由人眼观察其残余部分，判断打孔头的偏差，通过手动调整打孔头的位置，并多次重复校正操作，直到人眼判断出实心圆被完全打掉。整个系统有大量的人工操作和人为判断，使得工作效率降低，而且最后的校正精度由于没有参照物，无法用精密仪器进行测量。

                         发明内容

针对上述现有技术印刷线路板机器视觉打孔机，整个系统存在有大量的人工操作和人为判断，使得工作效率降低，而且最后的校正精度无法用精密仪器进行测量的问题，本发明的目的在于提供一种由计算机自动消除打孔头实际坐标和计算机中记录坐标之间的误差，并使系统精度能够被测量的印刷线路板机器视觉打孔机校正系统。

本发明的目的是这样实现的：印刷板机器视觉打孔机校正系统，包含专用软件和校正板，专用软件安装于打孔机计算机系统中；校正板上设有校正单元，每一校正单元上设有参照物；校正软件通过参照物计算得到打孔目标点位置。所述校正软件程序执行如下步骤：

1)首先通过打孔机摄像头采集到校正板上的一校正单元，算出校正单元上目标点的坐标；

2)计算目标点坐标和打孔头坐标的偏移量；

3)指挥打孔头移动上述偏移量；

4)指挥打孔头打校正孔，记录下校正孔的圆心位置作为当前打孔头位置，完成校正；

5)鉴定校正精度：放入第二校正单元，重复上述校正流程，得到具有校正孔的校正单元；

所述校正板由一个或多个校正单元构成。所述参照物为一个或多个图形。

利用精密仪器测量校正单元上保存完好的参照物和校正孔，算出参照物的目标点坐标和校正孔的中心坐标之差作为打孔机的校正精度。

每张校正板上含有一个或多个校正单元的专用校正板，每一个校正单元由一定数量的参照物组成。将一个校正单元放入摄像头摄像范围内，计算机指挥摄像头取出该单元图像，算出参照物外的指定点坐标(即目标点坐标)，将目标点坐标和计算机中保存的当前打孔头位置坐标进行减法运算，分别得到打孔头在X(水平)和Y(竖直)方向上需要移动的距离及方向，随后指挥打孔头在X和Y方向上的指定方向移动指定距离并打校正孔，然后摄像头对校正单元进行第二次取像，计算出校正孔中心坐标值，将该坐标值保存为打孔头的当前位置，完成校正工作。最后，将第二个校正单元放入摄像头摄像范围，重复以上操作，由于刚执行过校正工作，此时的校正孔中心坐标和目标点坐标之间的差值就是整个系统的精度，可以通过精密仪器测出。

采用本发明将校正板以耗材的形式成为打孔机的打孔对象，可以快速校正打孔头的位置，尤其是根据参照物算出的校正单元目标点坐标和校正孔的中心坐标之差作为打孔机的校正精度，不破坏校正单元上的参照物并与校正完毕的校正孔比较可鉴定整机精度。采用本发明不需对打孔机结构进行改装，只需安装专用软件配合校正板即可，具有构思巧妙、设计合理的特点，适合广泛推广应用。

下面结合实施例参照附图对本发明作进一步说明，以便对本发明的目的、特征及优点进行更深入的理解。

                         附图说明

图1是现有打孔机结构示意图。

图2-1是参照物为两个实心圆的校正板示意图。

图2-2是参照物为三个实心圆的校正板示意图。

图2-3是参照物为一个实心正方形的校正板示意图。

图3-1是参照物为两个实心圆的校正单元示意图。

图3-2是参照物为三个实心圆的校正单元示意图。

图3-3是参照物为一个实心正方形的校正单元示意图。

图4-1是校正单元的参照物为两个实心圆的打孔头位置计算图。

图4-2是校正单元的参照物为三个实心圆的打孔头位置计算图。

图4-3是校正单元的参照物为一个实心正方形的打孔头位置计算图。

图5-1是参照物为两个实心圆的打孔机精度评估图。

图5-2是参照物为三个实心圆的打孔机精度评估图。

图5-3是参照物为一个实心正方形的打孔机精度评估图。

图6是本发明打孔机校正的软件流程图。

                         具体实施方式

实施例一：

图1所示，现有的印刷线路板的打孔机主要由弯臂1、摄像头2、盖板3、桌面4、打孔头5、钻机6、外壳7和带有系统软件的计算机(或单片机)等组成，图中8为计算机安放位置。将本发明设计的专用软件安装于计算机中，并将校正板以耗材的形式作为打孔机的打孔对象，即每校正一次消耗一个校正单元，并不破坏校正单元上的参照物。可以快速校正打孔头的位置，根据校正完毕的校正孔与参照物鉴定整机精度。

图2-1所示，为一个校正板，包含四个校正单元。

图3-1所示，是一个完整的校正单元，单元高(竖直)20毫米，宽(水平)16毫米。参照物为两个标准实心圆，即圆9、圆11，直径为2.5毫米，点10为圆9、圆11连心线中点(目标点)，点10在校正单元上是不可见的。

图4-1中，圆12为打孔机在校正单元内打出的校正孔，校正孔12的孔径由打孔头的直径决定，本图所示孔径为2.5毫米，点10为目标点。可以明显看出校正孔12中心与点10有偏差，这是机械误差造成，也就是打孔机校正目的所在。

图5-1中，通过校正，校正孔12圆心点和目标点10之间的偏差已经降为机械自身的不可更改的误差。校正孔12圆心点与目标点10不可能完全重合，可以通过精密仪器(例如，工具显微镜)来测试该系统的最终误差。

图6为整个打孔机校正的软件流程，按此流程根据计算机语言即可编出相应的软件并输入打孔机计算机中。

操作员首先将专用校正板(图2-1)的一个校正单元(图3-1)放入打孔机摄像头摄像范围以内，然后向打孔机发出校正命令。打孔机得到校正命令以后，进入校正子程序，摄像头采集整个单元的图像(图3-1)以后，分别计算出圆9和圆11的圆心坐标，然后算出其中点(目标点10)的坐标，将目标点10的坐标与记录的打孔头位置坐标进行减法运算，计算得到其X(水平)方向和Y(竖直)方向的差值dx，dy，该差值的绝对值大小为打孔头移动的距离，差值的正负代表移动的方向。打孔机打孔头移动距离dx，dy后，打校正孔，指挥摄像头摄像，得到图4-1。在图4-1中计算得到定位孔12的圆心点坐标，将该坐标作为打孔头的中心坐标，完成校正。如果需要得到该打孔机的精度，则重新放入一个校正单元，发出校正命令，摄像头采集整个单元的图像(图3-1)以后，分别计算出圆9和圆11的圆心坐标，然后算出目标点10的坐标，将目标点10的坐标与记录的打孔头位置坐标进行减法运算，计算得到其X(水平)方向和Y(竖直)方向的差值dx，dy。打孔机的打孔头移动距离dx，dy后，打校正孔，此时处于精度判断，得到图5-1，直接结束校正程序。操作员可取出该校正板，将图5-1所示单元拿到更高精度的仪器上测量其精度。

实施例二：

图2-2所示，为一个校正板，包含四个校正单元。

图3-2所示，是一个完整的校正单元。参照物为三个标准实心圆，圆9、圆11，圆13，直径为2.5毫米，点10为圆9、圆11、圆13构成三角形的中心点(目标点)。

图4-2中，圆12为打孔机在校正单元内打出的校正孔，点10为目标点。

图5-2中，通过校正，校正孔12圆心点和目标点10之间的偏差可以通过精密仪器测试该系统的最终误差。

实施例三：

图2-3所示，为一个校正板，包含四个校正单元。

图3-3所示，是一个完整的校正单元。参照物为实心正方形14，边长为4毫米，点10为正方形14正右方3.5mm处(目标点)。

图4-3中，圆12为打孔机在校正单元内打出的校正孔，点10为目标点。

图5-3中，通过校正，校正孔12圆心点和目标点10之间的偏差可以通过精密仪器测试该系统的最终误差。

需要说明的是，本发明中所使用的校正板上参照物图形可为一定数量的矩形、椭圆形或其他图形，实施例中只举了三特例，其余以此类推。本发明必须配合采用安装有打孔机系统软件的计算机和带摄像头的打孔机使用，是对现有打孔机系统的完善。它适用于由计算机自动消除打孔头实际坐标和计算机中记录坐标之间的误差，并使系统精度能够被测量。本发明最佳实施例已被阐明，由本领域普通技术人员按此方法做出的各种变化或改型都不会脱离本发明保护的范围。

Claims (4)

1、印刷板机器视觉打孔机校正系统，其特征在于：

包含专用软件和校正板，专用软件安装于打孔机计算机系统中；

校正板上设有校正单元，每一校正单元上设有参照物；

校正软件通过参照物计算得到打孔目标点位置，所述校正软件程序执行如下步骤：

1)首先通过打孔机摄像头采集到校正板上的一校正单元，算出校正单元上目标点的坐标；

2)计算目标点坐标和打孔头坐标的偏移量；

3)指挥打孔头移动上述偏移量；

4)指挥打孔头打校正孔，记录下校正孔的圆心位置作为当前打孔头位置，完成校正；

5)鉴定校正精度：放入第二校正单元，重复上述校正流程，得到具有校正孔的校正单元；

2、根据权利要求1所述的校正系统，其特征在于所述校正板由一个或多个校正单元构成。

3、根据权利要求1或2所述的校正系统，其特征在于所述参照物为一个或多个图形。

4、根据权利要求1、2或3所述的校正系统，其特征在于利用精密仪器测量校正单元上保存完好的参照物和校正孔，算出参照物的目标点坐标和校正孔的中心坐标之差作为打孔机的校正精度。

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