CN202582486U - 全自动多相机丝网印刷设备的定位基准标定装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了全自动多相机丝网印刷设备的定位基准标定装置。标定装置包括控制系统、若干承印物定位相机、承印物定位相机外部可调光源、一个传送装置、一个出板工位相机、印刷机构、三自由度丝网调整台、若干承印台和若干丝网定位相机；本实用新型涉使用标定板和三自由度丝网调整台标定相机，并建立相符合的映射关系，通过机器视觉算法和丝网印刷过程，得到承印物定位相机和丝网定位相机的基准映射关系，避免工业相机理论性强、操作复杂的标定方法和难度较大的空间尺寸精密测量，具有简便、实用、快速、准确的优点。

Description

全自动多相机丝网印刷设备的定位基准标定装置

技术领域

本实用新型涉及计算机视觉精密定位技术领域，特别是涉及全自动多相机丝网印刷设备的定位基准标定装置。

背景技术

全自动多相机丝网印刷设备是一种基于机器视觉全自动实现丝网和承印物精密对准的印刷系统，广泛应用于各类行业中，如晶硅太阳能电池金属化丝印线、电子贴装生产线等。视觉定位系统中，从摄像机获取的图像信息出发，计算三维空间中物体的位置、形状等信息，并由此重建和识别物体。空间物体表面某点的三维几何位置与其在图像中对应点的几何位置有关。这些位置的相互关系是由摄像机成像的几何模型决定的，这些几何模型参数就是摄像机参数。在大多数条件下，这些参数必须通过实验与计算才能得到，这个过程被称为摄像机标定。标定过程就是确定摄像机内部的几何和光学参数，以及摄像机坐标系相对于世界坐标系的位姿变化。由于摄像机标定为视觉图像的二维信息与其实际三维物体之间提供了对应、转换的定量关系，是计算机视觉获取三维空间信息的前提和基础，标定精度的大小，直接影响着机器视觉的精度，因此对摄像机基准标定方法进行研究具有重要的理论意义和实用价值。

针对多承印台式全自动多相机丝网印刷设备而言，承印物定位相机与丝网定位相机分布在不同的空间位置中，如图2中的1位置与图3中的8位置，多相机图像定位系统无法把承印物位置信息和丝网位置信息反映到同一采集系统中。因为承印物定位相机与丝网定位相机分布在不同的空间位置中，很难精密地测量承印物定位相机、丝网定位相机和承印台、三自由度丝网调整台的相对位置关系。因此，对摄像机以及整个分布式多相机图像采集系统的标定研究，针对具体的实际应用问题，提出一种特定的简便、实用、快速、准确的定位基准标定方法，避免复杂的空间三维测量和计算。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点，提供全自动多相机丝网印刷设备的定位基准标定装置，提高相机实体测量精度，快速关联不同承印工位的相机基准位置关系，借助于机器视觉算法及高精度标定板等工具，使标定过程变得简单快捷且准确可靠，避免复杂的空间三维测量和计算。本实用新型的目的通过如下技术方案实现。

全自动多相机丝网印刷设备的定位基准标定装置，包括控制系统、若干承印物定位相机、承印物定位相机外部可调光源、一个传送装置、一个出板工位相机、印刷机构、三自由度丝网调整台、若干承印台和若干丝网定位相机；其中承印台固定于传送装置上，承印台具有背光光源；承印物定位相机、出板工位相机垂直安装在承印台的上方，丝网定位相机垂直安装在丝网下方；其特征在于，在承印台上方设有用于安装承印物定位相机的可调相机支架，使承印物定位相机可根据精度要求进行配置。

上述全自动多相机丝网印刷设备的定位基准标定装置中，在承印台上方安装有承印物定位相机外部可调光源，以清晰地获取承印物表面图案。

上述全自动多相机丝网印刷设备的定位基准标定装置中，还包括控制器，所述控制器包括CPU及分布与CPU连接的人机接口、存储器、图像处理器、摄像控制器、图像采集卡和定位装置控制器。所述若干承印物定位相机、出板工位相机和若干丝网定位相机均与所述摄像控制器和图像采集卡连接。

 上述标定装置的标定方法，具体步骤包括：

（1）安装标定丝网，确定承印台和三自由度丝网调整台的基准关系；

（2）安装若干承印物定位相机、若干丝网定位相机和出板工位相机并设置各相机的参数；

（3）控制系统通过高精度标定板和机器视觉算法标定各个承印物定位相机的基准及像素当量，建立承印物定位相机和承印台的映射关系，并标定出板工位相机基准位置；

（4）通过三自由度丝网调整台的运动及机器视觉算法，标定若干丝网定位相机基准和像素当量，建立丝网定位相机和丝网调整台的映射关系，并且用激光干涉仪进行修正；

（5）在承印台上装载承印物（或贴装纸张、薄板），在三自由度丝网调整台基准位置印刷浆料，在各个承印物（或纸张、薄板）留下清晰图案，通过机器视觉算法，获取图案上标识点的基准信息；

（6）建立承印物定位相机、传送装置、承印台、三自由度丝网调整台、丝网定位相机的基准映射关系，最终得到承印物定位相机和丝网定位相机的基准映射关系。

上述的标定方法中，所述承印物定位相机、丝网定位相机基准以及图案上标识点的基准，包括X、Y位置基准和角度基准。

优选的，步骤（1）所述确定承印台和三自由度丝网调整台的基准位置包括：确定旋转传送装置承印工位的角度分度或往复传送装置承印工位距离，以及确定三自由度丝网调整台基准位置中心与承印台的基准位置中心基本一致，确定标定丝网或钢网对应标识点连线与承印台中线基本重合。

上述的标定方法中，步骤（2）所述若干承印物定位相机、若干丝网定位相机和出板工位相机参数包括相机工作距离、焦距、光圈以及视场大小；若干承印物定位相机、若干丝网定位相机和出板工位相机的安装包括调整各承印物定位相机、各丝网定位相机和出板工位相机位置角度，初步确立各相机之间和各相机与拍摄对象之间的基准关系，确立出板工位相机的基准以及出板工位相机与承印台的映射关系。 

上述的标定方法中，步骤（3）通过高精度标定板和机器视觉算法标定承印物定位相机的基准及像素当量，确定各个承印物定位相机的像素当量和相机自身方向，最终确立若干承印物定位相机与承应台的整体基准映射关系。

优选的，所述标定承印物定位相机的基准位置及像素当量、相机方向包括：通过高精度标定板标识点图案进入视场的中间区域，优化和标定承印物定位相机间的基准位置距离或相应图片位置偏置参数；通过高精度标定板的直线方向和位置，优化和标定承印物定位相机间的基准位置方向或相应图片方向偏置参数；通过高精度标定板的方形图案，标定各承印物定位相机的像素当量；最终建立承印物定位相机和承印台的映射关系。

上述的标定方法中，步骤（4）通过三自由度丝网调整台X/Y轴的运动及机器视觉算法来计算微调相机位置和方向或图像偏移，使标定图像的运动方向与印刷机X/Y轴的移动方向一致，获取三自由度丝网调整台运动距离与图片像素距离关系，建立丝网定位相机与三自由度丝网调整台的基准映射关系。 

优选的，标定丝网定位相机基准位置、角度和像素当量：首先，通过标定丝网或钢网的标识点图案进入视场的中间区域，标定丝网定位相机间的基准位置距离或相应图片位置偏置参数；通过标定丝网或钢网的标识点连线图案或标定钢尺的方向和位置，标定丝网定位相机间的基准相对方向；通过驱动三自由度丝网调整台的X、Y轴方向来回运动，计算标定丝网中标识点在若干个丝网相机实时拍摄的图像中的运动轨迹，标定丝网定位相机的基准角度偏置和像素当量，并用激光干涉仪进行跟踪补偿；最终建立丝网定位相机和三自由度丝网调整台的映射关系。

上述的标定方法中，步骤（5）通过丝网印刷的图案和机器视觉算法的检测，获得三自由度丝网调整台基准和传送装置上各承印台基准的关系，分别建立映射关系，进而通过承印物定位相机的检测和识别，与承印物定位相机自身基准建立映射关系。

优选的，所述图案包含丝网调整台的基准位置、方向信息，同时还包含对应承印物定位相机位置信息，并用相应直线图案修正相机方向映射关系；同时使用丝网定位相机记录相应三自由度丝网调整台的基准信息。

上述的标定方法中，步骤（6）通过丝网定位相机与三自由度丝网调整台基准映射关系、三自由度丝网调整台基准与各个承印台位置映射关系、各个承印台位置与各承印物定位相机位置映射关系，最终关联丝网定位相机、传送转置、各承印台以及承印物定位相机的基准，建立整个丝网印刷设备的基准。

优选的，所述建立承印物定位相机、传送装置、承印台、三自由度丝网调整台、丝网定位相机的基准映射关系，主要通过承印物定位相机和承印台的基准映射关系、三自由度丝网调整台和丝网定位相机的基准映射关系，最终得到各相机和各承印工位的基准映射关系。上述所有关于图像位置、方向测量或定位都使用机器视觉算法计算完成。

本实用新型与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

本实用新型的定位基准标定装置结构简单，安装方便，使用标定板和三自由度丝网调整台标定相机，并建立相符合的映射关系，通过机器视觉算法和丝网印刷过程，得到承印物定位相机和丝网定位相机的基准映射关系，避免工业相机理论性强、操作复杂的标定方法和难度较大的空间尺寸精密测量，具有简便、实用、快速、准确的优点。

附图说明

图1是实施方式中标定方法的流程示意图。

图2是实施方式中全自动印刷设备整体的示意图。

图3是实施方式中全自动印刷设备的局部示意图。

图4是实施方式中控制系统的构成示意图。

图5是实施方式中标定方法的映射关系示意图。

具体实施方式

为了更好地理解本实用新型，下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步地描述，但本发实用新型的实施方式不限于此。

如图2、图3和图4所示，全自动多相机丝网印刷设备的定位基准标定装置，包括控制系统9、若干承印物定位相机1、承印物定位相机外部可调光源2、一个传送装置3、一个出板工位相机4、印刷机构5、三自由度丝网调整台6、若干承印台7和若干丝网定位相机8；其中承印台固定于传送装置上，承印台具有背光光源；承印物定位相机、出板工位相机垂直安装在承印台的上方，丝网定位相机垂直安装在丝网下方；在承印台上方设有用于安装承印物定位相机的可调相机支架，并在承印台上方安装有承印物定位相机外部可调光源。现有控制系统的构成及其与各相机的连接关系如图4所示。

作为优选实例，上述标定装置的标定方法，如图1，包括以下步骤：

步骤101、安装标定丝网，确定传送装置和三自由度丝网调整台的基准位置；

在本实用新型实施实例中，传送转置3为转台，均匀分布四个承印台7；三自由度丝网调整台6为串联调整平台，包含X、Y、Theta（角度）三个轴。调整转台角度分度，所确定的传装置3基准位置，满足其中某个承印台7中心和角度与自动进给中心和方向基本一致。所确定的丝网调整台6的基准位置，满足三自由度丝网调整台6基准位置中心与承印台7的位置中心一致，标定丝网或钢网对应标识点连线与承印台7中线重合；同时满足丝网下方承印台7在三自由度丝网调整台6各轴范围中心点附近位置（避免标定方法所定范围将受到限制）。

步骤102、若干承印物定位相机和若干丝网定位相机参数设置及安装；

在本实用新型实施实例中，进板工位上方安装有五个工业相机（承印物定位相机1）以及两个丝网定位相机8，各个相机必须在安装前，在光学校准台上调整好相机的工作距离、焦距和光圈；安装时保持相机间的相对位置关系、相对方向的一致性,通过控制系统9驱动相机连续拍摄，通过标定软件的图像界面上观察，调整相机1和相机8位置使标定图案进入视场的中间区域。

步骤103、标定承印物定位相机、出板工位相机的基准位置及承印物定位相机像素当量；

通过高精度标定板和标定软件标定承印物定位相机的基准位置、承印物定位相机1和出板工位相机4方向及像素当量（实际距离和像素距离的比值），建立承印物定位相机1和承印台7的映射关系，并标定出板工位相机4基准位置。在本实用新型实施实例中，分别使用三种高精度标定板，安装在承印台7的台面上标定承印物定位相机1的位置、方向和像素当量。通过高精度标定板标识点图案进入相机1视场的中间区域，用视觉算法定位优化和标定承印物定位相机1各相机间的基准位置距离或相应图片位置偏置参数；通过高精度标定板的直线图案，用机器视觉算法找出方向和位置，优化和标定承印物定位相机1各相机间的基准位置方向或相应图片方向偏置参数；通过高精度标定板的方形图案，标定各承印物定位相机的像素当量；最终建立承印物定位相机1和承印台7的映射关系，此映射关系包含了各相机所拍摄图片的变形等系统误差。

步骤104、通过三自由度丝网调整台的运动，标定丝网定位相机基准位置、角度和像素当量；

通过三自由度丝网调整台6的运动及机器视觉算法，标定两个丝网定位相机8的基准位置、角度和像素当量，并可以用激光干涉仪进行参数修正，建立丝网定位相机8和三自由度丝网调整台6的映射关系。在本实用新型实施实例中，首先，控制系统通过标定丝网或钢网的标识点图案进入视场的中间区域，优化和标定丝网定位相机8两个相机间的基准位置距离或相应图片位置偏置参数；通过标定丝网或钢网的标识点连线图案的方向和位置，优化和标定丝网定位相机8两个相机间的基准相对方向；控制系统9驱动丝网调整台6的X、Y轴方向按一定步距往复运动，计算标定丝网中标识点在两个丝网定位相机8实时拍摄的图像中的运动轨迹，通过多次反复的测量，并且可以与激光干涉仪测试结果进行比对，用优化方法尽量排除随机误差，建立含系统误差的映射关系，标定和优化丝网定位相机8的基准角度偏置和像素当量，并校正三自由度丝网调整台6的传动比；最终建立丝网定位相机8和三自由度丝网调整台6的映射关系。

步骤105、印刷浆料或其它介质，运用机器视觉算法通过印刷图案获取位置信息；

安装在传送装置3上的承印台7的表面贴装承印物（纸张或薄板），在三自由度丝网调整台6的基准位置印刷浆料或其它介质，使各个承印台7上留下清晰图案，通过机器视觉算法，获取各个标识点的位置信息。在本实用新型中，步骤105是一个关键的环节，通过此步骤，快速、准确地关联三自由度丝网调整台6基准与传送转置3、承印物定位相机1的基准关系，所以印刷的好坏，很大程度上决定于基准映射关系的精度。在本实用新型实施实例中，因丝网的变形程度较大、控制难度高，因此用钢网代替丝网执行此步骤。印刷机构5通过一定压力挤压钢网上的介质，介质从丝网图案的孔缝中沉积在承印台7的表面上。在印刷图案的选择上，印刷图案应包含三自由度丝网调整台6的基准位置、方向信息，以及对应承印物定位相机1的位置信息，并用相应直线图案修正承印物定位相机1的方向映射关系；丝网定位相机8实时记录对应三自由度丝网调整台6的位置信息。

步骤106、建立承印物定位相机、传送装置、三自由度丝网调整台、丝网定位相机的基准映射关系，并通过所得位置信息修正基准映射关系；

控制系统9驱动传送装置3转动，控制承印物定位相机1获取步骤105在各个承印台7的表面留下的图案，通过机器视觉算法，计算出图案在整个坐标系统中的位置、方向信息，从而得到承印物定位相机1、传送装置3、承印台7、三自由度丝网调整台6和丝网定位相机8的基准映射关系，最终得到各相机1、8和各承印工位7的基准映射关系，如图5所示，图中承印台(n)、承印台(n+1)、承印台(n+2)为不同承印台，当承印台数为2时，进板、出板在同一承印台上进行。

以上所述之具体实施方式仅为本实用新型的较佳实施方式，并非以此限定本实用新型的具体实施范围，凡依照本实用新型说明书、附图内容所作的等效变化均在本实用新型的保护范围内。

Claims (4)

1.全自动多相机丝网印刷设备的定位基准标定装置，包括控制系统、若干承印物定位相机、承印物定位相机外部可调光源、一个传送装置、一个出板工位相机、印刷机构、三自由度丝网调整台、若干承印台和若干丝网定位相机；其中承印台固定于传送装置上，承印台具有背光光源；承印物定位相机、出板工位相机垂直安装在承印台的上方，丝网定位相机垂直安装在丝网下方；其特征在于，在承印台上方设有用于安装承印物定位相机的可调相机支架。

2.根据权利要求1所述的全自动多相机丝网印刷设备的定位基准标定装置，其特征在于在承印台上方安装有承印物定位相机外部可调光源。

3.根据权利要求1所述的全自动多相机丝网印刷设备的定位基准标定装置，其特征在于还包括控制器，所述控制器包括CPU及分布与CPU连接的人机接口、存储器、图像处理器、摄像控制器、图像采集卡和定位装置控制器。

4.根据权利要求3所述的全自动多相机丝网印刷设备的定位基准标定装置，其特征在于所述若干承印物定位相机、出板工位相机和若干丝网定位相机均与所述摄像控制器和图像采集卡连接。

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