一种对位光源图像偏差调整自标定方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及全自动锡膏印刷机中PCB的定位方法，特别涉及一种依靠视觉系统获 得钢网与PCB的位置偏差值的对位光源图像偏差调整自标定方法。
【背景技术】
[0002] 全自动锡膏印刷机依靠视觉系统获得钢网与PCB的位置偏差，从而导引平台运动 到正确位置，实现精准印刷。因此，全自动锡膏印刷机本质上是一个典型的视觉导引运动控 制系统。
[0003] 视觉导引运动控制系统的关键在于，消除图像的失真、把运动单元与视觉单元相 关联以及确保运动控制和机器视觉的坐标系统同轴。视觉系统的失真以及各项畸变已被修 正准确，所采集的图像能够正确的反映真实的物理尺寸与位置。在消除图像畸变之后，通过 测试使图像坐标系与运动坐标系同轴成为关键问题。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是针对现有技术的上述缺陷，提供一种可保证钢网标识孔与PCB的 印刷标识点同轴的对位光源图像偏差调整自标定方法。
[0005] 为解决现有技术的上述缺陷，本发明提供的技术方案是：一种对位光源图像偏差 调整自标定方法，包括以下步骤：
[0006] A)钢网的基准轴校正过程；过程如下：
[0007] (1)、在钢网上设定5行5排标定，进入标定导航，使相机运动至第1排第1行的1 号标定，相机对钢网进行拍照，并进行匹配，所得坐标分别保存为PCB标定1及钢网标定1， 同理，相机运动至第1排第5行的5号标定点，并获取PCB标定2及钢网标定2点坐标；
[0008] (2)、使相机运动至标定点1点位置，设置同轴校正的阵列信息，由于调试时间要 求，X方向点数为5, Y方向点数为1，间距均为40mm ;
[0009] (3)、相机从标定点1开始同轴校正，相机运动至标定点1点位置后，对钢网进行拍 照，匹配并驱动相机X轴运动，使钢网网孔在图像中心；设定相机的移动范围和步距，相机 根据设定的视场范围和步距进行校正；
[0010] (4)、相机Y轴保持不动，X轴电机以2mm为步距，从左往右运动，运动一个步距后 静止，相机拍照并记录当前钢网网孔的位置，再运动下一步距，重复此步骤，直至网孔超出 相机视场范围，匹配失效；
[0011] (5)、相机从标定1点开始运动至标定2点过程中，依次按照右左向右的标定路径 对5个标定进行步骤f的操作，同轴校正结束；
[0012] B)相机上下光路重合度的校准；
[0013] (1)、偏移光路校正过程如下：
[0014] a、启动单步运动状态，覆铜板运输至停板位置后导轨夹紧，提升电机运动至印刷 位置；放入校准钢网，移动钢网直至确保锡膏印刷时锡膏能通过所有网孔漏印至覆铜板光 面上，夹紧钢网；
[0015] b、驱动刮刀头进行印刷，为保证锡膏成形质量，需对印刷参数进行设置；
[0016] c、刮刀模块完成印刷动作后，平台下降至检测位置；
[0017] d、进入校准学习，标定导航，点击导航画面，使相机运动至标定1号标定点，相机 同时对钢网及PCB进行拍照，并进行匹配，所得坐标分别保存为PCB标定1及钢网标定1，同 理，相机运动至25号标定点，并获取PCB标定2及钢网标定2点坐标；
[0018] e、进入像素标定界面，使相机运动至标定1点位置，设置偏移校正的阵列信息，X、 Y方向点数均为5,间距为40mm ;
[0019] f、相机从标定1开始偏移校正，从标定1点开始运动至标定2点过程中，依次按照 由左到右的标定路径对25个标定点进行钢网及PCB的拍照；
[0020] g、拍照完成后，偏移校正过程完毕；
[0021 ] (2)、上下光路偏移量计算：
[0022] 完成偏移校正动作后，对于上下光路的X/Y偏差，通过匹配校准钢网上的识别网 孔位置和对应的PCB上的印刷识别点的位置获得；设定钢网标识孔与图像中心的偏差值分 别为dX。、dY。，PCB上印刷标识点（即锡膏）与图像中心的偏差值为dXp ClY1;同样地，在光 路偏移值的计算中也以钢网作为基准，由此可得上下光路的X/Y偏差值：
[0024] 在偏移校正过程中，视觉系统所米集的25个点的偏差都按式（3_1)被计算并平 均，即
[0026] 由于在校正过程中，计算偏差是以钢网为基准的，因此所得偏差将用于 设置PCB图像平移值，以达到校正效果；
[0027] 上下成像的角度偏差Θ校正，由于步骤A)中相机运动X轴与钢网图像坐标系X 轴的角度偏差已经校正，因此可以以钢网图像坐标系为基准，校正PCB坐标系的角度偏差， 所以上下成像的角度偏差可理解为PCB图像坐标系相对于钢网图像坐标系的角度偏差；
[0028] 反观偏移校正过程，在对钢网网孔以及PCB板的印刷识别点进行拍照时，因 PCB图 像坐标系相对于钢网图像坐标系存在角度偏差，导致钢网网孔连线与PCB印刷识别点连线 形成角度；
[0029] 定义钢网网孔连线与图像坐标系X轴的夹角为a，PCB印刷识别点连线与图像坐 标系X轴的夹角为β ;α为钢网放置时由于位置的随机性而与相机X轴形成的位置夹角， 并非角度偏差；β则为位置夹角α与PCB图像坐标系相对于钢网图像坐标系的角度偏差 Θ之和，则
[0030] θ = β-α (3-3)
[0031] 钢网标定点共有5行，因此可对5行标定点坐标序列做最小二乘拟合，求得第i行 的角度偏差值θ?，求和并平均可得
[0033] 作为本发明对位光源图像偏差调整自标定方法的一种改进，步骤A)所述相机视 场范围为12 X 9mm，驱动相机X轴直至钢网网孔运动至视场边缘，相机X轴电机运动步距为 2mm，启动同轴校正模块。
[0034] 作为本发明对位光源图像偏差调整自标定方法的一种改进，步骤B)所述印刷参 数包括印刷次数、印刷压力、印刷速度和脱模方式，印刷次数为2~3次，印刷压力为50~ 60N，印刷速度为15~20mm/s。
[0035] 作为本发明对位光源图像偏差调整自标定方法的一种改进，所述脱模方式为低速 脱模，速度为：1分钟~5分钟/个。
[0036] 作为本发明对位光源图像偏差调整自标定方法的一种改进，步骤A)所述钢网的 基准轴校正过程还包括相机X轴与图像坐标系X轴角度偏差Θ校正，钢网网孔在同轴校正 过程中将出现位置变化情况，对钢网网孔在校正步距中的点坐标序列为（X1, Y1)进行最小 二乘直线拟合，可求得相机X轴与图像坐标系X轴的角度偏差γ ;
[0037] 将角度偏差值输入到钢网图像角度旋转值，可使相机运动X轴与图像坐标系X轴 重合，保证其同轴性。
[0038] 与现有技术相比，本发明的优点是：在偏移校正过程中，印刷机的动作是先印刷， 后图像采集，对于先拍后印的生产过程来说是一个逆过程，因而能保证在偏移校正时钢网 和PCB上的标定点是重合的，能作为偏移校正的参考。若标定点的印刷效果是符合图象匹 配要求的，那么对于偏移校正过程中所得到的偏移量也是正确的。
[0039] 本发明在校正时以相机坐标系X轴作为所有局部坐标系的基准轴，校正时，只需 先将基准轴校正后，其他的轴系坐标再通过基准轴为准进行校正对比，即可计算出上下光 路的Χ\Υ偏差及偏差角度大小。本方法可以PCB板的印刷精确度，方法步骤简单，容易实施。
【附图说明】
[0040] 下面就根据附图和【具体实施方式】对本发明及其有益的技术效果做进一步详细的 描述，其中：
[0041] 图1是本发明钢网校准结构示意图。
[0042] 图2同轴校正相机运动路径结构示意图。
[0043] 图3是视觉系统上下光路偏移结构示意图。
[0044] 图4是钢网与PCB重合位置图像偏差结构示意图（图4中左图为钢网标定点，右 图为PCB标定点）。
[0045] 图5是钢网校正路径结构图。
[0046] 图6是上下光路Χ/Υ偏差结构示意图。
[0047] 图7是钢网网孔与PCB锡膏成像偏移结构示意图。
【具体实施方式】
[0048] 下面就根据附图和具体实施例对本发明作进一步描述，但本发明的实施例并不局 限于此。
[0049] 一种对位光源图像偏差调整自标定方法，包括以下步骤：
[0050] A)钢网的基准轴校正过程；过程如下：
[0051] (1)、在钢网上设定5行5排标定，进入标定导航，使相机运动至第1排第1行的1 号标定（如图1所示），相机对钢网进行拍照，并进行匹配，所得坐标分别保存为PCB标定1 及钢网标定1，同理，相机运动至第1排第5行的5号标定点，并获取PCB标定2及钢网标定 2点坐标；
[0052] (2)、使相机运动至标定点1点位置，设置同轴校正的阵列信息，由于调试时间要 求，X方向点数为5, Y方向点数为1，间距均为40mm ;
[0053] (3)、相机从标定点1开始同轴校正，相机运动至标定点1点位置后，对钢网进行拍 照，匹配并驱动相机X轴运动，使钢网网孔在图像中心；设定相机的移动范围和步距，相机 根据设定的视场范围和步距进行校正；
[0054] (4)、相机Y轴保持不动，X轴电机以2mm为步距，从左往右运动（如图1所示的箭 头运动方向），运动一个步距后静止，相机拍照并记录当前钢网网孔的位置，再运动下一步 距，重复此步骤，直至网孔超出相机视场范围，匹配失效；
[0055] (5)、相机从标定1点开始运动至标定2点过程中，依次按照右左向右的标定路径 对5个标定进行步骤f的操作，同轴校正结束；
[0056] 相机X轴与图像坐标系X轴若存在角度偏差Θ，钢网网孔在同轴校正过程中将出 现如图2所示的位置变化情况，对钢网网孔在校正步距中的点坐标序列为（X1J1)进行最小 二乘直线拟合，可求得相机X轴与图像坐标系X轴的角度偏差γ ;
[0057] 将角度偏差值输入到钢网图像角度旋转值，可使相机运动X轴与图像坐标系X轴 重合，保证其同轴性；
[0058] Β)相机上下光路重合度的校准；（如图3所示，尽管锡膏印刷机的视觉系统模块是 独立装配的，在整机安装前已经对上下光路进行过校准，但由于在整机装配时，钢网、相机、 PCB板的工作平面是不可能绝对的平行的，最直观的影响是对于钢网与PCB板在垂直方向 上重合的位置，在相机所采集的钢网与PCB图片当中并不重合，存在三个自由度方向即X、 Υ、Θ上的偏差，如图4所示；锡膏印刷机的对准原理，是在获得钢网与PCB的标定点坐标位 置后，计算出两者之间的偏差，从而由纠偏算法给出电机输出量。锡膏印刷机的对准精度取 决于视觉系统模块能否获取准确的标定点坐标。显然，视觉系统获得图片如存在偏差，对于 标定点坐标的准确获取势必产生较大的误差，从而影响印刷机的定位精度，因此在进行视 觉系统同轴校正后