一种3D曝光机高精度对位方法与流程

本发明涉及激光曝光机，尤其涉及一种3d曝光机高精度对位方法。

背景技术：

激光曝光机实现产品对位是一项新兴技术，成熟的激光曝光机产品中几乎都实现激光头与产品的精准对位。其具有高精度，高速度，操作便捷，实现成品率大幅提升等优点。随着技术的发展,当前的2d激光对位技术无法在3d曝光机中应用或效率大打折扣，目前，3d曲面玻璃在手机上得到广泛应用，手机行业中3d玻璃的边框经过喷墨，激光曝光,冲洗等工艺制作而成。由于3d曲面玻璃两边的边缘往上凸起，针对2d平面玻璃的曝光不能正常照射到曲面的边缘，需要对曲面玻璃调整一定角度才能使激光照射到曲面玻璃边缘上。其中激光曝光对3d玻璃边框的成型精度起决定作用。

现有技术中，2d标定方法无法标定应对3d应用的曝光设备，致使目前通用的标定方法不能应用于3d激光曝光机的对位标定方法，导致3d玻璃平板与激光曝光机的打标头坐标与材料坐标不能形成统一，每一次生产新产品的时候都需要手工确认激光头激光打下来的位置与材料位置，由于打标精度要求极高，所以需要经过多次调整才能达到满足精度要求的位置，大大降低了激光曝光加工效率以及加工精度。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足，提供一种可提高激光对位精度、能提高对位标定效率、无需手动操作、更具自动化性能的3d曝光机高精度对位方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案。

一种3d曝光机高精度对位方法，该方法基于一系统实现，所述系统包括有机台x轴滑轨以及主控制器，所述机台x轴滑轨上设有uvw运动平台，所述uvw运动平台的顶部设有曝光平台，所述uvw运动平台的上方设有相机系统和激光曝光机构，所述相机系统和激光曝光机构沿所述机台x轴滑轨的长度方向依次设置，所述uvw运动平台、所述相机系统和所述激光曝光机构分别与所述主控制器建立通信，所述方法包括如下步骤：步骤s1，将预设的纸质基材固定在所述曝光平台上，所述纸质基材的面板尺寸与玻璃工件的面板尺寸相同；步骤s2，通过所述主控制器制作曝光文件，并在所述曝光文件内绘制小圆点以及与所述小圆点相对应的位置标号；步骤s3，所述主控制器根据所述曝光文件控制所述激光曝光机构出射激光束，进而在所述纸质基材上照射形成小圆点；步骤s4，所述主控制器控制所述uvw运动平台运动至所述相机系统下方，利用所述相机系统拍摄所述纸质基材上的小圆点图像；步骤s5，所述主控制器根据所述相机系统拍摄的小圆点图像获取小圆点的边缘位置数据，并根据小圆点的全部边缘位置数据拟合得出小圆点位置信息，同时计算小圆点的中心位置坐标；步骤s6，所述主控制器根据单应矩阵原理构建关系矩阵：

式中，(u1,v1,1)t为所述步骤s5中拟合得到的小圆点中心位置坐标，(u2,v2,1)t为所述纸质基板上对应小圆点的物理位置坐标，并基于所述关系矩阵计算得出所述激光曝光机构的激光曝光位置与所述纸质基板上对应物理位置坐标的位置关系h；步骤s7，当所述玻璃工件放置于所述曝光平台时，利用所述关系矩阵计算出所述激光曝光机构的激光曝光位置与所述玻璃工件上待曝光位置的关系，通过控制所述uvw运动平台运动使得所述激光曝光机构的激光曝光位置与所述玻璃工件上的待曝光位置一致。

优选地，所述步骤s2中，通过所述主控制器安装的cad软件绘制曝光文件。

优选地，所述步骤s2中，在所述曝光文件内绘制多个固定间距且呈阵列式分布的小圆点。

优选地，所述步骤s1中选用的纸质基材为纯黑色硬质纸板基材。

优选地，所述步骤s5中，利用预设的长方形卡尺搜索像素差值：在长方形卡尺内，利用当前行像素值减去上一行对应位置的像素值，进而得到小圆点的边缘位置数据。

优选地，所述步骤s5中，利用ransac拟合圆方法拟合得出小圆点位置信息。

优选地，所述步骤s4中，利用所述相机系统拍摄所述纸质基材上包含至少4个小圆点的图像。

优选地，所述系统包括有z运动轴，所述激光曝光机构设于所述z运动轴上，且由所述z运动轴控制所述激光曝光机构沿竖直方向运动。

优选地，所述激光曝光机构包括有激光曝光头和激光振镜，所述激光振镜设于所述激光曝光头的出光侧，所述步骤s3中，所述主控制器控制所述激光曝光头出射激光，同时控制所述激光振镜运动，进而在所述纸质基材上照射形成小圆点。

优选地，步骤s7中，对所述玻璃工件的侧部位置进行曝光时，所述主控制器控制所述z运动轴沿竖直方向运动，进而调整所述激光曝光机构的竖直位置，以令所述激光曝光头出射的激光束在所述玻璃工件的侧部位置对焦。

本发明公开的3d曝光机高精度对位方法中，基于所述激光曝光机构的激光曝光位置与所述纸质基板上对应物理位置坐标的位置关系矩阵，将所述激光曝光机构激光曝光位置坐标系与视觉坐标系形成统一，再利用曝光文件中的坐标系确定待曝光材料的位置信息，经过标定对位之后，通过旋转uvw平台下面的运动控制平台，使所述激光曝光机构能够照射到玻璃平板的两个凸起边缘，达到3d曝光的效果，同时能快速高效地对位玻璃面板，当应对新的玻璃产品时，只需更改曝光文件即可修改对应的曝光位置，无需重新修正玻璃板的位置。基于上述特点，使得本发明不仅能提高激光对位精度，还可以提高对位标定效率，并且无需手动操作，因此更具自动化性能。

附图说明

图1为实现本发明3d曝光机高精度对位方法的系统架构侧向示意图；

图2为实现本发明3d曝光机高精度对位方法的系统架构俯视示意图；

图3为拟合过程中的小圆点示意图；

图4为本发明优选实施例中标定过程的流程图；

图5为本发明优选实施例中对位过程的流程图；

图6为长方形区域内像素示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作更加详细的描述。

本发明公开了一种3d曝光机高精度对位方法，结合图1至图3所示，该方法基于一系统实现，所述系统包括有机台x轴滑轨1以及主控制器，所述机台x轴滑轨1上设有uvw运动平台2，所述uvw运动平台2的顶部设有曝光平台20，所述uvw运动平台2的上方设有相机系统3和激光曝光机构4，所述相机系统3和激光曝光机构4沿所述机台x轴滑轨1的长度方向依次设置，所述uvw运动平台2、所述相机系统3和所述激光曝光机构4分别与所述主控制器建立通信，所述方法包括如下步骤：

步骤s1，将预设的纸质基材固定在所述曝光平台20上，所述纸质基材的面板尺寸与玻璃工件的面板尺寸相同；

步骤s2，通过所述主控制器制作曝光文件，并在所述曝光文件内绘制小圆点以及与所述小圆点相对应的位置标号；

步骤s3，所述主控制器根据所述曝光文件控制所述激光曝光机构4出射激光束，进而在所述纸质基材上照射形成小圆点；

步骤s4，所述主控制器控制所述uvw运动平台2运动至所述相机系统3下方，利用所述相机系统3拍摄所述纸质基材上的小圆点图像；

步骤s5，所述主控制器根据所述相机系统3拍摄的小圆点图像获取小圆点的边缘位置数据，并根据小圆点的全部边缘位置数据拟合得出小圆点位置信息，同时计算小圆点的中心位置坐标；

步骤s6，所述主控制器根据单应矩阵原理构建关系矩阵：

式中，(u1,v1,1)t为所述步骤s5中拟合得到的小圆点中心位置坐标，(u2,v2,1)t为所述纸质基板上对应小圆点的物理位置坐标，并基于所述关系矩阵计算得出所述激光曝光机构4的激光曝光位置与所述纸质基板上对应物理位置坐标的位置关系h；

步骤s7，当所述玻璃工件放置于所述曝光平台20时，利用所述关系矩阵计算出所述激光曝光机构4的激光曝光位置与所述玻璃工件上待曝光位置的关系，通过控制所述uvw运动平台2运动使得所述激光曝光机构4的激光曝光位置与所述玻璃工件上的待曝光位置一致。

上述方法中，基于所述激光曝光机构4的激光曝光位置与所述纸质基板上对应物理位置坐标的位置关系矩阵，将所述激光曝光机构4激光曝光位置坐标系与视觉坐标系形成统一，再利用曝光文件中的坐标系确定待曝光材料的位置信息，经过标定对位之后，通过旋转uvw平台下面的运动控制平台，使所述激光曝光机构4能够照射到玻璃平板的两个凸起边缘，达到3d曝光的效果，同时能快速高效地对位玻璃面板，当应对新的玻璃产品时，只需更改曝光文件即可修改对应的曝光位置，无需重新修正玻璃板的位置。基于上述特点，使得本发明不仅能提高激光对位精度，还可以提高对位标定效率，并且无需手动操作，因此更具自动化性能。

作为一种优选方式，所述步骤s2中，通过所述主控制器安装的cad软件绘制曝光文件。进一步地，所述步骤s2中，在所述曝光文件内绘制多个固定间距且呈阵列式分布的小圆点。

本实施例中，所述步骤s1中选用的纸质基材为纯黑色硬质纸板基材。

本实施例的所述步骤s5中，利用预设的长方形卡尺搜索像素差值：在长方形卡尺内，利用当前行像素值减去上一行对应位置的像素值，进而得到小圆点的边缘位置数据。具体解释为：请参见图6，对于长方形区域内的像素值，根据长方形方向，用下一列的像素值减去上一列的像素值，得到差分图像，当图像全为黑色，则两列像素相减的值为0，当位于黑白分界处时，两列像素相减的值为一个较大的数，由此数值可判定边缘点的位置。同理，利用多个卡尺可找到圆形的多个边缘点，再利用圆拟合算法可准确拟合出圆的中心坐标位置与半径。

作为一种优选方式，所述步骤s5中，利用ransac拟合圆方法拟合得出小圆点位置信息。

为了更加准确地获取小圆点位置信息，本实施例的所述步骤s4中，利用所述相机系统3拍摄所述纸质基材上包含至少4个小圆点的图像。

为了实现升降运动，本实施例中，所述系统包括有z运动轴5，所述激光曝光机构4设于所述z运动轴5上，且由所述z运动轴5控制所述激光曝光机构4沿竖直方向运动。

作为一种优选方式，所述激光曝光机构4包括有激光曝光头和激光振镜，所述激光振镜设于所述激光曝光头的出光侧，所述步骤s3中，所述主控制器控制所述激光曝光头出射激光，同时控制所述激光振镜运动，进而在所述纸质基材上照射形成小圆点。

本实施例的步骤s7中，对所述玻璃工件的侧部位置进行曝光时，所述主控制器控制所述z运动轴5沿竖直方向运动，进而调整所述激光曝光机构4的竖直位置，以令所述激光曝光头出射的激光束在所述玻璃工件的侧部位置对焦。

本发明公开的3d曝光机高精度对位方法，其实际应用过程中可参考如下实施例：

本实施例主要通过如下过程实现：

一、构建3d曝光机高精度对位系统：请参见图1和图2，机台运动平台分三部分,上方部分用一个运动轴z轴控制激光曝光头,通过z轴的上下移动满足激光调焦功能，使下方平台不同高度的平面都能准确对焦激光光束。下方部分又分为微调uvw运动平台和控制uvw平台水平运动的x轴和控制uvw平台旋转的u轴和v轴。其u轴控制水平旋转，v轴控制倾斜角度。激光曝光头下方的移动轴确保整个曝光过程中平台能在空间xyz这三个方向上自由移动。

二、制作曝光文件：用cad绘制通用曝光文档，一个完整的图层对应为在整块玻璃平板上的图案，由于激光头照射区域有限，往往不能完整照射整块玻璃区域，于是把一个完整图形分成多个图层，每次照射部分区域，然后转动玻璃面板照射另一区域，由此形成图层的拼接操作。将准备好的纸质基材面板固定在曝光平台上，纸质基材面板选择纯黑色硬质纸板，其大小与玻璃面板一致。在曝光文件上绘制小圆点，并且把位置标号也绘制在曝光文档中，由曝光文件控制振镜，利用曝光振镜在纸质基材上照射固定间距的小圆点，小圆点尽量特征明显，方便后续视觉相机系统能准确定位的到小圆点在图像上的位置。小圆点的位置标号打印在纸质基板上方是便于搜索。

三、利用卡尺搜索像素差值：请参见图3，在长方形卡尺内从长方形方向上利用当前行减去上一行的对应位置上的像素值。得到原点的边缘位置信息。把小圆点所有边缘点用ransac拟合圆方法拟合出小圆点位置信息，记录下小圆点的中心位置坐标。通过上述标记的小圆点坐标值查看纸质基板上对应点位置的物理坐标值。

四、圆点捕获拟合：将基板平台平行移动到视觉系统下方对纸质板拍照记录，确保所有相机视野范围内都能准确抓拍到至少4个小圆点。将抓拍点的位置坐标记录。

五、结合图4和图5所示，应用单应矩阵原理，计算曝光头照射下来的曝光台平面与相机拍摄的相机平面的对应关系。将圆点物理坐标值与标定板间距实际距离相乘，得到每一个点的准确物理坐标值，代入以下单应矩阵计算公式计算出两个平面的对应关系矩阵h。

其中，(u1,v1,1)t是摄像机记录的小圆点的中心坐标，即上述你和出来的圆点中心坐标值，(u2,v2,1)t是纸质基板平面上对应点的物理坐标值，由上述曝光文档上的标记小圆点可获取到。利用此对应关系可求出激光曝光头与纸质基板的坐标对应关系h，而需要曝光的材料放置在标定平面上，由以上3×3矩阵可计算出激光曝光头与待曝光材料位置关系。而在对玻璃面板侧面进行曝光时只需调整z轴位置准确对焦即可。

以上所述只是本发明较佳的实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的技术范围内所做的修改、等同替换或者改进等，均应包含在本发明所保护的范围内。