一种对锡膏印刷机印刷平台的标定及对位方法与流程

技术特征：

1.一种针对锡膏印刷机印刷平台的标定及对位方法，其特征在于，所述锡膏印刷机的底部为PCB板，该PCB板设置在UVW旋转平台上，所述PCB板的正上方为一钢网，该PCB板和钢网的中间有一分光镜，在分光镜的前后分别设置有一相机和一个平面反射镜，该标定及对位方法具体包括如下步骤：

S1.针对锡膏印刷机的机械结构，在该锡膏印刷机上建立四个坐标系，分别是：基于相机采集到的平面反射镜中的图像建立的图像坐标系、在相机上建立的相机坐标系、基于相机视野建立的参考坐标系和在锡膏印刷机的电机轴挡片处于零位时建立的世界坐标系；

S2.对步骤S1中建立的四个坐标系进行分析，依次建立各个坐标系之间的坐标转化关系，得到图像坐标系到相机坐标系的转化公式、相机坐标系到参考坐标系的转化公式和参考坐标系到世界坐标系的转化公式，上述转化公式中含有待标定的关键参数；

S3.采用锡膏印刷机中的相机采集图像，移动相机至不同位置采集图像，得到标定点在不同位置采集的图像中所对应的各个坐标，将上述坐标代入步骤S2中的转化公式中求解，完成对坐标系系统中的关键参数的标定，从而得到各个坐标系之间的转化公式；

S4.在UVW旋转平台处于零位时，测量各个电机轴之间的距离，根据测量到的距离参数构建UVW旋转平台运动模型；

S5.先获取钢网与PCB板的模板，获取新进给PCB板相对PCB模板的相对位置，和新钢网相对钢网模板的相对位置，通过步骤S4中构建的UVW旋转平台运动模型，计算得到UVW旋转平台各轴的移动量，将UVW旋转平台进行移动调整，实现钢网与PCB板的对位。

2.如权利要求1所述的标定及对位方法，其特征在于，步骤S2中，坐标系之间的转化公式如下：图像坐标系(U,V)到相机坐标系(O_ccd,X_ccd,Y_ccd)坐标转化公式为:

式中，W为图像的宽度，(U,V)为图像坐标系中点的坐标，(X_ccd,Y_ccd)为相机坐标系中点的坐标；

相机坐标系(O_ccd,X_ccd,Y_ccd)到参考坐标系(O_R,X_R,Y_R)的坐标转化公式为：

式中，(X_R,Y_R)是参考坐标系中点的坐标，(X_ccd,Y_ccd)为相机坐标系中点的坐标，l_x和l_y为关键参数；

参考坐标系(O_R,X_R,Y_R)到世界坐标系(O_w,X_w,Y_w)的坐标转化公式为：

式中，(X_R,Y_R)是参考坐标系中点的坐标，(X_w,Y_w)为世界坐标系中点的坐标，θ、a、b为关键参数。

3.如权利要求2所述的标定及对位方法，其特征在于，步骤S3中，对参数γ和β进行标定，其中，参数γ和β分别指相机坐标系与参考坐标系间X轴的夹角以及Y轴夹角，其标定过程及计算方法如下：

a.使用锡膏印刷机上的相机在相机坐标系的基准原点拍摄两副图像，选取图像中的一个点为标记点，记录两幅图像中的标记点的圆心坐标(X₀,Y₀)；

b.将相机分别沿X轴正方向平移和沿Y轴正方向平移一定距离，拍摄该相机分别沿X轴正方向平移和沿Y轴正方向平移后的两副图像，分别记录两幅图像中的标记点对应的圆心坐标(X_cx,Y_cx)，.(X_cy,Y_cy).；

c.将相机分别沿X轴负方向平移和沿Y轴负方向平移一定距离，拍摄该相机分别沿X轴负方向平移和沿Y轴负方向平移后的两副图像，分别记录两幅图像中的标记点对应的圆心坐标(X_ux,Y_ux)，(X_uy,Y_uy)，然后回到相机坐标系的基准原点；

d.使用γ和β的标定公式计算得到γ和β值；

其中，

。

4.如权利要求3所述的标定及对位方法，其特征在于，步骤S3中，对PCB板参数l_x、l_y、θ，a，b进行标定，其中，参数l_x和l_y分别指PCB板的相机坐标系与参考坐标系沿X方向比率以及Y方向比率；θ指两坐标系间夹角；a和b分别指两坐标系间原点间沿X方向及沿Y方向的距离，上述参数的具体标定及计算方法如下：

a.使用锡膏印刷机上的相机拍摄PCB板上的标记点在机床平台未移动、沿X轴正方向平移、沿Y轴正方向平移一定距离的三幅图像，分别记录下标记点对应的圆心坐标A1(X_ccd1,Y_ccd1)，A2(X_ccd2,Y_ccd2)，A3(X_ccd3,Y_ccd3)；

b.使用θ的标定公式计算得到θ的值

θ＝a tan 2(y_ccd2-y_ccd1,x_ccd2-x_ccd1)；

c.使用l_x和l_y的标定公式计算得到l_x和l_y的值

d.使用a，b的标定公式计算得到a，b值：

其中：(x_R0,y_R0)为将相机移动到离X轴旋转中心较近的Y轴铰链在相机拍摄图像中处于图像的中心位置，铰链中心对应的图像坐标系坐标转化到参考坐标后的坐标值。

5.如权利要求4所述的标定及对位方法，其特征在于，步骤S3中,对钢网的参数l_xs、l_ys、θ_s的标定，其中，参数l_xs、l_ys分别指钢网的相机坐标系与参考坐标系沿X方向比率，以及Y方向比率；θ_s指两坐标系间夹角，具体标定及计算方法如下：

a.使用锡膏印刷机上的相机拍摄钢网上的标记点在相机未移动、相机沿X轴正方向和Y轴正方向平移一定距离的三幅图像，记录下标记点圆心坐标；

b.使用θ_s的标定公式计算得到θ_s的值，与标定PCB的θ的步骤类似；

c.使用l_x和l_y的标定公式计算得到l_xs和l_ys的值，与标定PCB的θ步骤类似；

d.使用a_s、b_s的标定公式计算得到a_s、b_s值：

6.如权利要求5所述的标定及对位方法，其特征在于，步骤S5中，获取钢网模板和PCB模板时，先将钢网与PCB手动对齐，分别获取钢网与PCB板相同指定位置点的坐标，将其均转换至世界坐标系，获取钢网与PCB板相同指定位置点在世界坐标系下对应的坐标，将世界坐标系下对应的坐标分别作为钢网模板和PCB模板。

7.如权利要求6所述的标定及对位方法，其特征在于，步骤S5中，计算新进给PCB相对PCB模板的相对位置时，将相机移动到与获取模板时相同的位置，获取指定位置点对应的坐标，并采用转化公式转换至世界坐标系，计算后得到新进给PCB板和PCB模板的指定位置点在世界坐标系中的距离(ΔX_pp,ΔY_pp)。

8.如权利要求7所述的标定及对位方法，其特征在于，步骤S5中，计算新钢网相对钢网模板的相对位置时，对印刷后替换的钢网，将相机移动到与获取模板时相同的位置，获取指定位置点的坐标，并采用转化公式转换至世界坐标系，计算后得到新钢网和钢网模板的指定位置点在世界坐标系中的距离(ΔX_ss,ΔY_ss)。

9.如权利要求8所述的标定及对位方法，其特征在于，步骤S5中，钢网与新进给PCB板的对位过程包括以下步骤：

a.对于新进给的PCB板或者替换后的钢网，根据新进给PCB相对PCB模板的相对位置的计算方法，以及新钢网相对钢网模板的相对位置的计算方法，计算得到UVW旋转的平移量和旋转量，计算公式如下：

b.根据UVW平台的运动模型，通过ΔX_uvw1和ΔY_uvw1计算出平移情况下UVW旋转平台三轴移动量(ΔX_t1,ΔY1_t1,ΔY2_t1)，根据UVW旋转平台的运动模型，通过Δθ_uvw计算出旋转情况下UVW旋转平台三轴移动量(ΔX_r1,ΔY1_r1,ΔY2_r1)，UVW旋转平台总移动量如下：

c.在UVW旋转平台按照以上数值各轴完成移动后，使用锡膏印刷机对PCB板进行下一次图像采集，得到该图像中标记点在图像坐标系的坐标后，根据各坐标系转换关系得到标记点在世界坐标系下的坐标，根据新进给PCB板相对PCB模板的相对位置的计算方法，计算得到UVW平台的平移量和旋转量，如下：

d.根据UVW平台的运动模型，通过△X_uvw2和△Y_uvw2计算出平移情况下UVW平台三轴移动量(ΔX_t2,ΔY1_t2,ΔY2_t2)，根据UVW平台的旋转模型，通过Δθ_uvw计算出旋转情况下UVW平台三轴移动量(ΔX_r2,ΔY1_r2,ΔY2_r2)，UVW平台总移动量如下：

e.根据上一步骤中得到的总移动量对UVW旋转平台的各轴进行移动，即完成整个对位过程。