柔性线路板印刷的多自由度平台的自动校正方法
【专利摘要】本发明公开了一种柔性线路板印刷的多自由度平台的自动校正方法。本发明具体包括如下步骤：步骤1.搭建面向柔性线路板印刷的多自由度平台；步骤2.标定阶段,具体指定位识别待标定柔性线路板上两个标志圆的圆心坐标，计算圆心连线的倾角，将得到的圆心坐标和倾角设置为参照位置；步骤3.校正阶段，具体包括建立校正模型和自动校正并检测待校正的柔性线路板；步骤4.对齐阶段，具体指对齐待校正的柔性线路板，减小距离偏差。本发明克服了现有印刷工序存在的技术不足，弥补印刷过程中难以精确定位的缺陷，满足柔性线路板印刷工序中的高精度的印刷需求，实现柔性线路板印刷过程的自动化。
【专利说明】柔性线路板印刷的多自由度平台的自动校正方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种待印刷材料的自动校正对齐方法，特别是涉及一种柔性线路板印刷的多自由度平台的自动校正方法。
【背景技术】
[0002]柔性线路板(Flexible Printed Circuit)是用柔性的绝缘基材制成的印刷电路，具有许多硬性印刷电路板不具备的优点。易弯曲、卷绕、折叠，可依照空间布局要求任意安排，并在三维空间任意移动和伸缩，从而达到元器件装配和导线连接的一体化。
[0003]由于柔性线路板具有易变形的特点，在加工的过程中易由静电和空气压力等因素产生弯曲，卷绕或缺陷，导致柔性线路板不易加工，许多工序过程依靠人工解决，行业的自动化水平偏低。
[0004]印刷是柔性线路板加工的重要环节，往往需印刷多层不同材料的涂料。在印刷过程中，每层材料的相对位置关系极其严格，一般稍微偏差，极易导致整个柔性板报废，因此，印刷平台的精准定位极其重要。当前主流的固定方法是在平台上竖立2个定位柱，将柔性板上定位孔直接套在定位柱上，从而实现柔性线路板的定位。这种方法简单高效，但也存在一些严重的不足:印刷错位概率高，效率质量难以保证，难适合高精度印刷需求。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于克服现有柔性线路板印刷工序存在的技术不足，弥补印刷过程中难以精确定位的缺陷，提供一种柔性线路板印刷的多自由度平台的自动校正方法，满足柔性线路板印刷工序中的高精度的印刷需求，实现柔性线路板印刷过程的自动化。
[0006]本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括如下步骤:
[0007]步骤1.搭建面向柔性线路板印刷的多自由度平台；
[0008]步骤2.标定阶段，具体指定位识别待标定柔性线路板上两个标志圆的圆心坐标，计算圆心连线的倾角，将得到的圆心坐标和倾角设置为参照位置；
[0009]步骤3.校正阶段，具体包括建立校正模型和自动校正并检测待校正的柔性线路板；
[0010]步骤4.对齐阶段，具体指对齐待校正的柔性线路板，减小距离偏差。
[0011]步骤I所建立的面向柔性线路板印刷的多自由度平台主要用于控制柔性线路板的印刷对齐，通过对柔性线路板上的标志圆识别和校正模型，计算出各电机的校正脉冲，通过控制电机的运动实现待印刷材料的对齐与印刷。
[0012]步骤I所搭建的面向柔性线路板印刷的多自由度平台，包括底座、旋转印刷平台、运动执行机构、2台工业相机；
[0013]旋转印刷平台上设置有两个相机观测孔，分别为观测孔1#和观测孔2# ;运动执行机构包括电机X、电机Yl和电机Y2，运动执行机构固定在底座上，同时与旋转印刷平台相连，用于支撑旋转印刷平台并控制平台做旋转和平移运动；其中电机X用于控制X轴方向的运动；电机Yl和Y2同步运动，用于控制Y轴方向的运动；若单个电机运动，则导致旋转印刷平台发生旋转和平移；2台工业相机固定在底座上，通过旋转印刷平台上的观测孔1#和观测孔2#拍摄柔性线路板上两个标志圆的图像。
[0014]步骤2所述的标定阶段，具体如下:
[0015]将待标定柔性线路板固定放置在旋转印刷平台上，使得柔性线路板上的两个标志圆分别与观测孔1#和观测孔2#上下对应；2台工业相机通过观测孔1#和观测孔2#拍摄柔性线路板上的标志圆，从而定位计算柔性线路板上两个标志圆的圆心坐标，并根据圆心坐标计算柔性线路板两个标志圆连线与旋转印刷平台构成的倾角，并将该圆心坐标和倾角设置为参照位置，即圆心坐标为参照圆心坐标，倾角为参照倾角；
[0016]所述的柔性线路板两个标志圆连线的圆心位置和倾角，即参照圆心坐标和参照倾角的计算过程如下:
[0017]2-1.工业相机2#通过观测孔2#获取的相对于视野基准点(m，η)的圆心坐标(χ, y)为:
[0018]χ = ccos a -dsin α
[0019]y = dcos a +csin α
[0020]其中，α为工业相机1#通过观测孔1#获取的图像空间1#和相机2#通过观测孔2#获取的图像空间2#构成的夹角，(c，d)为工业相机2#通过观测孔2#获取的在图像空间2#中标志圆2#的圆心坐标；
[0021]2-2.计算两个标志圆圆心连线与旋转印刷平台的χ轴构成的倾角Θ为:
[0022]
【权利要求】
1.柔性线路板印刷的多自由度平台的自动校正方法，其特征在于包括如下步骤: 步骤1.搭建面向柔性线路板印刷的多自由度平台； 步骤2.标定阶段，具体指定位识别待标定柔性线路板上两个标志圆的圆心坐标，计算圆心连线的倾角，将得到的圆心坐标和倾角设置为参照位置； 步骤3.校正阶段，具体包括建立校正模型和自动校正并检测待校正的柔性线路板； 步骤4.对齐阶段，具体指对齐待校正的柔性线路板，减小距离偏差； 步骤I所建立的面向柔性线路板印刷的多自由度平台主要用于控制柔性线路板的印刷对齐，通过对柔性线路板上的标志圆识别和校正模型，计算出各电机的校正脉冲，通过控制电机的运动实现待印刷材料的对齐与印刷。
2.如权利要求1所述的柔性线路板印刷的多自由度平台的自动校正方法，其特征在于: 步骤I所搭建的面向柔性线路板印刷的多自由度平台，包括底座、旋转印刷平台、运动执行机构、2台工业相机； 旋转印刷平台上设置有两个相机观测孔，分别为观测孔1#和观测孔2# ;运动执行机构包括电机X、电机Yl和电机Y2，运动执行机构固定在底座上，同时与旋转印刷平台相连，用于支撑旋转印刷平台并控制平台做旋转和平移运动；其中电机X用于控制X轴方向的运动；电机Yl和Y2同步运动，用于控制Y轴方向的运动；若单个电机运动，则导致旋转印刷平台发生旋转和平移；2台工业相机固定在底座上，通过旋转印刷平台上的观测孔1#和观测孔2#拍摄柔性线路板上两个标志圆的图像。
3.如权利要求1所述的柔性线路板印刷的多自由度平台的自动校正方法，其特征在于: 步骤2所述的标定阶段，具体如下: 将待标定柔性线路板固定放置在旋转印刷平台上，使得柔性线路板上的两个标志圆分别与观测孔1#和观测孔2#上下对应；2台工业相机通过观测孔1#和观测孔2#拍摄柔性线路板上的标志圆，从而定位计算柔性线路板上两个标志圆的圆心坐标，并根据圆心坐标计算柔性线路板两个标志圆连线与旋转印刷平台构成的倾角，并将该圆心坐标和倾角设置为参照位置，即圆心坐标为参照圆心坐标，倾角为参照倾角； 所述的柔性线路板两个标志圆连线的圆心位置和倾角，即参照圆心坐标和参照倾角的计算过程如下: 2-1.工业相机2#通过观测孔2#获取的相对于视野基准点(m，n)的圆心坐标(x，y)为:
χ = ccos a -dsin α
y = dcos a +csin α 其中，α为工业相机1#通过观测孔1#获取的图像空间1#和相机2#通过观测孔2#获取的图像空间2#构成的夹角，(c，d)为工业相机2#通过观测孔2#获取的在图像空间2#中标志圆2#的圆心坐标； 2-2.计算两个标志圆圆心连线与旋转印刷平台的χ轴构成的倾角Θ为:
4.如权利要求1所述的柔性线路板印刷的多自由度平台的自动校正方法，其特征在于: 步骤3所述的校正阶段，具体如下: 将待标定柔性线路板固定放置在旋转印刷平台上，使得柔性线路板上的两个标志圆分别与观测孔1#和观测孔2#上下对应；然后比较校正阶段中两个标志圆的当前位置与参照位置； 若标定阶段与校正阶段中两个标志圆的当前位置与目标参照位置相同，则不需要校正； 若标定阶段与校正阶段中两个标志圆当前位置与参照位置偏差小于等于允许误差，则进入步骤4 ； 若标定阶段与校正阶段中两个标志圆当前位置与参照位置偏差大于允许误差，则进行校正； 所述的校正过程通过校正模型完成，校正模型建立如下: 3-1.建立校正目标 校正目标是实现柔性线路板上两个参照点位置与参照位置基本重合，偏差控制在允许误差范围内； 3-2.选择坐标系 校正计算过程中牵涉的坐标系包括如平台坐标系、相机坐标系、电机坐标系，以平台坐标系作为参照坐标系； 3-3.计算校正脉冲 脉冲校正过程包括以下三个小步: 3-3-1.计算第一次平移脉冲 计算从观测点2#获取的待校正柔性线路板在图像空间2#中标志圆2#的圆心从当前位置平移至参照圆心位置所需脉冲；
Plx = ( Δ X.YMoterKy-YMoterKx.Ay)/ (XMoterKx.YMoterKy-YMoterKx.XMoterKy)(1)
Ply = (XMoterKx.Δ y-Δ χ.XMoterKy) / (XMoterKx.YMoterKy-YMoterKx.XMoterKy)(2) 其中，Plx为电机X所需要的脉冲；Ply为电机Yl和Υ2所需要的脉冲；Λχ，Ay为相机坐标系中，从观测点2#获取的待校正柔性线路板在图像空间2#中标志圆2#的的圆心当前位置与参照圆心位置在图像空间的像素差；(XMoterKx,XMoterKy)为电机X的脉冲与像素的比值；(YMoterKx, YMoterKy)为电机Yl或Υ2的脉冲与像素的比值； 3-3-2.计算旋转脉冲通过观测孔1#和观测孔2#查看并调整当前倾角，使待校正柔性线路板上标志圆圆心连线与标定柔性线路板上标志圆圆心连线平行；所述当前倾角即当前待校正柔性线路板上标志圆连线与旋转印刷平台的倾角； 当单个Y轴电机Yl或Y2运动，导致目标倾角发生偏移时，通过观测孔1#和观测孔2#观测到的待校正柔性线路板的参照位置发生偏移和旋转，使得当前倾角与参照倾角基本一致； 脉冲计算以观测孔1#的当前标志圆圆心和观测孔2#的当前标志圆圆心的坐标与参照圆心的坐标的差值来衡量；此时电机Yl的旋转脉冲如下: P2yl = (w/d).APluse卜2 (3) 其中，w为旋转平台支撑点的宽度，d为标志圆圆心的距离，APluSei_2为观测孔1#的获取的图像空间1#中标志圆1#和观测孔2#的获取的图像空间2#中标志圆2#的Y轴电机脉冲距离的差值，所述的脉冲距离即当前目标点移动至参照点所需的电机脉冲，即3-3-1中脉冲的计算； 3-3-3.计算第二次平移脉冲 补偿步骤3-3-2旋转导致的从观测点2#观测到的标志圆圆心的坐标偏差，通过再次平移使得观测点1#和观测点2#观测到标志圆圆心位置与参照圆心位置一致； 计算旋转的角度Y (Ryi):
Y (Ryi) = -SirT1 (RY1/ (MoterYK.w)) (4) 其中，Ryi为电机 Yl的脉冲距离，MoterYK为电机Yl和Y2在Y方向的K值，单位为:脉冲 /mm ； 计算距离偏移: 在校正过程中，其旋转平台支点B和B’保持在X轴直线上，旋转平台支点C和C’也保持在Y方向的同一直线上；所述的平台支点B和C为对称的平台支点； 所述的B为旋转平台旋转前的一个支点，B’为旋转平台旋转后的一个支点；(:为旋转平台旋转前的一个支点，C’为旋转平台旋转后的一个支点； 基于上述约束条件和平台刚性运动规律，将标志圆运动分解为旋转和平移；具体旋转为绕平台支点C旋转Y，此时观测孔2#获取的图像空间2#中标志圆2#的圆心坐标偏差为:
5.如权利要求4所述的柔性线路板印刷的多自由度平台的自动校正方法，其特征在于:所述的允许误差具体与工业实际需求有关，一般为0.1mm。
6.如权利要求4所述的柔性线路板印刷的多自由度平台的自动校正方法，其特征在于:所述理想位置表示电机坐标系与平台坐标系完全一致，X电机与X轴方向一致。
7.如权利要求1所述的柔性线路板印刷的多自由度平台的自动校正方法，其特征在于: 步骤4所述的对齐阶段具体如下: 经过步骤3的校正计算和电机运动，观测点1#和观测点2#观测到的标志圆接近参照位置时，若出现一定的距离偏差，则通过对齐方法做适当的调整，具体如下: 左对齐:观测孔1#获取的图像空间1#中标志圆1#的参照位置为基准，对齐待校正的柔性线路板，使观测孔1#获取的图像空间1#中标志圆的参照位置偏差减小； 居中对齐:调整旋转印刷平台，使得待对齐材料与观测孔1#和观测孔2#获取的图像空间中标志圆偏差基本平均； 右对齐:观测孔2#获取的图像空间2#中标志圆2#的参照位置为基准，对齐待校正的柔性线路板，使观测孔2#获取的图像空间2#中标志圆的参照位置偏差减小。
【文档编号】H05K3/00GK103945653SQ201410116738
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年3月26日 优先权日:2014年3月26日
【发明者】周迪斌, 徐平, 胡斌, 胡保坤, 虞璐, 贾檑萍, 吴连明 申请人:杭州师范大学