一种对锡膏印刷机印刷平台的标定及对位方法技术

本发明专利技术属于工业摄影及测量技术领域，具体涉及一种对锡膏印刷机印刷平台的标定及对位方法，通过建立坐标系，根据不同坐标系间的转化关系，使用锡膏印刷机自带相机对钢网及PCB的标记点进行采集，使用图像处理软件计算标记点圆心坐标，通过计算得出各坐标系转换所需关键参数。对锡膏印刷机UVW旋转平台运动范围内进给的PCB，通过特定的对位方法及计算过程，获取UVW旋转平台各轴移动量，最终通过UVW旋转平台移动实现印刷钢网的孔洞和待印刷PCB敷铜的精确对位。相比与传统的相机标定及对位方法，本发明专利技术在标定及对位精度方面有大幅提升。该方法操作步骤简单，运算复杂度相对较低，对硬件软件要求低，易于编码实现。

Calibration and contraposition method for printing platform of solder paste printing machine

The invention belongs to the technical field of industrial photography and measurement, in particular relates to a method for calibration and alignment of solder paste printing machine platform, through the establishment of coordinate system transformation, according to the relationship between different coordinate systems, the use of solder paste printing machine with camera on the steel net and PCB markers for marker acquisition, computing center coordinates the use of image processing software, calculated by the coordinate transformation of key parameters for. The solder paste printing machine UVW rotation platform motion range feed PCB, through specific alignment method and calculation process, obtain the UVW rotating platform of each axis movement, precise positioning of the final rotation through the UVW platform to realize the hole stencil printing and printing for PCB copper cladding. Compared with the traditional camera calibration and alignment method, the invention has a great promotion in the calibration and the contraposition accuracy. The method is simple in operation, low in computational complexity, low in hardware and software, and easy to code.

【技术实现步骤摘要】
一种对锡膏印刷机印刷平台的标定及对位方法
本专利技术属于工业摄影及测量
，更具体地，涉及一种对锡膏印刷机印刷平台的标定及对位方法，其能够实现印刷钢网的孔洞和待印刷PCB敷铜的精确对位。
技术介绍
在PCB贴装生产中，第一道工序是锡膏印刷，印刷平台的对位是指印刷锡膏之前，印刷钢网的孔洞和待印刷PCB敷铜对齐的过程，这一步直接决定了印刷质量的好坏。而印刷质量的好坏，直接影响到后续工艺流程和产品质量。随着电子产品朝着小型化、轻型化和高可靠性方向发展，使得表面贴装电子元器件也不断朝着轻薄微小的高集成方向发展，元器件的尺寸变得越来越小。对锡膏印刷设备印刷精度的要求也越来越高。因此，作为印刷前的一个重要环节，精确的对位是提高全自动锡膏印刷机质量的关键。传统的锡膏印刷机印刷平台的对位方法，由于没有对机床参数的精确标定，没有对测量误差的补偿措施，所以对印刷平台的对位误差较大。已经不能满足小尺寸PCB高精度对位的要求。由于存在上述缺陷和不足，本领域亟需做出进一步的完善和改进，设计一种锡膏印刷机印刷平台的标定及对位方法，使其能够克服锡膏印刷机在使用过程中出现的印刷平台对位结果不准确、效率低下等缺点，提高其对位精度，满足使用需求。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种针对锡膏印刷机印刷平台的标定及对位方法，建立坐标系及转化关系，对锡膏印刷机机械结构中的关键参数进行测定，通过印刷机相机拍摄的待印刷PCB和印刷钢网圆形标记点，使用图像处理软件计算出圆形标记点圆形在图像中坐标，根据不同坐标系的转换关系以及测定的参数，将圆心坐标映射到钢网及PCB所在坐标系中，根据UVW旋转平台的模型计算出实现UVW的X，Y1，Y2三轴所需移动量，采用合适的对位方法进行钢网与PCB的对位。该标定及对位方法可以通过提升锡膏印刷机的对位精度从而提升印刷精度，具有操作简单，精度高等优点。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了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。进一步优选地，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(Occd,Xccd,Yccd)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，(Xccd,Yccd)为相机坐标系中点的坐标；相机坐标系(Occd,Xccd,Yccd)到参考坐标系(OR,XR,YR)的坐标转化公式为：式中，(XR,YR)是参考坐标系中点的坐标，(Xccd,Yccd)为相机坐标系中点的坐标，lx和ly为关键参数；参考坐标系(OR,XR,YR)到世界坐标系(Ow,Xw,Yw)的坐标转化公式为：式中，(XR,YR)是参考坐标系中点的坐标，(Xw,Yw)为世界坐标系中点的坐标，θ、a、b为关键参数。进一步优选地，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(Xcx,Ycx)，(Xcy,Ycy)；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(Xux,Yux)，(Xuy,Yuy)，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，进一步优选地，步骤S3中，对PCB板参数lx、ly、θ、a、b进行标定，其中，参数lx、ly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(Xccd1,Yccd1)，A2(Xccd2,Yccd2)，A3(Xccd3,Yccd3)；b.使用θ的标定公式计算得到θ的值θ＝atan2(yccd2-yccd1，xccd2-xccd1)；c.使用lx和ly的标定公式计算得到lx和ly的值d.使用a，b的标定公式计算得到a，b值：其中：(xR0，yR0)为将相机移动到离X轴旋转中心较近的Y轴铰链在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。进一步优选地，步骤S3中,对钢网的参数lxs、lys、θs的标定，其中，参数lxs、lys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；θs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θs的标定公式计算得到θs的值，与标定PCB的θ的步骤类似；c.使用lx和ly的标定公式计算得到lxs和lys的值，与标定PCB的θ步骤类似；d.使用as、bs的标定公式计算得到as、bs值：进一步优选地，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。进一步优选地，步骤S5中，计算新进给PC本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。...

【技术特征摘要】
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(Occd,Xccd,Yccd)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，(Xccd,Yccd)为相机坐标系中点的坐标；相机坐标系(Occd,Xccd,Yccd)到参考坐标系(OR,XR,YR)的坐标转化公式为：式中，(XR,YR)是参考坐标系中点的坐标，(Xccd,Yccd)为相机坐标系中点的坐标，lx和ly为关键参数；参考坐标系(OR,XR,YR)到世界坐标系(Ow,Xw,Yw)的坐标转化公式为：式中，(XR,YR)是参考坐标系中点的坐标，(Xw,Yw)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(Xcx,Ycx)，.(Xcy,Ycy).；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(Xux,Yux)，(Xuy,Yuy)，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lx、ly、θ，a，b进行标定，其中，参数lx和ly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...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨华，尹周平，詹昊，黄程辉，
申请(专利权)人：华中科技大学，广东思谷智能技术有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42