CN102865815A - 一种新型的单视觉相机对位pcb的定位补偿方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种新型的CCD单相机对位PCB的定位补偿检测方法,其主要是针对PCB定位,应用CCD相机检测产品的标志点的中心,将检测数据传送给计算机PC,利用CAS辅助对位补偿***(CCD Alignment system)对检测图像计算这两者之间的位差,并记录相应的检测结果,从而得到位置偏移值,将结果传输给连接激光控制器的计算机,作位置自动补偿和校正标刻。与现有的PCB 定位技术相比,本发明具有低成本、使用便捷、精度高等优点,并且支持市面大多数激光,可以在普通的机台上加该装置,对客户产品升级和应用升级提供了可能。
Description
技术领域
本发明是一种新型的CCD的单相机对于PCB的位置补偿方法。 该发明可应用于称为CAS辅助对位补偿***(CCD
Alignment system,以下简称CAS),是建立在XY坐标平台和相机CCD辅助影像定位基础之上的位置补偿***,PCB由于加工和成型的工艺决定了, 每批和每块PCB的外缘和图像的位置不确定性, 高精度定位需要借助CCD做位置补偿, 该发明属于光机电一体化中检测技术领域。
它利用CCD相机对已确定的PCB的XY 坐标***, 对产品的图案和标志进行定义检查,比对需检测的图案的特征值,将图像偏移技术结果,运用CAS辅助对位补偿***软件,计算出图案位置偏移量,或产品偏移量, 补偿给检测***计算机PC或XY平台,并以确认的数据格式输出, 可以精确定位PCB的图案位置。对后续加工和工序提供高精度的保障。
该开放式的数据格式可以按后续加工的特点, 进行多格式编辑。例如: 可输出给激光半导体矩阵式PCB子板方码的标刻位参数校正, 以便激光进行标刻图案位置的调整,提高的标刻位置质量和精度。
CAS补偿***是因客户对PCB板码的激光标刻高精度要求而开发的。通常的PCB边定位精度在+/-0.2-0.15mm, 此CAS补偿精度优于+/-0.1-0.05mm,可以提高PCB的激光标刻的成品率和激光标刻的一致性。CAS是专业用于PCB位置检测的补偿***,可选不同分辨率的工业相机组合和安装位达到不同的应用目的。例如:
A、基于XY平台的PCB高精度定位的偏差补偿;
B、单相机配合XY平台, 分步可以检测PCB图案、器件和标码的位置误差检测。
背景技术
一.同一个产品要打A、B两块板,PCB内部焊盘mark点及焊盘完全一样,只是由于PCB外边缘做的不整齐(这在SMT生产中是绝对会大量出现的,PCB制造商保证焊盘与mark点的坐标是绝对一致准确的,不保证每个焊盘点与任何一个边的准确性),那这种情况如何能实现打码位置准确呢?
原因在于, 通常在PCB制作中, 相同的批号, 是由一张膜片拍照制成的,所以定位点和打码的相对位置都是相同的, 精度在50um的之内。而每块PCB的边缘裁切就会产生不同的边角精度,既是后续机械切边造成的。通常精度在0.2~0.4毫米。针对0.3毫米以内的位置要求的客户就需要订购CCD做高精度位置补偿。
二.激光标刻技术是激光加工量最大的应用领域之一。激光标刻技术是利用高能量密度的激光对工件进行局部照射,使表层材料气化或发生颜色变化的化学反应,从而留下永久性标记的一种标刻方法。激光可以打出各种文字、符号和图案等,字符大小可以从毫米到微米量级,这对产品的防伪有特殊的意义。
激光能标记何种信息,仅与计算机里设计的内容相关,只要计算机里设计出的图形是打标***能够识别的,那么打标机就可以将设计信息精确地还原在合适的载体上。因此软件的功能实际上很大程度上决定了***的功能。
激光标刻技术已被广泛的应用于各行各业,为优质、高效、无污染和低成本的现代加工生产开辟了广阔的前景。随着现代激光标刻应用领域的不断扩展,对激光制造的设备***小型化,高效率和集成化的要求也越来越高,新型高功率光纤激光技术的开发成功,必将对此产生极大的推动。
三.随着技术的不断发展,加工设备的不断更新,CNC被大量使用,使得原来只能依靠进口国外机器的时代渐行渐远,在一些高科技、高精度行业对标刻技术提出了更高的要求,单纯的机械定位精度已经不能满足客户的要求,CAS定位补偿方法, 给激光加工***是在对高端PCB客户的激光标刻的应用中应运而生。
在激光标刻行业领域中,优质的高精度定位方码标刻是汽车电子PCB的基本要求,正确完整清晰可辨是方码标刻的基本规范, 全自动化***是标刻高产能和高质量的保证,高精度的定位补偿***的配备,使得PCB标刻结果和质量的一致性得到了保障和检验。
CAS***是在国内的PCB产业共同挑战汽车电子、 便携式新型电子、交通电子、航天电子的PCB工艺需求和相应的设备保障的基础上发明的。它结合了近两年来先进的激光技术,并随着CCD的广泛应用和功能的标准化不断进步而发展的,可应对极小型PCB的高精度标刻要求。CAS综合了现有的CCDP技术,和CCA技术, 应用于高端PCB生产的质量管理中,其CCD检测精度优于+/-50-30um,该CAS定位补偿检测技术将是国际、国内独创的专业应用于PCB产业化的***。
发明内容
本发明是国际、国内独创的定位补偿检测方法,其主要是针对PCB定位,应用CCD相机检测产品的标志点团的中心,将检测数据传送给计算机PC,利用CAS对检测图像计算这两者之间的位差,并记录相应的检测结果,从而得到位置偏移值,将结果传输给连接的激光控制器的计算机,作位置自动补偿和校正标刻。
使用方法:单工业相机对XY平台上的PCB作定位补偿。
一.基础保证: 我们保证机台应有装配关系和精度, 和运动的线性驱动。 如:XY平台的直角, 激光的安装正确(含与平台的水平和平行)。
二.补偿提高精度: CAS的补偿的计算方法是:单个相机扑捉俩到三定位点, 计算出板子的当前位置, 作补偿。
1.该机台有三个基础坐标系,一是XY-A平台, 二是PCB-B板的基图,三 是激光L-C的图形位子。CCD是A坐标系中的一个固定眼位(Xz, Yz),如图1所示。
2.通常的传统补偿方法: 作 XY平台可以补偿X向和Y向, 转角就交给激光。特点:速度慢,补偿精度低。方法。
CAS采用的X向补偿和Y向补偿, 转角补偿都交给激光处理。特点:速度快,补偿精度高,合适高精度PCB定位要求。
三.补偿算法: CAS的补偿的计算方法, 目前只正对PCB的边加工和其他问题所造成的标刻位置的偏移,作补偿。 在完成了上述粗调和相对位置测量后, 正对PCB版的位置漂移和板子运动的停止,造成的补偿通常是小于2~3毫米的。 我们可以利用CCD的测量, 补偿给激光图形的位置参数(X, Y,Ɵ)。
四.补偿实现: CAS的补偿值可以通过激光的软件指令的通讯方法, 通知激光的标刻位置的偏移,作补偿,如图2所示。
与现有的PCB 定位技术相比,本发明具有低成本、使用便捷、精度高等优点,并且支持市面大多数激光,可大大提高国产激光同国外激光的竞争优势,并且可以在普通的机台上, 后加该装置,为客户的提供产品升级和应用升级提供了可能。
附图说明
图1 CAS定位补偿***的安装事例
图2 CAS定位补偿***应用一工作流程图
图3 三个坐标系和CCD,
PCB及激光坐标系点的关联图
图4 针对PCB的图形移动作的各点的关系图
具体实施方式
一.基本方法:
1, 基础保证: 我们保证机台应有装配关系和精度, 和运动的线性驱动。 如:XY平台的直角, 激光的安装正确(含与平台的水平和平行)。具体方法参考技术文件: <激光安装测试XY TABLE 090418.doc>和<XY平台安装直角测量及激光安装配合检查补充说明.doc>
2, 补偿提高精度: CCD的补偿的计算方法科学合理。目前是:单个相机扑捉俩到三定位点, 计算出板子的当前位置, 作补偿。
(1).坐标系学***台, 二是PCB-B板的基图,三 是激光L-C的图形位子。CCD是A坐标系中的一个固定眼位(Xz, Yz), 如图3所示。
(2).补偿方法:
a. 作 XY平台可以补偿X向和Y向, 转角就交给激光。特点:速度慢,补偿精度低。
b. X向补偿和Y向补偿, 转角补偿都交给激光处理。特点:速度快,补偿精度高,合适。
二.做几个基本测试:
1.CCD安装的绝对位置确认( Xz, Yz) ;前提是基本满足应用的全行程, 不干涉激光标刻全扫描区域和读码枪的基本功能。 要注意的CCD一旦移动位子(含重新安装,包括改变光圈,重新定焦, 安装高度等工作,可能影响CCD的分辨像素值的动作), 需重新确认该绝对位置参数,校对像素比例(相同的直径圆为等比例=1) 填入测试参数校正。
2.XY-A坐标系的确认;利用CCD对已知的标准基板作XY的直角测量和定距离的补偿值。 粗调参考:<激光安装测试XY TABLE
090418.doc>和<XY平台安装直角测量及激光安装配合检查补充说明.doc>, 测试保障X向和Y向分别在300毫米小于0.5毫米为限, 即每100毫米小于0.15毫米, 一个激光线宽的偏位; 细调:就利用在机台走(Xz+50,Yz+50) 定长步距打十字, 由CCD读取每个定距离的偏差, 生成坐标补偿表格, 或定距离每0.1毫米补充的是算式(Xa,Ya)。 移动的坐标位的绝对值(XA+Xz+
Xa*XA*10,YA+Yz+Ya*YA*10)
3.激光中心安装位(LX,LY)的确认;粗调部分已由激光安装的测试保障在300毫米小于0.5毫米为限。细调部分:激光在中心位置打十字,CCD测量得激光在XY-A 坐标系中的位置(XL=LX+Xz,YL=LY+Yz)。 激光的转角的图形与XY-A坐标系平行即,得ƟL值,因为是小角度,利用激光图形校正, 存在激光的标准图形文件即可。 每次安装过XY平台和激光的位置时, 注意该参数要重新测试校正。
如图3所示,三个坐标系和CCD,
PCB及激光坐标系点的关联图。其中: 一要定义XY平台的原点, 可以在输送带的右STOPPER附近定义。 二要注意XY双向轴的原点传感器位子(HOME), 要能在软件中得到补偿和定义距离。
三. 补偿算法: CCD的补偿的计算方法, 目前只正对PCB的边加工和其他问题所造成的标刻位置的偏移,作补偿。 在完成了上述粗调和相对位置测量后, 正对PCB版的位置漂移和板子运动的停止,造成的补偿通常是小于2~3毫米的。 我们可以利用CCD的测量, 补偿给激光图形的位置参数(X, Y,Ɵ)。
如图4所示,正对PCB的图形移动作的各点的关系图。
MARK1 和MARK2 是PCB的对角定位标志, 及对应的坐标位。
M1’和M2’是PCB的移动后的对角定位标志点位,及对应的坐标位。
M6 是PCB中的任意一点, M6’ 是移动后PCB中的任意一点。
以下是移动后夹角的计算。
其中的X3=X1’;Y3=Y1’
以下是M2‘的移动位置, 及M6’的移动坐标。
以下是验证M6‘公式在M6条件下的坐标位是否回位。M4’, M5‘
可以用几何法验证。 结论:移动后夹角的计算公式与M2’ 的移动位置及M6’的移动坐标计算公式是可以接收的。
以下是几何法独立计算M4与M4’,M5与M5’, M6与M6’的坐标位关系。
四. 补偿实现: CCD的补偿值可以通过ROFIN激光的MJC指令POSTMATRIX方法, 通知激光的标刻位置的偏移,作补偿。
五.其他方法:
1, 忽略角度补偿的方法: 变通方法处理PCB的外缘定位误差, 条件一我们保证机台应有装配关系和精度, 和运动的线性驱动。条件二已知产品的大小尺寸, 利用双定位得到位移偏差和转角, 在X向和Y向, 直接按坐标位的比例尺,直接补差到坐标位中。 注意单位补偿值要计算到X .xxxum/100um
六.注意事项:
所以计算要保留有效值四位。 运动的驱动要保证线性精度到0.01mm/100mm。
Claims (1)
1.根据权利要求1所述的CAS单相机对PCB的位置补偿方法,它利用CCD相机对已确定的PCB的XY 坐标***,对产品的图案和标志进行定义检查,比对需检测的图案的特征值,将图像偏移技术结果,运用CAS辅助对位补偿***软件,计算出图案位置偏移量,或产品偏移量, 补偿给检测***计算机PC或XY平台,并以确认的数据格式输出,
可以精确定位PCB的图案位置。
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