CN110275399A - 一种激光直接成像设备对准相机位置关系误差的测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种激光直接成像设备对准相机位置关系误差的测量方法，包括建立激光直接成像设备基础台面的直角坐标系；在基础台面上放置尺寸标定板，该尺寸标定板布置有至少三个MARK点，其中有三个MARK点构成的直角三角形；利用左对准相机和右对准相机测量构成直角三角形的MARK点的中心坐标；以左对准相机或右对准相机为基准相机，利用所测MARK点的中心坐标计算两对准相机的位置关系误差。本发明解决了两相机距离较远无法标定位置关系的问题。

Description

一种激光直接成像设备对准相机位置关系误差的测量方法
技术领域
本发明涉及印刷电路板图形转移技术领域，特别涉及一种激光直接成像设备对准相机位置关系误差的测量方法。
背景技术
对于印刷电路板加工领域，尤其是高精度HDI板和封装基板的制造，图像转移设备无疑是其中最核心的部分。目前印刷电路板(PCB) 图像转移设备有两大类：传统的投影式曝光设备和激光直接成像设备 (LDI)。传统的投影式曝光设备图形已经印制在菲林底片上，通过紫外线照射菲林底片将图形转移到表面覆有感光干膜的PCB上，干膜曝光完成后经过化学溶液将未曝光部分的干膜溶解掉，剩下的干膜就是所要制作的图形。而在激光直接成像设备中，激光束将曝光图形通过空间光调制器直接扫描成像在感光干膜上，扫描成像的图形需要准确定位在电路板上，这就需要使用到多个对准相机，并且多个对准相机之间的位置关系需要在***中准确标定，由于对准相机机械安装会有精度误差，这就必须进行位置标定，准确测量相机的位置误差。
目前，测量对准相机位置关系误差的方法必须是多个相机能够测量同一个MARK，这样就限制了相机的安装距离，距离大无法测量同一 MARK，则无法标定。
发明内容
本发明的目的在于解决上述背景技术部分存在的问题，以实现两相机远距离的位置关系标定。
为实现以上目的，一方面，本发明采用一种激光直接成像设备对准相机位置关系误差的测量方法，包括如下步骤：
建立激光直接成像设备基础台面的直角坐标系；
在所述基础台面上放置尺寸标定板，该尺寸标定板布置有至少三个 MARK点，其中有三个MARK点构成的直角三角形；
利用左对准相机和右对准相机测量构成直角三角形的MARK点的中心坐标；
以左对准相机或右对准相机为基准相机，利用所测MARK点的中心坐标计算两对准相机的位置关系误差。
另一方面，采用一种激光直接成像设备对准相机位置关系误差的测量***，包括激光直接成像设备、左对准相机、右对准相机和计算设备，左对准相机和右对准相机的输出端分别与计算设备连接；所述激光直接成像设备的基础台面上布置有尺寸标定板，该尺寸标定板布置有至少三个MARK点，其中有三个MARK点构成的直角三角形；
所述左对准相机和所述右对准相机用于测量构成直角三角形的 MARK点的中心坐标；
计算设备用于以左对准相机或右对准相机为基准相机，利用所测 MARK点的中心坐标计算两对准相机的位置关系误差。
与现有技术相比，本发明存在以下技术效果：激光直接成像设备图像转移到产品的位置必须准确，就需要多个对准相机，并且相机之间的安装位置存在机械误差，这就必须精确标定各个对准相机之间的位置关系。本方案通过在标定板上设置构成直角三角形的3个MARK点，利用左对准相机测量标定左上角和左下角布置的MARK点的中心坐标，利用右对准相机测量标定板右上角MARK点的中心坐标，以左对准相机为基准相机，利用几何位置关系计算出右对准相机与左对准相机的位置关系误差。本方案在计算左、右对准相机的位置关系误差时，无需考虑两相机的距离，即使距离圆也可标定两相机的位置关系。
附图说明
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述：
图1是一种激光直接成像设备对准相机位置关系误差的测量方法的流程示意图；
图2是尺寸标定板的放置示意图；
图3是测量激光直接成像设备对准相机位置关系误差结果示意图。
具体实施方式
为了更进一步说明本发明的特征，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图。所附图仅供参考与说明之用，并非用来对本发明的保护范围加以限制。
如图1所示，本实施例公开了一种激光直接成像设备对准相机位置关系误差的测量方法，包括如下步骤S1-S4：
S1、建立激光直接成像设备基础台面的直角坐标系；
S2、在所述基础台面上放置尺寸标定板，该尺寸标定板布置有至少三个MARK点，其中有三个MARK点构成的直角三角形；
S3、利用左对准相机和右对准相机测量构成直角三角形的MARK 点的中心坐标；
S4、以左对准相机或右对准相机为基准相机，利用所测MARK点的中心坐标计算两对准相机的位置关系误差。
需要说明的是，这里在尺寸标定板上设置至少3个MARK点，且有3个MARK点可以构成直角三角形。构成直角三角形的三个MARK 点包括设置在所述尺寸标定板左下角的第一MARK点、设置所述尺寸标定板左上角的第二MARK点以及设置在所述尺寸标定板右上角的第三MARK点，或者包括设置在所述尺寸标定板左上角的第二MARK点、设置在所述尺寸标定板右上角的第三MARK点和设置所述尺寸标定板右下角的第四MARK点；
利用所述左对准相机分别测量所述第一MARK点和第二MARK点的中心坐标，以及利用右对准相机测量所述第三MARK点的中心坐标；或者利用所述右对准相机测量所述第三MARK点和第四MARK点的中心坐标，以及利用所述左对准相机测测量第二MARK点的中心坐标。
特别地，也可在尺寸标定板上设置4个MARK点，这4个MARK 点分别布置在尺寸标定板的左下角、左上角、右上角和右下角，这4个MARK点构成标准矩形，左上角MARK点和右上角MARK点之间的距离作为矩形的宽度a，左上角MARK点和左下角MARK点之间的距离作为矩形的高度h。
需要说明的是，这里宽度和高度的取值需确保两相机均能移动到左右两个MARK点，具体取值可视实际情况而定。矩形的宽度a的取值范围为根据对准相机的理论安装位置设置，需确保左右两个对准相机能够分别移动到左右两个MARK，本文实例设备两个相机的理论安装位置关系为(465,0)，所有a采用470mm，减小移动距离，提升效率。本实施例中矩形的高度h的取值为400mm，高度取合适大小，左对准相机抓取第一MARK点的中心坐标、第二MARK点的中心坐标，计算放板角度，减小误差，可以根据成像设备台面的大小进行调整取其他值，满足标定板大小小于设备台面大小。
具体地，以左对准相机作为基准相机，利用所测MARK点的中心坐标计算两对准相机的位置关系误差，包括：
根据第一MARK点的中心坐标和第二MARK点的中心坐标，计算所述尺寸标定板的放板角度；
利用所述尺寸标定板的放板角度、所述第二MARK点的中心到第三MARK点的理论距离以及所述第二MARK点的中心坐标，计算所述第三MARK点的理论中心坐标；
根据所述第三MARK点的理论中心坐标和所述第三MARK点的中心坐标，计算所述右对准相机的测量误差值；
根据所述右对准相机相对于左对准相机的初始位置坐标以及所述右对准相机的测量误差值，计算所述右对准相机相对于所述左对准相机的位置关系误差。
如图2所示，假设第一MARK点的中心坐标为(X0,Y0)、第二MARK 点的中心坐标为(X1,Y1)和第三MARK点的中心坐标为(X2,Y2)，则推导出：
尺寸标定板的放板角度θ：θ＝arctan[(X0-X1)/(Y1-Y0)]；
第三MARK点的理论中心坐标(X2′,Y2′)的计算公式为：
X2′＝X1+acosθ，
Y2′＝Y1+asinθ，
其中，a为所述第二MARK点的中心和第三MARK点的理论距离，即矩形的宽度。
右对准相机的测量误差值为(X2-X2′，Y2-Y2′)。
进一步地，以左对准相机为基准相机，右对准相机与左对准相机的位置关系误差为(M-X2+X2′,N-Y2+Y2′)，其中，(M,N)为右对准相机的处置位置坐标。
具体地，以右对准相机作为基准相机，利用所测MARK点的中心坐标计算两对准相机的位置关系误差，包括：
根据第三MARK点的中心坐标和第四MARK点的中心坐标，计算所述尺寸标定板的放板角度；
利用所述尺寸标定板的放板角度、所述第二MARK点的中心到第三MARK点的理论距离以及所述第三MARK点的中心坐标，计算所述第二MARK点的理论中心坐标；
根据所述第二MARK点的理论中心坐标和所述第二MARK点的中心坐标，计算所述左对准相机的测量误差值；
根据所述左对准相机相对于右对准相机的初始位置坐标以及所述左对准相机的测量误差值，计算所述左对准相机相对于所述右对准相机的位置关系误差。
本实施例还公开了一种激光直接成像设备对准相机位置关系误差的测量***，包括激光直接成像设备、左对准相机、右对准相机和计算设备，左对准相机和右对准相机的输出端分别与计算设备连接；所述激光直接成像设备的基础台面上布置有尺寸标定板，该尺寸标定板布置有至少三个MARK点，其中有三个MARK点构成的直角三角形；
所述左对准相机和所述右对准相机用于测量构成直角三角形的 MARK点的中心坐标；
计算设备用于以左对准相机或右对准相机为基准相机，利用所测 MARK点的中心坐标计算两对准相机的位置关系误差。
进一步地，所述计算设备包括放板角度计算模块、理论中心坐标计算模块、测量误差计算模块和位置关系误差计算模块；其以左对准相机为基准相机，计算右对准相机相对于左对准相机的位置误差时：
放板角度计算模块用于根据第一MARK点的中心坐标和第二 MARK点的中心坐标，计算所述尺寸标定板的放板角度；
理论中心坐标计算模块用于利用所述尺寸标定板的放板角度、所述第二MARK点的中心到第三MARK点的理论距离以及所述第二MARK 点的中心坐标，计算所述第三MARK点的理论中心坐标；
测量误差计算模块用于根据所述第三MARK点的理论中心坐标和所述第三MARK点的中心坐标，计算所述右对准相机的测量误差值；
位置关系误差计算模块用于根据所述右对准相机的初始位置关系以及所述右对准相机的测量误差值，计算所述右对准相机相对于所述左对准相机的位置关系误差。
其以右对准相机为基准相机，计算左对准相机相对于右对准相机的位置误差时：
放板角度计算模块用于根据第三MARK点的中心坐标和第四 MARK点的中心坐标，计算所述尺寸标定板的放板角度；
理论中心坐标计算模块用于利用所述尺寸标定板的放板角度、所述第二MARK点的中心到第三MARK点的理论距离以及所述第三MARK 点的中心坐标，计算所述第二MARK点的理论中心坐标；
测量误差计算模块用于根据所述第二MARK点的理论中心坐标和所述第二MARK点的中心坐标，计算所述左对准相机的测量误差值；
位置关系误差计算模块用于根据所述左对准相机相对于右对准相机的初始位置坐标以及所述左对准相机的测量误差值，计算所述左对准相机相对于所述右对准相机的位置关系误差。
具体地，如图2所示，以以左对准相机为基准相机，计算右对准相机相对于左对准相机的位置误差为例：所述第一MARK点的中心坐标为(X0,Y0)、第二MARK点的中心坐标为(X1,Y1)和第三MARK点的中心坐标为(X2,Y2)，其中：
所述尺寸标定板的放板角度θ：θ＝arctan[(X0-X1)/(Y1-Y0)]；
所述第三MARK点的理论中心坐标(X2′,Y2′)的计算公式为：
X2′＝X1+acosθ，Y2′＝Y1+asinθ，
其中，a为所述矩形的宽度；
所述右对准相机的测量误差值为(X2-X2′，Y2-Y2′)。
需要说明的是，如图3所示，对测量激光直接成像设备对准相机位置关系误差的过程说明如下：
(1)建立基础台面(吸盘)的直角坐标系；
(2)放置精确尺寸标定板,标定板包含4个MARK点构成1个标准矩形,矩形宽a＝470mm，矩形高度h＝400mm；
(3)左对准相机测量标定板左下角MARK0中心(X0,Y0)＝ (26.561,18.268)mm的步骤；
(4)左对准相机测量标定板左上角MARK1(与MARK0在同一列) 中心(X1,Y1)＝(27.861,418.265)mm的步骤；
(5)右对准相机测量标定板右上角MARK2(与MARK1在同一行) 中心(X2,Y2)＝(498.806，417.390)的步骤；
(6)根据步骤(3)和(4)得到的两个MARK的中心坐标计算放板角度的计算公式为θ＝arctan[(X0-X1)/(Y1-Y0)]＝-0.003250284弧度；
(7)根据步骤(6)的放板角度和矩形的宽度a以及MARK1中心 (X1,Y1)计算标定板右上角MARK2理论中心(X2′，Y2′),X2′＝X1+acosθ＝497.858，
Y2′＝Y1+asinθ＝416.738；
(8)根据步骤(7)得到的MARK2理论中心(X2′，Y2′)与步骤五实测MARK2中心坐标(X2,Y2)计算右对准相机测量误差值
(X2-X2′，Y2-Y2′)＝(0.947,0.652)；
(9)根据初始位置关系(465,0)以及步骤(8)得到的测量误差 (0.947,0.652)计算右对准相机与左相机(基准相机)准确位置关系
(465-0.947，0-0.652)＝(464.0529，-0.652)
需要说明的是，两个相机是安装在对准轴的，对准轴的长度有限导致两个对准相机的移动距离有限，当两个相机安装距离较远时无法抓取同一MARK来确定位置关系，只能再额外多安装一个中间对准相机，用左对准相机与中间对准相机抓取同一MARK确定左对准相机与中间对准相机的位置关系，用右对准相机与中间对准相机抓取另外的同一 MARK确定右对准相机与中间对准相机的位置关系，再根据两次位置关系，计算左对准相机与右对准相机的位置关系，这种方法受限于安装中间相机，设备设计上有无法安装中间相机的可能，即使在设备设计上额外增加中间相机，也增加了成本，牺牲了设备的内部空间。而本文所述方法精度更高，本文只需抓取三次MARK中心坐标即可计算左右对准相机位置关系误差。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种激光直接成像设备对准相机位置关系误差的测量方法，其特征在于，包括：
建立激光直接成像设备基础台面的直角坐标系；
在所述基础台面上放置尺寸标定板，该尺寸标定板布置有至少三个MARK点，其中有三个MARK点构成的直角三角形；
利用左对准相机和右对准相机测量构成直角三角形的MARK点的中心坐标；
以左对准相机或右对准相机为基准相机，利用所测MARK点的中心坐标计算两对准相机的位置关系误差。
2.如权利要求1所述的激光直接成像设备对准相机位置关系误差的测量方法，其特征在于，所述构成直角三角形的三个MARK点包括设置在所述尺寸标定板左下角的第一MARK点、设置所述尺寸标定板左上角的第二MARK点以及设置在所述尺寸标定板右上角的第三MARK点，或者包括设置在所述尺寸标定板左上角的第二MARK点、设置在所述尺寸标定板右上角的第三MARK点和设置所述尺寸标定板右下角的第四MARK点；
利用所述左对准相机分别测量所述第一MARK点和第二MARK点的中心坐标，以及利用右对准相机测量所述第三MARK点的中心坐标；或者利用所述右对准相机测量所述第三MARK点和第四MARK点的中心坐标，以及利用所述左对准相机测测量第二MARK点的中心坐标。
3.如权利要求1所述的激光直接成像设备对准相机位置关系误差的测量方法，其特征在于，所述以左对准相机为基准相机，利用所测MARK点的中心坐标计算两对准相机的位置关系误差，包括：
根据第一MARK点的中心坐标和第二MARK点的中心坐标，计算所述尺寸标定板的放板角度；
利用所述尺寸标定板的放板角度、所述第二MARK点的中心到第三MARK点的理论距离以及所述第二MARK点的中心坐标，计算所述第三MARK点的理论中心坐标；
根据所述第三MARK点的理论中心坐标和所述第三MARK点的中心坐标，计算所述右对准相机的测量误差值；
根据所述右对准相机相对于左对准相机的初始位置坐标以及所述右对准相机的测量误差值，计算所述右对准相机相对于所述左对准相机的位置关系误差。
4.如权利要求3所述的激光直接成像设备对准相机位置关系误差的测量方法，其特征在于，所述第一MARK点的中心坐标为(X0,Y0)、第二MARK点的中心坐标为(X1,Y1)和第三MARK点的中心坐标为(X2,Y2)；所述尺寸标定板的放板角度θ：θ＝arctan[(X0-X1)/(Y1-Y0)]。
5.如权利要求4所述的激光直接成像设备对准相机位置关系误差的测量方法，其特征在于，所述第三MARK点的理论中心坐标(X2′,Y2′)的计算公式为：
X2′＝X1+acosθ，
Y2′＝Y1+asinθ，
其中，a为所述第二MARK点的中心和第三MARK点的理论距离。
6.如权利要求4所述的激光直接成像设备对准相机位置关系误差的测量方法，其特征在于，所述右对准相机的测量误差值为(X2-X2′，Y2-Y2′)。
7.如权利要求4所述的激光直接成像设备对准相机位置关系误差的测量方法，其特征在于，所述右对准相机与所述左对准相机的位置关系误差为(M-X2+X2′,N-Y2+Y2′)，其中，(M,N)为所述右对准相机的处置位置坐标。
8.一种激光直接成像设备对准相机位置关系误差的测量***，其特征在于，包括激光直接成像设备、左对准相机、右对准相机和计算设备，左对准相机和右对准相机的输出端分别与计算设备连接；所述激光直接成像设备的基础台面上布置有尺寸标定板，该尺寸标定板布置有至少三个MARK点，其中有三个MARK点构成的直角三角形；
所述左对准相机和所述右对准相机用于测量构成直角三角形的MARK点的中心坐标；
计算设备用于以左对准相机或右对准相机为基准相机，利用所测MARK点的中心坐标计算两对准相机的位置关系误差。
9.如权利要求8所述的激光直接成像设备对准相机位置关系误差的测量***，其特征在于，所述计算设备包括放板角度计算模块、理论中心坐标计算模块、测量误差计算模块和位置关系误差计算模块；
放板角度计算模块用于根据第一MARK点的中心坐标和第二MARK点的中心坐标，计算所述尺寸标定板的放板角度；
理论中心坐标计算模块用于利用所述尺寸标定板的放板角度、所述第二MARK点的中心到第三MARK点的理论距离以及所述第二MARK点的中心坐标，计算所述第三MARK点的理论中心坐标；
测量误差计算模块用于根据所述第三MARK点的理论中心坐标和所述第三MARK点的中心坐标，计算所述右对准相机的测量误差值；
位置关系误差计算模块用于根据所述右对准相机相对于左对准相机的初始位置坐标以及所述右对准相机的测量误差值，计算所述右对准相机相对于所述左对准相机的位置关系误差。
10.如权利要求9所述的激光直接成像设备对准相机位置关系误差的测量***，其特征在于，所述第一MARK点的中心坐标为(X0,Y0)、第二MARK点的中心坐标为(X1,Y1)和第三MARK点的中心坐标为(X2,Y2)，其中：
所述尺寸标定板的放板角度θ：θ＝arctan[(X0-X1)/(Y1-Y0)]；
所述第三MARK点的理论中心坐标(X2′,Y2′)的计算公式为：
X2′＝X1+acosθ，Y2′＝Y1+asinθ，
其中，a为所述尺寸标定板的宽度；
所述右对准相机的测量误差值为(X2-X2′，Y2-Y2′)。
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