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专利名称：一种新型的单视觉相机对位pcb的定位补偿方法
技术领域：
本发明是一种新型的CXD的单相机对于PCB的位置补偿方法。该发明可应用于称为CAS辅助对位补偿系统((XD Alignment system，以下简称CAS)，是建立在XY坐标平台和相机CXD辅助影像定位基础之上的位置补偿系统，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CXD相机对已确定的PCB的XY坐标系统，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辅助对位补偿系统软件，计算出图案位置偏移量，或产品偏移量，补偿给检测系统计算机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，提闻的标刻位置质量和精度。CAS补偿系统是因客户对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位置检测的补偿系统，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：
—.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O. 2、. 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系统能够识别的，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系统的功能。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，对激光制造的设备系统小型化,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，给激光加工系统是在对高端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，全自动化系统是标刻高产能和高质量的保证，高精度的定位补偿系统的配备，使得PCB标刻结果和质量的一致性得到了保障和检验。
CAS系统是在国内的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产业化的系统。

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。
I.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。(XD是A坐标系中的一个固定眼位(Xz, Yz),如图I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，)。
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。


图I CAS定位补偿系统的安装事例 图2 CAS定位补偿系统应用一工作流程图
图3三个坐标系和(XD，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
具体实施例方式一.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。
(I).坐标系学习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。C⑶是A坐标系中的一个固定眼位(Xz，Yz),如图3所示。⑵.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
I.CXD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 —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CXD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O. 5毫米为限，即每100毫米小于O. 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C⑶读取每个定距离的偏差，生成坐标补偿表格，或定距离每O. I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O. 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 L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(XD，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CXD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，)。如图4所示，正对PCB的图形移动作的各点的关系图。MARKl和MARK2是PCB的对角定位标志，及对应的坐标位。Ml’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。
权利要求
1.根据权利要求I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坐标系统，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辅助对位补偿系统软件，计算出图案位置偏移量，或产品偏移量，补偿给检测系统计算机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。
全文摘要
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辅助对位补偿系统(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。
文档编号G01B11/00GK102865815SQ201210357868
公开日2013年1月9日 申请日期2012年9月24日 优先权日2012年9月24日
发明者卢冬青 申请人:上海功源电子科技有限公司