高精度絲網(wǎng)印刷機中自動自動對位系統(tǒng)的應(yīng)用

楊倩倩 姚竹亭 文亦武

（1.中北大學，山西 太原 030051；2.北京清大天達科技有限公司，中國 北京 100000）

0 前言

隨著高新技術(shù)的發(fā)展，人們對于絲網(wǎng)印刷的精度有了非常高的要求，比如液晶行業(yè)。本文討論高精度絲網(wǎng)印刷機應(yīng)用在液晶行業(yè)，實現(xiàn)全自動絲網(wǎng)印刷。其中，機械自動對位系統(tǒng)就是高精度全自動絲網(wǎng)印刷機的重要組成部分[1]。機械自動對位系統(tǒng)包括機械視覺系統(tǒng)和運動單位（本設(shè)備運動單元為UVW平臺）。

1 機器視覺系統(tǒng)

機器視覺主要用計算機來模擬人的視覺功能，從客觀事物中的圖像中提取信息，進行處理并加以理解，然后將之用于實際的檢測、測量和控制機器視覺可以看做是人眼的延伸，并且它有一個更重要的特性是具有人腦的部分功能，使得機器向自動化和智能化邁進[2]。

CCD技術(shù)(Image Acquisition)、圖像處理技術(shù)(Image Processing)、圖像分析(Image Analysis)是視覺系統(tǒng)的三大要素。圖像處理主要依靠軟件技術(shù)，在機器視覺系統(tǒng)中視覺軟件是重要組成部分，主要通過對圖像的分析、處理和識別，實現(xiàn)對特定目標特征的處理。專業(yè)的視覺軟件能實現(xiàn)圖像中目標的高精度定位，從而提高系統(tǒng)的精度。機器視覺定位系統(tǒng)就是根據(jù)視覺系統(tǒng)得到的相應(yīng)位置信息，通過精確的對位控制算法求出偏差值，控制執(zhí)行機構(gòu)精確運動，實現(xiàn)目標位置的精確調(diào)整[3]。

上圖1為絲網(wǎng)印刷機精密自動對位系統(tǒng)，每個液晶玻璃四個角分別有一個十字靶標，本系統(tǒng)應(yīng)用CCD進行玻璃靶標的自動讀取(前提是玻璃靶標要在CCD讀取范圍內(nèi))，如果玻璃靶標與CCD之前定位的基準靶標（即絲網(wǎng)的靶標）的位置有差別，則通過圖像處理系統(tǒng)與基準靶標進行對比 ，利用圖形識別算法計算運動平臺的各個方向的移動量，然后通過電機控制是運動平臺運動相應(yīng)移動量，從而使玻璃靶標與基準靶標精確對位，保證絲網(wǎng)印刷的精度。

2 UVW平臺

2.1 UVW平臺的結(jié)構(gòu)與工作原理

UVW平臺是一個3自由度平面微動平臺,本平臺是一個3自由度運動平臺，分別為U方向、V方向以及W方向，因此稱為UVW平臺。UVW平臺的每個方向結(jié)構(gòu)相同，以U方向結(jié)構(gòu) （不包括底座和支撐架）為例，首先電機與絲杠通過聯(lián)軸器進行聯(lián)接，絲杠上的絲杠螺母帶動一個小型XY運動平臺。將小型XY運動平臺固定在UVW平臺的底架上。

由于該平臺應(yīng)用在液晶行業(yè)的機械自動對位系統(tǒng)中，且一般情況下對位精度較高，達到微米甚至納米級別，因此相應(yīng)的要求UVW平臺的運動精度也要非常高。這就需要我們需要選擇較高精度的電機、絲杠、以及軸承。

UVW平臺的運動原理是控制電機進行轉(zhuǎn)動，電機通過聯(lián)軸器帶動絲杠轉(zhuǎn)動，則絲杠螺母進行水平方向的來回直線運動，由于絲杠螺母與小型XY運動平臺相連接，因此兩者進行同步運動。每個小型XY運動平臺都能實現(xiàn)X、Y方向的運動，則三個小型XY運動平臺即可實現(xiàn)UVW平臺的3自由度運動。

2.2 UVW平臺的運動關(guān)系

平面微動平臺有很多種，有XY平臺、XYθ平臺等等。其中，XYθ平臺與UVW平臺的功能相似，都能實現(xiàn)平臺的平面移動以及轉(zhuǎn)動，但兩平臺的實現(xiàn)方式不同。XYθ平臺各個方向的運動是相互獨立的，即分層運動，每個方向的運動都會有獨立的軸實現(xiàn)。這種情況下，平臺占用體積較大，且運動精度很難達到要求[4]。

UVW平臺是一種平面耦合運動，平臺的運動需要各個方向的運動配合，比如，向X方向運動，需要控制W電機的運動；向Y方向運動，這就需要U、V電機同時工作配合；如果實現(xiàn)角度轉(zhuǎn)換，則需要三電機同時工作配合。

得到任意工作臺轉(zhuǎn)角δθ所需的各軸相對進給量為：

U 軸：δU=Rcos(δθ+θU+θO)-Rcos(θU+θO)

V 軸：δV=Rcos(δθ+θV+θO)-Rcos(θV+θO)

W 軸：δW=Rsin(δθ+θW+θO)-Rsin(θW+θO)

其中，δU：U軸的相對進給量；δV：V軸相對進給量；δW：W軸相對進給量；R：通過連接在各軸上的交叉滾柱軸承中心的假設(shè)圓半徑；θU：連接在U軸上的交叉滾珠軸承中心的角度位置；θV：連接在V軸上的交叉滾珠軸承中心的角度位置；θW：連接在W軸上的交叉滾珠軸承中心的角度位置；θO：計算動作前的工作臺角度；δθ：工作臺轉(zhuǎn)角。

3 結(jié)束語

本文論述了自動對位系統(tǒng)的工作組成與工作原理，討論了UVW平臺的各軸運動關(guān)系，為將來的自動對位系統(tǒng)將來的深入研究提供了一定的理論基礎(chǔ)。本文下一步的工作是研究自動對位系統(tǒng)的控制與優(yōu)化，使其能夠更好的實現(xiàn)自動控制。

［1］熊艷琴,林都.伺服定位系統(tǒng)在全自動絲網(wǎng)印刷機中的應(yīng)用[J].山西電子技術(shù),2009(06):19-20.

［2］祝朝強.自動對位系統(tǒng)運動控制研究[D].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學,2007.

［3］康連生.LTCC疊片機視覺識別定位系統(tǒng)[J].電子工藝技術(shù),2012,33(3):175-178.

［4］劉偉.太陽能硅片絲印機視覺系統(tǒng)[J].電子工藝技術(shù),2013(2):110-113.