高精度絲網(wǎng)印刷機(jī)中自動(dòng)自動(dòng)對(duì)位系統(tǒng)的應(yīng)用

楊倩倩 姚竹亭 文亦武

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

0 前言

隨著高新技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)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(jī)應(yīng)用在液晶行業(yè)，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)絲網(wǎng)印刷。其中，機(jī)械自動(dòng)對(duì)位系統(tǒng)就是高精度全自動(dòng)絲網(wǎng)印刷機(jī)的重要組成部分[1]。機(jī)械自動(dòng)對(duì)位系統(tǒng)包括機(jī)械視覺系統(tǒng)和運(yùn)動(dòng)單位（本設(shè)備運(yùn)動(dòng)單元為UVW平臺(tái)）。

1 機(jī)器視覺系統(tǒng)

機(jī)器視覺主要用計(jì)算機(jī)來模擬人的視覺功能，從客觀事物中的圖像中提取信息，進(jìn)行處理并加以理解，然后將之用于實(shí)際的檢測(cè)、測(cè)量和控制機(jī)器視覺可以看做是人眼的延伸，并且它有一個(gè)更重要的特性是具有人腦的部分功能，使得機(jī)器向自動(dòng)化和智能化邁進(jìn)[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(jī)器視覺系統(tǒng)中視覺軟件是重要組成部分，主要通過對(duì)圖像的分析、處理和識(shí)別，實(shí)現(xiàn)對(duì)特定目標(biāo)特征的處理。專業(yè)的視覺軟件能實(shí)現(xiàn)圖像中目標(biāo)的高精度定位，從而提高系統(tǒng)的精度。機(jī)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(duì)位控制算法求出偏差值，控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)精確運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)位置的精確調(diào)整[3]。

上圖1為絲網(wǎng)印刷機(jī)精密自動(dòng)對(duì)位系統(tǒng)，每個(gè)液晶玻璃四個(gè)角分別有一個(gè)十字靶標(biāo)，本系統(tǒng)應(yīng)用CCD進(jìn)行玻璃靶標(biāo)的自動(dòng)讀取(前提是玻璃靶標(biāo)要在CCD讀取范圍內(nèi))，如果玻璃靶標(biāo)與CCD之前定位的基準(zhǔn)靶標(biāo)（即絲網(wǎng)的靶標(biāo)）的位置有差別，則通過圖像處理系統(tǒng)與基準(zhǔn)靶標(biāo)進(jìn)行對(duì)比 ，利用圖形識(shí)別算法計(jì)算運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的各個(gè)方向的移動(dòng)量，然后通過電機(jī)控制是運(yùn)動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)相應(yīng)移動(dòng)量，從而使玻璃靶標(biāo)與基準(zhǔn)靶標(biāo)精確對(duì)位，保證絲網(wǎng)印刷的精度。

2 UVW平臺(tái)

2.1 UVW平臺(tái)的結(jié)構(gòu)與工作原理

UVW平臺(tái)是一個(gè)3自由度平面微動(dòng)平臺(tái),本平臺(tái)是一個(gè)3自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，分別為U方向、V方向以及W方向，因此稱為UVW平臺(tái)。UVW平臺(tái)的每個(gè)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(jī)與絲杠通過聯(lián)軸器進(jìn)行聯(lián)接，絲杠上的絲杠螺母帶動(dòng)一個(gè)小型XY運(yùn)動(dòng)平臺(tái)。將小型XY運(yùn)動(dòng)平臺(tái)固定在UVW平臺(tái)的底架上。

由于該平臺(tái)應(yīng)用在液晶行業(yè)的機(jī)械自動(dòng)對(duì)位系統(tǒng)中，且一般情況下對(duì)位精度較高，達(dá)到微米甚至納米級(jí)別，因此相應(yīng)的要求UVW平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)精度也要非常高。這就需要我們需要選擇較高精度的電機(jī)、絲杠、以及軸承。

UVW平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)原理是控制電機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，電機(jī)通過聯(lián)軸器帶動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，則絲杠螺母進(jìn)行水平方向的來回直線運(yùn)動(dòng)，由于絲杠螺母與小型XY運(yùn)動(dòng)平臺(tái)相連接，因此兩者進(jìn)行同步運(yùn)動(dòng)。每個(gè)小型XY運(yùn)動(dòng)平臺(tái)都能實(shí)現(xiàn)X、Y方向的運(yùn)動(dòng)，則三個(gè)小型XY運(yùn)動(dòng)平臺(tái)即可實(shí)現(xiàn)UVW平臺(tái)的3自由度運(yùn)動(dòng)。

2.2 UVW平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)關(guān)系

平面微動(dòng)平臺(tái)有很多種，有XY平臺(tái)、XYθ平臺(tái)等等。其中，XYθ平臺(tái)與UVW平臺(tái)的功能相似，都能實(shí)現(xiàn)平臺(tái)的平面移動(dòng)以及轉(zhuǎn)動(dòng)，但兩平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)方式不同。XYθ平臺(tái)各個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)是相互獨(dú)立的，即分層運(yùn)動(dòng)，每個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)都會(huì)有獨(dú)立的軸實(shí)現(xiàn)。這種情況下，平臺(tái)占用體積較大，且運(yùn)動(dòng)精度很難達(dá)到要求[4]。

UVW平臺(tái)是一種平面耦合運(yùn)動(dòng)，平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)需要各個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)配合，比如，向X方向運(yùn)動(dòng)，需要控制W電機(jī)的運(yùn)動(dòng)；向Y方向運(yùn)動(dòng)，這就需要U、V電機(jī)同時(shí)工作配合；如果實(shí)現(xiàn)角度轉(zhuǎn)換，則需要三電機(jī)同時(shí)工作配合。

得到任意工作臺(tái)轉(zhuǎn)角δθ所需的各軸相對(duì)進(jìn)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(duì)進(jìn)給量；δV：V軸相對(duì)進(jìn)給量；δW：W軸相對(duì)進(jìn)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(jì)算動(dòng)作前的工作臺(tái)角度；δθ：工作臺(tái)轉(zhuǎn)角。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文論述了自動(dòng)對(duì)位系統(tǒng)的工作組成與工作原理，討論了UVW平臺(tái)的各軸運(yùn)動(dòng)關(guān)系，為將來的自動(dòng)對(duì)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(dòng)對(duì)位系統(tǒng)的控制與優(yōu)化，使其能夠更好的實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。

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

［2］祝朝強(qiáng).自動(dòng)對(duì)位系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制研究[D].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué),2007.

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

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