【摘 要】丝网印刷是一种万能印刷术，其应用在很多领域中。本文将对高精度丝网印刷机中的自动对位视觉系统进行研究，介绍其工作原理，计算UVW平台的运动关系。
【关键词】自动对位系统;机械视觉;UVW平台
【Abstract】Screen printing is a universal printing， and it is used in many fields. This article will discuss the automatic alignment vision system of a high-precision automatic screen printing machine.Describe how it works and calculate the movement of a UVW computing platform.
【Key words】Automatic positioning system; Machine vision; UVW platform
0 前言
随着高新技术的发展，人们对于丝网印刷的精度有了非常高的要求，比如液晶行业。本文讨论高精度丝网印刷机应用在液晶行业，实现全自动丝网印刷。其中，机械自动对位系统就是高精度全自动丝网印刷机的重要组成部分[1]。机械自动对位系统包括机械视觉系统和运动单位（本设备运动单元为UVW平台）。
1 机器视觉系统
机器视觉主要用计算机来模拟人的视觉功能，从客观事物中的图像中提取信息，进行处理并加以理解，然后将之用于实际的检测、测量和控制机器视觉可以看做是人眼的延伸，并且它有一个更重要的特性是具有人脑的部分功能，使得机器向自动化和智能化迈进[2]。
CCD技术（Image Acquisition） 、图像处理技术（Image Processing） 、图像分析（Image Analysis）是视觉系统的三大要素。图像处理主要依靠软件技术，在机器视觉系统中视觉软件是重要组成部分，主要通过对图像的分析、处理和识别，实现对特定目标特征的处理。专业的视觉软件能实现图像中目标的高精度定位，从而提高系统的精度。机器视觉定位系统就是根据视觉系统得到的相应位置信息，通过精确的对位控制算法求出偏差值，控制执行机构精确运动，实现目标位置的精确调整[3]。
图1 精密自动对位系统
上图1为丝网印刷机精密自动对位系统，每个液晶玻璃四个角分别有一个十字靶标，本系统应用CCD进行玻璃靶标的自动读取（前提是玻璃靶标要在CCD读取范围内），如果玻璃靶标与CCD之前定位的基准靶标（即丝网的靶标）的位置有差别，则通过图像处理系统与基准靶标进行对比 ，利用图形识别算法计算运动平台的各个方向的移动量，然后通过电机控制是运动平台运动相应移动量，从而使玻璃靶标与基准靶标精确对位，保证丝网印刷的精度。
2 UVW平台
2.1 UVW平台的结构与工作原理
UVW平台是一个3自由度平面微动平台，本平台是一个3自由度运动平台，分别为U方向、V方向以及W方向，因此称为UVW平台。UVW平台的每个方向结构相同，以U方向结构（不包括底座和支撑架）为例，首先电机与丝杠通过联轴器进行联接，丝杠上的丝杠螺母带动一个小型XY运动平台。将小型XY运动平台固定在UVW平台的底架上。
由于该平台应用在液晶行业的机械自动对位系统中，且一般情况下对位精度较高，达到微米甚至纳米级别，因此相应的要求UVW平台的运动精度也要非常高。这就需要我们需要选择较高精度的电机、丝杠、以及轴承。
UVW平台的运动原理是控制电机进行转动，电机通过联轴器带动丝杠转动，则丝杠螺母进行水平方向的来回直线运动，由于丝杠螺母与小型XY运动平台相连接，因此两者进行同步运动。每个小型XY运动平台都能实现X、Y方向的运动，则三个小型XY运动平台即可实现UVW平台的3自由度运动。
图2 UVW平台
2.2 UVW平台的运动关系
平面微动平台有很多种，有XY平台、XYθ平台等等。其中，XYθ平台与UVW平台的功能相似，都能实现平台的平面移动以及转动，但两平台的实现方式不同。XYθ平台各个方向的运动是相互独立的，即分层运动，每个方向的运动都会有独立的轴实现。这种情况下，平台占用体积较大，且运动精度很难达到要求[4]。
UVW平台是一种平面耦合运动，平台的运动需要各个方向的运动配合，比如，向X方向运动，需要控制W电机的运动;向Y方向运动，这就需要U、V电机同时工作配合;如果实现角度转换，则需要三电机同时工作配合。
得到任意工作台转角δθ所需的各轴相对进给量为：
U轴：δU=Rcos（δθ+θU+θO）-Rcos（θU+θO）
V轴：δV=Rcos（δθ+θV+θO）-Rcos（θV+θO）
W轴：δW=Rsin（δθ+θW+θO）-Rsin（θW+θO）
其中，δU：U轴的相对进给量;δV：V轴相对进给量;δW：W轴相对进给量;R：通过连接在各轴上的交叉滚柱轴承中心的假设圆半径;θU：连接在U轴上的交叉滚珠轴承中心的角度位置;θV：连接在V轴上的交叉滚珠轴承中心的角度位置;θW：连接在W轴上的交叉滚珠轴承中心的角度位置;θO：计算动作前的工作台角度;δθ：工作台转角。
3 结束语
本文论述了自动对位系统的工作组成与工作原（下转第248页）（上接第71页）理，讨论了UVW平台的各轴运动关系，为将来的自动对位系统将来的深入研究提供了一定的理论基础。本文下一步的工作是研究自动对位系统的控制与优化，使其能够更好的实现自动控制。
【参考文献】
[2]祝朝强.自动对位系统运动控制研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2007.
[3]康连生.LTCC叠片机视觉识别定位系统[J].电子工艺技术，2012，33
（3）：175-178.
