[发明专利]基于机器视觉的数控工作台误差自校正系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于机器视觉的数控工作台X-Y平面定位误差的自校正系统及方法，属于三坐标运动工作台技术领域。

背景技术

现代制造业普遍采用了三坐标运动工作台作为自动化装置，其X-Y平面运动的定位精度决定了装置的性能和加工检测的精度。传统的保证定位精度的方法是采用旋转编码器作为定位反馈装置，但其不能补偿由于丝杠导程的不均匀和反向间隙等误差。采用直线光栅反馈可以从一定程度上弥补这种精度损失，但由于工作台或光栅受温度影响发生膨胀或收缩，或者安装时X轴和Y轴的垂直度问题等都会将定位误差引入系统，这靠光栅或编码器无法进行有效补偿。

校正上述误差的传统方法为采用激光干涉仪进行修正，修正工作非常繁琐，且由于系统搬运或者其他原因需要重复校正，精度也难以保证。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种能对整个工作台面的X-Y定位偏差进行自标定和补偿的系统及方法。

为了解决上述第一个技术问题，本发明的技术方案是提供一种基于机器视觉的数控工作台误差自校正系统，包括X、Y、Z三坐标运动工作台，运动体设于X、Y、Z三坐标运动工作台上，伺服电机通过运动控制卡与X、Y、Z三坐标运动工作台上的X、Y、Z轴连接，运动控制卡连接工业计算机，其特征在于：所述运动体上设有图像采集系统，所述X、Y、Z三坐标运动工作台的载物台上设有大小覆盖X、Y、Z三坐标运动工作台整个工作区域的标定板，所述工业计算机连接图像采集系统。

优选地，所述X、Y、Z三坐标运动工作台的载物台两侧平行设有Y向滑动导轨，X向滑动导轨垂直设于Y向滑动导轨上部且与Y向滑动导轨可滑动式连接，Z向滑动导轨垂直设于X向滑动导轨上且与X向滑动导轨可滑动式连接，所述运动体设于Z向滑动导轨上。

优选地，所述图像采集系统包括设于所述运动体上的向下的镜头，光源设于镜头下方，高分辨率工业相机设于镜头上方，高分辨率工业相机连接所述工业计算机。

优选地，所述光源为均匀分布的LED前环形光源。

为了解决上述第二个技术问题，本发明的技术方案是提供一种基于机器视觉的数控工作台误差自校正方法，特征在于：该方法由以下4个步骤组成：

步骤1：首先使伺服电机带动X、Y、Z三坐标运动工作台上的Z轴运动，使镜头对焦以保证高分辨率工业相机采集到最清晰的图像；一旦对焦，Z轴的位置在后面的运动中将保持不变；

步骤2：通过伺服电机带动X、Y轴运动，从而使得运动体及高分辨率工业相机进行平面运动，采集标定板的序列图像；

步骤3：根据运动体在不同位置所采集的序列图像数据，通过图像处理算法获取当前的绝对坐标，并与运动指令和伺服电机的编码器反馈值进行对比，得到定位误差补偿值；

步骤4：连续在X-Y平面的不同位置进行定位检测并将各位置的定位误差补偿值数据存入数据库，作为工作时定位误差的修正值。

优选地，所述步骤3中图像处理算法为：保持X、Y中某根轴静止，使所述运动体沿另一个轴从位置A运动到位置B，运动距离需能保证在位置A和位置B处获取的两幅图像Ia和Ib保持30％～40％的重叠，分别记录运动前后的光栅或编码器的反馈值(Xa，Ya)和(Xb，Yb)；在图像Ib的重叠区选取一子区域作为模板，在图像Ia中进行灰度相关匹配算法求取模板在Ia中的对应像素坐标，该像素坐标映射的空间距离即为所述运动体从位置A到位置B运动位移的绝对值。

优选地，所述灰度相关匹配算法为互信息测度计算准则或归一化互相关测度计算准则。

本发明提供的一种基于机器视觉的数控工作台X-Y平面定位误差的自校正系统及方法通过在三座标工作台的运动体上安装高分辨率相机、定倍定焦镜头和光源，构成一个高质量且稳定的图像采集系统；在工作台放置具有丰富特征的标定板或零件，标定板或零件的尺寸应覆盖整个台面；采用传统定位方法控制相机运动，以获取序列图像；通过检测相邻图像之间的像素关系获取相机的相对运动量，与编码器的反馈值作比较获取其运动误差；把不同位置的运动误差记录进系统数据库，以作为后续定位误差补偿用。采用机器视觉技术对工作台不同位置进行成像检测，采用合理的运动步长控制和图像处理方法，可以获得不同位置的全局补偿参数，以提高系统的定位精度。