[发明专利]三维工作台重复定位误差的校正方法

说明书

技术领域

本发明属于重复定位误差校正技术领域，具体涉及一种三维工作台重复定位误差的校正方法。

背景技术

目前，三维工作台位置控制系统主要为：控制主机通过驱动部件与执行机构连接，而执行机构直接与被控制的三维工作台联动；同时，在三维工作台上直接安装位置检测器件作为实际位置的检测与反馈器件；其工作过程为：控制主机发出三维工作台定位到理论位置坐标的指令，从而通过驱动部件带动执行机构运动，进而带动三维工作台移动；然后，通过位置检测器件检测三维工作台当前实际位置值，并反馈给控制主机；由于系统误差的存在，通常实际位置值与理论位置值存在一定的偏差，控制主机根据偏差的大小再进行位置补偿。其中，驱动部件可采用驱动电机；执行机构采用丝杆。

重复定位是指：将三维工作台从不同的初始位置、采用不同的形式、以不同的速度多次重复运动到同一个位置点的定位操作。重复定位精度是指：在相同条件下，用同样的方法，重复定位到同一个位置点，控制对象位置的一致性。

对于上述的三维工作台位置控制系统，提高重复定位精度的一般方法是：采用光栅编码器作为位置检测器件，用于对当前三维工作台位置的检测与反馈；然后再通过控制主机发出的控制信号对位置进行修正，从而提高重复定位精度。

该种方法能够校正由于驱动电机失步等因素造成的误差，但是，采用光栅编码器作为位置检测器件，一方面，光栅编码器成本较高；另一方面，随着使用时间的延长，光栅编码器检测位置偏移量也会存在精度下降的问题，从而降低了整个三维工作台位置控制系统的重复定位精度。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种三维工作台重复定位误差的校正方法，具有成本低、重复定位误差校正精度高的优点。

本发明采用的技术方案如下：

本发明提供一种三维工作台重复定位误差的校正方法，包括以下步骤：

S1，建立三维直角坐标系XYZ，该三维直角坐标系的原点为三维工作台的表面中心，X轴和Y轴所在XY平面为所述三维工作台的表面，z轴与所述三维工作台表面垂直；

S2，在z轴方向安装图像采集系统，并改变图像采集系统到所述三维工作台的距离，使所述图像采集系统所采集到的XY平面图像的清晰度满足要求，然后，保持所述三维工作台在z轴方向位置不动，并且，保持图像采集系统的安装位置和拍摄角度均不变；

S3，控制主机向运动控制系统发送移动至目标位置点(x，y)的控制指令，在所述运动控制系统带动下，所述三维工作台在XY平面水平移动至P1点；所述图像采集系统采集P1点的图像P1，并将采集到的图像P1发送到所述控制主机；

S4，当需要进行重复定位操作时，控制主机向运动控制系统再次发送移动至目标位置点(x，y)的控制指令，在所述运动控制系统带动下，所述三维工作台在XY平面水平移动至P2点；所述图像采集系统采集P2点的图像P2，并将采集到的图像P2发送到所述控制主机；

S5，所述控制主机采用快速图像匹配方法计算图像P1和图像P2的像素位置偏移(Δa，Δb)，根据图像大小转换成位置偏移(Δx，Δy)；根据位置偏移得到位置补偿指令，进而进行位置补偿，完成重复定位误差的校正。

优选的，S5中，所述控制主机采用快速图像匹配方法计算图像P1和图像P2的像素位置偏移(Δa，Δb)具体为：

S51，对图像P1进行分析，提取若干个尺度空间特征点；然后，采用局部二进制模式描述各个所述尺度空间特征点，生成由若干个特征向量组成的特征向量集合F；

采用同样的方法，对图像P2进行分析，提取若干个尺度空间特征点；然后，采用局部二进制模式描述各个所述尺度空间特征点，生成由若干个特征向量组成的特征向量集合E；

S52，对所述特征向量集合F中的各个特征向量进行PCA降维，得到由若干个降维后的特征向量组成的集合Fa；

对所述特征向量集合E中的各个特征向量进行PCA降维，得到由若干个降维后的特征向量组成的集合Ea；

S53，采用欧式距离法对集合Fa和集合Ea中的各个特征向量进行特征向量匹配，获得m对匹配的特征向量Fai和特征向量Eai；其中，特征向量Fai属于集合Fa中的元素，特征向量Eai属于集合Ea中的元素；m≥1；

S54，计算每一对特征向量Fai和特征向量Eai的位置偏移坐标(Δai，Δbi)，由此得到m个位置偏移坐标；

S55，求m个位置偏移坐标的位置偏移平均坐标，该位置偏移平均坐标即为图像P1和图像P2的像素位置偏移(Δa，Δb)。