CN104679487A - 旋转台精度补偿系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种旋转台精度补偿方法，包括：将旋转台的旋转区间分成多份角度区间；从中依次选择其中一个角度区间，并控制所述旋转台旋转到所选择的角度区间，控制一个影像检测设备检测旋转台的工作平面，得到工作平面的点云数据；对上述点云数据拟合成一个初始平面，再以所述初始平面为起点利用拟牛顿算法得到所述工作平面的实际旋转平面，在旋转台CAD模型中，获取旋转台旋转到当前角度时的理论旋转平面，计算所述实际旋转平面与理论旋转平面之间的差异角度；将当前选择的角度区间与上述计算出来的差异角度记录到一个补偿表中。本发明还提供一种旋转台精度补偿系统。本系统及方法能够对一般精度的旋转台进行补偿，以达到低成本高精度的效果。

Description

旋转台精度补偿系统及方法

技术领域

本发明涉及一种精度补偿系统及方法，尤其涉及一种旋转台的精度补偿系统及方法。

背景技术

在精密检测和制造行业一般会用到旋转台。旋转台由马达或气缸、精密旋转轴及机构件组成，其中马达和旋转轴对制造精度要求很高。旋转台和旋转轴一般很难做到高精度。此外，精度高制造成本也会提高，不利于提高竞争力。

发明内容

鉴于以上内容，有必要提供一种旋转台精度补偿方法及系统，能够对一般精度的旋转台进行补偿，以达到低成本高精度的效果。

一种旋转台精度补偿方法，应用于计算设备中，用于对旋转台的精度进行补偿。该方法包括：根据所述旋转台的最小旋转角度和最大旋转角度，将该旋转台的旋转区间等分成多份角度区间；从上述等分的角度区间中依次选择其中一个角度区间，并控制所述旋转台旋转到所选择的角度区间，控制一个影像检测设备检测旋转台的工作平面，得到工作平面的点云数据；对上述点云数据拟合成一个初始平面，再以所述初始平面为起点利用拟牛顿算法得到所述工作平面的实际旋转平面，以及在旋转台CAD模型中，获取旋转台旋转到当前角度时的理论旋转平面，计算所述实际旋转平面与理论旋转平面之间的差异角度；将当前选择的角度区间与上述计算出来的差异角度记录到一个补偿表中；及输出上述的补偿表。

一种旋转台精度补偿系统，运行于计算设备中，用于对旋转台的精度进行补偿。该系统包括：处理模块，用于根据所述旋转台的最小旋转角度和最大旋转角度，将该旋转台的旋转区间等分成多份角度区间；控制模块，用于从上述等分的角度区间中依次选择其中一个角度区间，并控制所述旋转台旋转到所选择的角度区间，控制一个影像检测设备检测旋转台的工作平面，得到工作平面的点云数据；计算模块，用于对上述点云数据拟合成一个初始平面，再以所述初始平面为起点利用拟牛顿算法得到所述工作平面的实际旋转平面，以及在旋转台CAD模型中，获取旋转台旋转到当前角度时的理论旋转平面，计算所述实际旋转平面与理论旋转平面之间的差异角度；所述处理模块，还用于将当前选择的角度区间与上述计算出来的差异角度记录到一个补偿表中；及输出模块，用于输出上述的补偿表。

相较于现有技术，本发明所述的旋转台精度补偿系统及方法根据旋转台的最小和最大旋转角度，等分成多个角度区间，当旋转台旋转到某个角度区间时，通过影像检测设备对旋转台的工作平面进行检测，得到工作平面的实际旋转面的法向量与理论法向量之间的差异角度，加入补偿队列，在当前度区间内实际旋转面的法向量和理论法向量相差太大时，就把当前角度区间再细分补偿，这样差异大的角度细分，差异小的角度略过，兼顾了补偿精度和速度，通过以上的方法建立一张非线性补偿表，当实际工作时旋转台旋转到一个角度时，直接映像补偿表中的补偿实际值，从而达到精确转到某角度的目的，实现高精度旋转台一样的效果。

附图说明

图1是本发明旋转台精度补偿系统较佳实施例的应用环境示意图。

图2是本发明旋转台精度补偿系统较佳实施例的硬件架构示意图。

图3是本发明旋转台精度补偿系统较佳实施例的功能模块图。

图4是本发明旋转台精度补偿方法较佳实施例的流程图。

图5是一个补偿表的示意图。

主要元件符号说明

计算设备	1
		旋转台精度补偿系统	10
存储设备	11
		处理器	12
显示设备	13
		处理模块	100
控制模块	101
		计算模块	102
判断模块	103
		输出模块	104
旋转台	2
		工作平面	3
影像检测设备	4

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

图1是本发明旋转台精度补偿系统较佳实施例的应用环境示意图。所述应用环境包括：安装及运行所述旋转台精度补偿系统10的计算设备1及一个旋转台2。所述旋转台2包括一个工作平面3及影像检测设备4。所述影像检测设备4可以是一个CCD（电荷耦合元件，Charge-coupledDevice）设备或者一个雷射（laser）扫描仪。所述影像检测设备4安装于工作平面3的上方。

参阅图2所示，是本发明旋转台精度补偿系统较佳实施例的硬件架构示意图。如上所述，所述的旋转台精度补偿系统10安装并运行于计算设备1上。所述计算设备1可以是计算机等具有数据处理功能的电子设备。所述的计算设备1还包括存储设备11、处理器12，及显示设备13。

所述的旋转台精度补偿系统10包括多个由程序段所组成的功能模块（详见图3），用于对旋转台3进行精度补偿。

所述存储设备11用于存储所述旋转台精度补偿系统10中各个程序段的程序代码。该存储设备11可以为智能媒体卡（smart media card）、安全数字卡（secure digital card）、快闪存储器卡（flash card）等储存设备。

所述处理器12用于执行所述旋转台精度补偿系统10中各个程序段的程序代码，以实现旋转台精度补偿系统10的中各功能模块的功能（详见图4中描述）。

所述的显示设备13用于显示计算设备1的可视化数据。

如图3所示，是本发明旋转台精度补偿系统较佳实施例的功能模块图。所述的旋转台精度补偿系统10包括处理模块100、控制模块101，计算模块102，判断模块103及输出模块104。

如上所述，以上各模块均以程序代码或指令的形式存储在计算设备1的存储设备11中或固化于该计算设备1的操作系统中，并由该计算设备1的处理器12所执行。以下结合图4对旋转台精度补偿系统10中的各功能模块进行详细说明。

参阅图4所示，是本发明旋转台精度补偿方法较佳实施例的流程图。

步骤S10，处理模块100根据旋转台2的最小旋转角度和最大旋转角度，将旋转台2的旋转区间等分成多份角度区间。例如，若旋转台2的最小旋转角度为0度以及最大旋转角度为90度，则处理模块100可以将旋转台2的旋转区间等分成4份角度区间，包括0度～22.5度、22.5度～45度、45度～67.5度、及67.5度～90度。

步骤S11，控制模块101从上述等分的角度区间中选择一个角度区间，并控制旋转台2旋转到所选择的角度区间，控制影像检测设备4检测旋转台2的工作平面3，得到工作平面3的点云数据。

步骤S12，计算模块102利用最小二乘法对上述点云数据拟合成一个初始平面，再以所述初始平面为起点利用拟牛顿算法得到所述工作平面3的实际旋转平面。

所述拟牛顿算法的方程式为：

$f\left(x\right)=\mathrm{Min}\sqrt{\frac{\underset{n=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\left(\sqrt{{(x2-x1)}^2+{(y2-y1)}^2+{(z2-z1)}^2}\right)}^2}{n}},$

其中，（x1，y1，z1）为点云数据中每个点的坐标，n为点云数据中点的个数，及（x2，y2，z2）为所述工作平面3的实际旋转平面的点的坐标。所述计算模块102根据上述方程式通过迭代计算出所述工作平面3的实际旋转平面，使得所述点云数据中的所有点到该平面的距离平方和的平均值最小。

步骤S13，计算模块102在旋转台CAD模型中，获取旋转台2旋转到当前角度时的理论旋转平面，计算所述实际旋转平面与理论旋转平面之间的差异角度。所述旋转台CAD模型可以预先存储于存储设备11中。

步骤S14，判断模块103判断所述差异角度是否小于一个预设阀值。当差异角度不小于所述预设阀值，则执行下述的步骤S15。否则，当差异角度小于所述预设阀值，则执行下述的步骤S16。

步骤S15，处理模块100将当前选择的角度区间等分为多份角度区间。例如，若当前选择的角度区间为0度～22.5度，则处理模块100可以将该角度区间再细分为多个角度区间，如包括：0度～4.5度、4.5度～9度、9度～13.5度、13.5度～18度、及18度～22.5度。接着，流程返回上述的步骤S11，以从该细分的角度区间选择一个角度区间，重新执行上述步骤S11至S14的操作。

步骤S16，处理模块100将当前选择的角度区间与上述计算出来的差异角度记录到一个补偿表中。所述补偿表的示意图请参阅图5所示。

步骤S17，判断模块103判断是否存在没有选择过的角度区间。若存在没有选择过的角度区间，则流程返回上述的步骤S11。否则，若不存在没有选择过的角度区间，则执行下述的步骤S18。

步骤S18，输出模块104输出上述的补偿表。

本发明所述的旋转台精度补偿系统10及方法根据旋转台2的最小和最大旋转角度，等分成多个角度区间，当旋转台2旋转到某个角度区间时，通过影像检测设备4对旋转台2的工作平面3进行检测，得到工作平面3的实际旋转面的法向量与理论法向量之间的差异角度，加入补偿队列，在当前度区间内实际旋转面的法向量和理论法向量相差太大时，就把当前角度区间再细分补偿，这样差异大的角度细分，差异小的角度略过，兼顾了补偿精度和速度，通过以上的方法建立一张非线性补偿表，当实际工作时旋转台旋转到一个角度时，直接映像补偿表中的补偿实际值，从而达到精确转到某角度的目的，实现高精度旋转台一样的效果。

最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种旋转台精度补偿方法，应用于计算设备中，用于对旋转台的精度进行补偿，其特征在于，该方法包括：

处理步骤：根据所述旋转台的最小旋转角度和最大旋转角度，将该旋转台的旋转区间等分成多份角度区间；

控制步骤：从上述等分的角度区间中依次选择其中一个角度区间，并控制所述旋转台旋转到所选择的角度区间，控制一个影像检测设备检测旋转台的工作平面，得到工作平面的点云数据；

计算步骤：对上述点云数据拟合成一个初始平面，再以所述初始平面为起点利用拟牛顿算法得到所述工作平面的实际旋转平面，以及在旋转台CAD模型中，获取旋转台旋转到当前角度时的理论旋转平面，计算所述实际旋转平面与理论旋转平面之间的差异角度；

记录步骤：将当前选择的角度区间与上述计算出来的差异角度记录到一个补偿表中；及

输出步骤：输出上述的补偿表。

2.如权利要求1所述的旋转台精度补偿方法，其特征在于，该方法还包括：

判断步骤：判断所述差异角度是否小于一个预设阀值；及

第二处理步骤：当差异角度不小于所述预设阀值时，将当前选择的角度区间细分为多份角度区间，并从该细分的角度区间中选择一个角度区间，并重新执行所述控制步骤、计算步骤及记录步骤。

3.如权利要求1所述的旋转台精度补偿方法，其特征在于，所述拟牛顿算法的方程式为：

$f\left(x\right)=\mathrm{Min}\sqrt{\frac{\underset{n=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\left(\sqrt{{(x2-x1)}^2+{(y2-y1)}^2+{(z2-z1)}^2}\right)}^2}{n}},$

其中，（x1，y1，z1）为点云数据中每个点的坐标，n为点云数据中点的个数，及（x2，y2，z2）为所述工作平面的实际旋转平面的点的坐标。

4.一种旋转台精度补偿系统，运行于计算设备中，用于对旋转台的精度进行补偿，其特征在于，该系统包括：

处理模块，用于根据所述旋转台的最小旋转角度和最大旋转角度，将该旋转台的旋转区间等分成多份角度区间；

控制模块，用于从上述等分的角度区间中依次选择其中一个角度区间，并控制所述旋转台旋转到所选择的角度区间，控制一个影像检测设备检测旋转台的工作平面，得到工作平面的点云数据；

计算模块，用于对上述点云数据拟合成一个初始平面，再以所述初始平面为起点利用拟牛顿算法得到所述工作平面的实际旋转平面，以及在旋转台CAD模型中，获取旋转台旋转到当前角度时的理论旋转平面，计算所述实际旋转平面与理论旋转平面之间的差异角度；

所述处理模块，还用于将当前选择的角度区间与上述计算出来的差异角度记录到一个补偿表中；及

输出模块，用于输出上述的补偿表。

5.如权利要求4所述的旋转台精度补偿系统，其特征在于，该系统还包括：

判断模块，用于判断所述差异角度是否小于一个预设阀值；及

所述处理模块还用于当差异角度不小于所述预设阀值时，将当前选择的角度区间细分为多份角度区间。

6.如权利要求4所述的旋转台精度补偿系统，其特征在于，其特征在于，所述拟牛顿算法的方程式为：

$f\left(x\right)=\mathrm{Min}\sqrt{\frac{\underset{n=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\left(\sqrt{{(x2-x1)}^2+{(y2-y1)}^2+{(z2-z1)}^2}\right)}^2}{n}},$

其中，（x1，y1，z1）为点云数据中每个点的坐标，n为点云数据中点的个数，及（x2，y2，z2）为所述工作平面的实际旋转平面的点的坐标。