CN105467930A - 一种机器视觉与运动控制器、伺服驱动器集成控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种机器视觉与运动控制器、伺服驱动器集成控制系统，包括CCD摄像模块、图像采集卡以及电机的功率模块，CCD摄像模块与图像采集卡连接，还包括：图像处理模块，读取来自图像采集卡的图像数据；运动控制模块，读取图像坐标并转化为运动轨迹坐标信息，再将运动轨迹坐标信息发送到各个驱动控制模块；驱动控制模块，用于多个伺服电机的电流采样、编码器采样以及对接收到的运动轨迹坐标信息变换为运动信号，并把采集的信号及运动信号发送到功率模块；运动控制模块通过CPLD/FPGA模块与驱动控制模块连接，图像处理模块的输入端与图像采集卡连接，输出端与CPLD/FPGA模块连接。本发明提高了系统控制精度和实时响应性。

Description

一种机器视觉与运动控制器、伺服驱动器集成控制系统
技术领域
本发明涉及计算机自动化控制技术领域,具体是指一种机器视觉与运动控制器、伺服驱动器集成控制系统。
背景技术
现有的机器视觉定位系统主要包括三个部分：图像处理器、运动控制卡和伺服驱动系统，三者各自的职能为：图像处理器采集图像数据并进行去噪、匹配等相关处理；运动控制器按给定位置和速度指令规划运动轨迹并把运动指令发送到伺服驱动器；伺服驱动器把运动指令转换成开关信号，通过控制驱动功率模块的通断来控制电机完成相应的运动。
目前机器视觉定位系统的图像处理器、运动控制卡和伺服驱动系统是三个独立的模块，通过串口、总线或者脉冲形式进行通信和发送指令等。这种通信方式不但增加硬件成本，而且通信速率不高、可靠性低。特别地，一幅图像包含很多的数据，现有的通信技术需要较长时间才能把图像数据传输完。由于控制器的控制算法需要图像实时数据反馈才能实现闭环控制，因此，在图像数据传输过程，运动控制器与伺服驱动器都处于等待状态，严重影响控制效率和实时性，进而不能得到快速的高精度定位控制。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的不足之处，提供一种能实现模块之间最高速实时通信，提高系统控制精度和实时响应性的机器视觉与运动控制器、伺服驱动器集成控制系统。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种机器视觉与运动控制器、伺服驱动器集成控制系统，包括CCD摄像模块、图像采集卡以及电机的功率模块，所述CCD摄像模块与图像采集卡连接，还包括：
图像处理模块，用于读取来自图像采集卡的图像数据，并进行去噪、萃取处理；
运动控制模块，用于读取图像坐标并转化为运动轨迹坐标信息，并将运动轨迹坐标信息按规律分解到各个伺服电机，再将运动轨迹坐标信息发送到各个驱动控制模块；
驱动控制模块，用于多个伺服电机的电流采样、编码器采样以及对接收到的运动轨迹坐标信息变换为运动信号，并通过DO接口把采集的信号及运动信号发送到功率模块；
所述运动控制模块通过CPLD/FPGA模块与驱动控制模块连接，所述图像处理模块的输入端与图像采集卡连接，输出端与CPLD/FPGA模块连接。
优选的，所述运动控制模块连接有多个驱动控制模块，多个驱动控制模块分布在多个电机上形成空间多维坐标联动控制。
具体的，所述机器视觉与运动控制器、伺服驱动器集成控制系统还包括：
AI/AO模块，用于外部模拟信号的输入和输出；
DI/DO模块，用于外部数字信号的输入和输出；
232/485串口模块：用于与外部串口通讯；
存储模块：用于存储文件系统数字数据和程序；
数显模块，用于显示电机运行状态以及相关的报警信号；
网口模块，用于与外部设备联网，分享数据并实施实时监控，所述232/485串口模块、存储模块、数显模块、网口模块与运动控制模块连接。
具体的，所述机器视觉与运动控制器、伺服驱动器集成控制系统还包括：
编码器接口模块，所述编码器接口模块与驱动控制模块连接，接收电机附带的光电编码器脉冲信号或者旋转编码器输出信号。
具体的，所述机器视觉与运动控制器、伺服驱动器集成控制系统还包括过压或欠压保护模块，过压或欠压保护模块与驱动控制模块连接。
本发明相比现有技术具有以下优点及有益效果：
本发明的图像处理器、运动控制器和伺服驱动器集成到一块控制板，通过地址线，数据线和控制总线方式进行信息的交换。减少电缆的连接，降低硬件成本，模块之间通信速度不受外部通信芯片的限制，能实现模块之间最高速实时通信，提高系统控制精度和实时响应性；信号在控制板内传递，增加系统的稳定性。
附图说明
图1为本发明机器视觉与运动控制器、伺服驱动器集成控制系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例
如图1，一种机器视觉与运动控制器、伺服驱动器集成控制系统，包括CCD摄像模块、图像采集卡以及电机的功率模块，所述CCD摄像模块与图像采集卡连接，还包括：
图像处理模块，用于读取来自图像采集卡的图像数据，并进行去噪、萃取处理；
运动控制模块，用于读取图像坐标并转化为运动轨迹坐标信息，并将运动轨迹坐标信息按规律分解到各个伺服电机，再将运动轨迹坐标信息发送到各个驱动控制模块；
驱动控制模块，用于多个伺服电机的电流采样、编码器采样以及对接收到的运动轨迹坐标信息变换为运动信号，并通过DO接口把采集的信号及运动信号发送到功率模块；
所述运动控制模块通过CPLD/FPGA模块与驱动控制模块连接，所述图像处理模块的输入端与图像采集卡连接，输出端与CPLD/FPGA模块连接。
其中，所述CPLD/FPGA模块用于图像处理模块、运动控制模块和驱动控制模块的信息交换中转站，实现各种数据的实时读写与锁存。
优选的，所述运动控制模块连接有多个驱动控制模块，多个驱动控制模块分布在多个电机上形成空间多维坐标联动控制。
具体的，所述机器视觉与运动控制器、伺服驱动器集成控制系统还包括：
AI/AO模块，用于外部模拟信号的输入和输出，如电机温度、三相电压和电流等模拟信号；
DI/DO模块，用于外部数字信号的输入和输出，如限位开关、冷却液开关和脉冲输出等；
232/485串口模块：用于与外部串口通讯，与外部串口通讯，如电脑等；
存储模块：用于存储文件系统数字数据和程序；
数显模块，用于显示电机运行状态以及相关的报警信号，如速度、位置等以及如过流、过压等；
网口模块，用于与外部设备联网，分享数据并实施实时监控，所述232/485串口模块、存储模块、数显模块、网口模块与运动控制模块连接。
具体的，所述机器视觉与运动控制器、伺服驱动器集成控制系统还包括：
编码器接口模块，所述编码器接口模块与驱动控制模块连接，接收电机附带的光电编码器脉冲信号或者旋转编码器输出信号。
具体的，所述机器视觉与运动控制器、伺服驱动器集成控制系统还包括过压或欠压保护模块，过压或欠压保护模块与驱动控制模块连接。过压或欠压保护模块对欠压、过压和过流的情况，实现电路板和元器件的保护。
本实施例中，所述机器视觉与运动控制器、伺服驱动器集成控制系统还包括电源模块，用于提供各模块的电源。
所述机器视觉与运动控制器、伺服驱动器集成控制系统的工作原理如下：
(1)、CCD摄像模块对定位平面拍摄照片，图像采集卡把光电信号转换成模拟信号，通过网口把图像的模拟信号发送到图像处理模块；
(2)、图像处理模块对数据进行存储、去噪、萃取和匹配处理，得到定位目标的图像坐标信息，再将图像坐标信息发送到运动控制模块；
(3)、运动控制模块根据图像坐标信息与工件坐标信息的映射关系，把图像坐标信息转换到工件坐标信息；根据电机运行时的综合运行速度、加速度计算出每个电机的运行位移、速度，并将计算结果发送到伺服驱动模块；
(4)、伺服驱动模块把位移、速度信号转换成电压信号，利用脉宽调频技术，把电压信号按照一定规律发送到电机，电机运行到目标位置；
(5)、CCD摄像模块再次拍摄照片，并通过图像采集卡将采集的数据发送到运动控制模块，运动控制模块通过坐标变换和计算，得出当前坐标；如果当前坐标跟目标点的坐标误差不在规定范围，则重复(1)至(4)步骤，直到达到运行误差范围；否则，停止，定位完成。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种机器视觉与运动控制器、伺服驱动器集成控制系统，包括CCD摄像模块、图像采集卡以及电机的功率模块，所述CCD摄像模块与图像采集卡连接，其特征在于，还包括：
图像处理模块，用于读取来自图像采集卡的图像数据，并进行去噪、萃取处理；
运动控制模块，用于读取图像坐标并转化为运动轨迹坐标信息，并将运动轨迹坐标信息按规律分解到各个伺服电机，再将运动轨迹坐标信息发送到各个驱动控制模块；
驱动控制模块，用于多个伺服电机的电流采样、编码器采样以及对接收到的运动轨迹坐标信息变换为运动信号，并通过DO接口把采集的信号及运动信号发送到功率模块；
所述运动控制模块通过CPLD/FPGA模块与驱动控制模块连接，所述图像处理模块的输入端与图像采集卡连接，输出端与CPLD/FPGA模块连接。
2.根据权利要求1所述的机器视觉与运动控制器、伺服驱动器集成控制系统，其特征在于，所述运动控制模块连接有多个驱动控制模块，多个驱动控制模块分布在多个电机上形成空间多维坐标联动控制。
3.根据权利要求2所述的机器视觉与运动控制器、伺服驱动器集成控制系统，其特征在于，所述机器视觉与运动控制器、伺服驱动器集成控制系统还包括：
AI/AO模块，用于外部模拟信号的输入和输出；
DI/DO模块，用于外部数字信号的输入和输出；
232/485串口模块：用于与外部串口通讯；
存储模块：用于存储文件系统数字数据和程序；
数显模块，用于显示电机运行状态以及相关的报警信号；
网口模块，用于与外部设备联网，分享数据并实施实时监控，所述232/485串口模块、存储模块、数显模块、网口模块与运动控制模块连接。
4.根据权利要求3所述的机器视觉与运动控制器、伺服驱动器集成控制系统，其特征在于，所述机器视觉与运动控制器、伺服驱动器集成控制系统还包括：
编码器接口模块，所述编码器接口模块与驱动控制模块连接，接收电机附带的光电编码器脉冲信号或者旋转编码器输出信号。
5.根据权利要求4所述的机器视觉与运动控制器、伺服驱动器集成控制系统，其特征在于，所述机器视觉与运动控制器、伺服驱动器集成控制系统还包括过压或欠压保护模块，过压或欠压保护模块与驱动控制模块连接。
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