CN106272369A - 龙门双驱动系统及其误差检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种龙门双驱动系统及其误差检测方法，属于自动化控制技术领域。该系统包括：横梁、主动轴、从动轴、主轴、第一标记点、以及第二标记点。主动轴和从动轴相互平行。横梁的两端分别移动地固定于主动轴和从动轴上。第一标记点和第二标记点位于主动轴和从动轴之间。主轴移动地安装于横梁上。主轴上设有视觉系统。通过视觉系统分别读取第一标记点和第二标记点的位置信息，以检测系统的行程误差。本发明的龙门双驱动系统借助了系统本身的机械特性，降低了控制复杂度，既发挥了视觉系统测量精密度高的特点，又避免了主动轴和从动轴的双侧耦合控制的难点，具有很高的实用价值。

Description

龙门双驱动系统及其误差检测方法

技术领域

本发明涉及自动化控制技术领域，尤其涉及一种龙门双驱动系统及其误差检测方法。

背景技术

龙门双驱动系统是自动化生产行业中常见的一种机器人的执行机构，其通过双电机同步驱动，可获得较大的加速度特性。

然而，由于龙门两端的电机、丝杆的装配在出厂时就存在一定的特性差异，在运动一段时间后，上述结构容易出现龙门两端位移不一致，行程误差增大，加工精度变差等问题。这就需要每运行一段时间，就对龙门双驱动系统的误差进行检测和校正，保证系统的加工精度符合要求。

因此，有必要提出一种龙门双驱动系统及其误差检测方法，避免上述情况的发生。

发明内容

本发明的主要目的在于提出一种龙门双驱动系统及其误差检测方法，能够方便检测龙门双驱动系统的行程误差。

为实现上述目的，本发明提供一种龙门双驱动系统，包括：横梁、主动轴、从动轴、主轴、第一标记点、以及第二标记点，所述主动轴和所述从动轴相互平行，所述横梁的两端分别移动地固定于所述主动轴和所述从动轴上，所述第一标记点和第二标记点位于所述主动轴和从动轴之间，所述主轴移动地安装于所述横梁上，所述主轴上设有视觉系统，通过所述视觉系统分别读取所述第一标记点和第二标记点的位置信息，以检测所述系统的行程误差。

可选地，所述横梁位于X轴，所述主动轴和从动轴位于Y轴，所述主轴位于Z轴，所述第一标记点和第二标记点在Y轴方向的坐标相同。

可选地，所述第一标记点靠近所述主动轴侧，所述第二标记点靠近所述从动轴侧。

可选地，所述视觉系统包括CCD相机、镜头以及光源，所述镜头的垂直面朝向XY操作平面。

此外，为实现上述目的，本发明还提供一种龙门双驱动系统的误差检测方法，所述方法包括：主轴移动至从动轴侧，并读取一个标记点的位置信息；所述主轴移动至主动轴侧，并读取另一个标记点的位置信息；根据两个标记点的坐标，计算横梁在所述主动轴侧与所述从动轴侧的行程误差；当判断所述行程误差达到误差限制值时，则启动误差校正。

可选地，所述方法还包括：当判断所述行程误差未达到误差限制值时，则无需对龙门双驱动系统进行误差校正。

可选地，所述方法还包括：设置校正时间；当达到所述校正时间时，则重新进行误差检测。

可选地，在所述主轴移动至从动轴侧，并读取一个标记点的位置信息之前，所述方法还包括：分别对所述横梁、所述主动轴、所述从动轴以及所述主轴对应的电机进行上电；将所述横梁恢复至初始位置。

可选地，所述启动误差校正，包括：所述横梁位于所述主动轴侧的一端被锁定，所述横梁位于所述从动轴侧的一端处于移动状态；所述主轴移动至所述从动轴一侧；根据振动指令，所述横梁产生振动，以消除行程误差。

可选地，所述根据振动指令，所述横梁产生振动，以消除行程误差，包括：计算当前的行程误差；判断所述当前的行程误差是否小于误差限制值；若是，则误差校正完成。

本发明提出的龙门双驱动系统及其误差检测方法，通过视觉系统对第一标记点和第二标记点的位置信息进行读取比较，判定龙门双驱动系统误差是否超出限制值，一旦超出，可通过控制单侧的驱动电机上电来锁定横梁一侧的位置，并经由控制横梁电机振动，借助龙门系统误差时加载龙门两端的机械应力将龙门横梁另一侧复位，达到消除误差，校正系统的目的。与现有技术相比，本发明的龙门双驱动系统借助了系统本身的机械特性，降低了控制复杂度，既发挥了视觉系统测量精密度高的特点，又避免了主动轴和从动轴的双侧耦合控制的难点，具有很高的实用价值。

附图说明

图1为本发明第一实施例提供的龙门双驱动系统的结构示意图；

图2为视觉系统的结构示意图；

图3为本发明第二实施例提供的龙门双驱动系统的误差检测方法的流程示意图；

图4为本发明第二实施例提供的龙门双驱动系统的误差检测方法的子流程示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

实施例一

请参照图1，为本发明第一实施例提供的龙门双驱动系统的结构示意图，该系统包括横梁1、主动轴2、从动轴3、以及主轴4。本发明的龙门双驱动系统位于XY操作平面8上，具体地，该横梁1位于X轴方向，主动轴2和从动轴3相互平行且均位于Y轴方向，主轴4位于Z轴方向。在XY操作平面8上设有第一标记点6和第二标记点7，且第一标记点6和第二标记点7位于主动轴2和从动轴3之间，更具体地，第一标记点6靠近主动轴2，第二标记点7靠近从动轴3。本实施例中的龙门双驱动系统通过测量第一标记点6和第二标记点7的位置信息，进而确定横梁1位于主动轴2和从动轴3的两端的行程误差，以检测龙门双驱动系统的误差。

进一步地，第一标记点6和第二标记点7在Y轴方向的坐标相同。

进一步地，第一标记点6和第二标记点7位于系统的初始位置上，即y＝0的位置处。

横梁1、主动轴2、从动轴3和主轴4分别设有单独的电机进行驱动控制。横梁1的两端分别位于主动轴2和从动轴3上，并在横梁电机(图未示)的驱动下可以在主动轴2和从动轴3上移动。主轴4安装在横梁1上，并在主轴电机的驱动下沿着横梁1运动。主轴4上安装有视觉系统5，该视觉系统5用于读取位于XY操作平面8上的第一标记点6或者/和第二标记点7的位置信息，并判断第一标记点6和第二标记点7在Y轴方向的误差值是否大于误差限制值。在一具体实施方式中，当视觉系统5判断误差值大于误差限制值时，则启动校正程序。通过校正程序，可以选择性地对主动轴2或者从动轴3对应的电机进行上电。

请参照图2，视觉系统5包括CCD相机51、镜头52以及光源53。镜头52的垂直面朝向XY操作平面8。

在一具体实施方式中，系统分别对横梁1、主动轴2、从动轴3以及主轴4对应的电机进行上电，并将横梁1恢复至初始位置。横梁电机驱动横梁1在主动轴2和从动轴3上移动，主轴电机驱动主轴4在横梁1上移动至从动轴3侧，使得位于主轴4上的视觉系统5移动至从动轴3侧的第二标记点7处，并读取第二标记点7的位置信息，获得坐标(Xa，Ya)。随后，主轴电机驱动主轴4在横梁1上移动至主动轴2侧，使得视觉系统5移动至主动轴2侧的第一标记点6处，并读取第一标记点6的位置信息，获得坐标(Xb，Yb)。根据第二标记点7的坐标(Xa，Ya)，以及第一标记点6的坐标(Xb，Yb)，计算横梁1在主动轴2侧与从动轴3侧的行程误差err＝|Ya-Yb|。在理想情况下，行程误差err＝0，说明系统不存在行程误差。在实际应用中，横梁1在主动轴2侧与从动轴3侧的行程误差为零的情况是非常困难的，不可避免地存在一定的误差，可以预设一个允许的误差限制值ERR。当计算当前的行程误差err小于误差限制值ERR时，则无需对龙门双驱动系统进行误差校正；当计算当前的行程误差err大于等于误差限制值ERR时，则启动误差校正。

当启动误差校正时，横梁1、主动轴2、从动轴3所对应的电机全部断电。随后，分别对横梁1和主动轴2对应的电机进行上电。也就是说，横梁1在主动轴2侧的一端被上电的主动轴2的电机锁定，同时，横梁1位于从动轴3侧的一端由于从动轴3的电机未上电而处于可移动状态。主轴4在主轴电机的驱动下移动至从动轴3的一侧，系统对横梁电机发出振动指令，使横梁1产生振动。由于横梁1靠近从动轴3的一端未被锁死，该振动可以使横梁1与从动轴3的丝杆之间产生一定的间隙。在龙门双驱动系统行程误差造成的机械应力作用下，横梁1自动沿误差减小的方向移动，直至误差消除，则误差校正完成，进而达到消除误差的目的。

进一步地，当系统启动误差校正时，计算当前的行程误差，若误差消除或者行程误差小于误差限制值，则误差校正完成。

进一步地，当计算当前的行程误差无变化或者增大时，可能是龙门双驱动系统遭到了机械损坏，需人工排除故障后再进行误差校正。

进一步地，可以设置系统的校正时间，当达到该校正时间时，则重新进行误差检测。例如，设置校正时间为10s，当横梁的电机振动10s时，达到校正时间，可以重启龙门双驱动系统，并重新对系统进行误差检测，当检测此刻的行程误差大于等于误差限制值时，再对系统进行误差校正，当检测此刻的行程误差消除或者小于误差限制值时，则误差校正完成。

本实施例提供的龙门双驱动系统，通过视觉系统对第一标记点6和第二标记点7的位置信息进行读取比较，判定龙门双驱动系统误差是否超出限制值，一旦超出，可通过控制单侧的驱动电机上电来锁定横梁1一侧的位置，并经由控制横梁电机振动，借助龙门系统误差时加载龙门两端的机械应力将龙门横梁另一侧复位，达到消除误差，校正系统的目的。与现有技术相比，本实施例的龙门双驱动系统借助了系统本身的机械特性，降低了控制复杂度，既发挥了视觉系统测量精密度高的特点，又避免了主动轴2和从动轴3的双侧耦合控制的难点，具有很高的实用价值。

实施例二

请参照图3，基于第一实施例中的龙门双驱动系统，提出本发明第二实施例的龙门双驱动系统的误差检测方法。

步骤310，分别对横梁、主动轴、从动轴以及主轴对应的电机进行上电。

步骤320，将横梁恢复至初始位置。

步骤330，主轴移动至从动轴侧，并读取第二标记点的位置信息。

具体地，主轴电机驱动主轴在横梁上移动至从动轴侧，使得位于主轴上的视觉系统移动至从动轴侧的第二标记点处，并读取第二标记点的位置信息，获得坐标(Xa，Ya)。

步骤340，主轴移动至主动轴侧，并读取第一标记点的位置信息。

具体地，主轴在横梁上移动至主动轴侧，使得视觉系统移动至主动轴侧的第一标记点处，并读取第一标记点的位置信息，获得坐标(Xb，Yb)。

步骤350，根据第一标记点和第二标记点的坐标，计算横梁在主动轴侧与从动轴侧的行程误差。

具体地，根据第二标记点的坐标(Xa，Ya)，以及第一标记点的坐标(Xb，Yb)，计算横梁在主动轴侧与从动轴侧的行程误差err＝|Ya-Yb|。

步骤360，判断所述行程误差是否达到误差限制值，若是，则进入步骤370，若否，则进入步骤380。

具体地，在理想情况下，行程误差err＝0，说明系统不存在行程误差。在实际应用中，横梁1在主动轴2侧与从动轴3侧的行程误差为零的情况是非常困难的，不可避免地存在一定的误差，可以预设一个允许的误差限制值ERR。当计算当前的行程误差err大于等于误差限制值ERR时，则进入步骤370；当计算当前的行程误差err小于误差限制值ERR时，则进入步骤380。

步骤370，启动误差校正。

步骤380，无需对龙门双驱动系统进行误差校正。

请参照图4，本实施例中的步骤370进一步包括：

步骤410，对横梁、主动轴、从动轴所对应的电机全部断电。

步骤420，分别对横梁和主动轴对应的电机进行上电，使得横梁位于主动轴侧的一端被锁定，横梁位于从动轴侧的一端处于移动状态。

具体地，当仅对横梁和主动轴对应的电机上电时，横梁在主动轴侧的一端被上电的主动轴的电机锁定，同时，横梁位于从动轴侧的一端由于从动轴的电机未上电而处于可移动状态。

步骤430，主轴移动至从动轴一侧。

步骤440，根据系统的振动指令，横梁产生振动，以消除行程误差。

具体地，系统对横梁电机发出振动指令，使横梁产生振动。由于横梁靠近从动轴的一端未被锁死，该振动可以使横梁与从动轴的丝杆之间产生一定的间隙。在龙门双驱动系统行程误差造成的机械应力作用下，横梁自动沿误差减小的方向移动，直至误差消除，则误差校正完成，进而达到消除误差的目的。

进一步地，当系统启动误差校正时，计算当前的行程误差，若误差消除或者行程误差小于误差限制值，则误差校正完成。

进一步地，当计算当前的行程误差无变化或者增大时，可能是龙门双驱动系统遭到了机械损坏，需人工排除故障后再进行误差校正。

进一步地，可以设置系统的校正时间，当达到该校正时间时，则重新进行误差检测。例如，设置校正时间为10s，当横梁的电机振动10s时，达到校正时间，可以重启龙门双驱动系统，并重新对系统进行误差检测，当检测此刻的行程误差大于等于误差限制值时，再对系统进行误差校正，当检测此刻的行程误差消除或者小于误差限制值时，则误差校正完成。

本实施例提供的龙门双驱动系统的误差检测方法，通过视觉系统对第一标记点和第二标记点的位置信息进行读取比较，判定龙门双驱动系统误差是否超出限制值，一旦超出，可通过控制单侧的驱动电机上电来锁定横梁一侧的位置，并经由控制横梁电机振动，借助龙门系统误差时加载龙门两端的机械应力将龙门横梁另一侧复位，达到消除误差，校正系统的目的。与现有技术相比，本实施例的龙门双驱动系统借助了系统本身的机械特性，降低了控制复杂度，既发挥了视觉系统测量精密度高的特点，又避免了主动轴和从动轴的双侧耦合控制的难点，具有很高的实用价值。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种龙门双驱动系统，其特征在于，包括：横梁、主动轴、从动轴、主轴、第一标记点、以及第二标记点，所述主动轴和所述从动轴相互平行，所述横梁的两端分别移动地固定于所述主动轴和所述从动轴上，所述第一标记点和第二标记点位于所述主动轴和从动轴之间，所述主轴移动地安装于所述横梁上，所述主轴上设有视觉系统，通过所述视觉系统分别读取所述第一标记点和第二标记点的位置信息，以检测所述系统的行程误差。

2.根据权利要求1所述的龙门双驱动系统，其特征在于，所述横梁位于X轴，所述主动轴和从动轴位于Y轴，所述主轴位于Z轴，所述第一标记点和第二标记点在Y轴方向的坐标相同。

3.根据权利要求2所述的龙门双驱动系统，其特征在于，所述第一标记点靠近所述主动轴侧，所述第二标记点靠近所述从动轴侧。

4.根据权利要求1所述的龙门双驱动系统，其特征在于，所述视觉系统包括CCD相机、镜头以及光源，所述镜头的垂直面朝向XY操作平面。

5.一种龙门双驱动系统的误差检测方法，其特征在于，所述方法包括：

主轴移动至从动轴侧，并读取一个标记点的位置信息；

所述主轴移动至主动轴侧，并读取另一个标记点的位置信息；

根据两个标记点的坐标，计算横梁在所述主动轴侧与所述从动轴侧的行程误差；

当判断所述行程误差达到误差限制值时，则启动误差校正。

6.根据权利要求5所述的龙门双驱动系统的误差检测方法，其特征在于，所述方法还包括：

当判断所述行程误差未达到误差限制值时，则无需对龙门双驱动系统进行误差校正。

7.根据权利要求5或6所述的龙门双驱动系统的误差检测方法，其特征在于，所述方法还包括：

设置校正时间；

当达到所述校正时间时，则重新进行误差检测。

8.根据权利要求5所述的龙门双驱动系统的误差检测方法，其特征在于，在所述主轴移动至从动轴侧，并读取一个标记点的位置信息之前，所述方法还包括：

分别对所述横梁、所述主动轴、所述从动轴以及所述主轴对应的电机进行上电；

将所述横梁恢复至初始位置。

9.根据权利要求5所述的龙门双驱动系统的误差检测方法，其特征在于，所述启动误差校正，包括：

所述横梁位于所述主动轴侧的一端被锁定，所述横梁位于所述从动轴侧的一端处于移动状态；

所述主轴移动至所述从动轴一侧；

根据振动指令，所述横梁产生振动，以消除行程误差。

10.根据权利要求9所述的龙门双驱动系统的误差检测方法，其特征在于，所述根据振动指令，所述横梁产生振动，以消除行程误差，包括：

计算当前的行程误差；

判断所述当前的行程误差是否小于误差限制值；

若是，则误差校正完成。