CN110340936A - 校准方法和校准系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种校准方法和校准系统，用于校正XY平移机构的机械误差。校准方法包括：提供一个校准系统；利用摄像机视觉识别校准工具在摄像机坐标系中的第一初始位置；分别控制XY平移机构和机器人沿X轴朝相同方向移动相同的第一距离；利用摄像机视觉识别校准工具在摄像机坐标系中的第一终止位置；将第一初始位置和第一终止位置之间的差值作为XY平移机构沿X轴移动时的第一位置误差，并用第一位置误差对XY平移机构进行位置补偿，使得XY平移机构沿X轴移动时的位置精度达到机器人沿X轴移动时的位置精度。在本发明中，通过对XY平移机构进行校准，可以使XY平移机构移动时的位置精度达到机器人移动时的位置精度，从而可提高产品的制造精度。

Description

校准方法和校准系统
技术领域
本发明涉及一种校准方法和校准系统，用于校正XY平移机构的机械误差。
背景技术
在现有技术中，在一些产品的制造过程中，需要同时使用机器人和XY平移机构。通过机器人和XY平移机构的相互协作，可以完成一些产品的组装或加工工序。但是，在现有技术中，XY平移机构的制造精度通常远低于机器人的制造精度。因此，XY平移机构移动时的位置精度远低于机器人移动时的位置精度，这会降低产品的制造精度。
发明内容
本发明的目的旨在解决现有技术中存在的上述问题和缺陷的至少一个方面。
根据本发明的一个方面，提供一种校准方法，用于校正XY平移机构的机械误差。所述校准方法包括以下步骤：
S100：提供一个校准系统，所述校准系统包括机器人、安装在机器人上的校准工具、和安装在XY平移机构上的摄像机，所述机器人的机械精度高于所述XY平移机构的机械精度；
S210：利用所述摄像机视觉识别所述校准工具在摄像机坐标系中的第一初始位置；
S220：分别控制所述XY平移机构和所述机器人沿X轴朝相同方向移动相同的第一距离；
S230：利用所述摄像机视觉识别所述校准工具在所述摄像机坐标系中的第一终止位置；
S240：将所述第一初始位置和所述第一终止位置之间的差值作为所述XY平移机构沿X轴移动时的第一位置误差，并用所述第一位置误差对所述XY平移机构进行位置补偿，使得所述XY平移机构沿X轴移动时的位置精度达到所述机器人沿X轴移动时的位置精度。
根据本发明的一个实例性的实施例，所述校准方法还包括步骤：
S310：利用所述摄像机视觉识别所述校准工具在所述摄像机坐标系中的第二初始位置；
S320：分别控制所述XY平移机构和所述机器人沿Y轴朝相同方向移动相同的第二距离；
S330：利用所述摄像机视觉识别所述校准工具在所述摄像机坐标系中的第二终止位置；
S340：将所述第二初始位置和所述第二终止位置之间的差值作为所述XY平移机构沿Y轴移动时的第二位置误差，并用所述第二位置误差对所述XY平移机构进行位置补偿，使得所述XY平移机构沿Y轴移动时的位置精度达到所述机器人沿Y轴移动时的位置精度。
根据本发明的另一个实例性的实施例，在所述校准工具上形成有一个具有规则的几何形状的校准特征，所述摄像机视觉识别所述校准特征的几何中心的位置，并将识别到的所述校准特征的几何中心的位置作为所述校准工具的位置。
根据本发明的另一个实例性的实施例，所述校准特征为形成在所述校准工具上的圆形孔。
根据本发明的另一个实例性的实施例，所述摄像机的光轴与所述X轴和所述Y轴垂直，并且所述校准特征的中心轴线与所述X轴和所述Y轴垂直。
根据本发明的另一个实例性的实施例，所述校准工具安装在所述机器人的末端执行器上。
根据本发明的另一个实例性的实施例，所述末端执行器为适于夹持所述校准工具的夹持器。
根据本发明的另一个方面，提供一种校准系统，用于校正XY平移机构的机械误差，所述校准系统包括：机器人，所述机器人的机械精度高度所述XY平移机构的机械精度；校准工具，安装在所述机器人上，以便随所述机器人一起移动；和摄像机，安装在所述XY平移机构上，以便随所述XY平移机构沿X轴和Y轴移动。所述机器人被控制成跟随所述XY平移机构沿X轴或Y轴朝相同方向移动相同距离，所述摄像机视觉识别移动之前的校准工具在摄像机坐标系中的初始位置和移动之后的校准工具在所述摄像机坐标系中的终止位置；所述终止位置和所述初始位置之间的差值作为所述XY平移机构沿X轴或Y轴移动时的位置误差，并用所述位置误差对所述XY平移机构进行位置补偿，使得所述XY平移机构沿X轴或Y轴移动时的位置精度达到所述机器人沿X轴或Y轴移动时的位置精度。
根据本发明的一个实例性的实施例，在所述校准工具上形成有一个具有规则的几何形状的校准特征，所述摄像机视觉识别所述校准特征的几何中心的位置，并将识别到的所述校准特征的几何中心的位置作为所述校准工具的位置。
根据本发明的另一个实例性的实施例，所述校准特征为形成在所述校准工具上的圆形孔。
根据本发明的另一个实例性的实施例，所述摄像机的光轴与所述X轴和所述Y轴垂直，并且所述校准特征的中心轴线与所述X轴和所述Y轴垂直。
根据本发明的另一个实例性的实施例，所述校准工具安装在所述机器人的末端执行器上。
根据本发明的另一个实例性的实施例，所述末端执行器为适于夹持所述校准工具的夹持器。
在根据本发明的前述各个实例性的实施例中，通过对XY平移机构进行校准，可以使XY平移机构移动时的位置精度达到机器人移动时的位置精度，从而可提高产品的制造精度。
通过下文中参照附图对本发明所作的描述，本发明的其它目的和优点将显而易见，并可帮助对本发明有全面的理解。
附图说明
图1显示根据本发明的一个实例性的实施例的校准系统的示意图；
图2显示图1所示的校准工具的立体示意图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。在说明书中，相同或相似的附图标号指示相同或相似的部件。下述参照附图对本发明实施方式的说明旨在对本发明的总体发明构思进行解释，而不应当理解为对本发明的一种限制。
另外，在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本披露实施例的全面理解。然而明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。在其他情况下，公知的结构和装置以图示的方式体现以简化附图。
根据本发明的一个总体技术构思，提供一种校准方法，用于校正XY平移机构的机械误差。所述校准方法包括以下步骤：提供一个校准系统，所述校准系统包括机器人、安装在机器人上的校准工具、和安装在XY平移机构上的摄像机，所述机器人的机械精度高于所述XY平移机构的机械精度；利用所述摄像机视觉识别所述校准工具在所述摄像机坐标系中的第一初始位置；分别控制所述XY平移机构和所述机器人沿X轴朝相同方向移动相同的第一距离；利用所述摄像机视觉识别所述校准工具在所述摄像机坐标系中的第一终止位置；将所述第一初始位置和所述第一终止位置之间的差值作为所述XY平移机构沿X轴移动时的第一位置误差，并用所述第一位置误差对所述XY平移机构进行位置补偿，使得所述XY平移机构沿X轴移动时的位置精度达到所述机器人沿X轴移动时的位置精度。
根据本发明的另一个总体技术构思，提供一种校准系统，用于校正XY平移机构的机械误差，所述校准系统包括：机器人，所述机器人的机械精度高度所述XY平移机构的机械精度；校准工具，安装在所述机器人上，以便随所述机器人一起移动；和摄像机，安装在所述XY平移机构上，以便随所述XY平移机构沿X轴和Y轴移动。所述机器人被控制成跟随所述XY平移机构沿X轴或Y轴朝相同方向移动相同距离，所述摄像机视觉识别移动之前的校准工具在摄像机坐标系中的初始位置和移动之后的校准工具在所述摄像机坐标系中的终止位置；所述终止位置和所述初始位置之间的差值作为所述XY平移机构沿X轴或Y轴移动时的位置误差，并用所述位置误差对所述XY平移机构进行位置补偿，使得所述XY平移机构沿X轴或Y轴移动时的位置精度达到所述机器人沿X轴或Y轴移动时的位置精度。
图1显示根据本发明的一个实例性的实施例的校准系统的示意图；图2显示图1所示的校准工具210的立体示意图。
如图1和图2所示，在图示的实施例中，该校准系统用于校正XY平移机构100移动时的位置精度。如图1和图2所示，该校准系统主要包括：机器人200、校准工具210和摄像机110。
在图示的实施例中，机器人200的机械精度高度XY平移机构100的机械精度，因此，在未校准之前，XY平移机构100移动时的位置精度低于机器人200移动时的位置精度。
如图1和图2所示，在图示的实施例中，校准工具210安装在机器人200上，以便随机器人200一起移动。摄像机110安装在XY平移机构100上，以便随XY平移机构100沿X轴和Y轴移动。
如图1和图2所示，在图示的实施例中，机器人200被控制成跟随XY平移机构100沿X轴或Y轴朝相同方向移动相同距离，摄像机110视觉识别移动之前的校准工具210在摄像机110的摄像机坐标系中的初始位置和移动之后的校准工具210在摄像机110的摄像机坐标系中的终止位置。
如图1和图2所示，在图示的实施例中，前述终止位置和初始位置之间的差值作为XY平移机构100沿X轴或Y轴移动时的位置误差，并用该位置误差对XY平移机构100进行位置补偿，使得XY平移机构100沿X轴或Y轴移动时的位置精度达到机器人200沿X轴或Y轴移动时的位置精度。
为了精确和方便地识别校准工具210的位置，如图1和图2所示，在图示的实施例中，在校准工具210上形成有一个具有规则的几何形状的校准特征211，该校准特征211的几何中心的位置作为校准工具210的位置。因此，摄像机110可以通过视觉识别该校准特征211的几何中心的位置来确定该校准工具210的位置。
如图1和图2所示，在图示的实施例中，校准工具210上的校准特征211可以为形成在校准工具210上的圆形孔、圆柱形凸起或其他易于识别的结构。
如图1和图2所示，在图示的实施例中，摄像机110的光轴与X轴和Y轴垂直，并且校准特征211的中心轴线与X轴和Y轴垂直。即，摄像机110的光轴和校准特征211的中心轴线与图1所示的Z轴平行。
如图1和图2所示，在图示的实施例中，校准工具210安装在机器人200的末端执行器220上。该末端执行器220可以为适于夹持校准工具210的夹持器。
下面将参照图1和图2来详细说明对XY平移机构100的位置精度进行校准的过程，该过程主要包括以下步骤：
S100：提供一个如图1和图2所示的校准系统，该校准系统包括机器人200、安装在机器人200上的校准工具210、和安装在XY平移机构100上的摄像机110，机器人200的机械精度高于XY平移机构100的机械精度；
S210：利用摄像机110视觉识别校准工具210在摄像机110的摄像机坐标系中的第一初始位置(x10,y10)；
S220：分别控制XY平移机构100和机器人200沿X轴朝相同方向移动相同的第一距离d1；
S230：利用摄像机110视觉识别校准工具210在摄像机坐标系中的第一终止位置(x11,y11)；
S240：将第一初始位置(x10,y10)和第一终止位置(x11,y11)之间的差值(x11-x10,y11-y10)作为XY平移机构100沿X轴移动时的第一位置误差，并用第一位置误差对XY平移机构100进行位置补偿，使得XY平移机构100沿X轴移动时的位置精度达到机器人200沿X轴移动时的位置精度；
S310：利用摄像机110视觉识别校准工具210在摄像机坐标系中的第二初始位置(x20,y20)；
S320：分别控制XY平移机构100和机器人200沿Y轴朝相同方向移动相同的第二距离d2；
S330：利用摄像机110视觉识别校准工具210在摄像机坐标系中的第二终止位置(x21,y21)；
S340：将第二初始位置(x20,y20)和第二终止位置(x21,y21)之间的差值(x21-x20,y21-y20)作为XY平移机构100沿Y轴移动时的第二位置误差，并用第二位置误差对XY平移机构100进行位置补偿，使得XY平移机构100沿Y轴移动时的位置精度达到机器人200沿Y轴移动时的位置精度。
本领域的技术人员可以理解，上面所描述的实施例都是示例性的，并且本领域的技术人员可以对其进行改进，各种实施例中所描述的结构在不发生结构或者原理方面的冲突的情况下可以进行自由组合。
虽然结合附图对本发明进行了说明，但是附图中公开的实施例旨在对本发明优选实施方式进行示例性说明，而不能理解为对本发明的一种限制。
虽然本总体发明构思的一些实施例已被显示和说明，本领域普通技术人员将理解，在不背离本总体发明构思的原则和精神的情况下，可对这些实施例做出改变，本发明的范围以权利要求和它们的等同物限定。
应注意，措词“包括”不排除其它元件或步骤，措词“一”或“一个”不排除多个。另外，权利要求的任何元件标号不应理解为限制本发明的范围。

Claims (13)

1.一种校准方法，用于校正XY平移机构(100)的机械误差，其特征在于，所述校准方法包括以下步骤：
S100：提供一个校准系统，所述校准系统包括机器人(200)、安装在机器人(200)上的校准工具(210)、和安装在XY平移机构(100)上的摄像机(110)，所述机器人(200)的机械精度高于所述XY平移机构(100)的机械精度；
S210：利用所述摄像机(110)视觉识别所述校准工具(210)在摄像机坐标系中的第一初始位置；
S220：分别控制所述XY平移机构(100)和所述机器人(200)沿X轴朝相同方向移动相同的第一距离；
S230：利用所述摄像机(110)视觉识别所述校准工具(210)在所述摄像机坐标系中的第一终止位置；
S240：将所述第一初始位置和所述第一终止位置之间的差值作为所述XY平移机构(100)沿X轴移动时的第一位置误差，并用所述第一位置误差对所述XY平移机构(100)进行位置补偿，使得所述XY平移机构(100)沿X轴移动时的位置精度达到所述机器人(200)沿X轴移动时的位置精度。
2.根据权利要求1所述的校准方法，还包括步骤：
S310：利用所述摄像机(110)视觉识别所述校准工具(210)在所述摄像机坐标系中的第二初始位置；
S320：分别控制所述XY平移机构(100)和所述机器人(200)沿Y轴朝相同方向移动相同的第二距离；
S330：利用所述摄像机(110)视觉识别所述校准工具(210)在所述摄像机坐标系中的第二终止位置；
S340：将所述第二初始位置和所述第二终止位置之间的差值作为所述XY平移机构(100)沿Y轴移动时的第二位置误差，并用所述第二位置误差对所述XY平移机构(100)进行位置补偿，使得所述XY平移机构(100)沿Y轴移动时的位置精度达到所述机器人(200)沿Y轴移动时的位置精度。
3.根据权利要求2所述的校准方法，其特征在于：
在所述校准工具(210)上形成有一个具有规则的几何形状的校准特征(211)，所述摄像机(110)视觉识别所述校准特征(211)的几何中心的位置，并将识别到的所述校准特征(211)的几何中心的位置作为所述校准工具(210)的位置。
4.根据权利要求3所述的校准方法，其特征在于：所述校准特征(211)为形成在所述校准工具(210)上的圆形孔。
5.根据权利要求4所述的校准方法，其特征在于：
所述摄像机(110)的光轴与所述X轴和所述Y轴垂直，并且所述校准特征(211)的中心轴线与所述X轴和所述Y轴垂直。
6.根据权利要求1所述的校准方法，其特征在于：
所述校准工具(210)安装在所述机器人(200)的末端执行器(220)上。
7.根据权利要求6所述的校准方法，其特征在于：
所述末端执行器(220)为适于夹持所述校准工具(210)的夹持器。
8.一种校准系统，用于校正XY平移机构(100)的机械误差，其特征在于，所述校准系统包括：
机器人(200)，所述机器人(200)的机械精度高度所述XY平移机构(100)的机械精度；
校准工具(210)，安装在所述机器人(200)上，以便随所述机器人(200)一起移动；和
摄像机(110)，安装在所述XY平移机构(100)上，以便随所述XY平移机构(100)沿X轴和Y轴移动，
所述机器人(200)被控制成跟随所述XY平移机构(100)沿X轴或Y轴朝相同方向移动相同距离，所述摄像机(110)视觉识别移动之前的校准工具(210)在摄像机坐标系中的初始位置和移动之后的校准工具(210)在所述摄像机坐标系中的终止位置；
所述终止位置和所述初始位置之间的差值作为所述XY平移机构(100)沿X轴或Y轴移动时的位置误差，并用所述位置误差对所述XY平移机构(100)进行位置补偿，使得所述XY平移机构(100)沿X轴或Y轴移动时的位置精度达到所述机器人(200)沿X轴或Y轴移动时的位置精度。
9.根据权利要求8所述的校准系统，其特征在于：
在所述校准工具(210)上形成有一个具有规则的几何形状的校准特征(211)，所述摄像机(110)视觉识别所述校准特征(211)的几何中心的位置，并将识别到的所述校准特征(211)的几何中心的位置作为所述校准工具(210)的位置。
10.根据权利要求9所述的校准系统，其特征在于：所述校准特征(211)为形成在所述校准工具(210)上的圆形孔。
11.根据权利要求10所述的校准系统，其特征在于：
所述摄像机(110)的光轴与所述X轴和所述Y轴垂直，并且所述校准特征(211)的中心轴线与所述X轴和所述Y轴垂直。
12.根据权利要求8所述的校准系统，其特征在于：
所述校准工具(210)安装在所述机器人(200)的末端执行器(220)上。
13.根据权利要求12所述的校准系统，其特征在于：
所述末端执行器(220)为适于夹持所述校准工具(210)的夹持器。
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