CN114326830A - 一种基于倍福plc融合halcon算法的视觉回零方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了并提供了一种基于倍福plc融合halcon算法的视觉回零方法，能达到高精度的回零效果，重复回零精度在1um之内。本发明采用PLC回零和视觉视觉定位相融合的方法，可以根据回零精度阈值进行多次视觉回零从而提高回零精度，在原有的PLC回零的基础上增加视觉定位和移动到定位位置再设置轴位置的逻辑流程，回零精度可调，根据回零精度阈值可以动态调整回零精度范围。本发明应用于视觉回零方法的技术领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种回零方法，特别涉及一种基于倍福plc融合halcon算法的视觉回零方法。
背景技术
回零是伺服电机、直线电机、步进电机、音圈电机在建立坐标系前必须的一个环节。常用的回零方式可以通过正限位、负限位、原点、Z脉冲组成37种回零方式。由于正限位、负限位、原点大多都采用槽形光电，所以常见的回零方式的区别可以分为以下几种：
1、槽型光电回零
优点：回零方式简单方便，适用于普遍定位精度要求不高的环境。
缺点：回零精度不高，经过大量测试，采用槽型光电回零在同样的回零速度下，重复回零精度只能在20um-50um左右。如果每次回零速度差异大，那么其重复回零精度也会随之变增大。
2、槽型光电+Z脉冲回零
优点：回零精度高，经过大量测试，采用槽型光电加Z脉冲的方式，在同样的回零速度下，定位精度在1um以内。
缺点：回零方式比较复杂，需要调用驱动器回零和限位、原点都接入到驱动器里，并且受限于电机必须具备Z脉冲输出，同时也必须要求回零速度一致才能降低重复回零精度。
3驱动器探针回零
优点:回零精度高，其原理是通过驱动器的IO输入触发其高速模块处理把瞬时的编码器反馈位置记录下来。再把NC轴位置设置成当前位置值减去此时瞬时的编码器反馈位置值的结果，从而实现探针回零。由于抓取瞬时的编码器反馈的位置值是由FGPA芯片处理，所以此时的编码器反馈位置值是最接近于实际的触发位置值。
缺点是：回零方式也相对复杂，需要和驱动器内部参数交互和做plc程序处理，限位、原点也都要接入到驱动器里。同时也必须要求回零速度一致才能降低重复回零精度。
可见PLC回零即槽型光电回零，回零方式虽然简单方便，只需要将硬件上限位和原点都直接接入到PLC IO里，PLC IO通过压接的方式接入，但回零精度不高，只能达到20um-50um左右。Z脉冲和探针回零，虽然回零精度高，但软件上需要和驱动器的PDO和SDO交互，实现起来比较复杂。硬件上需要把限位原点都接入驱动器的IO里，由于驱动器IO是DB头集成，接线的时候需要焊接，导致在轴数较多的情况下，接线工作量大，并且排查故障时极不方便。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种基于倍福plc融合halcon算法的视觉回零方法，能在自身就需要视觉引导的机械平台上，同时也需要高精度的定位精度，但是安装Z脉冲比较困难或者使用Z脉冲控制方式和接线方式都比较麻烦的情况下，采用视觉回零的技术可以很好地解决以上问题，硬件上的接线方式和PLC回零接线方式相同，只需要增加视觉部分和设置轴位置等逻辑流程，并且一样能达到高精度的回零效果，重复回零精度在1um之内。
本发明所采用的技术方案是：本发明包括其使用到的设备包括直线电机、直线电机驱动器、开关电源、倍福PLC、工控机、相机、镜头、相机光源；开关电源给倍福PLC和相机光源供电，直线电机安装正限位、负限位和原点开关，正限位、负限位和原点开关均采用槽型光电传感器，并且正限位、负限位和原点开关这三种传感器信号线都接入到倍福PLC的IO输入模块里，直线电机与直线电机驱动器连接，直线电机驱动器与倍福PLC连接，镜头与相机相适配，相机和倍福PLC均与工控机连接，其特征在于：所述的一种基于倍福plc融合halcon算法的视觉回零方法包括如下步骤：
a、PLC回零：通过倍福PLC内部的MC_Home功能块对直线电机进行PLC回零，PLC回零流程：轴向负限位方向移动，若在途中遇到原点开关的上升沿则减速停机然后往正限位方向，速度切换成爬行速度运行，遇到原点开关的下降沿则立刻把当前位置清零，并减速停机；
b、手动Mark点标定：当PLC回零完成以后，再通过直线电机移动相机镜头到机台的mark点处；手动打开相机光源再抓图，确认Mark点中心在相机视野范围后，把此拍照位置记为B，并通过相机拍摄Mark点，利用halcon算法对Mark圆进行模型匹配得到一个粗定位坐标，然后再通过卡尺拟合圆的方式测量出Mark圆心的精确坐标，从而计算出相机中心的距离到Mark点中心的距离的差值记为C，差值C加上拍照位置B得到的结果记为A，即：A=B+C，A是Mark点中心到轴原点的位置；
c、自动回零，包括如下步骤：1.设备上电后点击初始化按钮→2.进行PLC回零→3.移动到Mark点拍照，记录拍照位置B→4.PLC控制相机光源打开并向视觉模块发送视觉回零指令→5.视觉模块抓图并计算出Mark点中心到相机中心的距离C1→6.视觉模块反馈Mark点中心到相机中心的距离加上拍照位置给倍福PLC→7.倍福PLC获取视觉反馈值A1=C1+B1并关闭相机光源→8.倍福PLC进行参数检查，防止视觉异常参数返回→9.倍福PLC控制轴移动到视觉反馈位置A1→10.PLC设置轴当前位置为Mark点标定值A→11.倍福PLC控制相机光源打开并再次向视觉模块发送视觉回零指令→12.视觉模块抓图并计算Mark点中心到相机中心的距离C2→13.视觉模块反馈Mark点中心到相机中心的距离加上拍照位置C2+B返回倍福PLC→14.倍福PLC获取视觉模块反馈值A2并关闭相机光源→15.倍福PLC进行参数对比，C2=A2-B，如果C2小于设定回零精度阈值则回零完成，如果C2大于回零精度阈值则重复3-15的步骤。
进一步，在步骤b中，Mark点的选取是相对于直线电机底座是一个相对静止不动的点。
进一步，在步骤c中的第8步骤中计算出参数C1需要在±5mm范围内。
进一步，在步骤c中的第15步骤中设定回零精度阈值为±1um。
本发明的有益效果是：由于本发明采用PLC回零和视觉视觉定位相融合的方法，可以根据回零精度阈值进行多次视觉回零从而提高回零精度，在原有的PLC回零的基础上增加视觉定位和移动到定位位置再设置轴位置的逻辑流程，回零精度可调，根据回零精度阈值可以动态调整回零精度范围。
附图说明
图1是PLC回零流程示意图；
图2是标定点位示意图；
图3是本发明的整体回零流程图；
术语解释：
PLC:可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，PLC)；
倍福:Beckhoff，即德国倍福自动化有限公司，主要从事工业自动化生产，PLC厂家；
回零：回零就是让机台知道机台的参考点在哪里；
Z脉冲：通俗的解释是：轴每转一圈就会产生一个Z脉冲；
Mark点：就是标定时选取的一个固定位置。
具体实施方式
如图1至图3所示，在本实施例中，本发明使用到的设备包括包括直线/伺服电机、直线电机/伺服驱动器、24V开关电源、倍福PLC、工控机、相机、镜头、相机光源组成；
24V开关电源给倍福PLC和相机光源供电；直线电机安装正限位、负限位和原点开关（此三种传感器均采用槽型光电传感器），并且三种传感器信号线都接入到倍福PLC的IO输入模块里。
视觉回零流程：
PLC回零：通过倍福PLC内部的MC_Home功能块对直线电机进行PLC回零，PLC回零流程：轴向负限位方向移动，若在途中遇到零点开关的上升沿则减速停机然后往正限位方向，速度切换成爬行速度运行，遇到零点开关的下降沿则立刻把当前位置清零，并减速停机。如图1所示。
手动Mark点标定：当PLC回零完成以后，再通过直线电机移动相机镜头到机台的mark点处（Mark点的选取一定是相对于直线电机底座是一个相对静止不动的点）。视觉操作界面手动打开相机光源再点击抓图，确认Mark点中心在相机视野范围后，把此拍照位置记为B，并通过相机拍摄Mark点，利用halcon算法对Mark圆进行模型匹配得到一个粗定位坐标，然后再通过卡尺拟合圆的方式测量出Mark圆心的精确坐标，从而计算出相机中心的距离到Mark点中心的距离的差值记为C，加上拍照位置B得到的结果记为A（即是Mark点中心到轴原点的一个比较精准位置）。即：A=B+C；如图2所示。
自动回零：如图3所示，设备上电，1.点击初始化按钮→2.进行PLC回零→3.移动到Mark点拍照位置B→4.PLC控制相机光源打开并向视觉发送视觉回零指令→5.视觉抓图并计算Mark点中心到相机中心的距离C1→6.视觉反馈Mark点中心到相机中心的距离加上拍照位置(C1+B)给PLC→7.PLC获取视觉反馈值A1并关闭相机光源→8.PLC进行参数检查（计算出参数C1在±5mm范围内，防止视觉异常参数返回）→9.PLC控制轴移动到视觉反馈位置A1→10.PLC设置轴当前位置为A（Mark点标定值）→11.PLC控制相机光源打开并再次向视觉发送视觉回零指令→12.视觉抓图并计算Mark点中心到相机中心的距离C2→13.视觉反馈Mark点中心到相机中心的距离加上拍照位置（C2+B）返回PLC→14.PLC获取视觉反馈值A2并关闭相机光源→15.PLC进行参数对比，如果C2(C2=A2-B)小于设定回零精度阈值（本例阈值为±1um）则回零完成，如果C2(C2=A2-B)大于±1um则重复3-15的步骤。
与现有技术相比，本发明有以下优势点：
硬件上：接线简单。硬件上的接线方式和PLC回零接线方式相同，不需外加硬件。
软件上：逻辑清晰，维护方便。软件部分也只需要增加视觉部分和设置轴位置等逻辑流程，并且一样能达到高精度的回零效果。
效果上：回零精度可调。
虽然本发明的实施例是以实际方案来描述的，但是并不构成对本发明含义的限制，对于本领域的技术人员，根据本说明书对其实施方案的修改及与其他方案的组合都是显而易见的。
Claims (4)
1.一种基于倍福plc融合halcon算法的视觉回零方法，其使用到的设备包括直线电机、直线电机驱动器、开关电源、倍福PLC、工控机、相机、镜头、相机光源；开关电源给倍福PLC和相机光源供电，直线电机安装正限位、负限位和原点开关，正限位、负限位和原点开关均采用槽型光电传感器，并且正限位、负限位和原点开关这三种传感器信号线都接入到倍福PLC的IO输入模块里，直线电机与直线电机驱动器连接，直线电机驱动器与倍福PLC连接，镜头与相机相适配，相机和倍福PLC均与工控机连接，其特征在于：所述的一种基于倍福plc融合halcon算法的视觉回零方法包括如下步骤：
a、PLC回零：通过倍福PLC内部的MC_Home功能块对直线电机进行PLC回零，PLC回零流程：轴向负限位方向移动，若在途中遇到原点开关的上升沿则减速停机然后往正限位方向，速度切换成爬行速度运行，遇到原点开关的下降沿则立刻把当前位置清零，并减速停机；
b、手动Mark点标定：当PLC回零完成以后，再通过直线电机移动相机镜头到机台的mark点处；手动打开相机光源再抓图，确认Mark点中心在相机视野范围后，把此拍照位置记为B，并通过相机拍摄Mark点，利用halcon算法对Mark圆进行模型匹配得到一个粗定位坐标，然后再通过卡尺拟合圆的方式测量出Mark圆心的精确坐标，从而计算出相机中心的距离到Mark点中心的距离的差值记为C，差值C加上拍照位置B得到的结果记为A，即：A=B+C，A是Mark点中心到轴原点的位置；
c、自动回零，包括如下步骤：1.设备上电后点击初始化按钮→2.进行PLC回零→3.移动到Mark点拍照，记录拍照位置B→4.PLC控制相机光源打开并向视觉模块发送视觉回零指令→5.视觉模块抓图并计算出Mark点中心到相机中心的距离C1→6.视觉模块反馈Mark点中心到相机中心的距离加上拍照位置给倍福PLC→7.倍福PLC获取视觉反馈值A1=C1+B1并关闭相机光源→8.倍福PLC进行参数检查，防止视觉异常参数返回→9.倍福PLC控制轴移动到视觉反馈位置A1→10.PLC设置轴当前位置为Mark点标定值A→11.倍福PLC控制相机光源打开并再次向视觉模块发送视觉回零指令→12.视觉模块抓图并计算Mark点中心到相机中心的距离C2→13.视觉模块反馈Mark点中心到相机中心的距离加上拍照位置C2+B返回倍福PLC→14.倍福PLC获取视觉模块反馈值A2并关闭相机光源→15.倍福PLC进行参数对比，C2=A2-B，如果C2小于设定回零精度阈值则回零完成，如果C2大于回零精度阈值则重复3-15的步骤。
2.根据权利要求1所述的一种基于倍福plc融合halcon算法的视觉回零方法，其特征在于：在步骤b中，Mark点的选取是相对于直线电机底座是一个相对静止不动的点。
3.根据权利要求1所述的一种基于倍福plc融合halcon算法的视觉回零方法，其特征在于：在步骤c中的第8步骤中计算出参数C1需要在±5mm范围内。
4.根据权利要求1所述的一种基于倍福plc融合halcon算法的视觉回零方法，其特征在于：在步骤c中的第15步骤中设定回零精度阈值为±1um。
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