CN114571455B - 一种用于校准运动模组运动的系统和方法、机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于校准运动模组运动的系统和方法、机器人，其中，系统包括标定板、视觉检测装置、控制器和伺服电机；伺服电机根据控制器下发的目标坐标控制运动模组运动；视觉检测装置在运动模组运动过程中至少采集一次运动模组和标定板的图像；控制器根据图像获取运动模组的实际坐标，并根据目标坐标和实际坐标获取误差坐标，获取误差坐标表，控制器利用误差坐标表校正目标坐标得到校正坐标，以控制伺服电机根据校正坐标控制运动模组运动至目标位置，进而，对于大行程模组以及对大行程模组的精度要求高的设备机台，能够有效地解决设备机台在开发或量产阶段，其精度性能难以检验、缺失检验量化指标、且检验成本高，效率低下等问题。

Description

一种用于校准运动模组运动的系统和方法、机器人

技术领域

本发明涉及大行程模组设备技术领域，尤其涉及一种用于校准运动模组运动的系统和方法、机器人。

背景技术

对于点胶机等大行程模组设备在开发或量产阶段，均需严格考虑模组精度等问题，以前往往需要激光校准的专业仪器进行校准，但其存在的问题是，校准过程操作复杂并且经济成本较高，并且定期进行精度检测，比较繁琐。

发明内容

本发明提供了一种用于校准运动模组运动的系统和方法、机器人，以解决当前校准过程操作复杂并且经济成本较高，并且定期进行精度检测，比较繁琐的问题。

为解决上述问题，本发明第一方面实施例提出了一种用于校准运动模组运动的系统，包括：

位于所述运动模组一侧表面之上的标定板；

位于所述运动模组另一侧表面之上的用于对所述运动模组和所述标定板进行图像采集的视觉检测装置；

用于控制所述运动模组运动的控制器和伺服电机；

所述伺服电机根据所述控制器下发的目标坐标控制所述运动模组运动；所述视觉检测装置在所述运动模组运动过程中至少采集一次所述运动模组和所述标定板的图像；所述控制器根据所述图像获取所述运动模组的实际坐标，并根据当前机械坐标和所述实际坐标获取误差坐标，以得到误差坐标表，所述控制器利用所述误差坐标表校正所述目标坐标得到校正坐标，控制所述伺服电机以所述校正坐标控制所述运动模组运动至目标位置。

根据本发明的一个实施例，所述标定板的相邻边互相垂直，且所述标定板的一边与所述运动模组的初始位置和目标位置的连线平行。

根据本发明的一个实施例，所述标定板的表面与邻近所述运动模组的一侧表面大致平行。

根据本发明的一个实施例，所述标定板为带有坐标标记的矩阵玻璃基板。

根据本发明的一个实施例，所述视觉检测装置为CCD相机或CMOS相机。

为解决上述问题，本发明第二方面实施例提出了一种用于校准运动模组运动的方法，基于如前所述的用于校准运动模组运动的系统实现，包括以下步骤：

控制所述伺服电机以目标坐标控制所述运动模组运动；

控制所述视觉检测装置至少采集一次所述运动模组和所述标定板的图像；

根据所述图像获取所述运动模组的实际坐标，并根据当前机械坐标和所述实际坐标获取误差坐标，以得到误差坐标表；

根据所述误差坐标表校正所述目标坐标得到校正坐标；

控制所述伺服电机以所述校正坐标控制所述运动模组运动至目标位置。

根据本发明的一个实施例，控制所述视觉检测装置采集所述运动模组和所述标定板的图像包括：

控制所述视觉检测装置每间隔预设距离采集所述运动模组和所述标定板的图像。

根据本发明的一个实施例，在控制所述伺服电机以目标坐标控制所述运动模组运动之前还包括：

利用所述运动模组带的点镭射量测所述标定板的水平度；

当所述水平度小于或等于预设水平度时，控制所述伺服电机以目标坐标控制所述运动模组运动。

根据本发明的一个实施例，在控制所述伺服电机以目标坐标控制所述运动模组运动之前还包括：

判断所述目标坐标是否在所述标定板的校正矩阵内，当所述目标坐标不在所述标定板的校正矩阵内时，控制警示器进行警示。

为解决上述问题，本发明第三方面实施例提出了一种机器人，包括如前所述的用于校准运动模组运动的系统。

根据本发明实施例提出的用于校准运动模组运动的系统和方法、机器人，其中，所述系统包括位于所述运动模组一侧表面之上的标定板；位于所述运动模组另一侧表面之上的用于对所述运动模组和所述标定板进行图像采集的视觉检测装置；用于控制所述运动模组运动的控制器和伺服电机；所述伺服电机根据所述控制器下发的目标坐标控制所述运动模组运动；所述视觉检测装置在所述运动模组运动过程中至少采集一次所述运动模组和所述标定板的图像；所述控制器根据所述图像获取所述运动模组的实际坐标，并根据当前机械坐标和所述实际坐标获取误差坐标，以得到误差坐标表，所述控制器利用所述误差坐标表校正所述目标坐标得到校正坐标，控制所述伺服电机根据所述校正坐标控制所述运动模组运动至目标位置，进而，对于大行程模组以及对大行程模组的精度要求高的设备机台，能够有效地解决设备机台在开发或量产阶段，其精度性能难以检验、缺失检验量化指标、且检验成本高，效率低下等问题。

应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明第实施例提出的用于校准运动模组运动的系统的结构示意图；

图2是本发明第实施例提出的用于校准运动模组运动的系统中视觉检测装置的检测过程图；

图3是本发明实施例提出的用于校准运动模组运动的方法流程图；

图4是本发明一个实施例提出的用于校准运动模组运动的方法中实际应用误差坐标表的方法流程图；

图5是本发明一个实施例提出的用于校准运动模组运动的方法中误差坐标表获取的方法流程图；

图6是本发明实施例提出的机器人的方框示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

图1是本发明第实施例提出的用于校准运动模组运动的系统的结构示意图。如图1所示，该用于校准运动模组的系统100，包括：

位于所述运动模组101一侧表面之上的标定板102；

位于所述运动模组101另一侧表面之上的用于对所述运动模组101和所述标定板102进行图像采集的视觉检测装置103；

用于控制所述运动模组101运动的控制器104和伺服电机105；

所述伺服电机105根据所述控制器104下发的目标坐标控制所述运动模组101运动；所述视觉检测装置103在所述运动模组101运动过程中至少采集一次所述运动模组101和所述标定板102的图像；所述控制器104根据所述图像获取所述运动模组101的实际坐标，并根据当前机械坐标和所述实际坐标获取误差坐标，以得到误差坐标表，所述控制器104利用所述误差坐标表校正所述目标坐标得到校正坐标，控制所述伺服电机105根据所述校正坐标控制所述运动模组101运动至目标位置。

举例来说，标定板102位于运动模组101的下方，视觉检测装置103位于运动模组101的上方，其中，视觉检测装置103固定在运动模组101上，随着运动模组101的运动而运动。或者，标定板102位于运动模组101的上方，视觉检测装置103位于运动模组101的下方，标定板102的标定面与视觉检测装置103的图像采集方向相对。

其中，标定板102可以为带有坐标标记的矩阵玻璃基板，视觉检测装置103为CCD相机或CMOS相机。

可以理解的是，控制器104向所述伺服电机105下发目标坐标(比如，(0m,1m))，接着，伺服电机105根据(0m,1m)的坐标控制运动模组101沿y轴方向移动，在运动模组101移动过程中，视觉检测装置103可以每间隔10mm采集一次运动模组101和标定板102的图像，以使得控制器104可以根据图像获取运动模组101的实际坐标(以标定板为坐标系的坐标,比如为(0.1mm,9mm)、(0.1mm，21mm)......)，以及控制器104中伺服电机105反馈给控制器104的当前机械坐标(比如为(0mm,10mm)、(0mm，20mm)......)，进而，控制器104根据实际坐标((0.1mm,9mm)、(0.1mm，21mm)......)，以及当前机械坐标((0mm,10mm)、(0mm，20mm)......)，获取误差坐标表，((-0.1mm，1mm)、(-0.1mm，-1mm)......)，也就是说，运动模组101的实际运动坐标相较于当前机械坐标偏移了误差坐标。进而，在控制器104下次控制伺服电机105沿y方向移动时，可以根据前述的误差坐标表来校正目标坐标，比如目标坐标是(0,10mm)时，控制器104可以控制伺服电机105根据误差坐标(-0.1mm，1mm)得到校正坐标(-0.1mm，11mm)，从而根据校正坐标次控制运动模组101沿x负方向运动0.1mm，沿y方向运动11mm，从而使得运动模组101运动至(0mm,10mm)的位置，也就是对运动模组101的运动路径进行了校正。

需要说明的是，该用于校准运动模组运动的系统100可以对运动模组101的任何运动路径(比如沿x正向，或者沿45度方向等的路径)均进行校正，校正过程同沿y轴方向校正过程相同。即提前获取误差坐标表，最后根据目标坐标和误差坐标表来获取校正坐标，最终控制运动模组101以校正坐标来运动，使得运动模组101可以运动至目标位置。

还需要说明的是，所述标定板102的相邻边互相垂直，且所述标定板102的一边与所述运动模组101的初始位置和目标位置的连线平行。并且标定板102的标定坐标与控制器104中提前预设的控制运动模组101的目标坐标相同。

其中，所述标定板102的表面可以与邻近所述运动模组101的一侧表面大致平行。这样，运动模组101的运动路径在标定板102上的垂直投影即为运动模组101的实际运动路径，在图像处理时，可以直接从图像上读取运动模组101的实际坐标，无需通过角度等变换，处理过程更加简单。

优选的，所述标定板102的表面的水平度小于或等于0.3mm。

另外，视觉检测装置103采集图像的间隔可以由控制器104进行控制，其中，控制器104以运动模组101的机械坐标为准，来控制视觉检测装置103的采集图像的频次。视觉检测装置103固定在运动模组101上，可以拍摄运动模组101边缘的某一点的坐标，比如如图2所示，可以一直测a点的坐标，即a点每行走10mm采集一次图像，从而，在运动模组101走完1m之后，可以获取10组误差坐标。

再者，如果控制器104下发给伺服电机105的目标坐标超出误差坐标表的范围(也就是标定板的标定范围)，那么此时说明下发的目标坐标不在工作区域内，需要发出警示，也就是在之前并未对该坐标进行标定，使得控制器104需要重新下发目标坐标，或者重新制作误差坐标表。

图3是本发明实施例提出的用于校准运动模组运动的方法流程图。该方法基于如前所述的用于校准运动模组运动的系统实现，如图3所示，该方法包括以下步骤：

S101，控制所述伺服电机以目标坐标控制所述运动模组运动；

其中，控制器中提前预设有运动模组运动的坐标，当在控制器输入目标坐标时，默认为伺服电机可以控制运动模组运动至目标位置。但实际情况下，运动模组的实际运动位置与目标位置总是会有误差。控制器向所述伺服电机下发目标坐标(比如，(0m,1m))，接着，伺服电机根据(0m,1m)的坐标控制运动模组沿y轴方向移动。

S102，控制所述视觉检测装置至少采集一次所述运动模组和所述标定板的图像；

根据本发明的一个实施例，控制所述视觉检测装置至少采集一次所述运动模组和所述标定板的图像包括：

控制所述视觉检测装置每间隔预设距离采集所述运动模组和所述标定板的图像。间隔预设距离可以根据运动模组的行程来设定，行程越大，预设距离越大。

其中，标定板可以为带有坐标标记的矩阵玻璃基板(Matrix glass board)，视觉检测装置为CCD相机或CMOS相机。

标定板位于运动模组的下方，视觉检测装置位于运动模组的上方，其中，视觉检测装置固定在运动模组上，随着运动模组的运动而运动。或者，标定板位于运动模组的上方，视觉检测装置位于运动模组的下方，标定板的标定面与视觉检测装置的图像采集方向相对。在运动模组移动过程中，视觉检测装置可以每间隔10mm采集一次运动模组和标定板的图像，视觉检测装置采集图像的间隔可以由控制器进行控制，其中，控制器以运动模组的机械坐标为准，来控制视觉检测装置的采集图像的频次。视觉检测装置固定在运动模组上，可以拍摄运动模组边缘的某一点的坐标，比如如图2所示，可以一直测a点的坐标，即a点每行走10mm采集一次图像。

S103，根据所述图像获取所述运动模组的实际坐标，并根据当前机械坐标和所述实际坐标获取误差坐标，以得到误差坐标表；

其中，控制器可以根据图像获取运动模组的实际坐标(以标定板为坐标系的坐标,比如为(0.1mm,9mm)、(0.1mm，21mm)......)，以及控制器中伺服电机反馈给控制器的当前机械坐标(比如为(0mm,10mm)、(0mm，20mm)......)，进而，控制器根据实际坐标(0.1mm,9mm)、(0.1mm，21mm)......，以及当前机械坐标((0mm,10mm)、(0mm，20mm)......)，获取误差坐标表((-0.1mm，1mm)、(-0.1mm，-1mm)......)。

S104，根据所述误差坐标表校正所述目标坐标得到校正坐标；

S105，控制所述伺服电机以所述校正坐标控制所述运动模组运动至目标位置。

其中，运动模组的实际运动坐标相较于当前机械坐标偏移了误差坐标，进而，在控制器下次控制伺服电机沿y方向移动时，可以根据前述的误差坐标表来校正目标坐标，比如目标坐标是(0,10mm)时，控制器可以控制伺服电机根据误差坐标(-0.1mm，1mm)得到校正坐标(-0.1mm，11mm)，从而根据校正坐标次控制运动模组沿x负方向运动0.1mm，沿y方向运动11mm，从而使得运动模组运动至(0mm,10mm)的位置，也就是对运动模组的运动路径进行了校正。

需要说明的是，该用于校准运动模组运动的系统可以对运动模组101的任何运动路径(比如沿x正向，或者沿45度方向等的路径)均进行校正，校正过程同沿y轴方向校正过程相同。即提前获取误差坐标表，最后根据目标坐标和误差坐标表来获取校正坐标，最终控制运动模组以校正坐标来运动，使得运动模组可以运动至目标位置。

根据本发明的一个实施例，在控制所述伺服电机以目标坐标控制所述运动模组运动之前还包括：

利用所述运动模组带的点镭射量测所述标定板的水平度；

当所述水平度小于或等于预设水平度时，控制所述伺服电机以目标坐标控制所述运动模组运动。

所述标定板的相邻边互相垂直，且所述标定板的一边与所述运动模组的初始位置和目标位置的连线平行。并且标定板的标定坐标与控制器中提前预设的控制运动模组的目标坐标相同。

其中，所述标定板的表面可以与邻近所述运动模组的一侧表面大致平行。这样，运动模组的运动路径在标定板上的垂直投影即为运动模组的实际运动路径，在图像处理时，可以直接从图像上读取运动模组的实际坐标，无需通过角度等变换，处理过程更加简单。

优选的，所述标定板的表面的水平度小于或等于0.3mm。

根据本发明的一个实施例，在控制所述伺服电机以目标坐标控制所述运动模组运动之前还包括：

判断所述目标坐标是否在所述标定板的校正矩阵内，当所述目标坐标不在所述标定板的校正矩阵内时，控制警示器进行警示。

也就是说，如果控制器下发给伺服电机的目标坐标超出误差坐标表的范围(也就是标定板的标定范围)，那么此时说明下发的目标坐标不在工作区域内，需要发出警示，也就是在之前并未对该坐标进行标定，使得控制器需要重新下发目标坐标，或者重新制作误差坐标表。

由此，这种补偿方法是以误差合成公式为理论依据，首先通过直接测量法测得机台设备的各项单项原始误差值，由误差合成公式计算补偿点的误差分量，从而实现对设备的精度误差补偿。与使用高精度测量设备相比，该校正方法经济效益好，操作简便，为大行程模组设备提供了可靠的精度校正方法，便于定期的对模组的精度数据检验是否发生变化和校正。

根据本发明的一个具体实施例，如图4所示，在实际应用时，该方法包括以下步骤：

S201，获取运动模组移动的目标坐标；

S202，识别目标坐标位于某个10mm*10mm内；

也就是误差坐标表，比如在xy方向，以及xy区域内任意路径均测得误差后，可以获得误差坐标矩阵；

S203，判断目标坐标是否在校正矩阵内；若是，则执行步骤S204，若否，则执行步骤S205；

S204，利用误差矩阵表对目标坐标进行补偿得到校正后的坐标；

S206，控制运动模组移动至校正后的坐标位置；

S205，提示超过工作区域。

根据本发明的一个具体实施例，如图5所示，在获取误差坐标表时，该方法包括以下步骤：

S301，记录运动模组正常工作区域；

S302，将标定板放置在运动模组的下方，利用运动模组带的点镭射量测标定板的水平度(四个角高度差)；

S303，判断水平度是否小于0.3mm；若是，则执行步骤S304，若否，则返回步骤S302；

S304，利用视觉检测装置对工作区域的标定板进行每间隔预设距离进行拍照获取每次拍照的机械坐标和实际坐标；

S305，收集计算矩阵误差数据，形成误差坐标表。

图6是本发明实施例提出的机器人方框示意图。该机器人200包括如前所述的用于校准运动模组运动的系统100。

综上所述，根据本发明实施例提出的用于校准运动模组运动的系统和方法、机器人，其中，所述系统包括位于所述运动模组一侧表面之上的标定板；位于所述运动模组另一侧表面之上的用于对所述运动模组和所述标定板进行图像采集的视觉检测装置；用于控制所述运动模组运动的控制器和伺服电机；所述伺服电机根据所述控制器下发的目标坐标控制所述运动模组运动；所述视觉检测装置在所述运动模组运动过程中至少采集一次所述运动模组和所述标定板的图像；所述控制器根据所述图像获取所述运动模组的实际坐标，并根据当前机械坐标和所述实际坐标获取误差坐标，以获取误差坐标表，所述控制器利用所述误差坐标表校正所述目标坐标得到校正坐标，以控制所述伺服电机根据所述校正坐标控制所述运动模组运动至目标位置，进而，对于大行程模组以及对大行程模组的精度要求高的设备机台，能够有效地解决设备机台在开发或量产阶段，其精度性能难以检验、缺失检验量化指标、且检验成本高，效率低下等问题。

应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发明中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本发明的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。

上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于校准运动模组运动的系统，其特征在于，包括：

位于所述运动模组一侧表面之上的标定板；

位于所述运动模组另一侧表面之上的用于对所述运动模组和所述标定板进行图像采集的视觉检测装置；

用于控制所述运动模组运动的控制器和伺服电机；

所述伺服电机根据所述控制器下发的目标坐标控制所述运动模组运动；所述视觉检测装置在所述运动模组运动过程中至少采集一次所述运动模组和所述标定板的图像；所述控制器根据所述图像获取所述运动模组的实际坐标，并根据当前机械坐标和所述实际坐标获取误差坐标，以得到误差坐标表，所述控制器利用所述误差坐标表校正所述目标坐标得到校正坐标，控制所述伺服电机以所述校正坐标控制所述运动模组运动至目标位置；其中，所述校正坐标在所述运动模组运动过程中获得；所述控制器以所述运动模组的机械坐标为准，来控制所述视觉检测装置的采集图像的频次。

2.根据权利要求1所述的用于校准运动模组运动的系统，其特征在于，

所述标定板的相邻边互相垂直，且所述标定板的一边与所述运动模组的初始位置和目标位置的连线平行。

3.根据权利要求1所述的用于校准运动模组运动的系统，其特征在于，

所述标定板的表面与邻近所述运动模组的一侧表面大致平行。

4.根据权利要求1所述的用于校准运动模组运动的系统，其特征在于，

所述标定板为带有坐标标记的矩阵玻璃基板。

5.根据权利要求1所述的用于校准运动模组运动的系统，其特征在于，

所述视觉检测装置为CCD相机或CMOS相机。

6.一种用于校准运动模组运动的方法，其特征在于，基于如权利要求1-5任一项所述的用于校准运动模组运动的系统实现，包括以下步骤：

控制所述伺服电机以目标坐标控制所述运动模组运动；

控制所述视觉检测装置至少采集一次所述运动模组和所述标定板的图像；

根据所述图像获取所述运动模组的实际坐标，并根据所述当前机械坐标和所述实际坐标获取误差坐标，以得到误差坐标表；

根据所述误差坐标表校正所述目标坐标得到校正坐标；

控制所述伺服电机以所述校正坐标控制所述运动模组运动至目标位置。

7.根据权利要求6所述的用于校准运动模组运动的方法，其特征在于，

控制所述视觉检测装置采集所述运动模组和所述标定板的图像包括：

控制所述视觉检测装置每间隔预设距离采集所述运动模组和所述标定板的图像。

8.根据权利要求6所述的用于校准运动模组运动的方法，其特征在于，

在控制所述伺服电机以目标坐标控制所述运动模组运动之前还包括：

利用所述运动模组带的点镭射量测所述标定板的水平度；

当所述水平度小于或等于预设水平度时，控制所述伺服电机以目标坐标控制所述运动模组运动。

9.根据权利要求6所述的用于校准运动模组运动的方法，其特征在于，

在控制所述伺服电机以目标坐标控制所述运动模组运动之前还包括：

判断所述目标坐标是否在所述标定板的校正矩阵内，当所述目标坐标不在所述标定板的校正矩阵内时，控制警示器进行警示。

10.一种机器人，其特征在于，包括如权利要求1-5任一项所述的用于校准运动模组运动的系统。