TW201518890A - 定位裝置精度補償系統及方法 - Google Patents

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Xin-Yuan Wu
Lu Yang
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Abstract

本發明提供一種定位裝置精度補償系統，應用於連接CNC加工設備的計算裝置，該CNC加工設備的主軸上安裝有CCD。該系統對CCD拍攝的定位裝置的定位部分的二維圖像進行二值化處理，確定二值化處理後的二維圖像中的所有輪廓點的座標，過濾掉輪廓點中的雜訊點，並計算餘下的所有輪廓點的座標的平均值，以該平均值作為該定位部分的重心的實際座標，回饋給CNC加工設備。

Description

定位裝置精度補償系統及方法
本發明涉及一種電腦輔助控制系統及方法，尤其是一種應用於電腦數位控制（computer numerical control, CNC）加工設備的精度補償系統及方法。
CNC加工設備是透過定位裝置對產品或物料進行定位，隨著使用過程的磨損，定位裝置的重心(或中心)會發生偏移，如果不對定位裝置的重心進行補償，加工出來的產品會產生較大超差。
鑒於以上內容，有必要提供一種定位裝置精度補償系統及方法，可以對定位裝置進行檢測，將定位裝置的實際重心座標回饋給CNC加工設備。
本發明提供一種定位裝置精度補償系統，應用於連接CNC加工設備的計算裝置，該CNC加工設備的主軸上安裝有CCD。該系統包括：圖像處理模組，用於對CCD拍攝的定位裝置的定位部分的二維圖像進行二值化處理，確定二值化處理後的二維圖像中的所有輪廓點的座標；輪廓點過濾模組，用於從輪廓點中讀取一個第一輪廓點，計算該第一輪廓點與其周圍預設範圍內的其他每個第二輪廓點之間的距離，當該第一輪廓點與任意一個第二輪廓點之間的距離超過預設閥值時，確定該第一輪廓點為雜訊點、刪除該雜訊點直至過濾掉所有的雜訊點；及精度補償模組，用於計算餘下的所有輪廓點的座標的平均值，以該平均值作為該定位部分的重心的實際座標，回饋給CNC加工設備。
本發明還提供一種定位裝置精度補償方法，應用於連接CNC加工設備的計算裝置，該CNC加工設備的主軸上安裝有CCD。該方法包括：(A)對CCD拍攝的定位裝置的定位部分的二維圖像進行二值化處理，確定二值化處理後的二維圖像中的所有輪廓點的座標；(B)從輪廓點中讀取一個第一輪廓點，計算該第一輪廓點與其周圍預設範圍內的其他每個第二輪廓點之間的距離，當該第一輪廓點與任意一個第二輪廓點之間的距離超過預設閥值時，確定該第一輪廓點為雜訊點、刪除該雜訊點直至過濾掉所有的雜訊點；及(C)計算餘下的所有輪廓點的座標的平均值，以該平均值作為該定位部分的重心的實際座標，回饋給CNC加工設備。
相較於現有技術，本發明提供的定位裝置精度補償系統及方法，可以對定位裝置進行檢測，將定位裝置的實際重心座標回饋給CNC加工設備。
圖1是本發明定位裝置精度補償系統較佳實施例的應用環境圖。
圖2是本發明定位裝置精度補償方法較佳實施例的流程圖。
圖3是利用CCD採集定位裝置的定位部位的圖像的示意圖。
參閱圖1所示，是本發明定位裝置精度補償系統10較佳實施例的應用環境圖。在本實施例中，該定位裝置精度補償系統10應用於計算裝置1，該計算裝置1連接CNC加工設備2。在其他實施例中，計算裝置1也可以整合在CNC加工設備2之內。計算裝置1還包括儲存器20、處理器30及顯示設備40。CNC加工設備2包括夾持治具21、定位裝置22及電荷耦合元件（Charge Couple Device，CCD）23，以及其他圖中未示出的部件，例如光柵尺、工作平臺，等等。
夾持治具21固定定位裝置22。固定後的定位裝置22應當與工作平臺保持平行。
CCD 23安裝在CNC加工設備的主軸（即機台Z軸）上。安裝時保證CCD 23的成像平面的軸線與CNC加工設備2的加工平面垂直，垂直度需要滿足一定精度要求（例如小於0.1 mm）。CCD 23的成像平面可以理解為與工作平臺平行的一個平面，CNC加工設備2的加工平面可以理解為與工作平臺垂直的一個平面。
在本實施例中，CCD 23採集定位裝置22的定位部分的二維圖像，定位裝置精度補償系統10對該二維圖像進行二值化處理、確定二值化處理後的二維圖像中的所有輪廓點的座標，過濾掉輪廓點中的雜訊點，計算餘下的所有輪廓點的座標的平均值，以該平均值作為定位部分的重心的座標，回饋給CNC加工設備2。
參閱圖1所示，該定位裝置精度補償系統10包括圖像處理模組11、輪廓點過濾模組12及精度補償模組13。模組11-13包括電腦程式化指令，這些電腦程式化指令儲存在儲存器20。處理器30執行這些電腦程式化指令，提供定位裝置精度補償系統10的上述功能。儲存器20還儲存有CNC加工設備2的其他資訊，例如定位裝置22的每個定位部分的理論座標。模組11-13的具體功能請參閱下文關於圖2的介紹。
參閱圖2所示，是本發明定位裝置精度補償方法較佳實施例的流程圖。
步驟S10，圖像處理模組11對CCD 23拍攝的定位裝置22的定位部分的二維圖像進行二值化處理，確定二值化處理後的二維圖像中的所有輪廓點的座標。如圖3所示，定位裝置22包括兩個定位部分221及222，CCD 23對定位部分221進行拍攝，得到一張二維圖像。圖像處理模組11對該二維圖像進行二值化處理。
二值化處理後，圖像中的每個圖元點的灰度值在0~255之間，灰度值越大，圖元點的顏色越深。當圖元點灰度值大於預設值（例如155）時，該圖元點在圖像中呈黑色。否則，該圖元點在圖像中呈白色。根據圖像中圖元值的變化(白到黑或黑到白)可以確定圖像中的輪廓點。所有輪廓點組成一個點雲。圖像處理模組11將圖像中的所有輪廓點儲存至一個資料結構（例如佇列），並將該資料結構儲存至儲存器20。
步驟S20，輪廓點過濾模組12讀取任意一個輪廓點（記該讀取的輪廓點為第一輪廓點）。
步驟S30，輪廓點過濾模組12計算該第一輪廓點與其周圍預設範圍內的其他每個輪廓點（記為第二輪廓點）之間的距離。例如，該預設範圍可以設置為該以該第一輪廓點為中心的一個區域。例如，在輪廓點組成的點雲中，在該第一輪廓點上、下、左、右方分別讀取預設數量（例如3個）的第二輪廓點。
步驟S40，輪廓點過濾模組12判斷該第一輪廓點與某個第二輪廓點之間的距離是否超過預設閥值。若該第一輪廓點與某個第二輪廓點之間的距離超過預設閥值，則表明該第一輪廓點為雜訊點，執行步驟S50，輪廓點過濾模組12刪除該輪廓點（從所述點雲及所述資料結構中刪除該第一輪廓點）。若該第一輪廓點與任意一個第二輪廓點之間的距離都未超過預設閥值，則表明該第一輪廓點不為雜訊點，執行步驟S60。
步驟S60，輪廓點過濾模組12判斷餘下的輪廓點是否還有輪廓點未被讀取作為第一輪廓點。如果判斷結果為“是”，則返回步驟S20，直到過濾掉二維圖像中的所有雜訊點，執行步驟S70。
步驟S70，精度補償模組13計算餘下的所有輪廓點的座標的平均值，以該平均值作為定位部分的重心的實際座標，回饋給CNC加工設備2。精度補償模組13還可以計算定位部分的重心的實際座標與儲存器20儲存的定位部分的重心的理論座標的差值，當該差值超過允許的公差範圍時，發出警示（例如在顯示設備40上彈出對話方塊）提醒用戶定位裝置22磨損較為嚴重。
最後應說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，儘管參照較佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或等同替換，而不脫離本發明技術方案的精神和範圍。
1‧‧‧計算裝置
10‧‧‧定位裝置精度補償系統
11‧‧‧圖像處理模組
12‧‧‧輪廓點過濾模組
13‧‧‧精度補償模組
20‧‧‧儲存器
30‧‧‧處理器
40‧‧‧顯示設備
2‧‧‧CNC加工設備
21‧‧‧夾持治具
22‧‧‧定位裝置
23‧‧‧CCD
221、222‧‧‧定位部分
無
1‧‧‧計算裝置
10‧‧‧定位裝置精度補償系統
11‧‧‧圖像處理模組
12‧‧‧輪廓點過濾模組
13‧‧‧精度補償模組
20‧‧‧儲存器
30‧‧‧處理器
40‧‧‧顯示設備
2‧‧‧CNC加工設備
21‧‧‧夾持治具
22‧‧‧定位裝置
23‧‧‧CCD

Claims (6)

  1. 一種定位裝置精度補償方法，應用於連接CNC加工設備的計算裝置，該CNC加工設備的主軸上安裝有CCD，該方法包括：
    圖像處理步驟：對CCD拍攝的定位裝置的定位部分的二維圖像進行二值化處理，確定二值化處理後的二維圖像中的所有輪廓點的座標；
    輪廓點過濾步驟：從輪廓點中讀取一個第一輪廓點，計算該第一輪廓點與其周圍預設範圍內的其他每個第二輪廓點之間的距離，當該第一輪廓點與任意一個第二輪廓點之間的距離超過預設閥值時，確定該第一輪廓點為雜訊點、刪除該雜訊點直至過濾掉所有的雜訊點；及
    精度補償步驟：計算餘下的所有輪廓點的座標的平均值，以該平均值作為該定位部分的重心的實際座標，回饋給CNC加工設備。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的定位裝置精度補償方法，還包括：計算該定位部分的重心的實際座標與該定位部分的重心的理論座標的差值，當該差值超過允許的公差範圍時，發出警示提醒用戶。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的定位裝置精度補償方法，該定位裝置透過夾持治具固定，固定後的該定位裝置與CNC加工設備的工作平臺平行。
  4. 一種定位裝置精度補償系統，應用於連接CNC加工設備的計算裝置，該CNC加工設備的主軸上安裝有CCD，該系統包括：
    圖像處理模組，用於對CCD拍攝的定位裝置的定位部分的二維圖像進行二值化處理，確定二值化處理後的二維圖像中的所有輪廓點的座標；
    輪廓點過濾模組，用於從輪廓點中讀取一個第一輪廓點，計算該第一輪廓點與其周圍預設範圍內的其他每個第二輪廓點之間的距離，當該第一輪廓點與任意一個第二輪廓點之間的距離超過預設閥值時，確定該第一輪廓點為雜訊點、刪除該雜訊點直至過濾掉所有的雜訊點；及
    精度補償模組，用於計算餘下的所有輪廓點的座標的平均值，以該平均值作為該定位部分的重心的實際座標，回饋給CNC加工設備。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的定位裝置精度補償系統，該精度補償模組還用於計算該定位部分的重心的實際座標與該定位部分的重心的理論座標的差值，當該差值超過允許的公差範圍時，發出警示提醒用戶。
  6. 如申請專利範圍第4項所述的定位裝置精度補償系統，該定位裝置透過夾持治具固定，固定後的該定位裝置與CNC加工設備的工作平臺平行。
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