淺談應(yīng)用視覺傳感器的高精度定位控制的分析

　　近幾年，隨著生產(chǎn)的開展，對中國國內(nèi)的生產(chǎn)設(shè)備的精度要求越來越高，需要增加伺服控制精度的需要也越來越多了。為達(dá)到上述高精度裝置的要求，在這里，就使用視覺傳感器實(shí)現(xiàn)高精度定位控制的案例之一進(jìn)行一下說明。在這個控制里面使用的機(jī)器，從傳感器，PLC，直到伺服控制，都為歐姆龍的商品。用一家公司的產(chǎn)品，就實(shí)現(xiàn)了整個系統(tǒng)的控制。

　　控制整體的說明

　　控制的概略構(gòu)成大致可參考下圖，在這里我把整體的控制內(nèi)容進(jìn)行一下簡單的說明。此為ＦＰＤ玻璃基板的位置補(bǔ)正案例。作為這個控制的應(yīng)用，也可以應(yīng)用于ＦＰＤ玻璃基板的粘合，電氣制品的基板位置補(bǔ)正，電子部件加工時的位置補(bǔ)正等場合。一般，由X軸，Y軸，θ軸的驅(qū)動軸構(gòu)成機(jī)械工作臺，另有判別其工作臺上負(fù)載的視覺傳感器，進(jìn)行兩者之間的數(shù)據(jù)演算，再和驅(qū)動上述機(jī)械工作臺的伺服控制構(gòu)成整個系統(tǒng)。

　　①對要加工的負(fù)載，為了使視覺傳感器可以進(jìn)行判別，需要印刷上標(biāo)記。如要達(dá)到更好的精度，則需要2個以上的標(biāo)記。

　?、谪?fù)載放置在機(jī)械工作臺上進(jìn)行加工。

　?、谝曈X傳感器對上述負(fù)載上印刷的標(biāo)記進(jìn)行判別，與之前設(shè)定好的（記憶住的）位置進(jìn)行比較后，對誤差進(jìn)行高精度的計(jì)算。

　?、垡曈X傳感器計(jì)算出的誤差，由ＰＬＣ換算成機(jī)械的移動量，定下補(bǔ)正誤差的位置并實(shí)行。

　　視覺傳感器

　　在這個控制里面，對提高精度較重要的一點(diǎn)就是視覺傳感器的位置判別。如果視覺傳感器無法精度較好的判別出位置，此控制里所講到的提高精度也就無法達(dá)到了。我們的視覺傳感器，從經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)上，對提高判別精度可實(shí)現(xiàn)以下的功能。

　　●高精度Search

　　判別出和所記憶的標(biāo)記數(shù)據(jù)最相似的部分，進(jìn)行高精度的位置數(shù)據(jù)計(jì)算。

　　在負(fù)載上印刷標(biāo)記時，每次都印刷出同樣的標(biāo)記是比較困難的。會發(fā)生印刷的缺陷或是印刷不良等情況。但是，如果使用了此功能，

　　即使實(shí)際負(fù)載上所印刷的標(biāo)簽和登錄的標(biāo)簽不同，也可以精度較好地進(jìn)行判別。

　　●ＥＣＭ（Edgecodemodel）Search

　　把所記憶的標(biāo)簽邊緣（非整個標(biāo)簽，只有四周一圈）作為典型進(jìn)行登錄，從實(shí)際接受到的畫像數(shù)據(jù)中找出最相似的部分進(jìn)行判定。在玻璃互相重疊的情況下，會發(fā)生想判別的標(biāo)簽之間也重疊起來的例子。在此功能中，因是以標(biāo)簽邊緣數(shù)據(jù)形式進(jìn)行典型化登錄的，即使發(fā)生了標(biāo)簽的重疊化，仍可以判別出四周一圈是何形狀，從而達(dá)到高精度的判斷。

　　校準(zhǔn)

　　視覺傳感器中所識別的位置信息，會作為視覺傳感器內(nèi)部的畫素?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行判別。但是，此畫素?cái)?shù)據(jù)和實(shí)際的工作臺的移動距離關(guān)系，如果沒有明確，就無法實(shí)現(xiàn)負(fù)載的位置補(bǔ)正。

　　所謂校準(zhǔn)，就是把視覺傳感器所識別到的位置和實(shí)際工作臺的位置精度的關(guān)系明確化，并記住。

　　我們把這個校準(zhǔn)功能放在視覺傳感器，ＰＬＣ，伺服控制的程序上，以自動控制的方式進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。

　　在登錄負(fù)載的基準(zhǔn)位置時，會實(shí)施如下所示的動作，最終完成校準(zhǔn)。

　　實(shí)際移動負(fù)載時，可以通過演算當(dāng)時的視覺傳感器位置信息，達(dá)到對下列誤差的補(bǔ)正。

　　●攝像機(jī)安裝誤差:當(dāng)攝像機(jī)的安裝不是完全的垂直時，可以補(bǔ)正其誤差。

　　●機(jī)械工作臺移動誤差：補(bǔ)正由于加工精度而導(dǎo)致的移動量的誤差。

　　●機(jī)械工作臺搭建誤差：補(bǔ)正機(jī)械工作臺驅(qū)動軸搭建時的誤差。

　　移動補(bǔ)正計(jì)算

　　最后，需要用視覺傳感器所判別出的位置補(bǔ)正量對工作臺進(jìn)行移動。

　　需要注意的是，工作臺的機(jī)構(gòu)會根據(jù)現(xiàn)場案例而不同。

　　近幾年，ＦＰＤ行業(yè)的玻璃尺寸有變大的趨勢，并增加了ＵＶＷ工作臺這樣的構(gòu)成。

　?。眨郑坠ぷ髋_，具有最大運(yùn)動行程較小，旋轉(zhuǎn)角度精度較高的特征。

　　負(fù)載的大?。?biāo)記間的長度）變大后，由角度誤差而引起的偏移量也會變大，對抑制此種誤差是有效果的。

　　而且，此種工作臺的驅(qū)動軸是在1個平面上，與以前的ＸＹθ驅(qū)動軸層狀重疊相比較的話，是較輕薄的機(jī)構(gòu)，具有重量變輕巧的特征。

　　最終實(shí)現(xiàn)精度

　　在實(shí)際的案例中，用此種視覺傳感器進(jìn)行高精度定位控制，并實(shí)現(xiàn)了定位精度１０μｍ以下的要求。

　　這個案例的構(gòu)成機(jī)器如下所示。

　　●視覺傳感器：F210-C10

　　●使用的攝相機(jī)：F160-SLC20（視野角20mm）

　　●PLC：CJ1H-CPU66H

　　●串行通信單元：CJ1W-SCU21-V1

　　●定位控制單元：CJ1W-NC433

　　●伺服驅(qū)動器：R7D-APA3L（SmartStep）