机器视觉系统自动化探究

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1、机器视觉系统自动化探究【摘要】：本文运用虚拟样机技术，利用UG软件建立有三个自由度的视觉运动平台模型，并根据系统的特点，对控制系统进行分析。【关键词】：虚拟样机UG控制系统。—、引言在三维设计软件UG中，可以使用其装配模块快速进行参数化设计。设计过程中，在对零件设计的同时，平台装配也可进行。这种装配模块的参数化设计不仅可以对结构进行校正，及时发现设计过程中的问题并解决；同时可以快速、方便地将视觉平台设计出来，并在设计的过程中对机构优化和完善。最终完成的视觉运动平台装配结构如图1所示。二、视觉运动平台的自动化1运动平台总体控制系

2、统方案的设计在机器视觉系统中，主要是控制悄子”俯仰运动和叩艮睛”偏航运动的速度和位置精度，因此要对促使这些运动的驱动电机速度和位置进行准确控制［1］。在设计的过程中，要实现对电机的位置和速度信息的闭环反馈控制方案如图2所示:图2系统方案控制框图其控制方式为'电机+电机驱动器+电机控制卡”，这种控制方式采用的是一种全伺服闭环控制［2］。由系统方案框图可知，它是通过增量式编码器的反馈来对电机传动进行失步检测，一旦步进电机由于外部干扰产生了失步现象，增量式编码器便会调整电机重新恢复到正确的位置上。因此在本系统中，控制每一个自由度，都

3、采用带位置反馈的伺服系统。2控制电机的选择现阶段，应用最广泛的控制电机主要是步进电机和伺服电机两种。步进电机：步进电机是由一组缠绕在电机上的定子齿槽上的线圈来进行驱动的，其工作原理是步进电机将电脉冲信号转变为线位移或角位移，在没有超载的情况下，电机的转动和停止位置只由脉冲信号的频率和脉冲数来决定，而不受负载变化的影响。也就是给电机一个脉冲信号，电机就转过一个步进角，从而步进电机只有周期性的误差而没有累积误差。因此，步进电机在速度和位置等控制领域上就比较简单。交流伺服电动机：主要是由定子部分和转子部分组成，其工作原理是电机采用永

4、磁铁电机，并与驱动器控制的U/V/W三相电形成电磁场，转子在磁场的作用下进行转动，同时电机通过其编码器给驱动器反馈信号，驱动器通过与目标值比较，来调整转子转动的角度。因此，伺服电机的精度完全由编码器的精度来决定。由上面分析可知，伺服电机可以实现在系统转速整个范围内的精确控制，具有很好的快速性和响应性，并且不受负载的变化影响；而步进电机受矩频特性的影响，不能快速变换转速，并且电机的负载能力较弱，因此不能满足负荷系统大范围的变化，同时步进电机本身的控制精度不高。因此，本设计采用伺服电机作为驱动装置。3控制电机驱动器电机的输出速度和

5、转矩不仅与负载有关系，而且还和控制电机驱动器、驱动电源的选择，以及电机与驱动器是否匹配等因素有很大关系。大功率的驱动装置可以驱动小功率的电机，而小功率的驱动装置却不能驱动功率大的电机。驱动器主要优点是在于它完全消除了电机的低频振荡。低频振荡是电机（尤其是反应式电机）的固有特性，而细分是消除它的唯一途径，如果您选择的电机有时要在共振区工作（譬如走圆弧），选择细分驱动器是唯一的选择。它可以提高电机的输出转矩（尤其是对三相反应式电机），其力矩比不细分时提高约25-35%;由于减小了步距角、提高了步距的均匀度，提高电机的分辨率是不言而

6、喻的。由此可见驱动器可以解决将微机输出的脉冲信号与电机的功率匹配问题。4电机控制卡电机控制卡主要是产生电机驱动器的输入信号，也就是为电机提供所需要的脉冲信号和方向控制信号。本设计选择电机控制卡可以实现独立的、同时的控制视觉运动系统的三个运动结构，这样就可以准确的实现俯仰运动、左右偏航运动，以及对这些运动进行有效的速度控制和位置控制。电机控制卡是一款基于PCI总线的运动控制卡，它可以控制四轴运动。不仅可以实现直线和圆弧插补功能，还可以进行连续插补，同时还可以进行编码器位置比较、位置锁存等功能。因此被广泛的运用在电机控制系统中。三

7、、结束语本文设计了立体视觉运动平台的电机控制系统方案，通过对控制电机的分析和控制方案的对比，确定了使用伺服电机作为驱动源，并采用了控制电机驱动器和电机控制卡对电机进行实施检测，有效的控制了系统的速度和位置精度。参考文献口］邓志军，牛建军，张竞丹•基于立体视觉的三维建模方法•系统仿真学报.2007,19(17)贾云得■机器视觉•北京：科学出版社.2000.4:1-10［2］李瑞涛，方湄，张文明.虚拟样机技术的概念及应用.机电一体化.2000(5):17-18