申请/专利权人：吉林大学

申请日：2019-09-23

公开（公告）日：2021-05-07

公开（公告）号：CN110617770B

主分类号：G01B11/02(20060101)

分类号：G01B11/02(20060101);G01D5/347(20060101);H04N5/372(20110101)

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2021.05.07#授权;2020.02.11#实质审查的生效;2019.12.27#公开

摘要：本发明涉及一种基于位置编码的位移检测系统及检测方法，由固定有位置编码尺的工作台、光学成像系统、面阵CCD传感器、图像采集卡、PC机和电源模块组成。本发明运用面阵CCD传感器采集工作台上位置编码尺在移动方向上起止位置的两幅编码图像，对编码图像进行校正、滤波、边缘提取等图像处理，以及解码和定位计算，获取工作台的位移。本发明通过成像系统和CCD传感器进行非接触式位移测量，结构简单，易于小型化；编码简单，抗干扰能力强、易于加工和安装；以编码位“1”值刻线的不同宽度表示不同的编码周期，从而扩大了位移测量范围，且仍能保证位移测量的精度。位移检测系统具有制造成本低廉，操作简单，测量精度高的特点。

主权项：1.一种基于位置编码的位移检测系统，由工作台、光学成像系统、面阵CCD传感器、图像采集卡、PC机和电源模块组成，其中：工作台侧面固定有位置编码尺，位置编码尺尺面和工作台的移动方向平行，其上刻线垂直于工作台的移动方向；光学成像系统固定在工作台侧方，光学成像系统的光轴垂直于工作台上的位置编码尺尺面，并使之处于光学成像系统的物平面，即光学成像系统将位置编码尺尺面成像在像平面；面阵CCD传感器安装在光学成像系统的像平面位置，其横向与工作台移动方向平行，即位置编码尺上刻线的像平行于面阵CCD传感器的纵向；面阵CCD传感器通过接口与图像采集卡连接；其特征在于：在编码尺上以位置码的起始位置表示不同的空间位置，在编码尺上以宽度L分割成连续的编码位，在每个编码位上选“0”或“1”两种编码，以空白即无刻线，表示编码“0”；以黑色刻线表示编码“1”，此刻线为“1”值刻线，“1”值刻线起始边与编码位的起始边对齐；宽度为b；n个连续的编码位组成一个位置码，其码值为n个编码位对应的二进制值所组成的编码值Ci，它对应的标称值Xi表示该位置码与零位置码起始位置间的距离与L的比值，n为正整数；以T个位置码为一个周期，每个周期内的编码值序列相同，每个周期对应相同测量长度0～LT，每个周期所需码位长度为：LTn-1+bj，g个周期码尺的编码长度为LgTn-1+bg；不同周期内的编码刻线的宽度bj不同，其满足：a≤b1≤Lg1bj＝jb12其中：a为图像中每个像素的横向尺寸对应的物方尺寸；j为当前编码对应的周期值，j＝1、2、…、g；g为码尺上编码的周期个数；编码值Ci的定义：设初始码为C0，则任一位置码的编码值Ci为：Ci＝2Ci-1％2n+t3其中i＝1，2，…，T-1，T＜2n，T为一个周期内位置码的个数；％为取余运算符；n为正整数，是一个位置码的编码位；t＝0或1，其取值要保证Ci对应的n个编码位中至少有一个编码“1”，且一个周期内的T个编码值不重复并首尾相连，即初始码C0与终止码CT的关系为：C0＝2CT％2n+t4位移计算是根据图像处理所得的编码图像中“1”值刻线的起始边缘像素位置和宽度f，通过解码和定位计算，获得工作台的位移量，其中解码包括周期识别和码值提取，获得每幅图像对应位置编码的周期h和码值X，步骤为：Ⅰ、周期识别计算编码图像中“1”值刻线的物方宽度w为：w＝af5其中a为图像中每个像素的横向尺寸对应的物方尺寸，将w与位置信息库中标准“1”值刻线宽度bj进行对比，确定图像对应位置所在的编码周期h＝j，2幅编码图像分别得h1和h2；Ⅱ、码值提取根据成像系统的成像关系，按编码尺位置码的成像尺寸将图像分割出固定的有效码区域Q，再按编码尺编码位的成像尺寸将其分为n个连续的小区域qk，k为序号，k＝1,2,…,n，n为正整数，对两幅编码图像Q内的每个小区域qk上判断是否含有“1”值刻线的起始边缘的像，确定每个编码位的值dk；以dk作为n位二进制值的第n-k+1位值组成当前图像的编码值e，与位置信息库中的编码值Ci比对，得到当前图像编码的标称值X，两幅编码图像分别得X1和X2；其中定位计算过程：根据编码图像中“1”值刻线起始边缘所在的像素位置，确定该刻线起始边缘所在小区域qk内的像素位置m；两幅编码图像分别得m1和m2，计算工作台位移Z：Z＝h2-h1T+X2-X1L-m2-m1a6。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 吉林大学 基于位置编码的位移检测系统及检测方法

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