使用光学传感器的耐磨液压/气动活塞位置感测装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种使用自校准及重新校准的光学传感器(230,925)以测量活塞杆位移，自校准能进行未校准光学传感器(230,925)的现场校准，在操作期间，重新校准能检测及校正活塞杆(200)及/或光学传感器(230,925)的磨损及损坏。活塞杆(200)表面的校准位置(210)被光学传感器(230)成像，所述成像是使用激光或适用于光学计算机鼠标的暗场透镜，自然表面图样的位置可使用在需要的校准位置(210)，以减少或免除标记校准位置(210)的需要，标记的校准位置(210)是判定活塞杆绝对位置所使用的空间独特编码序列，只储存校准位置(210)的显著特征省下海量存储器，减低各校准位置(210)的内存需求能做出密集或连续的校准位置(210)，多个校准位置(210)特征与多个光学传感器(230,925)共同集体地提供局部表面(208)损坏的免除，使用接近传感器，飞行时间传感器(925)及累积相对位移(031)以估计活塞杆(200)绝对位移，及减少比较所需的空间独特校准位置(210)数目以判定活塞杆绝对位移。

Position Sensing Device and Method of Wear Resistant Hydraulic/Pneumatic Piston Using Optical Sensor

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用光学传感器的耐磨液压/气动活塞位置感测装置及方法
本专利技术涉及自校准及重新校准光学传感器用以测量活塞杆位移，以便能作初步场校准及重新校准以校正磨损及损坏，及使用接近传感器，飞行时间传感器，累积相对位移以估算活塞杆绝对位移，及减少为要判定活塞杆绝对位移用于比较所需的空间独特校准位置数目，藉此减低所需内存储存及计算资源，其能做出密集或连续的校准位置，及使用自然发生的斑点图样作为校准位置减低使用标记编码序列作为校准位置的需求。
技术介绍
有关活塞位置传感器(例如美国专利US9027460B2号)，通过串联电共振以测量位置，实际上并不容易实施，油传导性相对于温度及压力是可变的，此外油传导性对温度及压力的关是需再描述为石油时代的特征。光学运动传感器(例如美国专利US8525777B2号,US9086738B2号,US9342164B2号,US7737947B2号,US8692880B2号)测量表面的相对移动，但无法判定相对于表面的绝对位置。光学位置传感器(例如美国专利号US8482607B2号)能用以判定在校准位置的绝对位置，并不包括有效率构件以储存校准位置影像，结果只有少数校准位置可与结果储存起来，以致所估算绝对位置误差可一直明显成长，直到在校准位置加以校正。光学位置传感器(例如欧盟专利EP2769104B1号)依赖一光学检测码图样及使用光导管，蚀刻或以其它方式添加此等光学检测码图样明显增加制造成本。光学位置传感器(例如美国专利号US9134116B2号)使用多个激光及/或传感器，比起使用单一激光及传感器可能做到的，提供弧形活塞表面较大覆盖率，但无法判定相对于表面的绝对位置。光学位置传感器(例如欧洲专利EP2775268A1号)使用同调或近乎同调光以聚集斑点干扰影像用于各位置，所储存斑点干扰影像之间的位置是完全未知。不用影像压缩及/或显著点识别，储存大量足够有用点所需内存大小是大到不能实现。光学对准传感器(例如中国专利CN2015/075823号)使用影像显著特征以对准影像，然而不储存影像显著特征及绝对位置，结果不可能判定绝对位置。光学特征匹配(例如美国专利US9449238B2号)使用在冲击影像外观的不利条件中提高影像相关性，然而未提供影像收集构件且受限于界限分明的正规影像。光学表面移动传感器使用限定短波长的光(例如美国专利US8847888B2号)以减低光表面透射及增加光表面反射，然而减低光透射未提供最常使用金属活塞杆任何优势，窄频带红光与蓝光的组合较适合用以穿透可能存在的油膜且达到光学上极致密的金属。光学表面移动传感器(例如美国专利US7728816B2号,US9052759B2号)调整沿着X及Y轴的量测分辨率是根据沿着所述轴的估算速度，然而未提供收集及储存影像的构件。光在所述领域中已完善建立内部含有磁性，微波及光学传感器的中空活塞杆，然而深孔钻或锻造长直径或小直径活塞杆并不实际或不符成本效益；当光学特性更动时，光学及无线飞行时间传感器需要校准及重新校准，低成本的外部飞行时间传感器对于使光路径模糊的对象是有弱点的，结果由于低可靠度，因此单独使用光学飞行时间传感器来判定绝对活塞杆位移的评价不佳。
技术实现思路
本专利技术是使用一种使用自校准及重新校准的光学传感器以测量活塞杆位移，自校准能进行未校准光学传感器的现场校准，在操作期间，重新校准能检测及校正活塞杆及/或光学传感器的磨损及损坏。在需要校准位置的位置可使用自然斑点图样，其减少或免除标记校准位置的需要；标记的校准位置判定活塞杆绝对位置所使用的空间独特编码序列，只储存校准位置的显著特征省下海量存储器，减低各校准位置的内存需求能做出密集或连续的校准位置；多个校准位置特征与多个光学传感器共同集体地提供局部损坏的免除，使用接近传感器，飞行时间传感器及累积相对位移以估计活塞杆绝对位移及减少使用接近传感器，飞行时间传感器及累积相对位移以估计活塞杆绝对位移，及减少比较所需的空间独特校准位置数目以判定活塞杆绝对位移。将判定液压或气动活塞杆相对于其气缸的绝对位移所使用的光学传感器在校准位置进行校准，及通过从所述绝对位移所测得相对位移的累积以估算出绝对位移；估算绝对位移的步骤如下：通过CMOS(互补金属氧化物半导体)或CCD(电荷耦合组件)影像传感器使用设计用于光学计算机鼠标的低成本激光或暗场透镜以撷取活塞表面的影像，从所撷取影像中选取与邻近环境形成对比的点排列，将此等选取的显著点排列映射到其相应的绝对活塞杆位置及储存为校准位置；此等识别校准绝对活塞杆位置的显著点是一已知校准点排列，从目前影像中选取的点排列是对准一校准位置的已知校准点排列。附图说明由以下具体实施方式并配合附图可以更了解本专利技术，其中标注表示各附图中的结构组件及特征，附图不是按照比例，它只是表示本专利技术的原理。图1：是以流程图表示在操作期间的位置识别感测装置。图2：是以流程图表示在校准初始化期间的位置识别感测装置。图3：是以流程图表示校准储存程序036及校准数据库储存体100，102，104。图4：是以流程图表示在使用FFT-CC的正常操作期间，斑点特征图样与目前影像显著特征014的相关性026/027。图5：是以流程图表示在使用FFT-CC及IC-GN的校准操作期间，斑点特征图样与目前影像显著特征014的相关性026/027。图6：是以流程图表示整体操作。图7：是以侧面图表示单一激光位置识别感测装置。图8：是以沿着图24的A--A切割平面看去的剖面图表示激光斑点图样影像感测装置，表示所观察圆形部件200的光学效应。图9：是以示意图表示空间加法暗场。图10：是以示意端视图表示多个复式斑点图样影像感测装置。图11：是以示意上视图表示一复式斑点图样影像感测装置，下方具有所观察部件200的表面208。图12：是以沿着图14的切割平面B--B看去的示意端视图表示具有多个激光LED的复式斑点图样影像感测装置。图13：是以沿着图14的切割平面B--B看去的示意端视图表示具有多个斑点影像收集器的复式斑点图样影像感测装置。图14：是以示意底视图表示一复式斑点图样影像感测装置。图15：是以图表显示位置误差偏对斑点/像素大小用于多个斑点特征大小。图16：表示在所观察部件200的表面208建构一连续校准位置图。图17：表示在所观察部件200的表面208重新选择校准位置。图18：表示斑点相关性算法。图19：表示相邻非独特校准斑点影像210。图20：表示在所观察部件200的表面208间隔分布的非独特校准斑点影像210。图21：表示在校准期间取得的框撷取映像到校准斑点影像框210。图22：表示校准斑点影像210映像到正常操作期间取得的框撷取。图23：是以沿着图24的切割平面A--A看去的剖面图表示具有附加光子影像传感器的液压汽缸。图24：是以等角视图表示具有附加光子影像传感器的液压汽缸。图25：是以侧面图表示所观察部件，在三个位置具有一维(1D)校准图样。图26：是以侧面图表示所观察部件，具有间隔分布的二维(2D)校准图样。附图标注001：斑点影像004：影像均等标度校正005：保持到更新006：使用Gabor小波盘旋008：Gabor选组器009：位置选组器010：用于选组的估算绝对位置012：SURF/SIFT描述符选择器01本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光学传感器，用以测量包含相互移动机械零件的致动器，接头或其它机械装置的绝对机械位移，包括：a)一光学构件230，用以撷取影像001，瞄准观察中所述机械装置的移动零件200表面208，观察中机械装置与撷取影像001的光学构件230相对移动，以便撷取影像001的光学构件230安装至所述机械装置的另一零件上；b)一选择构件，用以从所述影像001中选出与邻近环境形成对比的点014；c)复数个校准位置210，以便在各所述校准位置210，在所述表面208有一与邻近环境形成对比的已知校准点排列；d)一检测对准026的构件，用以通过匹配所述与邻近环境形成对比的点014和所述与邻近环境形成对比的已知校准点，检测所述移动零件200与撷取影像001的光学构件230在所述校准位置210的对准，以便所述移动零件200相对于撷取影像001的光学构件230的绝对位置是所述已知绝对位置；e)一交替构件，交替的测量所述移动零件200的绝对位置而不是直接检测206与校准位置210的对准；f)一识别构件，用以识别所述校准位置210，其中在所述校准位置210的已知绝对位置附近检测到所述检测对准026，及所述移动零件200的测量到的绝对位置不匹配所述校准位置210的已知绝对位置，以便可更新所述校准位置210的已知绝对位置；及g)一识别构件，用以识别所述校准位置210，其中不在所述校准位置210的已知绝对位置附近，检测到所述检测对准026的交替测量到的绝对位置，以便可删除所述识别校准位置210；因此，在所述校准位置210校正所述移动零件200相对于撷取影像001的光学构件230的已知绝对位置；因此，所述校准位置210不需标记在观察中机械装置的移动零件200表面208上；因此，所述交替测量绝对位置构件能验证所述校准位置210的已知绝对位置，因此，所述交替测量绝对位置构件能提高所述校准位置210的已知绝对位置的准确度；因此，所述交替测量绝对位置构件能识别及删除所述校准位置210，其是不再可检测到；及因此，所述光学装置能释出所述校准位置210，其是不再可检测到，所使用的内存。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.10.31 US 62/414,8061.一种光学传感器，用以测量包含相互移动机械零件的致动器，接头或其它机械装置的绝对机械位移，包括：a)一光学构件230，用以撷取影像001，瞄准观察中所述机械装置的移动零件200表面208，观察中机械装置与撷取影像001的光学构件230相对移动，以便撷取影像001的光学构件230安装至所述机械装置的另一零件上；b)一选择构件，用以从所述影像001中选出与邻近环境形成对比的点014；c)复数个校准位置210，以便在各所述校准位置210，在所述表面208有一与邻近环境形成对比的已知校准点排列；d)一检测对准026的构件，用以通过匹配所述与邻近环境形成对比的点014和所述与邻近环境形成对比的已知校准点，检测所述移动零件200与撷取影像001的光学构件230在所述校准位置210的对准，以便所述移动零件200相对于撷取影像001的光学构件230的绝对位置是所述已知绝对位置；e)一交替构件，交替的测量所述移动零件200的绝对位置而不是直接检测206与校准位置210的对准；f)一识别构件，用以识别所述校准位置210，其中在所述校准位置210的已知绝对位置附近检测到所述检测对准026，及所述移动零件200的测量到的绝对位置不匹配所述校准位置210的已知绝对位置，以便可更新所述校准位置210的已知绝对位置；及g)一识别构件，用以识别所述校准位置210，其中不在所述校准位置210的已知绝对位置附近，检测到所述检测对准026的交替测量到的绝对位置，以便可删除所述识别校准位置210；因此，在所述校准位置210校正所述移动零件200相对于撷取影像001的光学构件230的已知绝对位置；因此，所述校准位置210不需标记在观察中机械装置的移动零件200表面208上；因此，所述交替测量绝对位置构件能验证所述校准位置210的已知绝对位置，因此，所述交替测量绝对位置构件能提高所述校准位置210的已知绝对位置的准确度；因此，所述交替测量绝对位置构件能识别及删除所述校准位置210，其是不再可检测到；及因此，所述光学装置能释出所述校准位置210，其是不再可检测到，所使用的内存。2.根据权利要求1所述的光学传感器，其特征在于，还包括：a)一产生构件，用以从所述复数个影像001中产生一合成影像820，所述合成影像820合并复数个影像001的光学特征；及b)所述交替测量绝对位置构件利用检测026与所述合成影像820的影像001的对准，以便在检测到与所述目前影像001对准026以外的位置知道所述绝对位置，因此所述交替测量绝对位置构件能判定所述移动零件200在所述合成影像820的复数个影像001覆盖区域上的所述绝对位置，及因此所述合成影像820，其合并所述复数个截取影像001的光学特征，具有包含独特光学特征的增加可能性，结果不需要多个合成影像820来独特地定义所述校准位置210。3.根据权利要求1所述的光学传感器，其特征在于所述交替测量所述移动零件200绝对位置构件是另一光学传感器，用以测量包含相互移动机械零件的致动器，接头或其它机械装置的绝对机械位移，因此所述交替测量绝对位置构件能判定所述移动零件200的绝对位置，其位置在于所述测量绝对机械位移的所述另一光学传感器，利用在其校准位置210检测对准026而提供所述测量到的绝对位置。4.根据权利要求1所述的光学传感器，其特征在于，还包括：a)至少一个测量构件，用以从所述移动零件200相对于撷取影像001的光学构件230的先前位置，测量所述移动零件200的相对位置，及b)一估计构件，用以从所述校准位置210的已知绝对位置借着所述累积测量到的相对位移估计绝对位置，因此在所述校准位置210的所述已知绝对位置之间估计所述估计的绝对位置，及因此透过所述校准位置210所需数目的减少以降低所述机械装置成本。5.根据权利要求4所述的光学传感器，其特征在于，还包括：a)一交替构件，交替的测量所述移动零件200的绝对位置而不是直接检测206与校准位置210的对准；b)一比较构件，比较所述测量到的绝对位置与所述交替测量到的绝对位置，以便当所述估计的绝对位置与所述交替测量到的绝对位置之间的差太大时，没有足够的所述移动零件200对准移动零件200,其借着撷取影像001的光学构件230；及c)一储存构件，储存所述校准位置210，以便在各所述校准位置210知道所述移动零件200相对于撷取影像001的光学构件230的绝对位置，及在各所述校准位置210知道与邻近环境形成对比的所述校准点，因此储存所述校准位置210以取代所述校准位置210中的任何不存在或模糊者，及因此从所述移动零件200表面208撷取所述校准位置210用以对准所述移动零件200。6.根据权利要求1所述的光学传感器，其特征在于，所述校准位置210的已知校准点排列的相对位置独特地定义绝对位置，以便校准位置210的已知校准点排列的相对位置必须是局部独特的，以判定校准位置210的相对位置，因此额外校准位置210的所述相对位置提供至少一个所述已知校准点排列的变动所造成误差的检测及校正，及因此局部独特的已知校准点排列是较不复杂，需要较少不变性内存233，因此能储存较多所述局部独特特征018。7.根据权利要求1所述的光学传感器，其特征在于，所述校准位置210的已知校准点排列是从移动零件200表面208产生的标记引导出，以便所述校准位置210的已知校准点排列转成编码序列，以便所述校准位置210具有所述已知校准点排列转成一维编码序列，其具有在一维定义的所述校准位置210，及以便所述校准位置210具有所述已知校准点排列转成二维编码序列，其具有在二维定义的所述校准位置210，因此在所述移动零件200表面208产生标记确保具有所述编码序列的所述校准位置210，其具有与邻近环境形成对比的所述已知校准点，是由需要明显较少不变性内存233的所述编码序列来表示，因此在所述移动零件200表面208产生标记确保具有所述已知校准点的校准位置210，其位置足够接近以确保可接受的测量误差，及因此在所述移动零件200表面208产生标记确保具有所述已知校准点的校准位置210，其位置疏散以使制造成本减到最少。8.根据权利要求1所述的光学传感器，其特征在于，所述检测移动零件200检测对准026的构件还包括：a)至少一个光学距离反射器903，与观察中机械装置的移动零件200一起移动；及b)至少一个光学距离传感器925，与撷取影像001的所述光学构件230一起移动，以便所述至少一个光学距离传感器925测量至所述至少一个光学距离反射器903的距离，因此所述光学距离传感器925使用所述已知校准点以协助检测对准026所述点014的构件及降低计算成本。9.一种光学方法，用以测量包含相互移动机械零件的致动器，接头或其它机械装置的绝对机械位移，包括以下步骤：a)光学230撷取...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒂莫西·韦伯斯特，
申请(专利权)人：蒂莫西·韦伯斯特，
类型：发明
国别省市：加拿大,CA