一种高低速兼容直线位移增量精密测量方法技术

本发明专利技术公开了一种高低速兼容直线位移增量精密测量方法。本发明专利技术相较传统光栅，显著降低其制造工艺复杂度、加工时间和成本；本发明专利技术相较传统光栅，工况速度区间更宽，即能够正常工作于更高/更低速的工况条件下；本发明专利技术将传统的细密光栅，转为宏观的大间隔光栅条纹，有效降低装调复杂度，提升良品率；本发明专利技术提供一定的绝对定位能力(绝对定位，即能直接获得当前位置距离零点位的距离)；本发明专利技术定位图案特别适合非透明介质，如各种金属材料，耐冲击和振动。

【技术实现步骤摘要】
一种高低速兼容直线位移增量精密测量方法
本专利技术涉及直线位移精密测量
，具体涉及一种高低速兼容直线位移增量精密测量方法。
技术介绍
对平面移动距离的精密测量，是一项常见的通用需求，经常应用于数控机床的闭环伺服系统中，可用作直线位移或者角位移的检测。目前工业领域中主要采用光栅尺测量，其也被称为光栅尺位移传感器或光栅尺传感器，是通过利用光栅的光学原理工作的测量反馈装置。制造光栅的材料主要有以下2种：1.刻线玻璃尺(有效测量长度3米以下使用)2.刻线钢带尺(有效测量长度3米以上使用)在存在振动、冲击、高可靠性要求的特种工况下，会尽可能使用非玻璃质材料。但精密的金属光栅制造工艺复杂，成本较高。除此之外，其还存在以下几个问题：1.光栅尺仅能进行相较之前位置偏移的“增量”式测量，即系统首次上电后，无法获知当前位置，需要首先进行“零位”搜寻，然后才能通过累加历史移动数据，获知当前位置。任意时刻出现系统断电、故障重启后，皆需要重复以上过程以获得当前位置信息。2.测量误差会持续累积。即一旦在某位置出现定位误差后，该误差会一直存在，无法进行消除，除非再次通过“零位”才能恢复。3.极高和极低移动速度时，皆容易出现定位误差和定位失效问题。
技术实现思路
针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供的一种高低速兼容直线位移增量精密测量方法解决了平面移动距离的精密测量结果不准确的问题。为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：一种高低速兼容直线位移增量精密测量方法，包括以下步骤：S1、利用光电管A、光电管B产生光电信号，将定位图案从零点位置开始移动，在光电信号经过定位图案后产生脉冲信号，根据脉冲信号的时序确定移动方向，并通过测量系统累加脉冲信号，设当前脉冲信号累加值为m；S2、通过CCD相机周期性拍摄图像；S3、在拍摄图像中取中心处列图像，并通过图像处理算法依次获得关键点P1、P2、P3和P4；S4、计算点P1、P2、P3和P4的交比，进而获得P1P2的距离与P1P3的距离的比值b；S5、根据交比不变原理和脉冲信号累加值m和比值b计算定位图案的当前位移位置；S6、将当前位移位置调整为绝对位置，将绝对位置作为测量结果。进一步地：所述定位图案包括若干个单元体，每个所述单元体包括竖直设置的光栅条纹，所述光栅条纹下方设有平行设置的直线L1、直线L2和直线L3，所述直线L1和直线L2之间的距离与直线L2和直线L3之间的距离相等，所述光栅条纹设置在直线L1的右端，所述直线L1的右端与直线L2的左端通过直线L连接，所述直线L与直线L2组成直角三角形光栅。进一步地：所述直线L1和直线L2之间的距离与直线L2和直线L3之间的距离均为a。进一步地：所述点P1、P2、P3和P4在同一条竖直线上，且点P1、P2、P3和P4分别与直线L1、直线L、直线L2和直线L3相交。进一步地：所述定位图案的当前位移位置的计算公式为：p＝a*m+b*m上式中，p为定位图案的当前位移位置。进一步地：所述CCD相机的位置正对光电管A和光电管B的位置。本专利技术的有益效果为：1.本专利技术相较传统光栅，显著降低其制造工艺复杂度、加工时间和成本；2.本专利技术相较传统光栅，工况速度区间更宽，即能够正常工作于更高/更低速的工况条件下；3.本专利技术将传统的细密光栅，转为宏观的大间隔光栅条纹，有效降低装调复杂度，提升良品率；4.本专利技术提供一定的绝对定位能力(绝对定位，即能直接获得当前位置距离零点位的距离)；5.本专利技术定位图案特别适合非透明介质，如各种金属材料，耐冲击和振动。附图说明图1为本专利技术中光电管、定位图案和CCD相机的相对位置示意图；图2为本专利技术中定位图案的示意图；图3为本专利技术中定位图案的局部放大图；图4为本专利技术中点P1、P2、P3和P4的具体位置示意图。具体实施方式下面对本专利技术的具体实施方式进行描述，以便于本
的技术人员理解本专利技术，但应该清楚，本专利技术不限于具体实施方式的范围，对本
的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本专利技术的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本专利技术构思的专利技术创造均在保护之列。如图1所示，一种高低速兼容直线位移增量精密测量方法，包括以下步骤：S1、利用光电管A、光电管B产生光电信号，将定位图案从零点位置开始移动，在光电信号经过定位图案后产生脉冲信号，根据脉冲信号的时序确定移动方向，并通过测量系统累加脉冲信号，设当前脉冲信号累加值为m；S2、通过CCD相机周期性拍摄图像；S3、在拍摄图像中取中心处列图像，并通过图像处理算法依次获得关键点P1、P2、P3和P4；S4、计算点P1、P2、P3和P4的交比，进而获得P1P2的距离与P1P3的距离的比值b；S5、根据交比不变原理和脉冲信号累加值m和比值b计算定位图案的当前位移位置；S6、将当前位移位置调整为绝对位置，将绝对位置作为测量结果。如图2所示，所述定位图案包括若干个单元体，每个所述单元体包括竖直设置的光栅条纹，所述光栅条纹下方设有平行设置的直线L1、直线L2和直线L3，所述直线L1和直线L2之间的距离与直线L2和直线L3之间的距离相等，所述光栅条纹设置在直线L1的右端，所述直线L1的右端与直线L2的左端通过直线L连接，所述直线L与直线L2组成直角三角形光栅。根据待测得位移长度，可以按图1样式增加/减少单元体。在玻璃等透明介质上，采用透射方式时，光栅条纹为黑色遮光区域。在非透明材料商，光栅条纹区为切割“孔”。所述CCD相机的位置正对光电管A和光电管B的位置。含普通照明，保证CCD相机能采集到清晰图像即可，定位图案与光电管、CCD相机间产生如图2所示的相对运动(光电管、CCD相机一般固定)如图3所示，所述直线L1和直线L2之间的距离与直线L2和直线L3之间的距离均为a。如直线L上存在点P，其在L2上的垂直投影点为PV，则有以下关系:如图4所示，所述点P1、P2、P3和P4在同一条竖直线上，且点P1、P2、P3和P4分别与直线L1、直线L、直线L2和直线L3相交。本专利技术中使用的定位图案可由较高精度的机床、商用/家用打印设备制作。可在透明/非透明介质上实现。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高低速兼容直线位移增量精密测量方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、利用光电管A、光电管B产生光电信号，将定位图案从零点位置开始移动，在光电信号经过定位图案后产生脉冲信号，根据脉冲信号的时序确定移动方向，并通过测量系统累加脉冲信号，设当前脉冲信号累加值为m；/nS2、通过CCD相机周期性拍摄图像；/nS3、在拍摄图像中取中心处列图像，并通过图像处理算法依次获得关键点P1、P2、P3和P4；/nS4、计算点P1、P2、P3和P4的交比，进而获得P1P2的距离与P1P3的距离的比值b；/nS5、根据交比不变原理和脉冲信号累加值m和比值b计算定位图案的当前位移位置；/nS6、将当前位移位置调整为绝对位置，将绝对位置作为测量结果。/n

【技术特征摘要】
20201125 CN 20201133309991.一种高低速兼容直线位移增量精密测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、利用光电管A、光电管B产生光电信号，将定位图案从零点位置开始移动，在光电信号经过定位图案后产生脉冲信号，根据脉冲信号的时序确定移动方向，并通过测量系统累加脉冲信号，设当前脉冲信号累加值为m；
S2、通过CCD相机周期性拍摄图像；
S3、在拍摄图像中取中心处列图像，并通过图像处理算法依次获得关键点P1、P2、P3和P4；
S4、计算点P1、P2、P3和P4的交比，进而获得P1P2的距离与P1P3的距离的比值b；
S5、根据交比不变原理和脉冲信号累加值m和比值b计算定位图案的当前位移位置；
S6、将当前位移位置调整为绝对位置，将绝对位置作为测量结果。


2.根据权利要求1所述的高低速兼容直线位移增量精密测量方法，其特征在于，所述定位图案包括若干个单元体，每个所述单元体包括竖直设置的光栅条纹，所述光栅条纹下方设有平行设置...

【专利技术属性】
技术研发人员：王德麾，姜世平，杨武，代冬军，郑鑫，力昌兵，
申请(专利权)人：四川云盾光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51