一种基于视场分离的X-Y-θ三自由度测量方法技术

本发明专利技术公开了一种基于视场分离的X

【技术实现步骤摘要】
一种基于视场分离的X
‑
Y
‑
θ
三自由度测量方法


[0001]本专利技术涉及精密测量领域，尤其涉及一种基于视场分离的X
‑
Y
‑
θ三自由度测量方法。

技术介绍

[0002]绝对式位置传感器是一种利用光电技术进行非接触测量的精密传感器，具有上电即得结果，误差小，精度高，抗干扰能力强等优点，在精密测量领域具有不可替代的地位。随着中国加工业、制造业的蓬勃发展，绝对位置测量传感器的发展要求越来越趋向于小型化、智能化、集成化。在二维测量方面，通常利用多个一维绝对位置测量传感器来实现位置、角度以及运动轨迹的测量。但这不可避免地增加了所需仪器的成本，增大了系统的复杂性，而且会引入阿贝误差，降低测量精度。提出一种应用于X
‑
Y
‑
θ三自由度位置上的测量方法与系统，减小实际工程应用中X和Y运动轴方向分别安装一维传感器带入的系统误差，对测量精密多轴平台系统的平面运动、降低测量系统阿贝误差、保证测控精度具有现实工程价值。
[0003]现有技术专利号：201710716611.X的中国专利公开了一种二维绝对式编码三自由度运动平台测量系统，其说明了所采用的二维绝对编码码盘及其编译码方式，并且公开了图像采集及处理装置运动误差的过程。该专利技术能够在单视场中利用二维绝对式编码器获取二维运动平台的阿贝角，但阿贝角测量精度的高低受单视场大小限制。针对上述问题，该专利并没有公开解决所需要的技术手段。

技术实现思路

>[0004]本专利技术的目的是为了实现对X
‑
Y
‑
θ三自由度方向的高精度测量，并解决现有技术中存在的误差问题，在二维绝对编码器基础上，提供一种基于视场分离的X
‑
Y
‑
θ三自由度方向的高精度测量方法。
[0005]为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：
[0006]一种基于视场分离的X
‑
Y
‑
θ三自由度测量方法，包括以下步骤：
[0007]步骤1、将二维绝对位置编码盘固定在二维位移台上，二维绝对位置编码盘随二维位移台进行X、Y方向和阿贝角θ方向上的移动；
[0008]步骤2、远心镜头内的同轴光经过视场分离装置垂直照射在二维绝对位置编码盘上，形成两个间隔一定距离的独立光学视场，CCD相机获取两个视场内的编码图像并通过数据线传输到图像处理系统；
[0009]步骤3、图像处理系统对接收到的编码图像进行模块化处理，得到精确的二维绝对位置值X、Y和阿贝角θ。
[0010]作为本方案的一种优选方案，所述二维绝对位置编码盘包括平面玻璃板和刻划在平面玻璃板上的二维编码序列，所述二维编码序列是由伪随机序列和二进制序列组合而成，二维编码序列的每一行或列a1a2…
a
n
，按照公式b
i
＝a
i
^d1a
i
+1^d2a
i
+2^
…
^d
h
a
i+h
变换得到，其中^表示位异或运算，d1,d2,
…
,d
h
为0或者1，d1,d2,
…
,d
h
有且仅有奇数个为1，每一位
b
i
是由a
i
及其后面的连续h位逻辑运算得来，b
i
满足：(1)奇数项或偶数项为m序列，若m序列为j阶，则它的循环长度为2j
‑
1；(2)偶数项或奇数项为表示数值大小的一段序列，以2j
‑
1为循环长度，后一段表示的数值大小比前一段大1。
[0011]作为本方案的一种优选方案，所述视场分离装置包括一个直角棱镜和两个反射镜，反射镜分别设置在直角棱镜两侧且分别平行于直角棱镜的一个垂直平面，视场分离过程具体为：远心镜头发出的同轴光照射在直角光学棱镜的两个垂直平面上，接着分别反射到左右两个反射镜上，再由反射镜反射垂直射向二维绝对位置编码盘，最终在二维绝对位置码盘上形成两个相隔一定距离的独立光学视场。
[0012]作为本方案的一种优选方案，所述图像处理系统包括图像采集与预处理模块、位置识别与细分模块、阿贝角测量模块、误差修正模块和二维绝对位置与阿贝角结果输出模块，所述编码图像模块化处理过程为：图像采集与预处理模块接收CCD相机发送的图像，对编码图像进行中值滤波及二值化处理，位置识别与细分模块对图像中识别到的二维绝对编码值进行译码处理，获得当前二维位置信息，同时对编码图像进行亚像素细分，获取更加精确的位置信息，阿贝角测量模块读取两个区域的图像位置信息，从而得到二维编码盘与CCD相机之间的阿贝角，误差修正模块根据得到的阿贝角对二维位置信息进行补偿，最终获得准确的三自由度坐标信息，再由二维绝对位置与阿贝角结果输出模块输出准确的三自由度坐标信息。
[0013]作为本方案的一种优选方案，准确的三自由度坐标信息的获取方法具体为：
[0014]通过编码成像系统获得的两个视场A和B，位置识别与细分模块利用解码算法并细分之后分别读取两个图像的位置值(X1,Y1)和(X2,Y2)，则阿贝角θ为
[0015][0016]误差修正模块根据得到的阿贝角对二维位置信息进行补偿，得到二维绝对位置值修正结果
[0017][0018][0019]本专利技术的有益效果是：
[0020]本专利技术在现有技术的基础上，对编码成像系统进行改进，通过增加视场分离装置，分离相机视场，能够避免单视场大小对阿贝角测量精度的限制，从而获取更为精确的阿贝角，以及实现X
‑
Y
‑
θ三自由度方向的高精度测量。该方法可以应用于精密多轴平台系统平面运动的测量，直线位移台的定位、直线度和旋转角度误差测量，旋转轴系的旋转角度及其径向误差运动测量等。
附图说明
[0021]图1为本专利技术基于视场分离的X
‑
Y
‑
θ三自由度测量系统的结构示意图；
[0022]图2为本专利技术基于视场分离的X
‑
Y
‑
θ三自由度测量方法的视场分离装置示意图；
[0023]图3为本专利技术基于视场分离的X
‑
Y
‑
θ三自由度测量方法的阿贝角测量示意图。
具体实施方式
[0024]下面将结合附图对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
[0025]如图1
‑
2所示，基于视场分离的X
‑
Y
‑
θ三自由度测量系统，包括编码成像系统5和图像处理系统7两部分，编码成像系统5和图像处理系统7通过USB3.0来进行数据通信。编码成像系统5包括：二维位移台1，二维绝对位置编码盘2，视场分离装置3，同轴光远心镜头4，CCD相机6，视场分离装置包括一个直角棱本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于视场分离的X
‑
Y
‑
θ三自由度测量方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、将二维绝对位置编码盘固定在二维位移台上，二维绝对位置编码盘随二维位移台进行X、Y方向和阿贝角θ方向上的移动；步骤2、远心镜头内的同轴光经过视场分离装置垂直照射在二维绝对位置编码盘上，形成两个间隔一定距离的独立光学视场，CCD相机获取两个视场内的编码图像并通过数据线传输到图像处理系统；步骤3、图像处理系统对接收到的编码图像进行模块化处理，得到精确的二维绝对位置值X、Y和阿贝角θ。2.如权利要求1所述的一种基于视场分离的X
‑
Y
‑
θ三自由度测量方法，其特征在于，所述二维绝对位置编码盘包括平面玻璃板和刻划在平面玻璃板上的二维编码序列，所述二维编码序列是由伪随机序列和二进制序列组合而成，二维编码序列的每一行或列a
1 a2ꢀ…ꢀ
a
n
，按照公式b
i
＝a
i∧
d1a
i
+1
∧
d2a
i
+2
∧
…
∧
d
h
a
i+h
变换得到，其中
∧
表示位异或运算，d1，d2，
…
，d
h
为0或者1，d1，d2，
…
，d
h
有且仅有奇数个为1，每一位b
i
是由a
i
及其后面的连续h位逻辑运算得来，b
i
满足：(1)奇数项或偶数项为m序列，若m序列为j阶，则它的循环长度为2j
‑
1；(2)偶数项或奇数项为表示数值...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵会宁，牛茹茹，夏豪杰，张祚，吴宇桐，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：