一種基于視覺的位置檢測(cè)編碼靶標(biāo)及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于位置檢測(cè)傳感器領(lǐng)域，具體涉及一種基于視覺的位置檢測(cè)編碼靶標(biāo)及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)上用于絕對(duì)式位置檢測(cè)的傳感元件，如碼盤(軸角位移編碼器)和碼尺(直線位移編碼器)，都采用二進(jìn)制對(duì)一維空間范圍內(nèi)的絕對(duì)位置進(jìn)行編碼，二進(jìn)制的位數(shù)根據(jù)所需要的檢測(cè)精度而定。傳統(tǒng)的絕對(duì)位置檢測(cè)元件主要采用格雷碼(也稱循環(huán)碼或單位距離性碼)進(jìn)行編碼以提高檢測(cè)的魯棒性，避免自然二進(jìn)制碼存在的相鄰位置的讀數(shù)示值突變可造成粗大測(cè)量誤差的現(xiàn)象；另外，近年來，基于最大長(zhǎng)度序列(即二進(jìn)制偽隨機(jī)數(shù)序列)的編碼也被用于的絕對(duì)位置檢測(cè)，但是，沒有針對(duì)這種編碼形式相應(yīng)的硬件裝置，采用這種序列表示的相鄰位置的隨機(jī)二進(jìn)制編碼的位值是隨機(jī)變化的，容易造成讀數(shù)示值突變的粗大測(cè)量誤差。
[0003]以傳統(tǒng)絕對(duì)位置檢測(cè)元件格雷碼碼盤為例，首先根據(jù)檢測(cè)精度的需要確定需要具有位數(shù)N的格雷碼，然后采用光刻加工的方法在碼盤上加工N條同心圓碼道，采用透光和不透光的方法表示各位置處代碼的“ I ”和“ O ”狀態(tài)。在碼盤上沿徑向?yàn)槊恳淮a道設(shè)置有光電讀數(shù)頭，則共可表示2Nf位置。而碼尺是碼盤沿周長(zhǎng)展開的推廣，即在直線尺上采用絕對(duì)編碼來表示各位置，從而構(gòu)成直線絕對(duì)編碼器。碼盤和碼尺的基底材料一般是在具有良好環(huán)境穩(wěn)定性的微晶玻璃，基于透光和不透光，采用發(fā)光二極管作為光源從碼尺的一側(cè)照射編碼，而由另一側(cè)光電三極管接收讀出光信號(hào)，并由譯碼器給出絕對(duì)位置。
[0004]上述采用傳統(tǒng)光電二極管和三級(jí)管的位置檢測(cè)裝置及檢測(cè)方法存在明顯的局限和缺點(diǎn)，具體如下:
1、位置的可測(cè)精度由刻錄條紋寬度和光電元件的尺寸限制，不能充分有效利用碼盤或碼尺的空間，以實(shí)現(xiàn)更高精度的絕對(duì)位置檢測(cè)。
[0005]2、由于工藝水平的限制，傳統(tǒng)絕對(duì)位置檢測(cè)技術(shù)的檢測(cè)精度已趨向極限；而采用二進(jìn)制偽隨機(jī)數(shù)編碼的方法還可能存在讀數(shù)示值突變的粗大測(cè)量誤差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:提供一種基于視覺的位置檢測(cè)編碼靶標(biāo)及系統(tǒng)，解決了現(xiàn)有技術(shù)中絕對(duì)位置檢測(cè)裝置及方法檢測(cè)精度低的問題。
[0007]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案:
一種基于視覺的位置檢測(cè)編碼靶標(biāo)，包括基體以及設(shè)置于基體上的至少一排編碼圖案，每排編碼圖案對(duì)應(yīng)于一組二進(jìn)制偽隨機(jī)數(shù)序列，其中，二進(jìn)制偽隨機(jī)數(shù)序列中的“O”和“ I ”分別對(duì)應(yīng)彼此不相同的圖案。
[0008]所述二進(jìn)制偽隨機(jī)數(shù)序列中的“I”對(duì)應(yīng)實(shí)心黑色長(zhǎng)方形圖案，“O”對(duì)應(yīng)白色長(zhǎng)方形圖案。
[0009]所述二進(jìn)制偽隨機(jī)數(shù)序列中的“I”對(duì)應(yīng)黑色條狀圖案，“O”對(duì)應(yīng)兩個(gè)上下排列的黑色條狀圖案。
[0010]所述二進(jìn)制偽隨機(jī)數(shù)序列中的“I”對(duì)應(yīng)實(shí)心黑色圓圈圖案，“O”對(duì)應(yīng)黑色空心圓圈圖案。
[0011]所述機(jī)體上均勻設(shè)置四排編碼圖案。
[0012]所述基體采用微晶玻璃、殷鋼或復(fù)合材料。
[0013]所述基體為方形、長(zhǎng)條形、圓柱形或可彎曲長(zhǎng)條形。
[0014]一種基于視覺的位置檢測(cè)系統(tǒng)，包括編碼靶標(biāo)、照明裝置、圖像采集裝置、數(shù)據(jù)處理裝置，其中，編碼靶標(biāo)上設(shè)置對(duì)應(yīng)于二進(jìn)制偽隨機(jī)數(shù)序列的編碼圖案；所述照明裝置用于為編碼靶標(biāo)照明；圖像采集裝置用于獲取編碼靶標(biāo)上的編碼圖案信息；數(shù)據(jù)處理裝置用于將圖像采集裝置采集到的編碼圖案信息譯碼成對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制偽隨機(jī)數(shù)，該二進(jìn)制偽隨機(jī)數(shù)對(duì)應(yīng)一維空間絕對(duì)位置。
[0015]所述圖像采集裝置為CXD相機(jī)。
[0016]所述照明裝置設(shè)置于編碼靶標(biāo)的前面、后面或側(cè)面。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
1、采用二進(jìn)制偽隨機(jī)數(shù)編碼的區(qū)別只是編碼為一排序列，任意連續(xù)的N位是唯一的，可表示唯一的絕對(duì)位置。
[0018]2、采用不同圖案代表二進(jìn)制偽隨機(jī)數(shù)編碼中的“I”和“0”，做成靶標(biāo)形式，并且采用照明裝置對(duì)靶標(biāo)圖案進(jìn)行照明，使得圖像采集裝置更容易采集到靶標(biāo)圖案。
[0019]3、在多種基體上設(shè)置圖案，具有抗環(huán)境因素影響和偶然因素影響的魯棒性，以及避免粗大誤差的可靠性。
[0020]4、由于靶標(biāo)圖案具有已知尺寸和基體材料具有良好的環(huán)境穩(wěn)定性，并采用冗余設(shè)計(jì)思想，使得CCD相機(jī)本身無需標(biāo)定，節(jié)省系統(tǒng)準(zhǔn)備的時(shí)間，從而使本發(fā)明具有位置測(cè)量精度高，位移分辨率高的特點(diǎn)。
[0021]5、采用照明模塊將編碼靶標(biāo)照明，使得標(biāo)靶圖案更清晰，圖像采集裝置更容易采集到清晰地圖案，提高了準(zhǔn)確率及精度。
【附圖說明】
[0022]圖1為二進(jìn)制“I”和“O”均采用長(zhǎng)條形圖案表示的靶標(biāo)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖2為二進(jìn)制“I”采用長(zhǎng)條形、“O”采用兩個(gè)方塊形圖案表示的靶標(biāo)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖3為二進(jìn)制“I”和“O”均采用圓形圖案表示的靶標(biāo)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖4為二進(jìn)制“I”采用長(zhǎng)條形、“O”采用兩個(gè)長(zhǎng)條形圖案表示的靶標(biāo)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖5為多排編碼圖案的靶標(biāo)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖6為基于視覺的位置檢測(cè)系統(tǒng)前照式示意圖。
[0028]圖7為基于視覺的位置檢測(cè)系統(tǒng)背照式示意圖。
[0029]其中，圖中的標(biāo)識(shí)為:1_編碼革El標(biāo)；2-基體；3_ 二進(jìn)制“I”對(duì)應(yīng)的圖案；4_ 二進(jìn)制“O”對(duì)應(yīng)的圖案；5_數(shù)據(jù)采集裝置；6_數(shù)據(jù)處理裝置；7_照明裝置。
【具體實(shí)施方式】
[0030]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)及工作過程作進(jìn)一步說明。
[0031]一種基于視覺的位置檢測(cè)編碼靶標(biāo)，包括基體2以及設(shè)置于基體2上的至少一排編碼圖案，每排編碼圖案對(duì)應(yīng)于一組二進(jìn)制偽隨機(jī)數(shù)序列，其中，二進(jìn)制偽隨機(jī)數(shù)序列中的“O ”和“ I ”分別對(duì)應(yīng)彼此不相同的圖案。
[0032]所述二進(jìn)制“I”對(duì)應(yīng)的圖案3和二進(jìn)制“O”對(duì)應(yīng)的圖案4可以為不同顏色的兩種圖案，或者不同形狀的兩種圖案，以能夠區(qū)別出兩種圖案為基準(zhǔn)，例如，可以選擇不同灰度相同形狀的兩種圖案，選擇不同顏色相同形狀的兩種圖案，相同顏色不同形狀的兩種圖案，對(duì)應(yīng)于二進(jìn)制“I”和二進(jìn)制“O”的兩種圖案不局限于有限的規(guī)則幾何形狀，還可以選擇不規(guī)則的形狀。只要圖案的一個(gè)屬性不一樣，能夠區(qū)分出兩種圖案的差別即可，從圖案的亮度、色度、灰度、分辨率等均能夠區(qū)別。
[0033]所述基體采用具有良好環(huán)境穩(wěn)定性的材料制成，如具有極小熱膨脹系數(shù)的微晶玻璃、殷鋼或復(fù)合材料。編碼靶標(biāo)圖案可采用蝕刻、噴涂、電鍍、打印、粘貼等多種方式設(shè)置于基體上，以使得靶標(biāo)圖案不容易脫落或磨損。靶標(biāo)圖案的形狀、尺寸和間距根據(jù)具體的安裝需求，實(shí)施空間等預(yù)先設(shè)定。
[0034]所述基體為方形、長(zhǎng)條形、圓柱形或可彎曲長(zhǎng)條形。
[0035]一種基于視覺的位置檢測(cè)系統(tǒng)，如圖6、圖7所示，包括編碼靶標(biāo)1、照明裝置7、圖像采集裝置5、數(shù)據(jù)處理裝置6，其中，編碼靶標(biāo)為以下具體實(shí)施例中的任意一種，編碼靶標(biāo)上設(shè)置對(duì)應(yīng)于二進(jìn)制偽隨機(jī)數(shù)序列的編碼圖案；所述照明裝置用于為編碼靶標(biāo)照明；圖像采集裝置用于獲取編碼靶標(biāo)上的編碼圖案信息；數(shù)據(jù)處理裝置用于將圖像采集裝置采集到的編碼圖案信息譯碼成對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制偽隨機(jī)數(shù)序列，該二進(jìn)制偽隨機(jī)數(shù)序列對(duì)應(yīng)一維空間絕對(duì)位置。
[0036]本發(fā)明以數(shù)據(jù)采集裝置為CCD相機(jī)，數(shù)據(jù)處理裝置為計(jì)算機(jī)為例，并結(jié)合具體的實(shí)施例說明編碼靶標(biāo)的結(jié)構(gòu)、基于該編碼靶標(biāo)的系統(tǒng)組成以及系統(tǒng)工作原理，其中，圖6、圖7中編碼靶標(biāo)上的黑色方框的范圍內(nèi)為CCD相機(jī)的視場(chǎng)范圍，照明范圍只要能覆蓋視場(chǎng)范圍即可。
[0037]該檢測(cè)系統(tǒng)的工作原理如下:
二進(jìn)制偽隨機(jī)數(shù)序列具有2N_1位，其中，N為二進(jìn)制偽隨機(jī)數(shù)的位數(shù)，采用適當(dāng)方式對(duì)CCD相機(jī)成像視場(chǎng)內(nèi)的靶標(biāo)圖案進(jìn)行照明，然后由CCD相機(jī)對(duì)靶標(biāo)編碼進(jìn)行成像。由于靶標(biāo)圖案具有已知的寬度和間距，寬度和間距根據(jù)具體的安裝需求，實(shí)施空間等預(yù)先設(shè)定。圖像像素和實(shí)物尺寸之間具有直接對(duì)應(yīng)關(guān)系，因此CCD相機(jī)本身無需標(biāo)定。成像視場(chǎng)要大于N位二進(jìn)制偽隨機(jī)數(shù)對(duì)應(yīng)靶標(biāo)圖案所占的區(qū)間。這就意味著加工有靶標(biāo)的基體在其長(zhǎng)度范圍內(nèi)無論移到何處，CCD相機(jī)總能“看到”一個(gè)N位二進(jìn)制數(shù)編碼靶標(biāo)圖案，且該二進(jìn)制數(shù)是唯一的，并對(duì)應(yīng)唯一的一維空間位置；靶標(biāo)圖案的圖像傳輸?shù)接?jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)進(jìn)行編碼識(shí)另IJ，翻譯為對(duì)應(yīng)