基于cmos圖像傳感器的絕對式光柵尺及其測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光柵尺測量領(lǐng)域，特別是涉及基于CMOS圖像傳感器的絕對式光柵尺及其測量方法。
【背景技術(shù)】
[0002]絕對式光柵尺用于檢測直線位移的絕對位置，目前技術(shù)中，一般采用的是垂直編碼的物理刻度，然后利用長度與柵距相等的集成式光電池來檢測絕對位置，同時為了提高位置分辨率，此類光柵尺往往附加有正余弦增量檢測通道，通過增量輸出信號的細(xì)分，位置分辨率最高可達(dá)0.005微米。但是目前的絕對式光柵尺，光柵碼道都刻畫在玻璃或鋼帶等材料上，而電機在運行過程中，不可避免地會產(chǎn)生一定的徑向跳動，從而可能造成碼道出現(xiàn)微小位移，當(dāng)振動造成的徑向位移達(dá)到一定幅值時，甚至可能出現(xiàn)讀數(shù)錯誤。而且，傳統(tǒng)的絕對式光柵尺均采用光柵編碼，對光柵刻畫技術(shù)的要求很高，例如二進制編碼盤，η位二進制碼盤具有2η種不同編碼，若要提高絕對式光柵尺分辨力，必須增加η值。而隨著η值的增大，光柵尺碼道越來越多，導(dǎo)致光柵尺寸也越來越大，制作成本大大提高，而且這種方式存在編碼范圍的限制，給測量范圍的擴大帶來限制。另外，二進制光柵碼道微小的制作誤差，將會使個別碼道提前或延后，這會造成輸出信號的誤差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了解決上述的技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是提供基于CMOS圖像傳感器的絕對式光柵尺，本發(fā)明的另一目的是提供及基于CMOS圖像傳感器的絕對式光柵尺的測量方法。
[0004]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
基于CMOS圖像傳感器的絕對式光柵尺，包括光柵尺主體、光學(xué)放大系統(tǒng)、CMOS圖像傳感器、信號處理模塊和主控模塊，所述光柵尺主體上設(shè)有測量碼道和細(xì)分碼道，所述光學(xué)放大系統(tǒng)用于收集經(jīng)測量碼道和細(xì)分碼道反射或透射的光線并會聚入射到CMOS圖像傳感器上，所述CMOS圖像傳感器用于采集到達(dá)的光信號后獲得當(dāng)前測量位置的模擬圖像并發(fā)送到信號處理模塊，所述信號處理模塊用于將模擬圖像轉(zhuǎn)化為數(shù)字圖像后發(fā)送到主控模塊，所述主控模塊用于對數(shù)字圖像進行處理后分別獲得粗測位置值及細(xì)分位置值進而組合獲得絕對位置測量值。
[0005]進一步，所述測量碼道包括多個在水平方向上緊密排列的長度相同且高度依次遞增的光柵條紋，所述細(xì)分碼道設(shè)有多個二進制碼道且每個二進制碼道與一光柵條紋相對應(yīng)。
[0006]進一步，所述CMOS圖像傳感器被配置為設(shè)有一與高度最高的光柵條紋相匹配的第一開窗以及一與二進制碼道相匹配的第二開窗。
[0007]進一步，所述主控模塊具體用于:將數(shù)字圖像分割獲得測量碼道圖像塊和細(xì)分碼道圖像塊后，進行二值化處理，進而分別將二值化后的測量碼道圖像塊和細(xì)分碼道圖像塊與預(yù)設(shè)的編碼數(shù)據(jù)庫比對后，對應(yīng)獲得粗測位置值和細(xì)分位置值，進而將兩者組合獲得絕對式光柵尺的絕對位置測量值。
[0008]進一步，還包括用于對CMOS圖像傳感器進行運動補償?shù)男Ｕa償單元。
[0009]進一步，所述校正補償單元包括陀螺儀傳感器、微處理器和壓電陶瓷片組，所述微處理器分別與陀螺儀傳感器和壓電陶瓷片組連接。
[0010]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的另一技術(shù)方案是:
所述的基于CMOS圖像傳感器的絕對式光柵尺的測量方法，包括步驟:
51、將光柵尺主體安裝在待測物體上，并驅(qū)動待測物體進行移動；
52、光學(xué)放大系統(tǒng)收集經(jīng)測量碼道和細(xì)分碼道反射或透射的光線并會聚入射到CMOS圖像傳感器上；
53、CM0S圖像傳感器采集到達(dá)的光信號后獲得當(dāng)前測量位置的模擬圖像并發(fā)送到信號處理模塊；
54、信號處理模塊將模擬圖像轉(zhuǎn)化為數(shù)字圖像后發(fā)送到主控模塊；
55、主控模塊對數(shù)字圖像進行處理后分別獲得粗測位置值及細(xì)分位置值進而組合獲得絕對位置測量值。
[0011]進一步，所述步驟S5，具體包括:
551、將數(shù)字圖像分割獲得測量碼道圖像塊和細(xì)分碼道圖像塊后，進行二值化處理；
552、分別將二值化后的測量碼道圖像塊和細(xì)分碼道圖像塊與預(yù)設(shè)的編碼數(shù)據(jù)庫進行比對后，對應(yīng)獲得粗測位置值和細(xì)分位置值；
553、將兩者組合獲得絕對式光柵尺的絕對位置測量值。
[0012]進一步，所述S52，其具體為:
獲取二值化后的測量碼道圖像塊中的直線的高度，進而將該高度與預(yù)設(shè)的編碼數(shù)據(jù)庫進行比對后，獲得粗測位置值，同時獲取二值化后的細(xì)分碼道圖像塊中的二進制編碼信息，并將二進制編碼信息與預(yù)設(shè)的編碼數(shù)據(jù)庫進行比對后，獲得細(xì)分位置值。
[0013]本發(fā)明的有益效果是:基于CMOS圖像傳感器的絕對式光柵尺，包括光柵尺主體、光學(xué)放大系統(tǒng)、CMOS圖像傳感器、信號處理模塊和主控模塊，光柵尺主體上設(shè)有測量碼道和細(xì)分碼道，光學(xué)放大系統(tǒng)用于收集經(jīng)測量碼道和細(xì)分碼道反射或透射的光線并會聚入射到CMOS圖像傳感器上，CMOS圖像傳感器用于采集到達(dá)的光信號后獲得當(dāng)前測量位置的模擬圖像并發(fā)送到信號處理模塊，信號處理模塊用于將模擬圖像轉(zhuǎn)化為數(shù)字圖像后發(fā)送到主控模塊，主控模塊用于對數(shù)字圖像進行處理后分別獲得粗測位置值及細(xì)分位置值進而組合獲得絕對位置測量值。本絕對式光柵尺降低了光柵刻蝕難度，能有效降低光柵出錯率，降低了制造成本，而且測量精度高、大大提高了測量分辨率。
[0014]本發(fā)明的另一有益效果是:基于CMOS圖像傳感器的絕對式光柵尺的測量方法，包括步驟:S1、將光柵尺主體安裝在待測物體上，并驅(qū)動待測物體進行移動;S2、光學(xué)放大系統(tǒng)收集經(jīng)測量碼道和細(xì)分碼道反射或透射的光線并會聚入射到CMOS圖像傳感器上;S3、CM0S圖像傳感器采集到達(dá)的光信號后獲得當(dāng)前測量位置的模擬圖像并發(fā)送到信號處理模塊；
S4、信號處理模塊將模擬圖像轉(zhuǎn)化為數(shù)字圖像后發(fā)送到主控模塊;S5、主控模塊對數(shù)字圖像進行處理后分別獲得粗測位置值及細(xì)分位置值進而組合獲得絕對位置測量值。本測量方法操作簡單，可以快速地獲得測量結(jié)果，而且測量精度高、大大提高了測量分辨率。
【附圖說明】
[0015]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0016]圖1是本發(fā)明的基于CMOS圖像傳感器的絕對式光柵尺的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明的基于CMOS圖像傳感器的絕對式光柵尺的光柵尺主體的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0017]參照圖1，本發(fā)明提供了基于CMOS圖像傳感器的絕對式光柵尺，包括光柵尺主體1、光學(xué)放大系統(tǒng)2、CM0S圖像傳感器3、信號處理模塊4和主控模塊5，所述光柵尺主體I上設(shè)有測量碼道11和細(xì)分碼道12，所述光學(xué)放大系統(tǒng)2用于收集經(jīng)測量碼道11和細(xì)分碼道12反射或透射的光線并會聚入射到CMOS圖像傳感器3上，所述CMOS圖像傳感器3用于采集到達(dá)的光信號后獲得當(dāng)前測量位置的模擬圖像并發(fā)送到信號處理模塊4，所述信號處理模塊4用于將模擬圖像轉(zhuǎn)化為數(shù)字圖像后發(fā)送到主控模塊5，所述主控模塊5用于對數(shù)字圖像進行處理后分別獲得粗測位置值及細(xì)分位置值進而組合獲得絕對位置測量值。