[发明专利]一种视觉绝对式转动角度测量方法和装置

说明书

本发明提供一种视觉绝对式转动角度测量方法和装置，所述装置包括CCD相机和圆环状的码盘，所述码盘的中部通过连接转轴进行转动；所述码盘的圆环上均匀分布有n个共圆的灰度标识，每个灰度标识的灰度值分别对应0‑255灰度值区间内均匀间隔设定的n级灰度值；所述CCD相机设置在码盘的上方，使其拍摄视野对准灰度标识，并在任意时刻其拍摄视野至少存在一个完整的灰度标识。本发明的测量装置具有绝对定位能力，同时具有极小的旋转角度测量分辨率。

技术领域

本发明涉及角度测量技术领域，具体而言，涉及一种视觉绝对式转动角度测量方法和装置。

背景技术

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、传统的绝对式光栅编码器，原理上即难以做到较高的分辨率。并且结构较复杂，成本较高。

发明内容

本发明旨在提供一种视觉绝对式转动角度测量方法和装置，以解决上述采用光栅尺测量存在的问题。

本发明提供的一种视觉绝对式转动角度测量装置，包括CCD相机和圆环状的码盘，所述码盘的中部通过连接转轴进行转动；

所述码盘的圆环上均匀分布有n个共圆的灰度标识，每个灰度标识的灰度值分别对应0-255灰度值区间内均匀间隔设定的n级灰度值；

所述CCD相机设置在码盘的上方，使其拍摄视野对准灰度标识，并在任意时刻其拍摄视野至少存在一个完整的灰度标识。

进一步的，相邻灰度标识的灰度值相差至少2级灰度值。

进一步的，所述灰度标识为实心圆形。

进一步的，n＝8。

本发明还提供一种视觉绝对式转动角度测量方法，采用上述的测量装置进行测量；所述测量方法包括如下步骤：

步骤1，标定所述测量装置获得标定数据，该标定数据包括每个灰度级别的灰度标识的灰度质心坐标和对应的角度值；

步骤2，通过CCD相机拍摄一张图像；

步骤3，对CCD相机拍摄的图像进行图像处理获得图像中灰度标识的灰度质心坐标，并计算图像中灰度标识的平均灰度值；

步骤4，根据图像中灰度标识的平均灰度值确定该灰度标识的灰度级别，进而获得该灰度标识在标定数据中对应的角度值ang；

步骤5，根据图像中灰度标识的灰度质心坐标，在标定数据中找到距离其最近的左侧灰度标识pa和右侧灰度标识pb；

步骤6，根据标定数据中左侧灰度标识pa和右侧灰度标识pb对应的角度值计算两者的夹角dela_ang，以及两者的角度比值b:c；