[发明专利]视觉扫描线性变密度条纹尺的大量程位移测量装置及方法

说明书

本发明涉及一种视觉扫描线性变密度条纹尺的大量程位移测量装置及方法，该装置包括：线性变密度条纹尺，用以测量滑轨位移信息；成像模块，安装固定于滑轨上，用以对条纹尺上的线性变密度条纹进行连续成像及数据采集，并将采集信息传输至处理模块中；位移滑动平台，用以驱动滑轨带动成像模块做直线运动，以使成像模块对线性变密度条纹进行线性成像；处理模块，用以对成像模块进行控制，并对成像条纹信息进行实时处理，根据成像条纹的密度变化规律，得到条纹密度信号频率变化曲线，建立频率变化信息与滑轨实际位移之间的映射关系和数学模型，进而计算出滑轨的实际位移信息。该装置及方法有利于提高测量效率和测量精度，且装置简单，实现成本低。

技术领域

本发明属于机器视觉测量领域，具体涉及一种视觉扫描线性变密度条纹尺的大量程位移测量装置及方法。

背景技术

在机床的加工过程中，由于摩擦、刀具磨损等原因会导致机床走刀存在误差，从而影响工件的加工质量。因此，对机床走刀误差进行补偿对提高工件加工质量是必要的。

当前，为了提高加工精度，常在机床中应用的有光栅尺、磁栅尺、球栅尺。光栅尺以光学玻璃刻线为测量基准，把光学玻璃安装到铝合金的尺身里面和读数头等配件组成光栅尺，铝合金半密封设计。光栅尺应用较为广泛，但是由于其是半密封设计，若在使用过程中水、油、铁屑进入有可能导致光栅损坏，而光栅加工不易，更换成本相对较高。磁栅尺因采用磁带原理，价格低廉、安装简单，但是由于基准信号较宽、存在消磁问题等，会影响测量的精度。球栅尺利用导磁介质量的变化实现电磁/磁电转换，精度较高，且由于是全密封设计，不易受工作环境影响而损坏，但是其成本高昂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种视觉扫描线性变密度条纹尺的大量程位移测量装置及方法，该装置及方法有利于提高测量效率和测量精度，且装置简单，实现成本低。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种视觉扫描线性变密度条纹尺的大量程位移测量装置，包括：

线性变密度条纹尺，用以测量滑轨的实际位移信息；

成像模块，安装固定于滑轨上，用以对线性变密度条纹尺表面的线性变密度条纹进行连续成像及数据采集，并将采集到的成像条纹信息传输至处理模块中；

位移滑动平台，用以驱动滑轨带动成像模块做直线运动，以使成像模块对线性变密度条纹进行线性成像；以及

处理模块，用以对成像模块进行控制，并对成像条纹信息进行实时处理，根据成像条纹的密度变化规律，得到条纹密度信号频率变化曲线，建立频率变化信息与滑轨实际位移之间的映射关系和数学模型，进而计算出滑轨的实际位移信息；条纹频率与滑轨实际位移之间的数学关系式为：

其中，Δx(i)为第i帧采集线性变密度条纹尺时的滑轨实际位移，L为线性变密度条纹尺的实际长度，f_i为第i帧成像线性变密度条纹的频率，f_e为线性变密度条纹的最大频率，f_s为线性变密度条纹的初始频率。

进一步地，所述线性变密度条纹尺为表面喷涂有线性变密度条纹的钢尺，所述线性变密度条纹尺沿滑轨运动方向固定设置于成像模块前侧，以让成像模块在随滑轨运动过程中采集到成像条纹信息。

进一步地，所述线性变密度条纹尺的条纹图像密度沿条纹明暗变化方向进行线性变化。

进一步地，所述线性变密度条纹尺安装在位移滑动平台上，根据条纹密度变化规律，计算出滑轨的实际位移信息。