[發(fā)明專利]一種基于神經網絡的增量絕對光柵尺的位移檢測方法

有效

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• 申請日: 2019-11-19
• 公開（公告）號: CN111189396B
• 公開（公告）日: 2022-06-03
• 發(fā)明（設計）人: 林博生;孫晗;陳新;朱苗;楊志軍
• 申請（專利權）人: 廣東工業(yè)大學
• 主分類號: G01B11/02
• 分類號: G01B11/02
• 代理公司: 廣東廣信君達律師事務所 44329
• 代理人: 楊曉松

本發(fā)明公開了一種基于神經網絡的增量式圓光柵尺的位移檢測方法，包括：通過對圓光柵尺上柵紋的微觀特征進行區(qū)分或做標記，使之轉變?yōu)橐环N增量絕對式光柵尺，保證每根柵紋的唯一性；建立深度學習的神經網絡模型，對提取的每一道柵紋進行訓練，保存訓練較好的光柵分類模型，用于獲取當前絕對位置；基于圖像像素點，對最終位置的光柵絕對位置進行計數，以提升位移檢測精度。上述檢測方法，解決增量式圓光柵尺，高速時易掉脈沖和掉電后需進行回零操作的缺點，解決了絕對式光柵式與增量式光柵尺需同時配合使用的問題，克服光柵尺在高精測量過程中成本高的弊端。

技術領域

本申請涉及測量儀器技術領域，尤其涉及一種增量式圓光柵尺系統(tǒng)。

背景技術

光柵尺常用于機床與現代加工中心以及測量儀器等方面，可用作線位移或角位移的檢測，其測量輸出信號為數字脈沖，具有測量范圍大，檢測精度高，響應速度快的特點。光柵尺常與讀數頭相結合，讀數頭每掃描一個柵距，產生一個正弦波信號周期，此信號通過電子電路進行細分處理，可以達到好高的分辨率。

目前使用的光柵尺主要分為增量式和絕對式兩種。增量式光柵尺是周期性的光柵刻線，只有間隔不變的“零點標記”刻度和增量計數刻度，位置信息是通過計算自某點開始的增量數獲得的，而計數的起始點必須要通過機床回參考點來確定。而絕對式光柵尺上輸出信息與位置信息一一對應，每一位置對應一特定的位置編碼，在主光柵尺上將此位置編碼刻成一系列碼道，通過讀數頭獲取位置編碼確定絕對位置。因此，在掉電或因故障重新開機時，利用絕對式光柵尺的位置編碼可知其實際位置值，從而避免回零操作。但絕對式光柵尺存在編碼復雜，制造成本高，讀取速度慢的問題，對標尺光柵刻線要求較高，增加加工成本。

隨著政策、企業(yè)、資本等要素的不斷助力與驅動，我國機器人發(fā)展趨勢迅猛。常見的機器人機械手臂，通常采用整體的伺服電機與編碼器相結合的形式來構建，由于伺服電機小型化的需求越來越旺盛，對應編碼器的小型化和超薄化的要求也越來越強烈。伺服電機廠家需求直徑小、厚度薄、精度高且價格低的編碼器。雖然光柵編碼器只是機器手臂內的一個配件，但是在功能是線上起到舉足輕重的作用。如何將編碼器進一步整合與縮小，是目前迫切需要解決的問題。

文獻“增量式光柵編碼器與絕對式編碼器性能比較和分析”，通過實驗對比指出，增量式光柵尺與絕對式光柵尺的速度曲線吻合度很好；就測速而言，增量式光柵尺比絕對式光柵尺具有更高的精度；在同樣的速度轉動條件下，增量式光柵尺工作穩(wěn)定。現階段，為將增量式光柵尺的高速性、穩(wěn)定性與絕對式光柵尺的快速定位其實際位置值結合起來，工業(yè)上采用將增量式光柵尺與絕對式光柵尺一同使用的方法。即絕對式光柵尺用于獲取當前實際初始位置，增量式光柵尺用于增量計數。

發(fā)明201811524343.2提出一種光柵尺標定方法、裝置與視覺檢測裝置，對擺放在機臺上的標定板進行采圖，并對所采圖樣上光柵尺坐標以及采樣點的視覺坐標進行提取，重復上述過程至所有采樣圖讀取完畢。再通過坐標轉換等方式獲取待檢測圖像的坐標。

現有技術所提供的的方法存在下述缺點：(1)雖將增量式光柵尺與絕對式光柵尺的優(yōu)點進行融合，但未能將它們進行整合(2)雖采用視覺的方式對光柵尺位置進行采樣，但計算過程過于復雜繁瑣，標定精度也沒有得到較好的提升。

綜上所述可以看出，如何將增量式光柵尺的高精度和較好的工作穩(wěn)定性與絕對式光柵尺無需回零操作的優(yōu)點結合起來，以及通過視覺處理方式提升光柵尺的檢測精度是目前有待解決的問題。

發(fā)明內容