[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于視場(chǎng)分離的X-Y-θ三自由度測(cè)量方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110620152.1
• 申請(qǐng)日: 2021-06-03
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113390337A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-09-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙會(huì)寧;牛茹茹;夏豪杰;張祚;吳宇桐
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 合肥工業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01B11/00
• 分類(lèi)號(hào): G01B11/00
• 代理公司: 北京市科名專(zhuān)利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 11468
• 代理人: 陳朝陽(yáng)

1.一種基于視場(chǎng)分離的X-Y-θ三自由度測(cè)量方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1、將二維絕對(duì)位置編碼盤(pán)固定在二維位移臺(tái)上，二維絕對(duì)位置編碼盤(pán)隨二維位移臺(tái)進(jìn)行X、Y方向和阿貝角θ方向上的移動(dòng)；

步驟2、遠(yuǎn)心鏡頭內(nèi)的同軸光經(jīng)過(guò)視場(chǎng)分離裝置垂直照射在二維絕對(duì)位置編碼盤(pán)上，形成兩個(gè)間隔一定距離的獨(dú)立光學(xué)視場(chǎng)，CCD相機(jī)獲取兩個(gè)視場(chǎng)內(nèi)的編碼圖像并通過(guò)數(shù)據(jù)線傳輸?shù)綀D像處理系統(tǒng)；

步驟3、圖像處理系統(tǒng)對(duì)接收到的編碼圖像進(jìn)行模塊化處理，得到精確的二維絕對(duì)位置值X、Y和阿貝角θ。

2.如權(quán)利要求1所述的一種基于視場(chǎng)分離的X-Y-θ三自由度測(cè)量方法，其特征在于，所述二維絕對(duì)位置編碼盤(pán)包括平面玻璃板和刻劃在平面玻璃板上的二維編碼序列，所述二維編碼序列是由偽隨機(jī)序列和二進(jìn)制序列組合而成，二維編碼序列的每一行或列a₁ a₂ …a_n，按照公式b_i＝a_i^∧d₁a_i+1^∧d₂a_i+2^∧…^∧d_ha_i+h變換得到，其中^∧表示位異或運(yùn)算，d₁，d₂，…，d_h為0或者1，d₁，d₂，…，d_h有且僅有奇數(shù)個(gè)為1，每一位b_i是由a_i及其后面的連續(xù)h位邏輯運(yùn)算得來(lái)，b_i滿足：(1)奇數(shù)項(xiàng)或偶數(shù)項(xiàng)為m序列，若m序列為j階，則它的循環(huán)長(zhǎng)度為2j-1；(2)偶數(shù)項(xiàng)或奇數(shù)項(xiàng)為表示數(shù)值大小的一段序列，以2j-1為循環(huán)長(zhǎng)度，后一段表示的數(shù)值大小比前一段大1。

3.如權(quán)利要求1所述的一種基于視場(chǎng)分離的X-Y-θ三自由度測(cè)量方法，其特征在于，所述視場(chǎng)分離裝置包括一個(gè)直角棱鏡和兩個(gè)反射鏡，反射鏡分別設(shè)置在直角棱鏡兩側(cè)且分別平行于直角棱鏡的一個(gè)垂直平面，視場(chǎng)分離過(guò)程具體為：遠(yuǎn)心鏡頭發(fā)出的同軸光照射在直角光學(xué)棱鏡的兩個(gè)垂直平面上，接著分別反射到左右兩個(gè)反射鏡上，再由反射鏡反射垂直射向二維絕對(duì)位置編碼盤(pán)，最終在二維絕對(duì)位置碼盤(pán)上形成兩個(gè)相隔一定距離的獨(dú)立光學(xué)視場(chǎng)。

4.如權(quán)利要求1所述的一種基于視場(chǎng)分離的X-Y-θ三自由度測(cè)量方法，其特征在于，所述圖像處理系統(tǒng)包括圖像采集與預(yù)處理模塊、位置識(shí)別與細(xì)分模塊、阿貝角測(cè)量模塊、誤差修正模塊和二維絕對(duì)位置與阿貝角結(jié)果輸出模塊，所述編碼圖像模塊化處理過(guò)程為：圖像采集與預(yù)處理模塊接收CCD相機(jī)發(fā)送的圖像，對(duì)編碼圖像進(jìn)行中值濾波及二值化處理，位置識(shí)別與細(xì)分模塊對(duì)圖像中識(shí)別到的二維絕對(duì)編碼值進(jìn)行譯碼處理，獲得當(dāng)前二維位置信息，同時(shí)對(duì)編碼圖像進(jìn)行亞像素細(xì)分，獲取更加精確的位置信息，阿貝角測(cè)量模塊讀取兩個(gè)區(qū)域的圖像位置信息，從而得到二維編碼盤(pán)與CCD相機(jī)之間的阿貝角，誤差修正模塊根據(jù)得到的阿貝角對(duì)二維位置信息進(jìn)行補(bǔ)償，最終獲得準(zhǔn)確的三自由度坐標(biāo)信息，再由二維絕對(duì)位置與阿貝角結(jié)果輸出模塊輸出準(zhǔn)確的三自由度坐標(biāo)信息。

5.如權(quán)利要求4所述的一種基于視場(chǎng)分離的X-Y-θ三自由度測(cè)量方法，其特征在于，準(zhǔn)確的三自由度坐標(biāo)信息的獲取方法具體為：

通過(guò)編碼成像系統(tǒng)獲得的兩個(gè)視場(chǎng)A和B，位置識(shí)別與細(xì)分模塊利用解碼算法并細(xì)分之后分別讀取兩個(gè)圖像的位置值(X₁,Y₁)和(X₂,Y₂)，則阿貝角θ為

誤差修正模塊根據(jù)得到的阿貝角對(duì)二維位置信息進(jìn)行補(bǔ)償，得到二維絕對(duì)位置值修正結(jié)果