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。
1.一种视觉扫描线性变密度条纹尺的大量程位移测量方法，其特征在于，提供一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，fi为第i帧成像线性变密度条纹的频率，fe为线性变密度条纹的最大频率，fs为线性变密度条纹的初始频率；
基于所述大量程位移测量装置的大量程位移测量方法，包括以下步骤：
步骤S1：将线性变密度条纹尺安装在位移滑动平台上，将成像模块安装固定在位移滑动平台的滑轨上，并调整成像模块的成像位置，使其对准线性变密度条纹尺，以使条纹中心在成像模块的成像范围中；
步骤S2：当位移滑动平台驱动滑轨运动时，滑轨带动成像模块运动，成像模块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；
步骤S3：成像模块将采集到的成像条纹信息传输至处理模块中，由于是对线性变密度条纹进行连续成像，因此成像条纹的密度会随着成像过程发生变化，处理模块处理获得成像条纹的密度变化规律，从而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。
2.根据权利要求1所述的视觉扫描线性变密度条纹尺的大量程位移测量方法，其特征在于，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。
3.根据权利要求2所述的视觉扫描线性变密度条纹尺的大量程位移测量方法，其特征在于，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。
4.根据权利要求2所述的视觉扫描线性变密度条纹尺的大量程位移测量方法，其特征在于，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。
5.根据权利要求1所述的视觉扫描线性变密度条纹尺的大量程位移测量方法，其特征在于，所述成像模块主要由成像镜头、线阵传感器和控制电路组成。
6.根据权利要求1所述的视觉扫描线性变密度条纹尺的大量程位移测量方法，其特征在于，所述成像模块的采样帧率和成像分辨率可根据位移滑动平台的测量精度要求进行调整。
7.根据权利要求1所述的视觉扫描线性变密度条纹尺的大量程位移测量方法，其特征在于，所述成像模块对线性变密度条纹进行成像时，其成像光轴与条纹平面垂直，且成像模块的成像范围与条纹平面相对应。
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
技术领域
[0001] 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
[0002] 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。
[0003] 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
[0004] 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。
[0005] 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：
[0006] 线性变密度条纹尺，用以测量滑轨的实际位移信息；
[0007] 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；
[0008] 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
[0009] 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：
[0010]
[0011] 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，fi为第i帧成像线性变密度条纹的频率，fe为线性变密度条纹的最大频率，fs为线性变密度条纹的初始频率。
[0012] 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。
[0013] 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。
[0014] 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。
[0015] 进一步地，所述成像模块主要由成像镜头、线阵传感器和控制电路组成。
[0016] 进一步地，所述成像模块的采样帧率和成像分辨率可根据位移滑动平台的测量精度要求进行调整。
[0017] 进一步地，所述成像模块对线性变密度条纹进行成像时，其成像光轴与条纹平面垂直，且成像模块的成像范围与条纹平面相对应。
[0018] 本发明还提供了一种视觉扫描线性变密度条纹尺的大量程位移测量方法，包括以下步骤：
[0019] 步骤S1：将线性变密度条纹尺安装在位移滑动平台上，将成像模块安装固定在位移滑动平台的滑轨上，并调整成像模块的成像位置，使其对准线性变密度条纹尺，以使条纹中心在成像模块的成像范围中；
[0020] 步骤S2：当位移滑动平台驱动滑轨运动时，滑轨带动成像模块运动，成像模块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；
[0021] 步骤S3：成像模块将采集到的成像条纹信息传输至处理模块中，由于是对线性变密度条纹进行连续成像，因此成像条纹的密度会随着成像过程发生变化，处理模块处理获得成像条纹的密度变化规律，从而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。
[0022] 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：通过设置成像模块随滑轨运动，使其对线性变密度条纹尺上的线性变密度条纹进行连续成像，通过对成像条纹信息进行实时处理获取成像条纹密度信息变化规律，进而建立条纹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，实现滑轨实际位移的测量。这种测量这种不仅信号提取更加快捷高效，提高了测量的效率，通过提高成像模块的采样帧率，还可进一步提高测量精度。此外，该装置结构和条纹涉及更加简单，制造及维护成本低。因此，本发明具有很强的实用性和广阔的应用前景。
附图说明
[0023] 图1是本发明实施例的装置结构示意图。
[0024] 图中：1‑线性变密度条纹尺，2‑位移滑动平台，3‑成像模块，4‑处理模块，5‑线性变密度条纹，6‑滑轨。
具体实施方式
[0025] 下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
[0026] 应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0027] 需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0028] 如图1所示，本实施例提供了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1、位移滑动平台2、成像模块3和处理模块4。线性变密度条纹尺1上具有线性变密度条纹5，用以测量滑轨的实际位移信息。位移滑动平台2上设有可运动的滑轨6，所述位移滑动平台2用以驱动滑轨6带动成像模块3做直线运动，以使成像模块3对线性变密度条纹5进行线性成像。成像模块3安装固定于滑轨6上，用以对线性变密度条纹尺1表面的线性变密度条纹5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4中。处理模块4用以对成像模块3进行控制，包括控制其启停及参数设置；还用以对成像条纹信息进行存储和实时处理，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，每一个成像位置对应条纹的一个频率，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：
[0029]
[0030] 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，fi为第i帧成像线性变密度条纹的频率，fe为线性变密度条纹的最大频率，fs为线性变密度条纹的初始频率。
[0031] 在本实施例中，所述线性变密度条纹尺1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1沿滑轨运动方向固定设置于成像模块3前侧，以让成像模块3在随滑轨6运动过程中采集到成像条纹信息。所述线性变密度条纹尺1的条纹图像密度沿条纹明暗变化方向进行线性变化。所述线性变密度条纹尺1安装在位移滑动平台2上，根据条纹密度变化规律，计算出滑轨的实际位移信息。
[0032] 在本实施例中，所述成像模块3主要由成像镜头、线阵传感器和控制电路组成。所述成像模块3的采样帧率和成像分辨率可根据位移滑动平台的测量精度要求进行调整。所述成像模块3对线性变密度条纹进行成像时，其成像光轴与条纹平面垂直，且成像模块的成像范围与条纹平面相对应。
[0033] 本实施例还提供了基于上述装置的大量程位移测量方法，包括以下步骤：
[0034] 步骤S1：将线性变密度条纹尺1安装在位移滑动平台2上，将成像模块3安装固定在位移滑动平台2的滑轨6上，并调整成像模块3的成像位置，使其对准线性变密度条纹尺，以使条纹中心在成像模块3的成像范围中。
[0035] 步骤S2：当位移滑动平台2驱动滑轨6运动时，滑轨6带动成像模块3运动，成像模块3对线性变密度条纹尺1表面的线性变密度条纹5进行连续成像。
[0036] 步骤S3：成像模块3将采集到的成像条纹信息传输至处理模块4中，由于是对线性变密度条纹5进行连续成像，因此成像条纹的密度会随着成像过程发生变化，处理模块4处理获得成像条纹的密度变化规律，从而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，最后通过相关运算计算出滑轨6的实际位移信息。这样，就可以测量出与滑轨6固连在一起的机构的实际位移信息。
[0037] 以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
