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基于角点特征的平面绝对位移测量技术研究

基于角点特征的平面绝对位移测量技术研究

作者：孙晓飞西安工业大学

学位级别：硕士

三坐标测量机是对工件轮廓、形位尺寸等进行测量的主要通用仪器。由于其结构复杂、系统庞大、价格昂贵使得应用受限。因此作者开发了一种基于虚拟坐标的新型三坐标测量机。虚拟坐标测量机是建立在数字图像处理技术上,突破了传统的测量方... 详细信息

三坐标测量机是对工件轮廓、形位尺寸等进行测量的主要通用仪器。由于其结构复杂、系统庞大、价格昂贵使得应用受限。因此作者开发了一种基于虚拟坐标的新型三坐标测量机。虚拟坐标测量机是建立在数字图像处理技术上,突破了传统的测量方法,对传统测量机的主体进行简化,实现三维空间的位移尺寸测量。坐标测量机的实质是取得测头或工件的位移信息,因此位移测量是一种基于虚拟坐标的新型三坐标测量机的关键技术。本文对基于角点特征的平面绝对位移测量技术进行了研究,主要包括测量系统标定、位移测量以及平面位移测量实验。测量系统标定是本系统的关键技术,也是平面位移测量的基础。测量系统标定包括摄像机标定和工作台标定。摄像机标定目的是确定摄像机的畸变系数,在本系统中采用两步法进行了摄像机的标定,最后通过实验确定了摄像机的畸变系数并且确定了摄像机的像素当量;工作台标定的目的是实现特征点的描述与确定其理想位置。在工作台定位中,首先通过CCD摄像机拍摄工作台图片,然后通过特征角点提取算法提取图片特征角点并将角点数据存储。在特征角点提取中,分别介绍了四种特征提取算子并通过实验分析对比了它们的优缺点,并最终选择Harris算子作为特征角点提取算法。位移测量是整个系统的最终目的,也是关键之一。本文在位移测量中,提出了基于灰度向量匹配的方法来实现位移测量。该方法是以特征角点为基础,以其周围8领域作为角点的描述,同时以分层搜索法为搜索策略来实现图片的粗定位。最后通过位移计算公式求出位移。最后,在提出具体理论的基础上,通过详细的实验验证在该论文中提出的新的测量方法的可行性。在实验过程中,首先对基于灰度向量匹配方法的粗定位作了可行性验证,并通过位移计算公式完成了精确定位,最后进行了平面位移测量的具体实验,并通过实验数据的分析对特征角点提取算法作了优化,实验结果表明优化后的提取算法在精度上提高了一个像素。由此得出,在本论文中提出的基于灰度向量匹配的平面绝对位移测量方法具有可行性,通用性,具有现实意义。该测量理论和方法的提出丰富了数字图像领域测量的理论与方法,为后续研究提供了借鉴作用。

关键词：数字图像处理绝对位移测量角点特征特征点提取灰度向量匹配

一种基于灰度向量匹配的平面绝对位移测量方法

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机电产品开发与创新 2009年第5期22卷 126-128页

作者：孙晓飞赫东锋方舟张君安西安工业大学机电工程学院陕西西安710032

对于平面位移的测量,传统方法需要采用特殊机构将其分解为两个线性位移和一个角位移分别测量,因而测量系统复杂。随着数字图像处理技术的不断发展,采用该技术进行位移的测量已经成为现代测量技术发展的新方向。本文提出了一种新的基于... 详细信息

对于平面位移的测量,传统方法需要采用特殊机构将其分解为两个线性位移和一个角位移分别测量,因而测量系统复杂。随着数字图像处理技术的不断发展,采用该技术进行位移的测量已经成为现代测量技术发展的新方向。本文提出了一种新的基于图像处理的平面位移测量方法。该方法采用事先通过标定的图像,对自然标志(特征点)的提取和基于灰度向量匹配来完成绝对位移的测量。最后经实验验证了该原理的可行性。

关键词：绝对位移测量数字图像处理特征点提取灰度向量匹配

基于分时方法的高精度反射绝对式纳米时栅位移传感器设计

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仪器仪表学报 2021年第9期42卷 97-105页

作者：刘小康梅现富蒲红吉彭凯于治成重庆理工大学机械检测技术与装备教育部工程研究中心重庆400054

本文提出了一种反射绝对式纳米时栅位移传感器的传感方法。采用反射单列式传感器作为反射绝对式传感器的精密测量部分,记为传感器A。为了实现绝对位移测量,设计了一个与传感器A相差一个周期的反射单列式传感器,记为传感器B,利用传感器A... 详细信息

本文提出了一种反射绝对式纳米时栅位移传感器的传感方法。采用反射单列式传感器作为反射绝对式传感器的精密测量部分,记为传感器A。为了实现绝对位移测量,设计了一个与传感器A相差一个周期的反射单列式传感器,记为传感器B,利用传感器A与传感器B相位作差实现绝对位移测量。采用标准印刷电路板技术制作了传感器样机,搭建了实验平台,进行了实验测试。测试结果表明,激励电极引线方式对接收电极带来干扰,从而造成一次谐波误差。为了抑制误差,提出了交叉反射结构和分时方法,交叉反射结构将感应电极与另一端的反射电极引线相连,增大激励电极和接收电极的距离,分时方法通过不同时间段对传感器A和传感器B施加激励信号,并把不工作的电极接地。实验表明该结构和方法相互配合有效的抑制了干扰,最终在400 mm范围内,补偿后实现了±300 nm的测量精度。

关键词：绝对位移测量纳米时栅分时方法位移传感器

一种分时复用的绝对式纳米时栅位移传感器设计

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重庆理工大学学报（自然科学） 2023年第12期37卷 122-129页

作者：邓志钊蒲红吉于治成王合文樊星辰重庆理工大学机械检测技术与装备教育部工程研究中心重庆400054 时栅传感及先进检测技术重庆市重点实验室重庆400054 合肥工业大学仪器科学与光电工程学院合肥230009

现代高端装备制造对精密位移检测技术提出了绝对位置测量、高精度和大量程的需求,针对绝对式位移量程与编码的矛盾,提出了一种基于分时复用方法的绝对式纳米时栅位移传感器。采用单列式时栅位移传感器作为绝对式传感器的精测部分,记为... 详细信息

现代高端装备制造对精密位移检测技术提出了绝对位置测量、高精度和大量程的需求,针对绝对式位移量程与编码的矛盾,提出了一种基于分时复用方法的绝对式纳米时栅位移传感器。采用单列式时栅位移传感器作为绝对式传感器的精测部分,记为传感器A。为了实现绝对位移测量,增加一个周期数比传感器A少且互为质数的对射增量式时栅位移传感器,记为传感器B。利用传感器A与传感器B输出行波的相位值,通过查找表和定位计算实现绝对位移测量。提出了一种分时复用的方法,通过分时间段为传感器A与传感器B提供激励信号,可以有效降低传感器功耗。此外,传感器A与传感器B的感应电极在内部用引线连接,共用1组感应信号处理接口,减少了1组感应信号处理器件,节约了电路空间。采用多层PCB工艺制造了传感样机,搭建了实验平台并对样机性能进行测试。最终实验结果表明:在450 mm范围内,非线性测量误差达到±3μm。

关键词：分时复用方法绝对位移测量纳米时栅位移传感器

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磁栅绝对直线位移传感器的研究

磁栅绝对直线位移传感器的研究

作者：陈亮哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

目前的直线位移传感器中,低成本、结构简单的磁栅位移传感器越来越被广泛应用。而我国磁栅位移传感研究技术较之国外有很大差距,而且主要以相对位移测量为主。随着我国控制工业的发展,市场对绝对直线位移测量的需求加大,急需要展开对磁... 详细信息

目前的直线位移传感器中,低成本、结构简单的磁栅位移传感器越来越被广泛应用。而我国磁栅位移传感研究技术较之国外有很大差距,而且主要以相对位移测量为主。随着我国控制工业的发展,市场对绝对直线位移测量的需求加大,急需要展开对磁栅位移传感器测量精度和绝对式测量方面的研究。相对位移传感器一般是通过脉冲记数对多个周期进行测量,它有两个缺点:一是每次测量都得从起始位置开始,需要上电调零;二是不具备掉电保持功能。针对这些问题本文提出一种二进制连续位移编码,采用这种编码对多个正弦周期进行标识,让处理软件识别每一个周期,从而进行绝对位移测量。通过开关霍尔可以把这种二进制编码转换成磁极的排列,实现起来很方便。传统磁栅位移传感器采用线圈和录磁结构,信号发生和处理非常复杂。为了简化硬件结构,本文采用磁钢列和磁敏霍尔元件组合,通过霍尔在磁钢上移动产生正弦信号。同时用单片机作为信号处理的核心,大大减少外接信号处理元件。在信号处理上采用基于校准查表的信号处理方式。在离线状态下,用高分辨力的光栅对磁栅进行校准:对光栅的输出和磁栅的三相信号同时采样并上传到计算机,得到标准位移和正弦电压信号对应关系并存于主控芯片中以供查表。实际工作状态中,分区间根据正弦信号查表得到位移。同时采用差分放大、移动平均滤波等对原始信号进行处理。为了确保原始信号的质量,本文还用ANSYS软件进行了大量的磁场分析来确定磁钢之间及磁钢和霍尔的位置关系。实验测量结果表明:本设计实现了全量程2048mm内的绝对位移测量;通过与高精度RENISHAW光栅（分辨力0.5μm）相比,磁栅分辨力达到了0.75μm;磁栅位移传感器的体积小、总体结构简单、成本低。为了实现传感器的微型化,本文在两列磁钢设计的基础上提出单列磁钢设计方案。在航空航天、机器人等特殊领域具有重要的应用价值。

关键词：磁场分析连续位移编码磁栅绝对位移测量

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偏振光位移传感器及其绝对位移检测方法研究

偏振光位移传感器及其绝对位移检测方法研究

作者：芦圣浙江大学

学位级别：硕士

位移传感器在科学与工业技术领域应用广泛,是重要的测量部件。本文提出了一种基于偏振光检测的位移测量原理,并基于该原理,完成了机械、光学、电路等各部分的设计,研制了实验室样机,并进行了测试。论文主要包括以下几个部分: ... 详细信息

位移传感器在科学与工业技术领域应用广泛,是重要的测量部件。本文提出了一种基于偏振光检测的位移测量原理,并基于该原理,完成了机械、光学、电路等各部分的设计,研制了实验室样机,并进行了测试。论文主要包括以下几个部分: 第一章绪论介绍了课题的相关背景,包括常用位移传感器的简介,大量程位移传感器的发展和应用。第二章分析了基于偏振光的位移测量方法的基本理论。包括光的偏振理论分析,光的偏振态表示及马吕斯定理分析,以及电光调制原理。第三章详细介绍了伺服比较式偏振光位移传感器。包括伺服比较式位移检测原理、组成部件的选择及介绍、传感器的硬件系统、软件系统等。该方案已经制作完成了样机,并进行了测试,测试结果将在第五章详细介绍。第四章介绍了基于伺服比较方案的绝对位移测量方案。基于伺服比较式位移传感器的自身的特点,和另外附加的一套用于确定周期位置的装置,实现了大量程的绝对位移测量。另外,还介绍了通过位移—时间转换进行位移测量的方法,该方案可实现全光型位移传感器,具有极强的抗干扰能力和较高的精读,具有广阔的前景。第五章详细叙述了伺服比较式位移传感器样机的测试结果,给出了实验数据,并进行了分析。介绍了传感器现场运行测试的情况,实验表明,传感器样机具有可达40米的量程、和较高精度以及较好的可靠性。另外还介绍了绝对位移测量实验的结果。最后（第六章）,对全文进行了总结和展望。总结了主要研究成果和将来需要努力的方向。本项目得到国家自然科学基金,863计划,浙江省自然科学基金资助。

关键词：位移传感器偏振光伺服比较 DSP 绝对位移测量