一种基于视觉的位置检测编码靶标及系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于位置检测传感器领域，具体涉及一种基于视觉的位置检测编码靶标及系统。
【背景技术】
[0002]传统上用于绝对式位置检测的传感元件，如码盘(轴角位移编码器)和码尺(直线位移编码器)，都采用二进制对一维空间范围内的绝对位置进行编码，二进制的位数根据所需要的检测精度而定。传统的绝对位置检测元件主要采用格雷码(也称循环码或单位距离性码)进行编码以提高检测的鲁棒性，避免自然二进制码存在的相邻位置的读数示值突变可造成粗大测量误差的现象；另外，近年来，基于最大长度序列(即二进制伪随机数序列)的编码也被用于的绝对位置检测，但是，没有针对这种编码形式相应的硬件装置，采用这种序列表示的相邻位置的随机二进制编码的位值是随机变化的，容易造成读数示值突变的粗大测量误差。
[0003]以传统绝对位置检测元件格雷码码盘为例，首先根据检测精度的需要确定需要具有位数N的格雷码，然后采用光刻加工的方法在码盘上加工N条同心圆码道，采用透光和不透光的方法表示各位置处代码的“ I ”和“ O ”状态。在码盘上沿径向为每一码道设置有光电读数头，则共可表示2Nf位置。而码尺是码盘沿周长展开的推广，即在直线尺上采用绝对编码来表示各位置，从而构成直线绝对编码器。码盘和码尺的基底材料一般是在具有良好环境稳定性的微晶玻璃，基于透光和不透光，采用发光二极管作为光源从码尺的一侧照射编码，而由另一侧光电三极管接收读出光信号，并由译码器给出绝对位置。
[0004]上述采用传统光电二极管和三级管的位置检测装置及检测方法存在明显的局限和缺点，具体如下:
1、位置的可测精度由刻录条纹宽度和光电元件的尺寸限制，不能充分有效利用码盘或码尺的空间，以实现更高精度的绝对位置检测。
[0005]2、由于工艺水平的限制，传统绝对位置检测技术的检测精度已趋向极限；而采用二进制伪随机数编码的方法还可能存在读数示值突变的粗大测量误差。
【发明内容】
[0006]本发明所要解决的技术问题是:提供一种基于视觉的位置检测编码靶标及系统，解决了现有技术中绝对位置检测装置及方法检测精度低的问题。
[0007]本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案:
一种基于视觉的位置检测编码靶标，包括基体以及设置于基体上的至少一排编码图案，每排编码图案对应于一组二进制伪随机数序列，其中，二进制伪随机数序列中的“O”和“ I ”分别对应彼此不相同的图案。
[0008]所述二进制伪随机数序列中的“I”对应实心黑色长方形图案，“O”对应白色长方形图案。
[0009]所述二进制伪随机数序列中的“I”对应黑色条状图案，“O”对应两个上下排列的黑色条状图案。
[0010]所述二进制伪随机数序列中的“I”对应实心黑色圆圈图案，“O”对应黑色空心圆圈图案。
[0011]所述机体上均匀设置四排编码图案。
[0012]所述基体采用微晶玻璃、殷钢或复合材料。
[0013]所述基体为方形、长条形、圆柱形或可弯曲长条形。
[0014]一种基于视觉的位置检测系统，包括编码靶标、照明装置、图像采集装置、数据处理装置，其中，编码靶标上设置对应于二进制伪随机数序列的编码图案；所述照明装置用于为编码靶标照明；图像采集装置用于获取编码靶标上的编码图案信息；数据处理装置用于将图像采集装置采集到的编码图案信息译码成对应的二进制伪随机数，该二进制伪随机数对应一维空间绝对位置。
[0015]所述图像采集装置为CXD相机。
[0016]所述照明装置设置于编码靶标的前面、后面或侧面。
[0017]与现有技术相比，本发明具有以下有益效果:
1、采用二进制伪随机数编码的区别只是编码为一排序列，任意连续的N位是唯一的，可表示唯一的绝对位置。
[0018]2、采用不同图案代表二进制伪随机数编码中的“I”和“0”，做成靶标形式，并且采用照明装置对靶标图案进行照明，使得图像采集装置更容易采集到靶标图案。
[0019]3、在多种基体上设置图案，具有抗环境因素影响和偶然因素影响的鲁棒性，以及避免粗大误差的可靠性。
[0020]4、由于靶标图案具有已知尺寸和基体材料具有良好的环境稳定性，并采用冗余设计思想，使得CCD相机本身无需标定，节省系统准备的时间，从而使本发明具有位置测量精度高，位移分辨率高的特点。
[0021]5、采用照明模块将编码靶标照明，使得标靶图案更清晰，图像采集装置更容易采集到清晰地图案，提高了准确率及精度。
【附图说明】
[0022]图1为二进制“I”和“O”均采用长条形图案表示的靶标结构示意图。
[0023]图2为二进制“I”采用长条形、“O”采用两个方块形图案表示的靶标结构示意图。
[0024]图3为二进制“I”和“O”均采用圆形图案表示的靶标结构示意图。
[0025]图4为二进制“I”采用长条形、“O”采用两个长条形图案表示的靶标结构示意图。
[0026]图5为多排编码图案的靶标结构示意图。
[0027]图6为基于视觉的位置检测系统前照式示意图。
[0028]图7为基于视觉的位置检测系统背照式示意图。
[0029]其中，图中的标识为:1_编码革El标；2-基体；3_ 二进制“I”对应的图案；4_ 二进制“O”对应的图案；5_数据采集装置；6_数据处理装置；7_照明装置。
【具体实施方式】
[0030]下面结合附图对本发明的结构及工作过程作进一步说明。
[0031]一种基于视觉的位置检测编码靶标，包括基体2以及设置于基体2上的至少一排编码图案，每排编码图案对应于一组二进制伪随机数序列，其中，二进制伪随机数序列中的“O ”和“ I ”分别对应彼此不相同的图案。
[0032]所述二进制“I”对应的图案3和二进制“O”对应的图案4可以为不同颜色的两种图案，或者不同形状的两种图案，以能够区别出两种图案为基准，例如，可以选择不同灰度相同形状的两种图案，选择不同颜色相同形状的两种图案，相同颜色不同形状的两种图案，对应于二进制“I”和二进制“O”的两种图案不局限于有限的规则几何形状，还可以选择不规则的形状。只要图案的一个属性不一样，能够区分出两种图案的差别即可，从图案的亮度、色度、灰度、分辨率等均能够区别。
[0033]所述基体采用具有良好环境稳定性的材料制成，如具有极小热膨胀系数的微晶玻璃、殷钢或复合材料。编码靶标图案可采用蚀刻、喷涂、电镀、打印、粘贴等多种方式设置于基体上，以使得靶标图案不容易脱落或磨损。靶标图案的形状、尺寸和间距根据具体的安装需求，实施空间等预先设定。
[0034]所述基体为方形、长条形、圆柱形或可弯曲长条形。
[0035]一种基于视觉的位置检测系统，如图6、图7所示，包括编码靶标1、照明装置7、图像采集装置5、数据处理装置6，其中，编码靶标为以下具体实施例中的任意一种，编码靶标上设置对应于二进制伪随机数序列的编码图案；所述照明装置用于为编码靶标照明；图像采集装置用于获取编码靶标上的编码图案信息；数据处理装置用于将图像采集装置采集到的编码图案信息译码成对应的二进制伪随机数序列，该二进制伪随机数序列对应一维空间绝对位置。
[0036]本发明以数据采集装置为CCD相机，数据处理装置为计算机为例，并结合具体的实施例说明编码靶标的结构、基于该编码靶标的系统组成以及系统工作原理，其中，图6、图7中编码靶标上的黑色方框的范围内为CCD相机的视场范围，照明范围只要能覆盖视场范围即可。
[0037]该检测系统的工作原理如下:
二进制伪随机数序列具有2N_1位，其中，N为二进制伪随机数的位数，采用适当方式对CCD相机成像视场内的靶标图案进行照明，然后由CCD相机对靶标编码进行成像。由于靶标图案具有已知的宽度和间距，宽度和间距根据具体的安装需求，实施空间等预先设定。图像像素和实物尺寸之间具有直接对应关系，因此CCD相机本身无需标定。成像视场要大于N位二进制伪随机数对应靶标图案所占的区间。这就意味着加工有靶标的基体在其长度范围内无论移到何处，CCD相机总能“看到”一个N位二进制数编码靶标图案，且该二进制数是唯一的，并对应唯一的一维空间位置；靶标图案的图像传输到计算机，由计算机进行编码识另IJ，翻译为对应