一种基于条码尺的实时位移精确测量装置及测量方法与流程

本发明具体属于一种位移测量装置及测量方法，主要涉及一种基于条码刻度尺的直线导轨小车实时位移精确测量装置，还涉及一种新型坐标读取方法即基于条码刻度尺位移精确测量方法。

背景技术：

一维直线位移的测量在工业生产流水线中有着广泛的应用，如生产线辅助小车的精确停车。对直线坐标的测量，当前常用的方法是基于光栅或激光原理的测量方法，测量精度较高，但是其结构复杂，安装和调试比较困难，对使用和保养环境要求较高，使其测量成本较高，还无法在实际生产中推广普及。

随着计算机图形图像学、计算机视觉等相关技术的发展，数字图像处理技术逐渐被应用于检测领域，当前在产品形状与尺寸的非接触测量、外表质量检测等领域获得了广泛的应用。近几年来，数字图像处理技术逐渐应用于位移测量，但是由于没有办法克服测量过程中误差的累积问题，普遍测量精度较低，无法应用于实际生产中。

技术实现要素：

本发明为解决现有直线导轨小车实时位移测量方法复杂且测量精度低的问题，提供一种基于机器视觉条码尺检测的位移精确测量装置及测量方法。首先在绝对坐标零点利用相机像素与条码尺实际分度值对图像进行像素标定，移动过程中利用相机获取当前条码尺的图像，用图像处理的方法模拟游标卡尺准确读取当前坐标，该系统结构简单，累积误差小，测量范围大，实时监测小车当前所处坐标。

本发明的技术方案如下：本发明一种基于条码尺的实时位移精确测量装置，其特征在于包括机器视觉系统和条码刻度尺。所述条码尺水平固定在轨道上，该条码尺为刻度尺连续排列，每两根相邻刻度线包含相同且唯一的码制条形码，分度值为1mm，条形码整齐排列；所述机器视觉系统包括ccd相机、放大镜头、图像处理模块和光源，用于在线监测获取当前位置条码尺图像并解码，准确读取当前位置坐标，精度可达0.1mm，如有需要可增加至更高，如0.02mm。

进一步地，所述条码尺平行固定在轨道上，该条码尺量程可根据需要增减，即可用于大量程测量也可用于短距离测量。

进一步地，所述机器视觉系统固定在沿轨道行走的小车上，相机距离条码尺30-150mm。

进一步地，所述校准销位于轨道与条码尺初始位置，小车锁定至该点时相机镜头对准条码尺零刻度线，在该位置对相机像素进行标定，保证测量精度。

进一步地，所述相机为低成本ccd相机，分辨率为1280*960，帧频为15fps；所述镜头为1-6倍放大倍数，可进行自动聚焦；所述光源置于相机镜头前端，为条码图像的获取提供无反光照射，提高机器视觉清晰度。

进一步地，所述图像处理模块为集成块装置，将采集到的图像进行处理，模拟游标卡尺读数模式解读当前相机对应条码尺，对当前对应的条码进行解码，并对数据进行分析，精确读取当前小车坐标。

本发明一种采用前述装置实现位移及坐标在线监测的方法，包括如下步骤；

步骤一：启动小车实时位移测量装置，清空数据恢复初始状态，校准小车位于坐标轴零点，即条码尺零刻度线位置，该条码尺分度值为1mm，相机拍摄的图像和实际刻度进行校准求取像素标量，图像处理模块根据需要将图像中实际对应的9mm像素点10等分，设置成游标尺状态，该位移测量精度达到0.1mm；

步骤二：小车控制模块驱动小车行走，在行走的过程中相机获取当前所处条码尺信息，并将图像信息发送至图像处理模块；

步骤三：图像处理模块对图像进行分析，该检测方法首先选取合适的阈值将图像灰度化处理，选取中值滤波3×3矩形模板对图像降噪，接下来设定阈值把灰度图像转换成二值图像，将条码刻度尺最大化还原，通过设定算法截取图像像素点对应游标尺零点的条码；

进一步地，对所截取的条码进行解码，计算所截取条码每一脉冲宽度，并将其转换成一系列二进制数值，程序根据该码制的编码字符进行解码，获取当前条码数字编码，确定该位置的坐标整数位。

进一步地，再判断图像中相当于游标尺的像素点第几条刻度线与条码尺的刻度线对齐，小数位就读零点几毫米，将整数位与小数位整合在一起即为小车当前所处坐标值，该坐标测量值精确至0.1mm，根据需要可精确至更高，如0.02mm。

进一步地，程序记录小车相对于绝对坐标零点的坐标变换，根据记录的坐标差值计算出该小车的绝对位移，最后将处理后的数据发送至位移显示屏，实现直线导轨小车的实时位移精确测量。

本发明一种基于条码尺的实时位移精确测量装置及测量方法，通过安装在小车上的机器视觉系统与导轨上的条码刻度尺发生相对位移，利用游标卡尺读数原理将拍摄图像像素点根据条码尺实际尺寸等分作为游标尺，条码尺作为主尺，精确读取小车当前所处坐标，在小车移动过程中实时监测。本发明的测量不受量程的影响，克服了测量过程中误差的累积问题，保证了测量精度，既可用于坐标检测，也可用于位移检测，采用数字图像处理非接触式测量，可实时监测，应用广泛，实用性较强。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明图像方法检测坐标的原理示意图。

图2为本发明基于条码尺的位移测量装置结构示意简图。

图3为本发明绝对位移检测算法流程图。

图中：0-10为虚拟游标尺刻度值，11、行走小车，12、图像处理模块，13、相机，14、放大镜头，15、光源，16、条码尺，17、校准销，18、导轨，19、控制面板，20、坐标显示器，21、条形码，22、刻度尺，23、基于像素点的虚拟游标尺，24-35为条码刻度尺刻度值。

具体实施方法

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图所示，本实例一种基于条码尺的实时位移精确测量装置包括机器视觉位移测量系统和条码尺。机器视觉位移测量部分由ccd相机13、放大镜头14、光源15(可用同轴光源)和图像处理模块12组成，机器视觉位移测量系统安装在沿轨道18行走小车11上，放大镜头14安装在ccd相机13前，可实现自动对焦，安装在镜头14前的光源15无反光照射，非常适合会反光的物体拍照，提高机器视觉清晰度，使小车11在移动的过程中拍到条码尺16图片的位置更加清晰精准；图像处理模块12的算法流程如图3所示。条码尺16由条形码21和刻度尺22组成，水平固定在导轨18上，刻度尺22为分度值1mm等长刻度线连续排列，条形码21嵌在两条刻度线之间，均为相同码制，任意条形码21解码后均为所处刻度尺22的读数。

启动小车实时位移测量装置，清空数据恢复初始状态，利用校准销17校准小车11上的相机13对准坐标轴零点，即条码尺16零刻度线位置，相机13拍摄的图像对比条码尺16实际刻度值进行校准求取像素标量，图像处理模块12根据需要将拍摄图像中实际对应刻度尺22的9mm像素点10等分，设置成基于像素点的虚拟游标尺23，坐标的测量精度可达0.1mm，如图1所示，当前读取坐标值为25.3mm。

小车11在行走的过程中相机13获取当前所处条码尺16图像，并将图像信息发送至图像处理模块12；图像处理模块12对获取图像进行预处理，首先选取合适的阈值将图像灰度化处理，选取中值滤波3×3矩形模板对其降噪，通过阈值设定把灰度图像转换成二值图像，将图像中条码尺16最大化还原,接下来通过算法设定截取游标尺零点图像像素点对应的的条形码21。

解码程序对所截取的条形码21进行解码，计算该条形码21每一脉冲宽度，并将其转换成一系列二进制数值，根据该码制的编码字符进行解码，获取当前条码数字编码即对应的刻度值，确定该位置的坐标整数位，再判断图像中虚拟游标尺23的第几条刻度线与条码尺16的刻度线对齐，小数位就读零点几毫米，将整数位与小数位整合即为小车11当前所处坐标值。程序记录小车11移动过程中相对于绝对坐标零点的坐标变换，通过计算坐标差得出绝对位移，最后将处理后的数据发送至坐标显示器20，实现直线导轨小车11的实时位移精确测量。