高速二維運(yùn)動(dòng)軌跡非接觸光電檢測(cè)新方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及光電系統(tǒng)領(lǐng)域，特別涉及一種高速二維運(yùn)動(dòng)軌跡非接觸光電檢測(cè)新方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 高速機(jī)械由于可以極大地提高生產(chǎn)效率，近年來(lái)得到了蓬勃的發(fā)展，在數(shù)控機(jī)床、 機(jī)器人、電子插件機(jī)、物料分揀機(jī)等設(shè)備中得到了成功的應(yīng)用。然而，由于檢測(cè)手段的制約， 高速機(jī)械的運(yùn)動(dòng)軌跡測(cè)試都是在遠(yuǎn)低于其工作速度下進(jìn)行的，高速運(yùn)行如lg以上加速度 下的運(yùn)動(dòng)軌跡則難以檢測(cè)，給高速機(jī)械的運(yùn)動(dòng)軌跡分析、診斷帶來(lái)很大困難。
[0003]目前，高速機(jī)械的運(yùn)動(dòng)軌跡測(cè)試都是在遠(yuǎn)低于其工作速度下進(jìn)行的。由于速度效 應(yīng)顯著，低速下的軌跡測(cè)試結(jié)果與高速、高加速下的軌跡有較大差別，用低速下的測(cè)試結(jié)果 來(lái)代表或推測(cè)高速下的表現(xiàn)是萬(wàn)不得已的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種高速二維運(yùn)動(dòng)軌跡非接觸光電檢測(cè)新方 法，通過(guò)采用高分辨率光電傳感器及高速處理器集成芯片，以解決現(xiàn)有技術(shù)中檢測(cè)結(jié)果誤 差大的缺陷。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供以下的技術(shù)方案：
[0006] -種高速二維運(yùn)動(dòng)軌跡非接觸光電檢測(cè)新方法，該方法采用的高速二維運(yùn)動(dòng)軌跡 非接觸光電檢測(cè)系統(tǒng)包括光電系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，光電系統(tǒng)固定在待測(cè)量物體上，并通過(guò) USB接口與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)連接；光電系統(tǒng)包括光電傳感器、USB(Universal Serial Bus通用 串行總線）控制芯片和外圍電路，其中，光電傳感器包括圖像采集系統(tǒng)、數(shù)字信號(hào)處理器和 SPI (Serial Peripheral Interface串行外設(shè)接口），USB控制芯片是內(nèi)部設(shè)有USB收發(fā)器、 串行接口引擎、內(nèi)核和USB接口的USB微控制器，光電傳感器通過(guò)圖像處理功能來(lái)實(shí)現(xiàn)設(shè) 備的位移量的實(shí)時(shí)準(zhǔn)確測(cè)量跟蹤，再將光電傳感器處理后得到的位移信號(hào)在USB控制芯片 的控制下通過(guò)USB接口傳輸至計(jì)算機(jī)中，獲得光電傳感器的運(yùn)動(dòng)軌跡和坐標(biāo)，針對(duì)光電傳 感器的運(yùn)動(dòng)軌跡和坐標(biāo)進(jìn)行后續(xù)的數(shù)據(jù)處理，最后得到光電傳感器的位移和路程。
[0007] 光電傳感器通過(guò)其CMOS圖像傳感器不斷捕捉基板的圖像，經(jīng)過(guò)數(shù)字信號(hào)處理器 (DSP Digital Signal Processor)時(shí)頻分析并提取特征值A(chǔ)x和Ay，保存至寄存器，標(biāo) 記為位置1，等待讀取并進(jìn)行連續(xù)標(biāo)記；USB控制芯片通過(guò)SPI(SPI Serial Peripheral Interface)總線與光電傳感器進(jìn)行通信，循環(huán)查詢各位置的Ax值和Ay值，直到查詢到 位置1，讀取位置1的A X值和Ay值，通過(guò)USB接口向計(jì)算機(jī)傳輸，經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)處理獲取 光電傳感器的運(yùn)動(dòng)軌跡和坐標(biāo)，針對(duì)光電傳感器的運(yùn)動(dòng)軌跡和坐標(biāo)進(jìn)行后續(xù)的數(shù)據(jù)處理， 最后得到光電傳感器的位移和路程。后續(xù)的數(shù)據(jù)處理方式
[0008]
[0009]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種高速二維運(yùn)動(dòng)軌跡非接觸光電檢測(cè)新方法，其特征在于，該方法采用的高速二 維運(yùn)動(dòng)軌跡非接觸光電檢測(cè)系統(tǒng)包括光電系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，光電系統(tǒng)固定在待測(cè)量物體 上，并通過(guò)USB接口與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)連接；光電系統(tǒng)包括光電傳感器、USB控制芯片和外圍電 路，其中，光電傳感器包括圖像采集系統(tǒng)、數(shù)字信號(hào)處理器和SPI，USB控制芯片是內(nèi)部設(shè)有 USB收發(fā)器、串行接口引擎、內(nèi)核和USB接口的USB微控制器，光電傳感器通過(guò)圖像處理功 能實(shí)現(xiàn)設(shè)備的位移量的實(shí)時(shí)準(zhǔn)確測(cè)量跟蹤，再將光電傳感器處理后得到的位移信號(hào)在USB 控制芯片的控制下通過(guò)USB接口傳輸至計(jì)算機(jī)中，獲得光電傳感器的運(yùn)動(dòng)軌跡和坐標(biāo)，針 對(duì)光電傳感器的運(yùn)動(dòng)軌跡和坐標(biāo)進(jìn)行后續(xù)的數(shù)據(jù)處理，得到光電傳感器的位移和路程； 所述圖像采集系統(tǒng)由CMOS圖像傳感器構(gòu)成，包括控制電路、水平位移傳感器、垂直位 移寄存器、時(shí)序電路、靈敏放大器、輸出放大器和CMOS圖像傳感器陣列；水平位移傳感器采 集X與y方向上的位移信號(hào)，將X與y方向上的位移信號(hào)傳入輸出放大器進(jìn)行放大處理，將 位移放大信號(hào)傳入垂直位移寄存器保存，在下個(gè)信號(hào)采集之前將位移放大信號(hào)轉(zhuǎn)移到時(shí)序 電路，最后傳入控制電路；控制電路在收到信號(hào)后驅(qū)動(dòng)水平位移傳感器采集下一個(gè)脈沖的 X與y方向上的位移信號(hào)，如此往復(fù)；在水平位移傳感器將X與y方向上的位移信號(hào)傳給輸 出放大器的同時(shí)，又將X與y方向上的位移信號(hào)傳入靈敏放大器進(jìn)行放大處理，并將處理后 的放大信號(hào)傳入CMOS圖像傳感器陣列進(jìn)行運(yùn)動(dòng)軌跡識(shí)別，最后將運(yùn)動(dòng)軌跡信號(hào)傳回控制 電路，控制電路把X與y方向上的位移信號(hào)與運(yùn)動(dòng)軌跡信號(hào)傳入計(jì)算機(jī)終端進(jìn)行數(shù)據(jù)處理 與軌跡顯示； 光電傳感器通過(guò)其CMOS圖像傳感器不斷捕捉基板的圖像，經(jīng)過(guò)數(shù)字信號(hào)處理器時(shí)頻 分析并提取特征值A(chǔ)x和Ay，保存至寄存器，標(biāo)記為位置1，等待讀取并進(jìn)行連續(xù)標(biāo)記； USB控制芯片通過(guò)SPI總線與光電傳感器進(jìn)行通信，循環(huán)查詢各位置的Ax值和Ay值， 直到查詢到位置1，讀取位置1的AX值和Ay值，通過(guò)USB接口向計(jì)算機(jī)傳輸，經(jīng)過(guò)計(jì)算 機(jī)處理獲取光電傳感器的運(yùn)動(dòng)軌跡和坐標(biāo)，針對(duì)光電傳感器的運(yùn)動(dòng)軌跡和坐標(biāo)進(jìn)行后續(xù)的 數(shù)據(jù)處理，最后得到光電傳感器的位移和路程；后續(xù)的數(shù)據(jù)處理方式
X方向總路程=Sabs(Ax) X方向總位移=abs(2AX) y方向總路程=Sabs(Ay) y方向總位移=abs(2Ay) 其中，AX與Ay分別是每次脈沖所采集的X與y方向的位移。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速二維運(yùn)動(dòng)軌跡非接觸光電檢測(cè)新方法，其特征在于，所 述光電傳感器和USB控制芯片是集成到PCB板上的，安裝在外殼中，通過(guò)USB數(shù)據(jù)線連接到 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高速二維運(yùn)動(dòng)軌跡非接觸光電檢測(cè)新方法，其特征在于， 所述數(shù)字信號(hào)處理器對(duì)CMOS圖像傳感器采集的圖像信號(hào)進(jìn)行處理，得到該系統(tǒng)在X和y方 向上的位移量Ax和Ay，再將處理得到的位移量通過(guò)SPI接口傳輸?shù)経SB控制芯片中。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高速二維運(yùn)動(dòng)軌跡非接觸光電檢測(cè)新方法，其特征在于， 所述USB控制芯片提供兩個(gè)全雙工串行口，有16個(gè)通用I/O引腳，各引腳均可設(shè)定中斷。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的高速二維運(yùn)動(dòng)軌跡非接觸光電檢測(cè)新方法，其特征在于，所 述USB控制芯片提供兩個(gè)全雙工串行口，有16個(gè)通用I/O引腳，各引腳均可設(shè)定中斷。
【專利摘要】本發(fā)明屬于光電系統(tǒng)領(lǐng)域，提供了一種高速二維運(yùn)動(dòng)軌跡非接觸光電檢測(cè)新方法。通過(guò)CMOS圖像傳感器不斷捕捉基板的圖像，經(jīng)過(guò)數(shù)字信號(hào)處理器時(shí)頻分析并提取特征值Δx和Δy，保存至寄存器，標(biāo)記為位置1,等待讀取并進(jìn)行連續(xù)標(biāo)記；USB控制芯片通過(guò)SPI總線與光電傳感器進(jìn)行通信,循環(huán)查詢各位置的Δx值和Δy值,直到查詢到位置1,讀取位置1的Δx值和Δy值并傳輸給計(jì)算機(jī)，經(jīng)過(guò)處理獲取光電傳感器的運(yùn)動(dòng)軌跡和坐標(biāo)，針對(duì)光電傳感器的運(yùn)動(dòng)軌跡和坐標(biāo)進(jìn)行后續(xù)的數(shù)據(jù)處理，最后得到光電傳感器的位移和路程。本系統(tǒng)的位移精度為0.09525mm，極限測(cè)量速度為361.125mm/s，達(dá)到設(shè)計(jì)要求，具有很好的應(yīng)用前景。
【IPC分類】G01C21-00
【公開(kāi)號(hào)】CN104713546
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510110042
【發(fā)明人】徐莘博, 鄒赫麟, 殷志富, 高藝乘, 龐艦航
【申請(qǐng)人】大連理工大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年6月17日
【申請(qǐng)日】2015年3月12日