绝对式液晶光栅尺测量系统研究

发布时间：2017-09-16 09:52

  本文关键词：绝对式液晶光栅尺测量系统研究

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【摘要】：绝对式光栅尺作为直线测量的工具,广泛应用于自动化工业、教学科研等领域,随着国家对自动化制造业的重视,绝对式光栅尺成为研究的热点。绝对式液晶光栅尺测量系统属于绝对式光栅测量,不仅具有传统绝对式光栅定位的高精度、大量程、无需归零操作等优点,而且具有绝对码可编程、低成本等优势。随着液晶屏制造工艺的成熟,大尺寸高分辨率的液晶屏已经在市场上随处可见,液晶屏中的液晶像素阵列具有很高的空间均匀性,整个液晶屏可视作一个巨大的光栅。本文基于格雷码,针对本系统的定位原理设计了新的编码方式,该编码称为“变形格雷码”,“变形格雷码”能够大大减小由机械误差导致的对编码的误判率。液晶屏上的各个像素点都是编程可控的,可在液晶屏上显示任意的图形,将“变形格雷码”图显示在液晶屏上,液晶屏马上变成了一块绝对式光栅尺,称为绝对式液晶光栅尺。本文介绍的绝对式液晶光栅尺测量系统的的最大量程为256000μm,最大像素级分辨率为2.4μm,去除了导轨机械波动的误差,测量精度能够达到±2.1μm。绝对式液晶光栅尺要实现高精度定位,关键在于细分技术。本系统结合CMOS显微细分技术,可以将绝对式液晶光栅尺上的码元进一步细分。细分距的计算主要通过边缘基点定位算法或者中心峰基点定位算法来获取,通过实验发现边缘基点定位算法对获取图像的质量较高,而中心基点定位算法对图像的质量要求不高,本系统采用罗技C270摄像头和变焦镜头,成本低但是获取图像质量不高,所以本系统最后采用中心基点定位算法来计算细分距。绝对式液晶光栅尺测量系统的软件部分是基于Android平台实现的,脱离PC机大大减小了系统的体积,而且还能提供友善的人机交互界面。
【关键词】：绝对式液晶光栅尺 CMOS显微细分 边缘基点定位 中心峰基点定位
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH741
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 1 绪论11-19
• 1.1 研究背景及意义11
• 1.2 绝对式光栅尺测量系统研究现状11-15
• 1.2.1 多码道绝对位置编码测量技术12-14
• 1.2.2 单码道绝对位置编码测量技术14-15
• 1.3 光栅细分技术研究现状15-17
• 1.4 本文研究内容17-19
• 2 绝对式液晶光栅尺测量系统原理19-50
• 2.1 绝对式液晶光栅尺测量模型19-20
• 2.2 绝对式液晶光栅尺信号发生模块20-27
• 2.2.1 液晶光栅尺的空间均匀性20-22
• 2.2.2 绝对式液晶光栅尺的编码设计22-27
• 2.3 绝对式液晶光栅尺采样模块27-29
• 2.3.1 像素级细分物理模型27-28
• 2.3.2 亚像素级细分物理模型28-29
• 2.4 绝对式液晶光栅尺图像处理模块29-49
• 2.4.1 定位数学模型29-32
• 2.4.1.1 像素级细分定位数学模型29-31
• 2.4.1.2 亚像素级细分定位数学模型31-32
• 2.4.1.3 细分距计算模型32
• 2.4.2 定位流程32-34
• 2.4.2.1 基于边缘基点的定位流程33
• 2.4.2.2 基于中心峰基点的定位流程33-34
• 2.4.3 液晶光栅尺区域提取算法34-36
• 2.4.4 纵向码道识别36-37
• 2.4.5 图像去噪算法37-41
• 2.4.5.1 高斯去噪38-40
• 2.4.5.2 整直去噪40-41
• 2.4.6 边缘基点定位算法41-46
• 2.4.6.1 缓变边缘区域定位41-43
• 2.4.6.2 面积比例法边缘基点定位43-46
• 2.4.7 中心峰基点定位算法46-48
• 2.4.8 标定算法48-49
• 2.5 本章小结49-50
• 3 液晶光栅尺测量系统的硬件部分50-57
• 3.1 系统性能参数分析50-52
• 3.1.1 分辨率50-51
• 3.1.2 量程51-52
• 3.1.3 精度52
• 3.2 硬件的选型52-54
• 3.2.1 液晶屏的选型52-53
• 3.2.2 相机和镜头的选型53-54
• 3.2.3 处理系统的选型54
• 3.3 系统的整体结构设计54-55
• 3.4 本章小结55-57
• 4 液晶光栅尺测量系统的软件部分57-64
• 4.1 功能分析57
• 4.2 功能模块划分57-60
• 4.3 界面设计及操作60-62
• 4.4 本章小结62-64
• 5 静态实验分析64-73
• 5.1 图像中液晶光栅尺区域提取分析实验65-66
• 5.2 缓变边缘区域定位算法分析实验66-69
• 5.3 边缘基点定位算法分析实验69-71
• 5.4 中心峰基点定位算法分析实验71-72
• 5.5 本章小结72-73
• 6 动态测试实验分析73-86
• 6.1 视场最佳亮度分析实验74-76
• 6.2 液晶光栅尺最佳成像距离分析实验76-77
• 6.3 平行度实验77-79
• 6.4 标定实验79-80
• 6.5 图像采样波动分析80-82
• 6.6 动态定位实验82-85
• 6.7 本章小结85-86
• 7 总结与展望86-88
• 7.1 主要研究成果86
• 7.2 研究展望86-88
• 参考文献88-91
• 作者简介91

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 陈新;刘强;王晗;陈彬;房飞宇;;不同结构绝对光栅尺的误码机制研究[J];应用光学;2015年01期

2 ;海德汉(HEIDENHAIN)新产品和应用介绍[J];航空制造技术;2014年04期

3 李贵子;贾德强;;基于FPGA实现光栅莫尔条纹高倍细分[J];机械研究与应用;2012年05期

4 孙强;;高精度绝对式光栅尺研究进展及技术难点[J];世界制造技术与装备市场;2012年05期

5 ;长光所绝对式光栅尺研制获重大突破[J];光机电信息;2011年05期

6 于俊庭;李斌桥;于平平;徐江涛;牟村;;Two-dimensional pixel image lag simulation and optimization in a 4-T CMOS image sensor[J];半导体学报;2010年09期

7 昌学年;姚毅;闫玲;;位移传感器的发展及研究[J];计量与测试技术;2009年09期

8 胡汉辉,廖兆曙;倍频光栅的莫尔条纹研究[J];华中科技大学学报(自然科学版);2005年03期

9 黄庆梅,赵达尊,郭婧,龙飞;LCD液晶显示器的颜色特性研究[J];光学技术;2005年02期

10 屈玉福,浦昭邦,王亚爱;视觉检测系统中亚像素边缘检测技术的对比研究[J];仪器仪表学报;2003年S1期

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本文编号：862354