[发明专利]基于机器视觉的角度检测装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及编码器技术领域，特别涉及一种基于机器视觉的角度检测装置及方法。

背景技术

旋转编码器是用来测量转速的装置，将输出轴的角位移、角速度等机械量转换成相应的电脉冲并以数字量输出。旋转编码器可分为光学光栅原理编码器和磁性磁栅原理编码器。光栅原理旋转编码器包含一个中心设有转轴的光电码盘，光电码盘上有环形通、暗的刻线，当光电码盘旋转一个节距时，在发光元件照射下光敏元件得到具有90度相位差的A相、B相脉冲信号，A相、B相脉冲信号经频率转电压变换后，得到与转轴转速成比例的电压信号，即可测得速度值及位移量。光栅原理的旋转编码器测量精度高，但缺点是抗污染能力较差。磁栅旋转编码器利用磁栅与磁头的磁作用，在该磁性橡胶环上以圆周状交替着磁，产生S极和N极，采用磁敏电阻或霍尔效应传感器作为敏感元件，通过磁力形成脉冲列，产生信号。磁栅原理的旋转编码器具有较强的抗污染、抗冲击能力，但缺点是测量精度不高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中所存在的光栅旋转编码器抗污染能力差、磁栅旋转编码器测量精度不高的不足，提供一种基于机器视觉的角度检测装置，同时提供一种基于机器视觉的角度检测方法，在实现精确检测的同时提高抗污染能力、抗冲击性。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种基于机器视觉的角度检测装置，包括壳体和设置于壳体内部的转盘，所述转盘的中心设有转轴，转盘上设有形状相同但大小不同的至少两个标识，所述至少两个标识为中心相重合的圆形、平行四边形、正三角形或正偶数边形；标识之间设有至少一条编码条标，且每条编码条标的中线过中心，每条编码条标对应一条编码，且每两条编码条标对应的编码不同；还包括用于摄取转盘图像的图像采集装置和照明光源，所述照明光源和数字图像采集装置通过壳体固定。

所谓机器视觉，就是用机器代替人眼来做测量和判断。机器视觉系统是指通过机器视觉产品（即图像摄取装置，分CMOS和CCD两种）将被摄取目标转换成图像信号，传送给专用的图像处理系统，根据像素分布和亮度、颜色等信息，转变成数字化信号；图像系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征，进而根据判别的结果来控制现场的设备动作。

进一步的，所述标识为两个，分别为第一标识和第二标识。优选的，所述第一标识和第二标识均为圆形。

应用上述基于机器视觉的角度检测装置进行角度检测的方法，包括以下步骤：

（1）标定图像采集装置内部参数矩阵K；

（2）利用图像采集装置摄取转盘图像，从转盘图像之分割出至少两个标识的标识图像，求取至少两个标识图像方程，并根据至少两个标识图像方程求取标识的中心的图像坐标；

（3）在时刻t1，摄取编码条标图像，解析第一编码条标的编码，并提取第一编码条标的第一边界图像方程；

（4）在时刻t2，摄取编码条标图像，解析第二编码条标的编码，并提取第二编码条标的第二边界图像方程；

（5）求取标识所在平面的灭线方程，并求取灭线上第一边界所在直线方向的灭点坐标和灭线上第二边界所在直线方向的灭点坐标；

（6）根据两个交点坐标和参数矩阵K，分别求取t1时刻第一编码条标和t2时刻第二编码条标的单位方向向量，根据第一编码条标和第二编码条标的单位方向向量求取t1至t2时间段内转动的角度。

进一步的，步骤（2）中所述至少两个标识均为圆形。

进一步的，步骤（2）中所述利用图像采集装置摄取转盘图像，从转盘图像之分割出至少两个标识的标识图像，求取至少两个标识图像方程的方法是：