KR102454549B1 - 광학 센서를 사용하는 내마모성 유압식/공압식 피스톤 위치 센싱 - Google Patents

광학 센서를 사용하는 내마모성 유압식/공압식 피스톤 위치 센싱 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광학 센서(230, 925) 피스톤 로드 변위를 자가 교정 및 재교정을 사용하는 것에 관한 것이다. 자가 교정은 비교정된 광학 센서(230, 925)의 장 교정을 가능하게 한다. 동작 시, 재교정은 피스톤 로드(200) 및/또는 광학 센서(230, 925)의 마모와 손상을 검출하고 정정할 수 있다. 피스톤 로드(200)의 표면 상의 교정 위치(210)는 레이져 또는 광학 컴퓨터 마이스를 위해 설계된 암시야 렌즈를 사용하여, 광학 센서(230)에 의해 이미징된다. 자여적인 표면 패턴은 교정 위치(210)가 요구되는 로케이션에서 사용도리 수 있고, 이는 마킹된 교정 위치(210)에 대한 필요성을 줄이거나 제거한다. 마킹된 교정 위치(210)는 피스톤 로드 절대 위치를 결정하는데 사용되는 공간적으로 고유한 인코딩된 시퀀스이다. 교정 위치(210)의 중요한 특징만 저장하는 것은 중요한 메모리를 아낀다. 각각의 교정 위치(210)의 감소된 메모리 요구사항은 밀접 배치 또는 연속적인 교정 위치(210)의 사용을 가능하게 한다. 복수의 교정 위치 특징(210) 및 복수의 광학 센서(230, 925)는 국부적인 표면 손상(208)에 대한 면역성을 함께 집합적으로 제공한다. 근접 센서, 비행 시간 센서(925) 및 누적 상대 변위(031)는 피스톤 로드(200) 절대 변위를 추정하는데 사용되고, 피스톤 로드 절대 변위를 결정하기 위해, 비교에 필요한 공간적으로 고유한 교정 위치(210)의 개수를 줄인다.

Description

광학 센서를 사용하는 내마모성 유압식/공압식 피스톤 위치 센싱
본 발명은 피스톤 로드 변위를 측정하기 위해, 광학 센서를 자가-교정 및 재교정하는 것에 관한 것인데, 이에 의해, 마모와 손상에 대해 정정하기 위해 초기의 장 교정과 재교정을 할 수 있고, 근접 센서, 비행 시간 센서, 누적 상대 변위는 피스톤 로드 절대 변위를 추정하고, 피스톤 로드 절대 변위를 결정하기 위해 비교하는데 필요한 공간적으로 고유 교정 위치의 개수를 줄이는데 사용되는데, 이에 의해, 필요한 메모리 저장소와 연산 자원을 줄이고, 이는, 밀접 배치되거나 연속적인 교정 위치를 가능하게 하고, 본 발명은, 교정 위치로 마킹되고 인코딩된 시퀀스를 사용하기 위한 필요성을 교정 위치가 감소시킴에 따라, 자연적으로 발생하는 스페클 패턴의 사용에 관한 것이다.
직렬 전기 공명기에 의해 위치를 측정하는 피스톤 위치 센서(가령, US 특허 번호 US9027460 B2)는 실제로 실행하기 쉽지 않다. 오일 전도성은 온도와 압력에 대해 가변적이다. 더구나, 오일 전도성 대 온도와 압력의 관계는 오일 연식에 따라 재특징화될 필요가 있다.
광학 모션 센서(가령, 미국 특허 번호 US8525777 B2, US9086738 B2, US9342164 B2, US7737947 B2, US8692880 B2)는 표면의 상대적 움직임을 측정하지만, 표면에 대한 절대 위치를 결정할 수 없다.
광학 위치 센서(가령, 미국 특허 번호 US8482607 B2)는 교정 위치에서 절대 변위를 결정할 수 있다. 그러나, 교정 위치를 추가하거나 업데이트하기 위해 필요한 절대 변위를 측정하는 효율적인 수단을 포함하지 않는다. 결과적으로, 추정된 절대 변위 에러가 현저하게 증가할 수 있는 결과로, 단지 몇 개의 교정 위치 이미지만 저장될 수 있다.
광학 위치 센서(가령, EP 특허 번호 EP2769104 B1)는 광학적으로 검출된 코드 패턴에 의존하고, 광 파이프를 사용한다. 에칭 아니면 이들 광학적으로 검출가능한 코드 패턴을 추가하는 것은 제조 단가를 현저히 증가시킨다.
광학 위치 센서(가령, 미국 특허 번호 US9134116 B2)는, 복수의 레이져 및/또는 센서를 사용하여, 하나의 레이져 및 센서로 가능할 수 있는 것보다 만곡된 피스톤 표면의 더 넓은 커버리지를 제공하지만, 표면에 대한 절대 위치를 결정할 수 없다.
광학 위치 센서(가령, EP 특허 번호 EP2775268 A1)는 각각의 위치에 대한 스페클 간섭 이미지를 모으기 위해, 코히런트 또는 거의 코히런트 광을 사용한다. 저장된 스페클 간섭 이미지들 간의 위치는 완전히 알려지지 않는다. 이미지 압축 및/또는 중요한 점 식별이 없다면, 유용한 많은 점들 저장하는데 필요한 메모리 크기가 비실용적으로 커진다.
광학 정렬 센서(가령, CN 특허 번호 CN2015/075823)는 이미지 중요 특징을 사용하여 이미지들을 정렬한다. 그러나, 이미지 중요 특징과 절대 위치는 저장되지 않는다. 결과적으로, 절대 위치를 결정할 수 없다.
광학 특징 매칭이 사용되어(가령, US 특허 번호 US9449238 B2), 이미지의 외관에 영향을 주는 악 조건에서 이미지 상관을 개선시킨다. 그러나, 이미지를 수집하는 수단이 제공되지 않고, 우수하게 형성된 일반적인 이미지로 제한된다.
광학 표면 움직임 센서는 단파장으로 제한된 광을 사용하여(가령, US 특허 번호 US8847888 B2), 광 표면 침투를 감소시키고, 광 표면 반사를 증가시킨다. 그러나, 감소된 광 침투는 가장 흔하게 사용되는 금속 피스톤 로드에 대해 이점을 제공하지 않는다. 내로우 밴드 빨간색 광과 파란색 광의 조합은, 존재할 수 있는 오일 필름을 침투하는데 좀 더 적절하고, 매우 광학적으로 조밀한 금속에 도달한다.
광학 표면 움직임 센서(가령, US 특허 번호 US7728816 B2, US9052759 B2)는 축을 따라서 추정된 속도에 따라, X 축 및 Y 축을 따라 측정 해상도를 조절한다. 그러나, 이미지를 수집하고 저장하는 수단이 제공되지 않는다.
자기, 마이크로파 및 광학 센서를 포함하는 속이 빈 피스톤 로드는 장에서 잘 형성된다. 그러나, 장경 또는 소경 피스톤 로드를 건 드릴하거나 단조(forge)하는 것은 실용적이지 않거나 비용 효율적이지 않다. 광학 특징이 변할 때, 광학 및 라디오 비행 시간 센서는 교정 및 재교정을 요한다. 그리고, 저비용 외부 비행 시간 센서는 광학 경로를 모호하게 하는 물체에 취약하다. 결과적으로, 절대 피스톤 로드 변위를 결정하기 위해 단독으로 사용되는 광학 비행 시간 센서는 신뢰성이 낮다.
본 발명은 피스톤 로드 변위를 측정하기 위해, 자가-교정 및 재교정 광학 센서를 사용하는 것이다. 자가-교정은 비교정된 광학 센서의 장 교정을 가능하게 한다. 동작 중에, 재교정은 피스톤 로드 및/또는 광학 센서의 마모와 손상을 검출하고 정장할 수 있다. 자연적인 스페클 패턴은 교정 위치가 요구되는 로케이션에서 사용될 수 있고, 이는, 마킹된 교정 위치에 대한 필요성을 감소시키거나 제거한다. 마킹된 교정 위치는 피스톤 로드 절대 위치를 결정하기 위해 사용되는 공간적으로 고유하고 인코딩된 시퀀스이다. 교정 위치의 중요한 특징만 저장하는 것은 많은 메모리를 절약한다. 각각의 교정 위치의 감소된 메모리 요구 사항은 밀접 배치되거나 연속적인 교정 위치를 가능하게 한다. 복수의 교정 위치 특징 및 복수의 광학 센서는, 국부적인 손상에 대한 면역성을 함께 집합적으로 제공한다. 근접 센서, 비행 시간 센서 및 누적 상대 변위는 피스톤 로드 절대 변위를 추정하고, 피스톤 로드 절대 변위를 결정하기 위해, 비교해야 하는 공간적으로 고유한 교정 위치의 개수를 줄이는데 사용된다.
실린더에 대해 유압식 또는 공압식 피스톤 로드의 절대 변위를 결정하는데 사용되는 광학 센서는 교정 위치에서 교정되고, 절대 변위는 상기 절대 변위로부터 측정된 상대 변위의 누적에 의해 추정된다. 절대 변위를 추정하기 위한 단계는 다음과 같다. 광학 컴퓨터 마이스를 위해 설계된 저비용 렌즈나 암시야 렌즈를 사용하는 CMOS 또는 CCD 이미지 센서에 의해, 피스톤 표면의 이미지를 캡쳐하기. 인접한 주변과 대비되는 점들의 배열이 캡쳐된 이미지들로부터 선택된다. 중요한 점들의 이들 선택된 배열은 이들의 대응되는 절대 피스톤 로드 위치로 맵핑되고, 교정 위치로 저장된다. 교정 절대 피스톤 로드 위치를 식별하는 이들 중요한 점은 알려진 교정 점들의 배열이다. 현재 이미지로부터 선택된 점들의 배열은 교정 위치의 알려진 교정 점들의 배열로 정렬된다.
본 발명의 이점은 이하의 설명은 물론 첨부 도면을 읽어서 더욱 더 잘 이해될 수 있고, 번호는 다양한 도면에서 구조적 요소와 특징을 표시한다. 도면은 반드시 스케일에 맞는 것은 아니고, 본 발명의 원리를 증명한다.
도 1은 동작 동안의, 위치 식별 센싱 장비의 순서도이다.
도 2는 교정 초기와 동안의, 위치 식별 센싱 장비의 순서도이다.
도 3은 교정 저장 절차(036) 및 교정 데이터베이스 저장소(100, 102, 104)의 순서도이다.
도 4는 FFT-CC를 사용하여, 정상 동작 동안에, 현재 이미지 중요 특징(014)과 스페클 특징 패턴(026/027) 상관의 순서도이다.
도 5는 FFT-CC 및 IC-GN을 사용하여, 교정 동작 동안에, 현재 이미지 중요 특징(014)과 스페클 특징 패턴(026/027) 상관의 순서도이다.
도 6은 전반적인 동작의 순서도이다.
도 7은 하나의 레이져 위치 식별 센싱 장비의 측면도이다.
도 8은 관측 중인 둥근 부분(200)의 광학 효과를 나타내는 도 24의 커팅 평면(A---A)을 따라 취한 레이져 스페클 패턴 이미지 센싱 장비의 단면도이다.
도 9는 공간적으로 추가적인 암시야의 다이어그램이다.
도 10은 복수의 합성 스페클 패턴 이미지 센싱 장비의 단면도를 나타내는 다이어그램이다.
도 11은 아래 관측 중인 부분(200)의 표면(208)을 가진 합성 스페클 패턴 이미지 센싱 장비의 상면도를 나타내는 다이어그램이다.
도 12는 도 14의 커팅 평면(B-B)을 따라 취해진 복수의 레이져 LED를 가진 합성 스페클 패턴 이미지 센싱 장비의 단면도를 나타내는 다이어그램이다.
도 13은 도 14의 커팅 평면(B-B)을 따라 취해진 복수의 스페클 이미지 콜렉터를 가진 합성 스페클 패턴 이미지 센싱 장비의 단면도를 나타내는 다이어그램이다.
도 14는 합성 스페클 패턴 이미지 센싱 장비의 하면도를 나타내는 다이어그램이다.
도 15는 복수의 스페클 특징 크기에 대한 픽셀 크기에 대한, 위치 에러 바이어스 대 스페클의 그래프이다.
도 16은 관측 중인 부분(200)의 표면(208) 상의 교정 위치의 연속적인 맵을 구성하는 것을 나타낸다.
도 17은 관측 중인 부분(200)의 표면(208) 상의 교정 위치의 재-선택을 나타낸다.
도 18은 스페클 상관 알고리즘을 나타낸다.
도 19는 인접한 비-고유 교정 스페클 이미지(210)를 나타낸다.
도 20은 관측 중인 부분(200)의 표면(208) 상에 이격된 비-고유 교정 스페클 이미지(210)를 나타낸다.
도 21은 교정 스페킬 이미지 프레임(210)으로의 교정 맵핑 동안에 획득된 프레임 캡쳐(004)를 나타낸다.
도 22는 정상 동작 동안에 획득된 프레임 캡쳐(004)로 교정 스페클 이미지(210)를 맵핑하는 것을 나타낸다.
도 23은 도 24의 커팅 평면(A-A)을 따라 취해진 부착된 포토 이미지 센서를 가진 유압식 실린더의 단면도이다.
도 24는 연결된 포토 이미지 센서를 가진 유압식 실린더의 등각 투상도이다.
도 25는 관측 중인 3개의 위치에서의 1D 교정 패턴(215)을 가진 부분(200)의 측면도이다.
도 26은 관측 중인 이격된 2D 교정 패턴(216)을 가진 부분(200)의 측면도이다.
이하에서, 기술된 스페클 이미지는, 코히런트 레이저 광 간섭에 의해 야기된 진정한 스페클 이미지 또는 암시야 표면 회절에 의해 야기된 모사 스페클 이미지(facsimile speckle image)이다. 두 스페클 이미지들은 도 9, 도 10, 도 11, 도 12 및 도 13에서 도시된 바와 같이, 공간 영역을 오버랩함에 의해 추가적으로 구성될 수 있다.
도 7은 하나의 레이져 위치 식별 센싱 장비의 측면도이다. 레이져(120, 122 또는 124)의 코히런트 광은, 선택적인 소스 렌즈(130)를 지나서, 관측 중인 부분(200)의 표면(208) 상의 스페클 영역(110, 112 또는 114)을 조명한다. 선택적인 소스 렌즈(130)는 관측 하에서, 부분(200)의 표면(208)의 더 큰 영역을 조명하기 위해, 좁은 레이져 빔을 굴절/구부린다. 호이게스-프레넬 원리에 따르면, 모든 굴절 표면 점은 새로운 파형요소(wavelet)를 위한 소스로 간주될 수 있다. 파형요소는, 이들이 간섭하는 관측 평면을 향해, 렌즈 없이 자유롭게 전파되고, 이는 건설적이고 파괴적인 간섭의 국부적으로 분산된 발생을 낳는다. 스페클은 금속 표면으로부터 관측될 수 있고, 일반적으로 불필요한 인공적인 마커를 만드는 높은 콘트라스트를 나타낸다. CMOS 또는 CCD 이미지 센서(202)에 의해 관측된 평면 내의 평균 스페클 크기(d)는,
Figure 112019049633065-pct00001
으로 주어지고, λ는 광 파장이고, u는 CMOS 또는 CCD 이미지 센서(202)와 관측 중인 부분(200)의 표면(208) 사이의 거리이고, D는 관측 중인 부분(200)의 표면(208) 상의 조명 지름이다. 이미지 균일 스케일링 정정(004) 단계는, CMOS 또는 CCD 이미지 센서(202)와 관측 중인 부분(200)의 표면(208) 사이의, CMOS 또는 CCD 이미지 센서(202)에 걸친 거리(u)에서의 현저한 차이를 보상하는데 사용될 수 있다.
도 1은 위치 식별 센싱 장비의 제어 로직을 나타낸다. 도 1에 나타난 데이터 흐름 및 처리 단계는 다음과 같다. 스페클 이미지(001)는 하나 또는 합성 패턴 이미지 센싱 장비의 CMOS 또는 CCD 이미지 센서(202)에 의해 캡쳐된다. 이미지 균일 스케일 정정(004)은 만곡된 피스톤 로드(200) 표면(208)에 의해 야기된 불균일 평균 스페클 크기(d)를 정정하기 위해 적용될 수 있다. 레이져 패턴 이미지 센서의 경우, 불균일 평균 스페클 크기(d)는, CMOS 또는 CCD 이미지 센서(202)와 관측 중인 부분(200)의 표면(208) 사이의 거리(u)를 가변시킴에 의해 야기된다. 이미지 균일 스케일 정정(004)에 의해 처리된 균일한 스케일링된 스페클 이미지(001)는 가버(Gabor) 파형 요소의 데이터베이스(100)로부터 불러온 가버 파형요소와 콘볼브(convolved with)된다. 추정된 절대 위치(010)는 SURF/SIFT 특징 기술어의 위치 그룹 선택(009)을 제공하는데 사용된다. 가버 그룹 선택기(008)는 SURF/SIFT 기술어 선택기(012)로의 입력으로서, 위치 그룹 선택기(009)와 조합하여 사용된다. SURF/SIFT 기술어 선택기(012)는 SIFT/SURF 특징 기술어와 매칭하는 후보의 랭킹 그룹을 선택한다. 결과는, 고려되어야 하는, 가버 파형 요소와 위치에 의해 그룹핑되는, SIFT/SURF 특징 기술어의 데이터베이스(102)로부터의 감소된 수의 후보 SURF/SIFT 특징 기술어(020)이다.
가버 파형 요소의 데이터베이스(100), SURF/SIFT 특징 기술어의 데이터베이스(102) 및 중요한 점 스페클 패턴의 데이터베이스(104)는 리드/라이트가능한 비-휘발성 메모리(233)에 저장된다. 제어 로직은 마이크로프로세서, FPGA 및/또는 ASIC(231) 상에서 실행되고, 일시적 실행 결과는 휘발성 메모리(234)에 바람직하게 저장된다. 에러 정정 인코딩 및 리던던시는 신뢰성있는 장기 저장 및 에러 없는 제어 로직 실행 및 데이터 처리를 제공하는데 사용될 수 있다.
도 1에 도시된 데이터 흐름 및 처리 단계에 이어서, SIFT/SURF 알고리즘이 다음과 같이 적용된다. 균일하게 스케일된 스페클 이미지(001)의 중요한 특징(014)은, 스페클 이미지를 가버 파형요소와 콘볼브 하는 것(006)과 병행하여 선택된다. SURF 알고리즘은 헤시안 행렬(Hessian matrix)에 기초한 블랍(blob) 검출기를 사용하여, 관심 점을 찾는다. 다음 단계는, 이전에 선택된 중요한 점들로부터 스케일 공간(016)을 찾는 것이다. 결과로 나온 특징 기술어(018)는 데이터베이스(102)로부터 불러온 후보 매칭 SIFT/SURF 특징 기술어(020)에 대해 매칭된다. 매칭이 일어나면, 스페클 패턴 선택기(024)는, SURF/SIFT 특징 기술어에 의해 인덱스된 중요한 점 스페클 패턴 특징의 데이터베이스(104)로부터의 중요한 특징의 교정 이미지 스페클 패턴(210)을 불러온다. 최종 결과는, 데이터베이스(104)로부터 불러온 교정 이미지 스페클 특징 패턴(210)과 상관된(026) 현재의 스페클 이미지(001)의 중요한 특징이다.
도 1에 도시된 장비의 데이터 흐름 및 처리 단계는, 스페클 이미지 중요한 특징 상관(014)을 계속한다. 현재의 스페클 이미지(001)의 중요한 특징(014)과 이전의 스페클 이미지(001)의 중요한 특징(014)은, 상대적 스페클 변위(038)를 찾기 위해, 상관된다(027). 이전의 스페클 이미지(001)의 중요한 특징(014)은, 다음 이미지가 캡쳐될 때까지 지연된(015), 현재의 스페클 이미지(001)의 중요한 특징(014)이다. 현재 및 이전의 스페클 이미지(001)는 오버랩되도록 설계되고, 정상 동작 동안에 상관될 것이다. 현재의 스페클 이미지(001)와 이전의 스페클 이미지(001)가 상관 동작(027)에 의해 상관되지 않는 것으로 발견될 때, 장비는 성공하지 못한 상대적 변위 카운트(039)를 증가시킨다. 높은 성공하지 못한 상대적 변위 카운트(039)는, CMOS 또는 CCD 이미지 센서(202)가 표면(208) 이미지를 신뢰성 있게 해상하지(resolve) 못한다는 것을 가리킨다. 또는, 현재 및 이전의 스페클 이미지(001)가 오버랩되지 못하는 것인데, 이는, 아마도 매우 빠른 속도로 이동하는 관측 중인 부분(200)에 의해 야기된다.
교정 위치의 검출을 기술하는 도 1에 도시된 데이터 흐름 및 처리 단계는 다음과 같다. 이전에 선택된 교정 위치(210)의 중요한 스페클 점들의 배열은 현재 이미지 중요한 점들과 상관되어서, 매칭되는 교정 위치(210)에 대한, 관측 중인 부분(200)의 절대 위치를 찾는다. 교정 위치(210)의 구성요소는 교정 점 데이터베이스(100, 102, 104) 내에 저장된다. 스페클 특징의 교정 위치(210)와 현재 이미지 중요 특징(014) 간의 스페클 특징 패턴 상관도(026)는 다음과 같이 결정된다. 상관 프로세스의 세부사항에 대해, 도 4를 참조한다. 교정 이미지 스페클 특징 패턴(210)은, 도 4에 도시된, 빠르고 덜 정확한 FFT-CC "빠른 퓨리에 변환 크로스 상관"을 사용하여, 균일하고 스케일된 스페클 이미지(001)와 상관된다. 교정 위치의 교정 스페클 이미지(210)는 정규화되어서, 평균 정규화된 교정 스페클 이미지(400)를 생성한다. 그리고 나서, 평균 정규화된 교정 스페클 이미지의 퓨리에 변환(405)을 생성한다. 현재의 스페클 이미지 중요 특징(014)은 정규화되어서, 평균 정규화된 현재 스페클 이미지(401)를 생성한다. 그리고 나서, 평균 정규화된 현재 스페클 이미지의 퓨리에 변환(406)을 생성한다. 퓨리에 변환들(405 및 406)을 조합하여, 퓨리에 변환 프로덕트(405 x 406)의 역퓨리에 변환(410)을 생성한다. 도 18에 도시된 바와 같이, 전체 스페클 뷰(209) 내의 교정 이미지 스페클 위치(210)로부터의 스페클 이미지(001)의 x, y 변위(415)는 퓨리에 변환 프로덕트(405 x 406)의 역퓨리에 변환(410)의 최대치에서 발견된다.
도 1에 도시된 데이터 흐름 및 처리 단계가 이하에서 추가로 기술된다. 교정 위치 중요 특징(210)과 현재 이미지 중요 특징(014) 사이에, 스페클 특징 패턴 상관(026)이 있을 때, 상관도는 전체 스페클 뷰(209) 내에서, 계산된 상대적 스페클 교정 위치(210)(040)를 획득하는데 사용된다. FFT-CC 알고리즘이 전체 스페클 뷰(209) 내에서 계산된 상대적 위치(040)를 획득하는데 사용될 때, FFT-CC 알고리즘은 교정 스페클 이미지 위치(210)로부터 스페클 이미지(001)의 x, y 변위(415)를 제공한다. 만일, 도 5에 도시된 IC-GN 알고리즘이 전체 스페클 뷰(209) 내의 계산된 상대적 위치(404)를 획득하는데 사용된다면, IC-GN 알고리즘은 교정 스페클 이미지 위치(210)로부터 스페클 이미지(001)의 매우 정확한 IC-GN 서브-픽셀 델타 변위(440)를 제공한다. 그리고 그 결과, 관측 중인 부분(200)의 표면(208) 상의 교정 스페클 이미지 위치(210)는 CMOS 또는 CCD 이미지 센서에 대하여 알수 있다. 성공적인 상관 매치가 발생할 때마다, 교정 스페클 이미지(210)의 성공적인 매치 카운트가 증가된다(030).
교정 이미지 스페클 위치(210)가 매칭되지 않을 때, 발생하는 도 1에 도시된 데이터 흐름 및 처리 단계는 다음과 같다. 가장 높은 랭킹의 후보 매칭 SIFT/SURF 특징 기술어(020)가 클로즈 매치(close match)가 되는데 실패할 때, 가버 그룹(008)과 위치 그룹(009)에 의해, 데이터베이스(102)로부터 선택된, SURF/SIFT 특징 기술어의 그룹 내의 또 다른 후보 매칭 SIFT/SURF 특징 기술어들(020)은 그들의 랭킹에 따르는 것으로 여겨진다. 마찬가지로, 후부 SIFT/SURF 특징 기술어에 대응되는 교정 위치 스페클 특징 패턴(210)이 스페클 이미지(001)에 충분히 근접하지 않는다면, 또 다른 후보 SIFT/SURF 특징 기술어가 가버 그룹(008)과 위치 그룹(009)에 의해 선택된다. 더 이상의 후보가 존재하지 않으면, 매칭이 발견되지 않는다. 교정 스페클 이미지(210)가 스페클 이미지(001)에 충분히 근접하면, 전체 스페클 뷰(209) 내의 교정 스페클 이미지(210)의 상대적 위치(040)가 계산된다.
교정 위치 업데이트 절차를 기술하는 도 1 및 도 2에 도시된 데이터 흐름 및 처리 단계는 다음과 같다. 교정 위치를 업데이트하기 위한 전체 절차는 도 1, 2, 6에 도시된다. 후보 매칭 SIFT/SURF 특징 기술어가 전체 스페클 뷰(209) 내에 현재의 스페클 이미지(001)에서 발견되지 않을 때, 또는 교정 스페클 특징(210)이 전체 스페클 뷰(209)로 스페클 이미지(001)에서 발견되지 않을 때, 이러한 절차가 개시된다. 절대 위치(041)는, 도 10에 도시된 바와 같이, 합성 위치 식별 센싱 장비의 하나 이상의 위치 식별 센싱 장비로부터 알 수 있거나, 절대 위치(041)는 리미트 센서(limit sensor)에 의해, 또는 전체 스페클 뷰(209) 내의 완벽한 교정 스페클 특징(210) 또는 부분에 대한 상대적 위치에 의해 제공된다. 절대 위치(041)가 알려지면, 가버 파형요소, SURF/SIFT 특징 기술어 및 전체 스페클 뷰9209) 내로부터의 스페클 이미지(001)의 스페클 특징은 데이터베이스(100, 102 및 104) 내로 저장될 수 있다. 도 3은 교정 저장 절차(036) 내에 포함된 처리 단계이다. 교정 저장 절차(036)의 다음의 설명에서, 교정 저장 절차9036) 내에 포함되지 않지만, 이와 관련된 구성요소를 참조한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 교정 스페클 이미지 위치(210)가 충분히 둘러싸이지 않거나, 피스톤 로드(200)가 변위 말단 한계에 있다면(825), 리미트 센서 또는 합성 위치 센서의 하나 이상의 서브-구성요소로부터의 절대 위치(041)가 사용될 것이다. 교정 위치(210)가 리미트 센서로부터 또는 합성 위치 센서의 하나 이상의 서브-구성요소로부터의 절대 위치(041)로부터 알려지지 않은 위치에 있도록 요구될 때, 이전의 절대 위치(041)로부터의 정확한 변위(836)는 도 5에 기술된 IC-GN 알고리즘을 사용하여 결정된다. 광학 변위 센서(230)가 절대 위치(041)에 있을 때, 알려진 절대 위치에 있는 테스트(032)는 진정한 것이고, 절대 변위는 현재의 스페클 이미지 중요 특징(014)과 비행 시간 센서(925)에 대한 교정 데이터(105)를 획득하는데 사용될 수 있다. 테스트 조건(032)이 알려진 절대 위치를 가리킬 때, 새로운 교정 위치 데이터(210)는 도 3에 도시된 교정 저장 절차(036)를 사용하여 저장된다.
둘러싸는 교정 위치가지의 거리가 너무 멀리 있다면, 하나 이상의 교정 스페클 이미지(210)는 전체 스페클 뷰(209) 내에서부터 선택되고 저장되어야 한다. 교정 위치들 간의 최대 거리는 최대 누적 위치 에러에 의해 결정된다. 누적 위치 에러는 추정된 절대 위치(033)와 진정한 절대 위치(041) 사이의 에러이다. 추정된 절대 위치(033)는, 누적 상대 변위를 마지막 신뢰성 있는 교정 스페클 이미지(210)의 진정한 절대 위치(041)에 더함에 의해 계산된다. 선택된 교정 스페클 이미지(210)는 가버 파형요소 및 둘러싸는 교정 스페클 이미지(210)에 대한 상대 위치에 의해 인덱스된다. 교정 스페클 이미지(210)의 대응되는 SURF/SIFT 특징 기술어는 SURF/SIFT 특징 기술어의 데이터베이스(102) 내로 저장된다. 그리고, 교정 스페클 이미지(210)의 중요한 점 패턴은 SURF/SIFT 특징 기술어에 의해 인덱스되고, 중요한 점 스페클 패턴의 데이터베이스(014) 내로 저장된다.
매우 성공적인 매치 카운트를 가진 교정 스페클 특징 패턴(210)은 안정하고 중요한 스페클 패턴 특징을 가진 교정 스페클 이미지(210)이다. 교정 스페클 특징 패턴(210)이 표면 마모나 갑작스러운 표면 손상의 결과로 변형되면, 성공적인 매치 카운트 증가(030)가 더 이상 증가하지 않는다. 성공적인 매치 카운트 증가(030)가 더 이상 없고, 다른 교정 위치 스페클 패턴 특징에 충분히 근접한 교정 위치 스페클 패턴 특징은, 비-휘발성 메모리(233)가 새로운 교정 스페클 특징 위치(210)를 저장할 필요가 있을 때, 대체될 수 있다. 충분한 수의 교정 위치 스페클 패턴 특징이 더 이상 이들의 성공적인 매치 카운트 증가(030)가 없거나, 다른 교정 스페클 특징 위치(210)에 충분히 근접하지 않을 때, 교정이 요구될 수 있다.
도 2는 위치 식별 센싱 장비의 교정 개시 제어 로직에 관한 것이다. 스페클 이미지(001)는 하나 또는 합성 패턴 이미지 센싱 장비의 CMOS 또는 CCD 이미지 센서(202)에 의해 캡쳐된다. 이미지 균일 스케일 정정(004)은 불균일 평균 스페클 크기(d)를 정정하기 위해 적용될 수 있다. 초기에는, 저장된 교정 스페클 이미지 위치(210)가 없고, 교정 점 데이터베이스(100, 102, 104)는 비어 있다. 새로운 교정 위치(210)를 저장하는 것에서 제1 단계는 균일하고 스케일된 스페클 이미지(001)로부터 중요한 특징(014)을 선택하는 것이다. 절대 위치(041)는 도 23에 도시된 피스톤 스트로크 리미트 센서(918, 919)에 의해, 또는 합성 위치 식별 센싱 장비의 하나 이상의 구성요소 또는 전체 스페클 뷰(209)로 부분 또는 완전한 교정 스페클 특징(210)에 대한 상대적 위치로부터 제공될 수 있다. 초기의 교정 프로세스 동안에, 절대 위치(041)는 피스톤 스트로크 리미트 센서(918, 919)에 의해, 오직 사용가능하다. 테스트 조건(032)이 오작동되면, 절대 위치는 알 수 없다. 그리고, 피스톤 스트로크 리미트 센서(918, 919)와 같은 절대 위치(041)가 제공될 때까지, 위치가 도 6에 도시된 바와 같이 다시 검사되고, 이는 테스트 조건(032)과 절대 위치를 알 수 있도록 한다. 저장된 교정 스페클 특징 위치(210)의 결핍이 검출될 때, 새롭고 저장된 교정 스페클 특징 위치(210)를 정할 필요가 있다. 새로운 교정 스페클 특징(210)의 위치를 정확하게 정하는 것이 중요하다. 교정 동안에, 이전의 이미지 중요 특징(014)과 현재의 이미지 중요 특징(014) 사이의 스페클 특징 패턴 상관도(027)는 IC-GN 역 구성요소 가우스-뉴톤 서브-픽셀 델타 변위(440)를 사용하여 측정되는데, 이는 매우 정확하고, 일반적으로 0.01 내지 0.05 픽셀 범위에 있다. 이는, x 및 y 변위(415)를 계산하기 위해, 정상 모드 동안에 사용되는 고속 FFT-CC(빠른 퓨리에 변환 크로스 상관)(415)보다 20에서 200배 더 정확하고, 일반적으로 1 내지 2 픽셀 범위에 있다. 위치 식별 센싱 장바가 새로운 교정 위치를 검색할 때, 위치 식별 센싱 장비는 교정 모드에 있다. CMOS 또는 CCD 이미지 센서(202)가 관측 중인 원통형 또는 평평한 부분(200) 위에서 이동함에 따라, 전체 스페클 뷰(209)의 창(window)은 주기적으로 캡쳐된다. 교정 모드에서, CMOS 또는 CCD 이미지 센서(202)가 원통형 또는 평평한 부분(200) 위에서 이동하는 이동 속도는 느려져서, 전체 스페클 뷰(209)의 창은 적어도 하나의 교정 스페클 이미지 위치(210)에 의해 항상 오버랩된다. IC-GN 알고리즘은 또한, FFT-CC 알고리즘 보다 더 긴 시간을 소요한다. 교정 동안의 이동 속도는, 이처럼 더 긴 위치 처리 시간을 가능하게 하기 위해, 감소되어야 한다.
도 16은 교정 모드 전체 스페클 뷰(209) 창 단계를 나타낸다. 초기 단계는 전체 스페클 뷰(209)의 좌측 상단이다. 초기 창 단계 동안에, 4개의 교정 스페클 이미지(210)는 전체 스페클 뷰(209)의 4개의 구석에서 선택된다. 교정 스페클 이미지 위치(210)가, 제2 전체 스페클 뷰(209) 창 단계의 좌측 상단과 같이 오버랩되는 전체 스페클 뷰(209) 내에서 완전히 감싸지면, 저장될 필요가 없다. 전체 스페클 뷰(209)들 간의 변위는 IC-GN "역 구성요소 가우스-뉴톤"(440)을 사용하여 정확하게 측정된다.
교정 이미지 스페클 특징 패턴(210)은, 도 5에 도시된 더 느리고 정확한 IC-GN "역 구성요소 가우시안-뉴톤"을 사용하여, 스페클 이미지(001)와 상관된다. 도 4와 유사한 도 5에서, 교정 위치에서의 교정 스페클 이미지(210)는 정규화되어서, 평균 정규화도니 교정 스페클 이미지(400)를 생성한다. 현재의 스페클 이미지 중요 특징(014)은 정규화되어서, 평균 정규화된 현재 스페클 이미지(401)를 생성한다. 다음 단계는 평균 정규화된 교정 스페클 이미지의 퓨리에 변환(405)을 생성하는 것이다. 동시에, 다음 단계는 평균 정규화된 현재 스페클 이미지(001)의 퓨리에 변환(406)을 생성하는 것이다. 퓨리에 변환들(405 및 406)을 조합하여, 퓨리에 변환 프로덕트(405 x 406)의 역 퓨리에 변환(410)을 생성한다. 도 18에 도시된 바와 같이, 교정 스페클 이미지 위치(210)로부터의 스페클 이미지(001)의 x, y 변위(415)는 동일한 전체 스페클 뷰(209) 내에 있다. 도 5에서, FFT-CC x & y 변위는 퓨리에 변환 프로덕트(405 x 406)의 역 퓨리에 변환(410) 최대치에서 발견된다. 계산된 FFT-CC x & y 변위(415)는 IC-GN 알고리즘(440)에서 사용되는 초기 추측 x & y 변위이다. 뒤틀린 현재 이미지(421)는, 평균 정규화된 현재 스페클 이미지(401)와 현재 변형에 따라 계산된다. 알려진 교정 점의 뒤틀린 배열(420)은 평균 정규화된 교정 스페클 이미지(400)에 따라 계산된다. 델타 변형 변위의 최소 자승 계산(425)은, 알려진 교정 점의 뒤틀린 배열(400)과 평균 정규화된 현재 스페클 이미지(401) 조합에 대해 계산된다. 델타 변형 변위의 최소 자승 계산(425)이 델타 변형 변위 조건(430)을 충족할 때, 델타 변형의 현재의 최소 자승 계산(425)은 최종 IC-GN 서브-픽셀 델타 변위(440)이다. 아니면, 델타 변형 변위의 현재의 최소 자승 계산(425)은 다음의 뒤틀린 현재 이미지(421)를 계산하는데 사용된다.
도 17은 삭제되고, 높은 밀도의 중요 특징을 가진 교정 스페클 이미지 위치(210)에 의해 대체된 이전의 전체 스페클 뷰(209)로부터 우측 하단의 교정 스페클 이미지 위치(210)를 나타낸다. 중요 특징의 밀도는 도 17에 도시된 것만큼 높을 때, 하나의 교정 스페클 이미지(210)는 관측 하에서, 부분(200)의 표면(208) 상의 교정 위치를 고유하게 정의하기에 충분하다. 중요 특징의 밀도가 도 18에 도시된 것만큼 낮을 때, 둘 이상의 인접한 교정 스페클 이미지(210)는 관측 중인 부분(200)의 표면(208) 상의 교정 위치를 고유하게 정의하는데 사용된다. 교정 프로세스가 진행됨에 따라, 교정 위치를 고유하게 정의하기에 충분한 하나의 교정 스페클 이미지(210) 또는 교정 위치를 고유하게 정의하기에 충분한 둘 이상의 인접한 교정 스페클 이미지(210)는, 연속적인 전체 스페클 뷰(209) 창 단계르 위해 저장된다. 교정 모드에서, 관측 중인 원통형 또는 평평한 부분(200) 위에서 시스템적으로 스위프(sweep)할 필요가 없다. 관측 중인 원통형 또는 평평한 부분(200)에 대해 모든 방향으로 충분한 교정 스페클 이미지 위치(210)가 있을 때까지, 각각의 전체 스페클 뷰(209) 창 단계에서 교정 스페클 이미지(210)가 포함된다. 이들 포함된 교정 스페클 이미지 위치(210)는 기준 절대 위치(041)로 사용되어서, 대안적인 경로를 따라 교정 스페클 이미지 위치까지의 변위를 측정한다. 교정 스페클 이미지 위치(210)가 모든 방향으로 충분한 교정 스페클 이미지 위치(210)에 의해 둘러싸일 때, 하나의 교정 이미지 스페클(210)은 교정 위치의 국부적으로 고유한 식별을 제공하기에 충분하다. 또는, 중요 특징의 더 높은 밀도를 가진 교정 위치(210)가 포함되고, 이전에 요구된 인접한 교정 스페클 이미지(210)는 삭제된다.
도 6은 위치 식별 센싱 장비의 전반적인 동작을 기술하는 순서도이다. 위치 식별 센싱 장비의 파워업을 하거나 리셋하면, 시작 상태(800)에 진입한다. 시작 상태(800)에서, 부트 코드가 론칭되고, 이는 마이크로코드, 펌웨어 및 소프트웨어를 포함할 수 있다. 시작 상태(800)로부터, 위치 식별 센싱 장비는 초기화, 자가 체크 및 통신 상태(804)에 진입한다. 상태(804)에서, 위치 식별 센싱 장비는 CMOS 또는 CCD 이미지 센서(202)에 대해, 관측 중인 원통형 또는 평평한 부분(200)의 위치를 식별하는 기능을 시작하기 위해 준비한다.
위치 센싱 알고리즘으로부터의 절대 위치(042) 및 추정된 절대 위치(033)에는 절대 위치를 결정하는데 사용되는 출력이 제공된다. 초기의 추정된 절대 위치(033)는 피스톤 리미트 확장/수축 센서(918, 919)로부터, 또는 교정된 비행 시간 센서(925)로부터, 알려진 절대 위치(041)로부터 획득된다. 비행 시간 센서(925)가 교정되지 않으면, 도 3에 도시된 바와 같이, 알려진 절대 위치(041)를 사용하여 교정될 수 있다. 도 1에 기술된 동작 절차는 각각의 프레임 캡쳐된 스페클 이미지(001)에 대해 수행된다. 그룹 선택에 사용되는 추정된 절대 위치(010)는 현재의 스페클 이미지 중요 특징(014)에 대해 매칭될 가능한 교정 위치 알려진 중요 특징(210)을 매우 감소시킨다. 교정 모드 동안의 동작은 피스톤 확장/수축 리미트 센서(918, 919) 또는 새로운 교정 위치(210)의 교정 저장 절차(036)를 위한 교정된 비행 시간 센서(925)로부터 알려진 절대 위치(041)에 의존한다. 정상 모드에서 동작할 때, 절대 위치(042)는 계산된 상대적 스페클 교정 위치(210)(040)에 의해 또는 교정 저장 절차(036)로부터 계산된 위치에 의해, 결정된다. 교정 저장 절차(036)로부터 계산된 절대 위치(042)는 바람직하게는 가장 신뢰성 있도록 선택된다. 가장 최근의 절대 위치(042) 및 비행 시간(925) 추정된 위치는, 새로운 값으로 업데이트될 때까지 휘발성 메모리에서 유지된다. 추정된 절대 위치(033)는 휘발성 메모리 내에 유지된 가장 최근의 알려진 위치와 누적 상대 스페클 변위(031) 조합에 의해 계산된다. 누적 상대 스페클 변위(031)는 누적된 상대적 스페클 변위(038)이다. 상대적 스페클 변위(031)의 외부 소스는 다음의 상대적 스페클 변위 추정치(038)를 개선 및/또는 확증할 수 있다.
도 6에 도시된 동작 상태(832)는 도 1, 2, 3, 4 및 5에 기술된다. 테스트 조건(032)은 절대 위치가 리미트 센서로부터, 또는 합성 위치 식별 센싱 장비의 하나 이상의 서브-구성요소로부터 알려진 절대 위치(041) 또는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 전체 스페클 뷰(209) 내의 부분 또는 완전한 교정 스페클 특징(210)에 대한 상대적 위치에 해당한다. 절대 위치가 식별되지 않는다면, 센싱 장비는 테스트 조건(032)에 계속 적용하여, CMOS 또는 CCD 이미지 센서(202)가 관측 중인 부분(200)의 표면(208) 위에서 이동함에 따라, 절대 위치가 알려지는지 결정할 것이다. 테스트 조건(032)이 면제(absolution)를 결정한 것이 알려지고, CMOS 또는 CCD 이미지 센서(202)가 교정 스페클 이미지 위치(210)에 있은 후에, 다음 단계는 이 것이 인접하는 교정 스페클 이미지 위치(210)의 구성된 불안전한 합성 교정 이미지(820)인지를 체크한다. 현재 교정 스페클 이미지 위치(210)가 인접한 교정 스페클 이미지 위치(210)의 구성된 합성 교정 이미지(820)의 불완전한 부분이라면, 알려진 면제 위치 테스트 조건(032)은 합성 교저 이미지(820)의 발견된 부분으로 업데이트된다.
도 7은 관측 중인 부분(200)을 관측하는 동안 발생하는 가변 스페클 크기를 나타낸다. 레이져(120)로부터의 광은 선택적인 소스 렌즈(130)에 의해 초점화되지 않아서, 스페클 영역(110)을 커버한다. CMOS 또는 CCD 이미지 센서(202)와 관측 중인 부분(200)의 표면(208) 사이의 거리(u)가 더 커짐에 따라, 평균 스페클 크기는 이에 따라 더 커진다. 이미지 균일 스케일링 정정 단계(004)는 불균일 평균 스페클 크기(d)를 보상하는데 사용될 수 있다.
도 8은 관측 중인 부분(200)의 만곡된 표면(208)으로부터 기인하는 불균일 스페클 크기를 나타낸다. CMOS 또는 CCD 이미지 센서(202)와 레이져 스페클 표면 반사(110) 사이의 거리(u1)는, 관측 중인 부분(200)의 만곡된 표면(208)이 평평한 부분 기준 평면(300)까지의 거리(u2)보다 더 멀리 있을 때, 더 크다.
도 9는 공간적으로 추가된 암시야의 다이어그램이다. 관측 중인 부분(200)의 표면(208) 상에 교정 위치를 고유하게 정의하기 위해, 충분히 높은 밀도의 중요 특징을 가진 교정 스페클 이미지(210)를 선택하는 것이 목적이다. 그리고, 관측 중인 부분(200)의 표면(208)의 토폴로지를 측정하지 않는 것이 목적이다. LED 광 소스(121)는 선택적인 소스 렌즈(130)를 비추고, 관측 중인 부분(200)의 표면(208)을 조명한다. 각각의 콜렉터 렌즈(135) 또는 합성 콜렉터 렌즈(135)는 분리되거나 오버랩핑된 암시야 영역(116)으로부터 암시야 산란된 광을 수집한다. 광 파이프는 복수의/합성 콜렉터 렌즈(135)와 동일한 기능을 제공할 수 있다. 이러한 실행예에서, 복수의/합성 콜렉터 렌즈들(135)은, 이들의 우수한 낮은 왜곡 광학 속성 때문에, 광 파이프보다 선호된다. 복수의 암시야 영역(116)으로부터의 암시야 산란된 광은 CMOS 또는 CCD 이미지 센서(202)에 의해 추가적으로 수집된다. 콜렉터 렌즈(135)의 배율은, 모사 스페클 크기가 4 픽셀 x 4 픽셀보다 더 크게 선택된다. 도 8에 도시된 바와 같이, 관측 중인 부분(200)의 만곡된 표면(208)은 반사된 스페클 영역(110)을 감소시킨다. 복수 또는 합성 콜렉터 렌즈(135)들은, 관측 중인 만곡된 부분(200)의 길이의 길이를 따라 이상적으로 배열된다.
도 10 및 도 11은 관측 중인 부분(200)의 표면(208)의 분리된 영역을 커버하는 복수의 합성 스페클 패턴 이미지 센싱 장비를 나타낸다. 도 10은 복수의 합성 스페클 패턴 이미지 센싱 장비의 단면도를 나타낸다. 도 11은 아래 관측 중인 부분(200)의 표면(208)을 가진 합성 스페클 패턴 이미지 센싱 장비의 상면도를 나타낸다. 실험적 관측은 관측 중인 부분(200)의 표면(208)을 손상시키는 이벤트가 국부적인 손상을 야기하는 것을 나타낸다. 복수의 집합적인 고유한 교정 스페클 이미지(210)는 각각의 교정 위치(210)에 저장되어, 가장 흔한 손상 이벤트에 대해 교정 위치(210)의 손실을 방지한다. 일부의 교정 스페클 이미지(210)가 손상될 때, 교정 위치는 여전히 인식가능하고, 국부적으로 고유한 교정 스페클 이미지(210)가 남아 있다는 것을 제공한다. 다른 교정 스페클 이미지 위치(210)에 대한 교정 스페클 이미지(210)의 상대적 위치는, 다른 유사한 교정 스페클 이미지 위치(210)로부터 교정 스페클 이미지 위치(210)를 고유하게 해상(resolve)할 수 있다.
도 16, 17, 18에 도시된 전체 스페클 뷰(209)가 충분히 클 때, 복수의 집합적으로 고유한 교정 스페클 이미지(210)는 전체 스페클 뷰(209) 내의 각각의 교정 위치에 대해 저장될 수 있다. 도 10 및 도 11에 도시된 합성 스페클 패턴 이미지 센싱 장비는 전체 스페클 뷰(209) 영역을 증가시킨다. 그러나, 복수의 집합적으로 고유한 교정 스페클 이미지(210)가 하나의 전체 스페클 뷰(209) 영역에 근접하고 국부적 영역 내의 손상된 표면(208)이 복수의 교정 스페클 이미지(210)에 손상을 야기할 수 있을 때, 복수의 스페클 패턴 이미지 센싱 장비로부터 집합적으로 고유한 교정 스페클 이미지(210)의 구성된 교정 위치(210)는 도 16, 17, 18에 도시된다. 이들은 관측 중인 부분(200)의 표면(208)에 걸쳐 널리 분포된다. 널리 분포된 교정 스페클 이미지(210)는 관측 중인 부분(200)의 표면(208)을 손상시키는 이벤트에 의해 영향을 훨씬 덜 받는다. 손상은 일반적으로, 복수의 스페클 패턴 이미지 센싱 장비의 서브-구성요소로 제한된다. 집합적으로 고유한 교정 스페클 이미지(210)는, 교정 스페클 이미지(210)에 대한 순산적이거나 빠른 검출과 교정 스페클 이미지(210)를 신뢰성있게 업데이트하는 것을 가능하게 한다.
도 12 및 13은 합성 이미지 센싱 장비를 나타낸다. CMOS 또는 CCD 이미지 센서(202)와 레이져(120) 또는 LED 광 소스(121)의 상대적 위치가 도시되고, 도 14에 도시된 이미지 센싱 장비의 정확한 단면이 아니다. 하나의 CMOS 또는 CCD 이미지 센서(202)는 도 12에 도시되고, 추가적인 암시야 특징 수집에 매우 적합하다. 교정 위치(210)는, 관측 중인 부분(200)의 표면(208)이 충분히 커서, 고유한 스페클 패턴을 보장한다. 도 13에 도시된 복수의 CMOS 또는 CCD 이미지 센서(202)는 레이져 스페클 패턴 또는 측방 배향에 적합하다. 레이져 스페클 패턴 이미지 센싱 장비가 관측 중인 부분(200)의 표면(208) 위에 지남에 따라, 관측 중인 부분(200)의 큰 표면 영역(208)은 연속적인 관측에 의해, 연결된 표면 영역(208)을 조합함에 의해 생성될 수 있다. 이는, 함께 관측의 낮은 에러 스티칭(stitching)을 요하여, 교정 로케이션에서 고유한 스페클 패턴을 보장하기에 충분히 넓은 표면 영역을 형성한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 관측 중인 부분(200)의 더 넓은 표면(208)에 대응되는 CMOS 또는 CCD 이미지 센서(202) 크기를 증가시키는 것은 불균일 평균 스페클 크기에 의해 야기된 왜곡을 현저히 증가시킨다. 그러나, 큰 CMOS 또는 CCD 이미지 센서(202)는 높은 복잡성을 가지고, 비용이 크다. 합성 스페클 패턴 이미지 센서는 도 10에 도시된 바와 같이, 복수의 CMOS 또는 CCD 이미지 센서(202)를 사용함에 의해, 관측 중인 부분(200)의 표면(208)을 증가시킨다. 이점은, 각각의 CMOS 또는 CCD 이미지 센서(202)에 대응되는 관측 중인 부분(200)의 더 작은 표면(208)이 더 적은 이미지 균일 스케일링(004)을 요한다는 것이다. 도 11에 도시된 바와 같은 합성 레이져 스페클 패턴 이미지 센서는, 별도의 레이져 스페클 영역(110) 또는 암시야 표면 영역(208)을 조합하기 위해, RGB CMOS 또는 CCD 이미지 센서(202)를 사용함에 의해, 관측 중인 부분(200)의 조합된 표면(208)을 증가시킬 수도 있다.
도 14는 스페클 패턴 이미지 센싱 장비의 하면도이다. 이미지 센싱 장비의 합성의 본질적인 구성요소는 CMOS 또는 CCD 이미지 센서(202), 하나 이상의 레이져(120, 122, 124) 또는 LED 광 소스(121), 센서 보드(230), 마이크로프로세서, FPGQ 및/또는 ASIC(231), CMOS 또는 CCD 이미지 센서(202), 비-휘발성 메모리(233) 및 휘발성 메모리(234)이다. 레이져 광 소스는 레이져 스페클 이미지를 생성한다. LED 광 소스는 일반적으로 암시야 이미지를 생성하는데 사용될 것이다. 구성요소인 CMOS 또는 CCD 이미지 센서(202), 하나 이상의 레이져(120, 122, 124) 코히런트 광 소스, 마이크로프로세서, FPGA 및/또는 ASIC(231), 비-휘발성 메모리 (233) 및 휘발성 메모리(234)는 솔더링되고, 센서 보드(230)에 의해 전기적으로 상호연결된다. CMOS 또는 CCD 이미지 센서(202), 하나 이상의 레이져(120, 122, 124) 코히런트 광 소스는 서브-모듈로 구축되어서, 사용되는 임의의 광학 소스 렌즈(130)의 정확한 위치선정을 가능하게 한다. 마이크로프로세서, FPGA 및/또는 ASIC(231), 비-휘발성 메모리(233)와 휘발성 메모리(234)를 포함하는 시스템 온 칩은 제어 로직을 실행하는데 요구된다. 합성 레이져 스페클 패턴 이미지 센싱 장비는 하나보다 많은 붉은 레이져(120), 파란 레이져(122), 녹색 레이져(124) 코히런트 광 소스 및 대응되는 붉은색, 파란색, 녹색 픽셀을 가진 CMOS 또는 CCD 이미지 센서(202)를 사용한다. 간단한 비-합성 레이져 스페클 패턴 이미지 센싱 장비는 오직 하나의 붉은 레이져(120), 파란 레이져(122) 또는 녹색 레이져(124) 코히런트 광 소스 및 흑백 CMOS 또는 CCD 이미지 센서(202)만 사용한다.
도 15는 위치 에러 바이어스 대 스페클/픽셀 크기의 그래프이다. 그래프의 선은 픽셀 너비/특징 너비로, 효과적으로 단일 종횡비에 대한 픽셀 크기/특징 크기이다. 그래프는 픽셀 어레이 크기가 특징 크기보다 클 것을 요구한다. 그 결과, 특징 크기는 최소 픽셀 어레이 크기를 결정한다. 고유한 스페클 패턴을 보정하기에 충분히 큰 교정 위치(210)는, 도 9, 10, 12 및 13에 도시된 바와 같이, 복수의 합성 레이져 스페클 패턴 이미지 센싱 장비의 모든 서브-구성요소의 조합된 표며(208)일 수 있다.
바이어스 효과는, 스페클/픽셀 크기가 증가함에 따라 감소하는 것으로 나타나고, 그러므로, Nyquist 기준을 따른다. 스페클/픽셀 크기가 2 픽셀 x 2 픽셀 미만일 때, Nyquist 기준, 잡음은 스페클 변위의 정확한 결정을 방해한다. 그리고, 스페클 변위의 방해된 정확한 결정은, 인접한 주변부와 대비되는 중요한 점들의 안정한 배열을 가진 교정 위치(210)를 막는다. 픽셀 이미징 에러 및 CMOS 또는 CCD 이미지 센서(202)의 결함이 고려될 때, 스페클 크기는 CMOS 또는 CC 이미지 센서(202)의 수평축과 수직축을 따라, 4 픽셀 x 4 픽셀보다 클 것을 추전한다.
도 17은 관측 중인 부분(200)의 표면(208) 상의 교정 위치(210) 자연적인 스페클 특징을 나타낸다. 관측 중인 부분(200)의 전체 표면(208)은 자연적인 스페클 패턴을 생성한다. 명확성을 위해, 도 17은 단지, 전체 스페클 뷰(209) 내의 교정 위치(210)에서, 자연적인 스페클 특징을 나타낸다. 교정 위치(210) 자연적인 스페클 특징은 가버 파형요소, SURF/SIFT 특징 기술어 및 대응되는 중요한 점 스페클 패턴에 의해 기술된다. 완전한 스페클 패턴이 저장되지 않고, 결과적으로, 감소된 휘발성 메모리(234) 요구사항은 교정 위치(210)를 가진, 관측 중인 부분(200)의 표면(208)의 완전한 커버리지를 가능하게 할 수 있다.
도 19는 인접한 교정 이미지 위치(210)를 나타낸다. 각각의 인접한 교정 이미지(210)는 적은 관심 점을 가지고, 적어도 하나의 SURF 특징을 가진다. 초기화(804) 이후에, 동작(832) 동안에, 제1 검출된 교정 이미지(210)는 절대 위치(041)로 고유하게 맵핑되지 않을 수 있다. 매칭된 교정 이미지(210)는 후보 매칭 SIFT/SURF 특징 기술어(020)의 위치 그룹 선택(009)을 보조할 것이다. 동작(832)이 계속되면서, 추가적이고 매칭된 교정 이미지(210)의 상대적 위치는 절대 위치를 정의한다. 절대 위치(041)가 교정 이미지(210)의 수집의 상대적 위치에 의해 결정되었다면, 각각의 이후의 검출된 교정 이미지(210)는 교정 이미지(210)의 수집의 상대적 위치에 의해, 새로운 절대 위치를 가리킨다. 임의의 교정 위치(210)가 절대 위치를 고유하게 정의하는 것을 보장하기 위해 어떠한 노력이 들지 않는다. 모든 인접한 전체 스페클 뷰(209)는 적어도 하나의 완전한 교정 이미지(210)를 포함한다. 간단한 교정 이미지 위치들 간의 갭이 없다면, 마지막 알려진 절대 위치로부터의 상대적 위치에 기초하여, 절대 위치를 추정할 필요가 없다. 이전의 교정 이미지(210)로부터의 상대적 변위는 현재의 교정 이미지(210)의 절대 위치를 재확인한다. 교정 이미지(210)는 상대적 변위 에러 내에서 고유할 필요가 있다. 모든 인접한 전체 스페클 뷰(209)는 적어도 하나의 교정 이미지(210)를 포함하여, 상대적 변위 에러는 교정 이미지 위치(210)들 사이에 누적될 수 없다. 교정 이미지(210)는 매우 적은 관심 점 및 충분히 고유한 매우 간단한 특징을 요한다. 현재 교정 이미지(210)가 손상되었다면, 현재의 절대 위치는 둘러싸는 교정 이미지(210)로부터 정확하게 상대적 변위를 계산함에 의해, 알 수 있다. 현재 알려진 절대 위치를 사용하여, 교정 이미지(210)를 대체하는 것이 선택되고, 도 3에 의해 이전에 기술된 대로 저장된다.
도 20은 동일한 거리만큼 분리된 교정 이미지들(210)에 의해 둘러싸인 약간 랜덤하게 분리된 교정 이미지 위치(210)를 나타낸다. 각각의 교정 이미지(210)는 적은 수의 관심 점을 가지고, 적어도 하나의 SURF 특징을 가진다. 초기화(804) 이후에, 절대 위치는, 교정 이미지(210)가 매칭될때까지, 완전히 알 수 없을 것이다. 교정 이미지(210)가 동작(832) 동안에 매칭된 이후라 하여도, 절대 위치로 고유하게 맵핑되지 않을 것이다. 매칭된 교정 이미지(210)와 둘러싸인 교정 이미지(210)들 간의 상대적 변위는 후보 매칭 SIFT/SURF 특징 기술어(020)의 위치 그룹(009) 선택을 보조할 것이다. 동작(832)이 계속됨에 따라, 추가적이고 매칭된 교정 이미지(210)의 상대적 위치는 절대 위치를 고유하게 정의한다. 절대 위치가 결정된 이후에, 절대 위치는 둘러싸인 교정 이미지(210)의 절대 위치로부터의 상대적 변위로부터 추정된다. 후보 이미지(210)가 손상될 때, 예상된 곳에서 검출되지 않는다. 교정 이미지(210)가 그 추정된 절대 위치(033) 부근에서 검출되지 않을 때마다, 성공적인 매치 카운트 증가(030)는 증가되지 않는다. 불충분하고 신뢰성 있는 교정 이미지 점으로, 둘러싸인 교정 이미지 위치(210)로부터 정확한 상대적 변위가, 대체 교정 이미지(210)가 저장될 때까지, 계산된다. 가장 최근의 교정 이미지 위치(210)가 이전에 사용된 교정 이미지 위치(210)와 상이할 때, 덜 정확한 절대 위치인 새로운 추정된 절대 위치(033)가 사용되어서, 새로운 교정 이미지 위치(210)의 세트 절대 변위가 정확하다는 것을 통계적으로 검증한다. 임의의 교정 위치(210)가 절대 위치(041)를 고유하게 정의하는 것을 보증하는데 어떠한 노력도 들이지 않는다.
교정 위치(210)의 절대 로케이션(041)이 교정 모드 동안에 기록된다. 프레임 캡쳐된 스페클 이미지(001)를 교정 위치 프레임(210)으로 맵핑하는 프로세스가 도 21에 도시된다. 교정 모등 동안에, 관심 점(014)의 선택은 모든 스페클 이미지에 대해 수행될 수 있거나, 관심 점(014)의 선택은, 새로운 스페클 중요 점이 알려진 로케이션에 대해 새로운 SURF/SIFT 기술어(034)를 요구할 때까지, 지연될 수 있다. 절대 위치(041)가 알려지면, 현재 캡쳐 프레임은 기준 프레임으로 사용될 수 있다. 교정 모드 동작의 첫 번째 단계에서, 교정 위치(210)가 기록되지 않았고, 비행 시간 센서(925)가 교정되지 않았다. 완전 확장과 완전 수축에서 피스톤 로드(200)의 알려진 위치는 초기 알려진 절대 위치(041)로 사용된다. 이들 알려진 절대 위치(041)는 비행 시간 센서(925)를 교정하고 기준 프레임을 선택하는데 사용된다. 교정 모드에서, 관측 중인 부분(200)의 표면(208)은 선택된 기준 프레임과 인접한 프레임으로 맵핑된다. 광학 변위 센서(230)가 관측 중인 부분(200)의 표면(208) 위에서 이동함에 따라, 스페클 이미지(001) 프레임이 캡쳐된다. 많은 스페클 이미지(001) 프레임은 관측 중인 부분(200)의 표면(208)을 맵핑하는 각각의 인접한 프레임과 오버랩할 수 있다. 충분한 메모리가 사용가능하면, 모든 인접한 프레임은 도 19에 도시된 바와 같이, 교정 이미지(210)를 저장하는데 사용된다. 교정 위치들 간에 갭이 없을 때, 추정된 절대 위치(033)는 교정 위치(210)의 절대 위치이다. 픽셀(212)들은 스페클 이미지(001) 콤(comb) 필터 그룹핑을 형성하기 위해 주기적으로 연결될 수 있다. 개개의 픽셀 또는 픽셀 그룹들은, 픽셀 포토 세기를 스페클 이미지(001)로 사용되는 이진 표현으로 전환하는 ADC 아날로그 디지털 컨버터에 연결된다. 스페클 이미지(001) 콤 필터 그룹핑을 형성하기 위해 주기적으로 연결된 픽셀(212)은 교정 스페클 이미지 중요 특징(210)을 저장하는데 요구되는 메모리 및 현재의 스페클 이미지 중요 특징(014)과 저장된 교정 스페클 이미지 중요 특징(210)을 매칭하는데 요구되는 연산 노력을 줄인다. 성질상 회절되는 암시야 표면은 특징에 집중되고, 표면에 걸쳐 균일하지 않는다. 스페클 이미지(001) 콤 필터 그룹핑에 주기적으로 연결된 픽셀(212)의 대부분은 암시야 표면 회절 조명을 동시에 수신하지 않을 것이다. 흔히 사용되는 대안적인 종래의 스페클 이미지(001) 그룹핑 실행예는, 해상가능한 특징 세부사항을 줄이는, 이웃 픽셀의 2 x 2 스페클 이미지(001) 빈(bin), 이웃 픽셀의 2 x 2 또는 4 x 4 스페클 이미지(001) 빈을 형성하기 위한 그룹핑 픽셀이다.
콤 어레이는 대안적으로 이산 퓨리에 변환(DFT)으로 표현될 수 있다. 1D 콤 어레이는 본질적으로 특별한 주파수에서 1D 상관도라고 결론 지을 수 있다. 주기적으로 연결된(212) 스페클 이미지(001) 콤 필터는 셀 당 4 x 4 요소를 가진 2D 콤 어레이를 나타낸다. 각각의 셀 내에서, 4 x 4 요소는 선(점선, 짧은 대시, 긴 대시, 실선)에 의해 도시된다. 4 x 4 셀 요소의 주기적으로 연결된(212) 스페클 이미지(001) 콤 필터가 반복된다. 4 x 4 셀의 각각의 픽셀 요소는 인접한 셀의 대응되는 픽셀 요소에 연결된다. 대안적인 실행예는, 셀 당 4 x 4 픽셀 요소, ttjqm-어레이를 가진 2D 콤 어레이 또는 동적으로 변화될 공간 주파수를 가능하게 하기 위해, 동적으로 재구성 가능한 콤 연결부를 가진 2D 콤 어레이 이외의 2D 콤 어레이를 포함할 수 있다.
동적으로 재구성가능한 2D 콤 어레이의 해상도는, 연결된 ADC의 해상도를 조절함에 의해, 연결된 ADC로의 픽셀의 전기적 연결을 재구성함에 의해, 또는 스페클 이미지(001)로 사용되는 ADC 이진 픽셀 표현의 조합을 가변함에 의해, 수정될 수 있다. 스페클 이미지(001)로 사용되는 생성된 이진 픽셀 표현 ADC의 재구성가능한 조합이 바람직한 실행예이다. 등가적으로, 스페클 이미지(001)는 알고리즘의 이미지 균일 스케일 정정 단계(004)에서 재구성가능하게 조합될 수 있다. 주기적으로 연결된 스페클 이미지(001) 콤 필터는 하드웨어 활성화된 픽셀 상관의 이점을 가진다.
도 20에 도시된 교정 위치(210)들 간에 갭이 있을 때, 추정된 절대 위치(033)는 이전의 교정 위치(210)로부터의 상대적 변위를 측정함에 의해 획득된다. 측정된 상대적 변위 내의 작은 에러의 누적은 추정된 절대 위치(033)에서의 에러를 낳는다. 교정 프레임(210)과 오버랩핑되는 스페클 이미지(001) 프레임으로부터, 교정 프레임(210) 내의 픽셀의 분산과 평균이 계산된다. 분산이 균일하게 너무 크면, 픽셀 불량정렬 에러가 있고, IC-GN 서브-픽셀 데이터 변위 알고리즘(440)이 요구되거나, IC-GN 서브-픽셀 데이터 변위 알고리즘(440)의 더 많은 반복이 요구된다. 높은 분산을 가진 점들은 현재의 스페클 이미지 중요 특징(014)에 대한 우수한 후보가 아니어서, 교정 이미지 중요 점(210)을 위해 사용되어서는 아니된다. 교정 스페클 이미지(210) 선택된 중요 점들은 자연적인 특징 또는 에칭 또는 레이져 블래큰 특징(laser blacken feature)일 수 있다. 고유한 특징을 에칭할 때, 정확한 위치 제어가 필요 없다. 우수한 후보 특징은 도 25에 도시된 1D 이진 인코딩된 교정 패턴(215) 및 도 26에 도시된 2D 이진 인코딩된 교정 패턴(216)이다. 상대적 패턴 기하형상은 1D 이진 인코딩된 교정 패턴(215)과 2D 이진 인코딩된 교정 패턴(216)을 순서대로 기술하는데 충분하고, 이는 1D 이진 인코딩된 교정 패턴(215)과 2D 이진 인코딩된 교정 패턴(216)을 저장하는데 요구되는 메모리를 많이 감소시킨다. 이진 인코딩된 패턴의 각각의 요소의 정확한 로케이션은 교정 위치(210)로서 자연적인 특징을 저장하기 위해 이전에 기술된 방법을 사용하여 위치된다.
도 22에서, 교정 위치(210)는 도 21에 기술된 교정 모드에서 이전에 기록되었다. 이들 교정 위치(210)는 도 16, 17 및 18에 도시된 바와 같은 자연적인 특징 또는 에칭된 1D/2D 교정 위치(215, 216)일 수 있다. 추정된 절대 위치(033)는 이전의 교정 위치(210) 및/또는 비행 시간 센서(925)로부터 상대적 변위를 측정함에 의해 획득된다. 비행 시간 센서(925)의 거리율(range rate) 및 광학 간섭에 대한 취약성은 비행 시간 센서(925)의 중요한 한계이다. 저렴한 비행 시간 센서(925)는 절대 위치를 추정할 수 있고, 이는 교정 위치(210)를 찾는데 필요한 시간을 극단적으로 줄여준다. 추정된 절대 위치(033)는 위치 그룹 선택기(009)에 의해, 후보 교정 위치(210)의 SURF/SIFT 기술어 선택기(012)로의 입력으로 사용된다. 추정된 절대 위치(033)를 알면, 스페클 이미지(001) 캡쳐 프레임 내의 적은 중요한 특징 점(014)이 교정 위치(210)를 검출하기에 충분하고, 절대 위치(041)를 결정한다.
도 23은 광학 변위 센서 어셈블리(230)를 가진 유압식 실린더 어셈블리의 실시예의 측단면도를 나타낸다. 유압식 실린더 어셈블리는 실린더 배럴(901) 및 센싱 장비 하우징(910)을 포함한다. 피스톤(902)은 유압식 유체에 응답하여, 축을 따라 왕복 운동을 위해, 실린더 배럴(901) 내에 배치된다. 피스톤(902)은 실린더 배럴(901)을 두 개의 챔버(907 및 908)로 나눈다. 하우징(910)은 실린더 배럴(901)에 고정적으로 장착된다.
피스톤 로드(200)의 일단은 피스톤(902)에 고정되고, 이동 축을 따라 연장된다. 피스톤 로드(200)의 타단은 하우징(910)을 넘어 연정된다. 실린더베이스 및 피스톤 로드(200)의 외측 단부 중 하나 또는 모두는 직접 또는 간접적으로 기계 구성 요소와 연결될 수 있다.
실린더 배럴(901)은 피스톤(902)을 움직이기 위해, 챔버(907, 908) 내부로 및 외부로 오일이나 물과 같은 유체의 통과를 위한 두 개의 오프닝을 가진다. 실린더 배럴(901) 내의 밀봉부(906)는 피스톤 로드(200)의 표면과 같은 높이가 되도록 배열되어서, 유체가 챔버(907)로부터 나가는 것을 막는다.
하우징(910)은 광학 변위 센서(230)를 감싸고, 이는 피스톤 로드(200)의 순간적인 위치를 결정하는데 사용된다. 하우징(910) 내의 밀봉부(912)는 피스톤 로드(200)의 표면을 세척하기 위해 배치되어서, 유체나 먼지가 광학 변위 센서(230)를 오염시키는 것을 막는다. 하우징(910)은 환경으로부터 광학 변위 센서 어셈블리(230)를 보호하고, 센싱 유닛의 용이한 대체를 허용한다. 광학 변위 센서(230)는 피스톤 로드의 표면의 부근의 하우징(910) 내에 장착되어서, 피스톤 로드(200)의 이동을 판독한다.
헤드 접촉 압력 센서(919)는 실린더 배럴(901)의 헤드 스탑(905)에 장착된다. 베이스 접촉 압력 센서(918)는 실린더 배럴(901)의 베이스 스탑(904)에 장착된다. 이들 두 접촉 센서가 함께 2-비트 디지털 신호를 제공하여서, 피스톤(902)이 헤드 스탑(905)이나 베이스 스탑(904)에 도달하는지 아닌지를 나타낸다. 이에 따라, 피스톤(902)이 헤드 스탑(905)이나 베이스 스탑(904)에 도달할 때, 저장소 내의 절대 변위 정보가 조절되고 업데이트된다. 비행 시간 센서(925)는 하우징(910)에 장착되고, 피스톤 로드(200)에 부착된 비행 시간 반사기(903)를 향해 지향된다. 비행 시간 센서(925)는 헤드 스탑(905) 및/또는 베이스 스탑(904)에서 교정된다. 비행 시간 센서(925)는 광학 변위 센서(230)로 개선되는 피스톤 로드(200) 연장을 추정한다.
동작 시, 시변 압력에서 챔버(907, 908) 내로 유입되거나, 이로부터 제거되는 유체는, 피스톤(902) 및 피스톤 로드(200)가 광학 변위 센서(230)에 대해 앞 뒤로의 슬라이드를 야기한다. 광학 변위 센서(230)는 피스톤 로드(200)의 상대적 변위를 판독하고, 이에 따른 디지털 신호를 생성한다. 센서 보드(930) 상의 마이크로프로세서, FPGA 및/또는 ASIC(231)는, 교정 패턴을 매칭하고, 상대적 변위를 사용함에 의해, 피스톤 로드(200)의 절대 변위를 계산한다. 획득된 절대 변위는 피스톤 로드(200)와 피스톤(902)의 실제 위치를 나타낸다.
도 24는 부착된 포토 이미지 센서를 가진 유압식 실린더의 등각 투상도이고, 도 29에 도시된 단면도를 얻기위해 사용된 커팅 라인 A-A를 나타낸다.
도 25는 1D 이진 인코딩된 교정 패턴(215)을 가진 관측 중인 부분(200)의 도면이다. 교정 패턴의 개수는 3개로 한정되지 않는다. 교정 패턴의 개수와 위치는 응용예의 요구사항에 의해 결정된다. 고유한 교정 패턴은, 그 교정 패턴에 기초한 현재의 교정 위치가 어느 것인지 결정할 수 있다. 1D 이진 인코딩된 교정 패턴(215)의 절대 로케이션은 교정 모드 동안에 결정되는데, 이는 1D 이진 인코딩된 교정 패턴(215)의 저렴한 레이져 에칭의 사용을 가능하게 한다.
도 26은 2D 이진 인코딩된 교정 패턴(216)을 가진 관측 중인 부분(200)의 도면이다. 교정 패턴의 개수와 위치는 응용예의 요구사항에 의해 결정된다. 고유한 교정 패턴은, 그 교정 패턴에 기초한 현재의 교정 위치가 어느 것인지 결정할 수 있다. 2D 이진 인코딩된 교정 패턴(216)의 절대 로케이션은 교정 모드 동안에 결정되는데, 이는 2D 이진 인코딩된 교정 패턴(216)의 저렴한 레이져 에칭의 사용을 가능하게 한다. 넓게 이격된 2D 이진 인코딩된 교정 패턴(216)에 대한 감소된 에칭은 제조 비용을 추가로 줄일 수 있다.
특허 문헌
특허 1 : US patent no. US9027460 B2
특허 2 : US 특허 번호 US8525777 B2
특허 3 : US 특허 번호 US9086738 B2
특허 4 : US 특허 번호 US9342164 B2
특허 5 : US 특허 번호 US7737947 B2
특허 6 : US 특허 번호 US8692880 B2
특허 7 : US 특허 번호 US8482607 B2
특허 8 : EP 특허 번호 EP2769104 B1
특허 9 : US 특허 번호 US9134116 B2
특허 10 : EP 특허 번호 EP2775268 A1
특허 11 : CN 특허 번호 CN2015/075823
특허 12 : US 특허 번호 US9449238 B2
특허 13 : US 특허 번호 US8847888 B2
특허 14 : US 특허 번호 US7728816 B2
특허 15 : US patents no US9052759 B2
001: 스페클 이미지
004: 이미지 균일 스케일 정정
005: 업데이트할 때까지 유지
006: 가버 파형요소와 콘볼브
008: 가버 그룹 선택기
009: 위치 그룹 선택기
010: 그룹 선택을 위한 추정된 절대 위치
012: SURF/SIFT 기술어 선택기
014: 관심 점으로도 알려진 현재 스페클 이미지 중요 특징
015: 다음 이미지 캡쳐될 때까지 지연
016: 스케일 공간 찾기
018: 특징 기술어
020: 후보 매칭 SIFT/SURF 특징 기술어
024: 스페클 패턴 선택기
026: 교정 위치 중요 특징(210)과 현재 이미지 중요 특징(014) 간의 스페클 특징 패턴 상관된 변위
027: 이전 이미지 중요 특징(014)과 현재 이미지 중요 특징(014) 간의 스페클 특징 패턴 상관도
030: 성공적인 매치 카운트 증가
031: 가장 최근에 알려진 위치로부터의 누적 상대 스페클 변위
032: 테스트 조건은 절대 위치가 알려짐
033: 추정된 절대 위치
034: 알려진 위치에 대해, 새로운 스페클 중요 점인, 새로운 SURF/SIFT 기술어
036: 교정 저장 절차
038: 상대적 스페클 변위
039: 성공하지 못한 상대적 변위 카운트
040: 계산된 상대적 스페클 교정 위치(210)
041: 피스톤 스트로크 리미트 센서(918, 919) 또는 합성 위치 식별 센싱 장비의 하나 이상의 서브-구성요소로부터에 의한 절대 위치, 또는 전체 스페클 뷰(209)로 부분 또는 완전한 교정 스페클 특징(210)에 대한 상대적 위치
042: 절대 위치 from the 위치 센싱 algorithm described in Fig.1
100: 그룹핑 SURF/SIFT 특징 기술어를 위한 가버 파형요소의 데이터베이스
102: 가버 파형요소에 의해, 및 위치에 의해 그룹핑된 SURF/SIFT 특징 기술어의 데이터베이스
104: SURF/SIFT 특징 기술어에 의해 인덱스된 교정 중요 점 스페클 패턴(210)의 데이터베이스
105: 비행 시간 센서(925)에 대한 교정 데이터
110: 빨간 레이져 표면 스페클 영역
112: 파란 레이져 표면 스페클 영역
114: 녹색 레이져 표면 스페클 영역
116: 암시야 표면(208) 영역
120: 빨간 레이져
121: 빨간 LED
122: 파란 레이져
124: 녹색 레이져
130: 선택적인 소스 렌즈
135: 콜렉터 렌즈
200: 피스톤 로드와 같은, 관측 중인 원통형 또는 평평한 부분
202: CMOS 또는 CCD 이미지 센서
208: 관측 중인 부분(200)의 표면
209: 전체 스페클 뷰
210: 가버 파형요소, SURF/SIFT 특징 기술어 및 대응되는 중요 점 스페클 패턴에 의해 기술된 스페클 특징 영역의 교정 스페클 이미지 위치
212: 픽셀은 스페클 이미지(001) 그룹핑을 형성하기 위해 주기적으로 연결됨
215: 이격된 이진 시퀀스 1D 교정 패턴
216: 이격된 이진 시퀀스 2D 교정 패턴
230: 광학 변위 센서 어셈블리
231: 마이크로프로세서, FPGA 및/또는 ASIC
233: 비-휘발성 메모리
234: 휘발성 메모리
242: 마모에 의해 야기된 교정 스페클 이미지 특징
300: 평평한 부분 기준 평면
400: 평균 정규화된 교정 스페클 이미지
401: 평균 정규화된 현재 스페클 이미지
405: 평균 정규화된 교정 스페클 이미지의 퓨리에 변환
406: 평균 정규화된 현재 스페클 이미지의 퓨리에 변환
410: 퓨리에 변환 프로덕트의 역퓨리에 변환
415: 퓨리에 변환 프로덕트(405 x 406)의 최대 역퓨리에 변환(410)에서의 FFT-CC x 및 y 변위, 이는 교정 위치 중요 특징(210)과 현재 이미지 중요 특징(014) 간의 저해상 스페클 특징 패턴 상관도니 변위(026)임
420: 알려진 교정 점의 뒤틀린 배치
421: 델타 변형 변위를 가진 뒤틀린 현재 이미지 중요 패턴 특징
425: 델타 변형 변위의 최소 자승 계산
430: 델타 변형 변위 수렴 상태
440: 교정 위치 중요 특징(210)과 현재 이미지 중요 특징(014) 간의 고화질 스페클 특징 패턴 상관된 변위(026)인, IC-GN 서브-픽셀 델타 변위
800: 시작 상태
804: 초기화, 자가 체크 및 통신 상태
820: 합성 교정 이미지를 포함하는, 완전한 교정 이미지
825: 충분한 교정 점(210)에 의해 둘러싸이지 않거나 말단 한계에 있음
832: 도 1, 도 2 및 도 3에 기술된 동작 상태
836: 도 5에 기술된 정확한 로케이션의 순간적인 계산
901: 유압식 실린더 배럴
902: 피스톤
903: 광학 거리 반사기라고도 알려진 비행 시간 피스톤 반사기
904: 베이스 스탑
905: 헤드 스탑
906: 실린더 내의 밀봉부
907: 유압식 실린더 헤드 챔버
908: 유압식 실린더 베이스 챔버
910: 센싱 장비 하우징
912: 센싱 장비를 위한 밀봉부
918: 베이스 접촉 압력 센서, 스트로크 리미트 센서
919: 헤드 접촉 압력 센서, 스트로크 리미트 센서
925: 광학 거리 센서라고도 알려진 비행 시간 센서
930: 센서 PCB 보드

Claims (23)

  1. 작동기, 조인트 또는 서로에 대해 이동하는 기계적 부분을 포함하는 다른 기계 장비의 절대 기계적 변위를 측정하기 위한 광학 장비에 있어서, 상기 광학 장비는,
    a) 관측 중인 상기 기계 장비의 이동 부분(200)의 표면(208)에 지향된 이미지(001)를 캡쳐하는 이미지 센서(230) - 상기 기계 장비는 이미지(001)를 캡쳐하는 이미지 센서(230)에 대해 이동하여서 상기 이미지(001)를 캡쳐하는 이미지 센서가 상기 기계 장비의 다른 부분 상에 장착되도록 함 - 과,
    b) 상기 이미지(001)로부터 인접한 주변부와 대비되는 점들(014),
    c) 복수의 교정 위치들(210) - 상기 각각의 교정 위치(210)에서, 상기 표면(208) 상의 인접한 주변부와 대비되는 알려진 교정 점들의 배열이 있음 - 과,
    d) 인접한 주변부와 대비되는 상기 알려진 교정 점들과 인접 주변부와 대비되는 상기 점들(014)을 매칭시킴으로써, 상기 교정 위치(210)에서 이미지(001)를 캡처하는 상기 이미지 센서(230)에 의해 상기 이동 부분(200)의 검출된 정렬(026) - 이미지(001)를 캡쳐하는 상기 이미지 센서(230)에 대한 상기 이동 부분(200)의 절대 변위가 절대 변위로 알려짐 -
    을 포함하며,
    상기 이미지(001)를 캡처하는 상기 이미지 센서(230)에 대한 이동 부분(200)의 절대 변위가 상기 교정 위치(210)에서 교정되고, 상기 교정 위치(210)는 관측 중인 기계 장비의 이동 부분(200)의 표면(208) 상의 마킹을 필요로 하지 않는, 광학 장비.
  2. 제 1 항에 있어서,
    a) 이미지(001)를 캡처하는 상기 이미지 센서(230)에 대한 이동 부분(200)의 이전 위치로부터의 이동 부분(200)의 측정 상대 변위, 및
    b) 상기 교정 위치(210)의 알려진 절대 변위로부터의 상기 측정 상대 변위의 누적에 의해 획득되는 추정 절대 변위 - 상기 추정 절대 변위는 상기 교정 위치의 알려진 절대 변위들 사이에서 추정됨 -
    를 더 포함하고,
    상기 추정 절대 변위의 정확도는 상기 교정 위치(210)의 상기 알려진 절대 변위로부터의 측정 상대 변위의 수가 증가할수록 감소하며,
    상기 기계 장비의 비용은 요구되는 교정 위치(210)의 감소된 수를 통해 감소되는, 광학 장비.
  3. 제2항에 있어서,
    a) 상기 교정 위치(210)의 상기 알려진 절대 변위로부터의 상기 측정 상대 변위의 강화된 정확도의 누적에 의해 획득된 절대 변위,
    b) 상기 교정 위치(210)의 알려진 절대 변위에 가까운 검출 정렬(026)이 검출되고 상기 이동 부분(200)의 획득 절대 변위가 교정 위치(210)의 알려진 절대 변위와 매칭되지 않고, 업데이트될 수 있는 식별 교정 위치를 갖는 식별 교정 위치(210), 및
    c) 상기 교정 위치(210)의 획득 절대 변위와 가까운 검출 정렬(026)이 검출되지 않아서 삭제될 수 있는 식별 교정 위치(210)
    를 더 포함하며,
    획득 절대 변위는 상기 교정 위치(210)의 알려진 절대 변위를 검증할 수 있고,
    상기 획득 절대 변위는 상기 교정 위치(210)의 알려진 절대 변위의 정확도를 개선할 수 있으며,
    상기 획득 절대 변위는 상기 알려진 절대 변위의 근접도 내에서 더는 삭제될 수 없는 교정 위치(210)를 식별 및 삭제할 수 있고,
    상기 광학 장비는 상기 알려진 절대 변위의 근접도 내에서 더는 삭제될 수 없는 교정 위치(210)에 의해 사용되는 메모리를 해방시킬 수 있는, 광학 장비.
  4. 제 2 항에 있어서,
    a) 상기 교정 위치(210)의 마지막으로 알려진 절대 변위로부터의 측정 상대 변위의 수에 의해 결정되는 추정 절대 변위 정확도,
    b) 불충분한 추정 절대 변위 정확도에 의해 충분한 교정 위치의 검출된 부재,
    c) 이미지(001)를 캡처하는 이미지 센서(230)에 대한 이동 부분(200)의 획득 절대 변위, 및
    d) 교정 위치(210)의 저장소 - 각각의 교정 위치(210)에서, 이미지를 캡처하는 이미지 센서(001)에 대한 이동 부분(200)의 절대 변위가 알려져 있고, 상기 교정 위치(210)에서, 인접 주변부와 대비되는 교정 점들이 알려짐 -
    을 더 포함하고
    추가 교정 위치(210)가 저장되어, 상기 교정 위치(210)의 마지막으로 알려진 절대 변위로부터의 측정 상대 변위의 수를 감소시킴으로써, 추정 절대 변위의 정확도를 증가시키는, 광학 장비.
  5. 제 2 항에 있어서, 이접 주변부와 대비되는 상기 알려진 교정 위치가 국소 고유 특징부(018)이도록 선택되어서, 상기 국소 고유 특징부(018)는 추정 절대 변위의 추정 오차 내에서 고유하고,
    선택 국소 고유 특징부(018)는 매우 단순하며 상기 추정 절대 변위의 추정 오차에 의해 정의된 비교적 작은 영역 내에서만 고유할 필요가 있고,
    상기 국소 고유 특징부(108)는 비휘발성 메모리(233)를 적게 필요하는 단순함으로써 더 많은 국소 고유 특징부(108)가 저장되는, 광학 장비.
  6. 제1항에 있어서, 교정 위치(210)들은 인접하여, 절대 변위가 하나 이상의 상기 교정 위치(210)로부터 획득되게 하며, 상기 절대 변위 오차는 상기 교정 위치(210)들 간에 발생하지 않게 하는, 광학 장비.
  7. 제1항에 있어서, 교정 위치(210)의 알려진 교정 점들의 배열은 국소 고유 특징부(018)여서, 상기 교정 위치(210)들 간 상대 변위가 상기 교정 위치(210)를 고유하게 정의하며, 교정 위치(210)들 간 상대 변위가 상기 교정 위치(210)의 절대 변위의 오차를 검출 및 교정하고, 알려진 교정 점들의 배열로서 사용되는 상기 국소 고유 특징부(018)가 덜 복잡하여 비휘발성 메모리(233)를 덜 필요로 함으로써 더 많은 국소 고유 특징부(108)가 저장될 수 있게 하는, 광학 장비.
  8. 제1항에 있어서, 상기 교정 위치(210)는, 상기 이동 부분(200)의 표면(208) 상에 생성된 마크이며, 상기 교정 위치(210)는 인코딩된 시퀀스이며, 1차원 인코딩된 시퀀스를 갖는 상기 교정 위치(210)는 1차원으로 정의된 알려진 절대 변위를 가지며, 2차원 인코딩된 시퀀스를 갖는 교정 위치는 2차원으로 정의된 알려진 절대 변위를 갖고,
    이동 부분(200)의 표면(208) 상에 마크를 생성함으로써, 알려진 교정 점들을 갖는 교정 위치(210)가 수용 가능한 측정 오차를 보장하도록 충분히 가깝게 이격되어 위치함이 보장되고,
    상기 이동 부분(200)의 상기 표면(208) 상에 마크를 생성함으로써, 알려진 교정 점들을 갖는 교정 위치(210)가 제조 비용을 최소화하도록 희박하게 위치될 수 있음이 보장되는, 광학 장비.
  9. 제1항에 있어서, 상기 교정 위치는, 인접한 주변부와 대비되는 선택된 자연 교정 점들이고,
    상기 이동 부분(200)의 상기 표면(208) 상에 마크를 생성하는 제조 프로세스가 요구되지 않음으로써, 제조 비용이 감소되는, 광학 장비.
  10. 작동기, 조인트 또는 서로에 대해 이동하는 기계적 부분을 포함하는 다른 기계 장비의 절대 기계적 변위를 측정하기 위한 광학적 방법으로서, 상기 방법은
    a) 이미지(001)를 캡처하는 이미지 센서(230)에 대해 이동하는 이동 부분의 이미지(001)를 캡처하는 이미지 센서(230)에 의해, 기계 장비의 이동 부분(200)의 상대 변위를 측정하는 단계 - 상기 이미지(001)를 캡처하는 이미지 센서(230)는 기계 장비의 다른 부분 상에 장착됨 - ,
    b) 교정 위치(210)에서 상기 이동 부분의 알려진 절대 변위를 획득하는 단계, 및
    c) 상기 교정 위치(210)의 획득된 알려진 절대 변위로부터의 측정 상대 변위의 누적에 의해, 상기 이동 부분(200)의 절대 변위를 추정하는 단계
    를 포함하며,
    상기 이미지(001)를 캡처하는 이미지 센서(230)에 대해 이동하는 이동 부분(200)의 절대 변위가 상기 교정 위치(210)에서 교정되는, 광학적 방법.
  11. 제10항에 있어서, 이동 부분(200)의 알려진 절대 변위를 획득하는 단계는
    a) 이미지 센서(230)에 의해 이동 부분(200)의 표면(208)의 이미지를 캡처하는 단계(001),
    b) 캡처된 이미지로부터 인접 주변부와 대비되는 점들(014)의 배열을 선택하는 단계,
    c) 교정 위치(210)에서 상기 점들(014)의 선택된 배열을 저장하는 단계, 및
    d) 점들(014)의 선택된 배열을 상기 교정 위치(210)에 저장된 점들(014)의 배열과 매칭시킴으로써 교정 위치(210)를 갖는 정렬을 검출하는 단계 - 검출된 정렬(026)이 발생할 때, 이동 부분(200)의 절대 변위가 교정 위치(210)의 획득된 알려진 절대 위치임 -
    를 포함하며,
    이동 부분(200)의 추정 절대 변위가 저장된 선택된 배열을 갖는 교정 위치(210)에서 교정되고,
    관측 중인 기계 장비의 이동 부분(200)의 표면(208) 상에서의 마킹 적용이 필요하지 않는, 광학적 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    a) 절대 변위를 추정하는 충분한 정확도를 위해 점들(014)의 선택되고 저장된 배열을 갖는 교정 위치(210)의 충분한 위치의 부재를 검출하는 단계,
    b) 대안 수단에 의해 이동 부분(200)의 절대 변위를 획득하는 단계, 및
    c) 절대 변위의 대안 수단에 의해 교정 위치(210)의 위치에서 점들(014)의 선택된 배열을 저장하는 단계 - 선택되고 저장된 배열을 갖는 교정 위치(210)의 위치가 추가되고 추정 절대 변위가 이에 따라 개선됨 -
    를 포함하며,
    획득 절대 변위의 위치에서 점들(014)의 선택된 배열을 저장하여 선택되고 저장된 배열을 갖는 새로운 교정 위치를 생성하는 것이 이동 부분(200)의 표면(208)에 걸쳐 이미지(001)를 캡처하는 이미지 센서(230)의 희망 정렬 정확도가 충분할 때까지 계속되며,
    선택되고 저장된 배열을 갖는 교정 위치(210)가 추가되어, 소실되거나 모호한 교정 위치를 점들(014)의 선택되고 저장된 배열로 대체하는, 광학적 방법.
  13. 제12항에 있어서, 대안 수단에 의해 이동 부분(200)의 절대 변위를 획득하는 단계는 작동기, 조인트 또는 서로에 대해 이동하는 기계적 부분을 포함하는 다른 기계 장비의 절대 기계적 변위를 측정하기 위한 또 다른 광학적 방법이며,
    작동기, 조인트, 또는 다른 기계 장비의 절대 기계적 변위를 측정하는 복수의 광학적 방법이 절대 변위를 획득하는 대안 수단을 제공할 수 있는, 광학적 방법.
  14. 제11항에 있어서, 이미지(001)를 캡처하는 단계는 이미지(001)를 조합하여 조합 이미지 그룹(212)을 형성하여, 상기 이미지(001)가 조합되어 그룹(212)을 형성할 때, 점들(015)의 배열을 선택하는 복잡도가 감소되게 하며,
    점들(014)의 배열을 선택하는 감소된 복잡도가 점들(014)의 선택을 더 빠르게 함으로써, 서로에 대해 이동하는 기계적 부분의 더 빠른 이동이 가능해지는, 광학적 방법.
  15. 제11항에 있어서, 이미지(001)를 캡처하는 방법은 동일하게 분리된 이미지(001)의 시퀀스를 조합하여 조합 이미지 그룹(212)을 형성하여, 상기 이미지(001)가 조합되어 그룹(212)을 형성할 때, 점들(014)의 배열을 선택하는 복잡도가 감소되고,
    점들(014)의 배열을 선택하는 복잡도의 감소에 의해 점들(014)의 더 빠른 배열이 가능함으로써, 서로에 대해 이동하는 기계적 부분의 더 빠른 이동이 가능해지는, 광학적 방법.
  16. 제11항에 있어서,
    a) 하나 이상의 광학 거리 센서(925)에 의해 상기 절대 변위를 추정하는 단계, 및
    b) 추정된 절대 변위의 근접부 내 알려진 절대 변위에서 점들(014)의 배열을 갖는 교정 위치(210)를 선택하는 단계
    를 더 포함하며,
    매칭을 찾기 위한 검사를 필요로 하는 교정 위치(210)의 수가 광학 거리 센서(925)에 의해 크게 감소되며,
    선택되고 저장된 배열을 갖는 교정 위치(210)에서의 점들(014)의 선택된 배열의 정렬(026)을 검출하는 수단에 의해 필요한 계산 노력이 감소되는, 광학적 방법.
  17. 제11항에 있어서,
    a) 이미지(001)를 캡처하는 이미지 센서(230)에 대해 이동하는 부분(200)의 절대 변위를 측정하는 단계 - 검출된 정렬이 캡처된 이미지(001)로부터의 점들(014)의 선택된 배열과 교정 위치(210)에서 저장된 점들의 배열(014) 사이에서 발생할 때, 이동 부분(200)의 절대 변위의 측정이 교정 위치(210)의 알려진 절대 변위와 비교됨 - ,
    b) 이동 부분(200)의 절대 변위의 측정이 교정 위치(210)의 알려진 절대 변위와 가까워서, 식별 교정 위치(210)의 알려진 절대 변위가 이동 부분(200)의 측정 절대 변위로 업데이트될 수 있는, 교정 위치를 식별하는 단계, 및
    c) 이동 부분(200)의 측정 절대 변위가 교정 위치(210)의 알려진 절대 변위와 가깝지 않아서, 식별된 교정 위치가 삭제될 수 있는, 교정 위치를 식별하는 단계
    를 더 포함하며,
    측정된 절대 변위가 교정 위치(210)의 획득된 알려진 절대 변위를 검증하는 데 사용되며,
    측정된 절대 변위는 교정 위치(210)의 알려진 절대 변위의 정확도를 개선하는 데 사용될 수 있고,
    측정된 절대 변위는 본래 위치의 근접부 내에서 더는 삭제 가능될 수 없는 교정 위치를 식별 및 삭제하는 데 사용될 수 있으며,
    삭제된 교정 위치에 의해 사용되는 메모리가 해방될 수 있는, 광학적 방법.
  18. 제11항에 있어서,
    전역적으로 고유한 점들(014)의 배열을 선택하는 단계를 더 포함하며, 각각의 전역적으로 고유한 점들(014)의 배열이 교정 위치(210)에 저장된 점들(014)의 모든 배열 중에서 고유하며,
    각각의 교정 위치(210)는 교정 위치(210)에 저장된 점들(014)의 자신의 전역적으로 고유한 배열에 의해 식별 가능한, 광학적 방법.
  19. 제11항에 있어서, 국소적으로 고유한 점들의 배열을 선택하는 단계를 더 포함하며, 점들의 각각의 국소적으로 고유한 배열은 추정 절대 변위의 추정 오차 내에서 고유하며,
    점들(014)의 각각의 선택된 국소적으로 고유한 배열은 매우 단순하고 상기 추정 절대 변위의 추정 오차에 의해 정의된 비교적 작은 영역 내에서만 고유할 필요가 있고,
    점들(014)의 각각의 선택된 국소적으로 고유한 배열은 단순하여서, 비휘발성 메모리(233)를 덜 필요로 하여, 점들의 국소적으로 고유한 더 많은 배열이 저장될 수 있게 하는, 광학적 방법.
  20. 제11항에 있어서, 이미지 센서(230)가 이미지(001)를 캡처하는 것은
    a) 이동 부분(200)의 표면(208)의 복수의 영역으로부터 복수의 이미지(001)를 캡처하는 것, 및
    b) 상기 복수의 이미지(001)를 조합하여, 복수의 캐처된 이미지(001)로부터 광학 특징부를 조합하는 합성 이미지(820)를 생성하는 것
    을 포함하며,
    복수의 캡처된 이미지로부터의 광학 특징부를 조합하는 합성 이미지(820)는 고유의 광학 특징부를 획득할 확률를 증가시킴으로써, 복수의 합성 이미지가 교정 위치(210)를 고유하게 정의할 것을 필요로 하지 않는, 광학적 방법.
  21. 제11항에 있어서,
    a) 점들(014)의 배열을 선택하는 단계는 상기 이미지(001)로부터의 인접한 자연 발생 주변부와 대비되는 자연 발생 점들(014)을 선택하는 단계를 포함하고,
    b) 교정 위치(210)에서 저장된 점들(014)의 배열을 선택하는 단계는 인접한 자연 발생 주변부와 대비되는 자연 발생 점들(014)을 선택하는 단계를 포함하며,
    이동 부분(200)의 상기 표면(208) 상에 마크를 생성하기 위한 제조 프로세스가 필요하지 않음으로써, 제조 비용이 감소되는, 광학적 방법.
  22. 제10항에 있어서, 이미지(001)를 캡처하는 이미지 센서(230)는 하나 이상의 광학 거리 센서(925)로 구성되며, 이동 부분(200)의 알려진 절대 변위를 획득하는 방법은,
    a) 교정 위치(210)에서 하나 이상의 광학 거리 센서(925)를 교정하는 단계, 및
    b) 하나 이상의 광학 거리 센서(925)에 의해 절대 변위를 측정하는 단계
    를 포함하며,
    광학 거리 센서의 절대 변위의 측정치가 검증되고 광학 거리 센서의 계통 측정 오차가 교정에 의해 교정 가능한, 광학적 방법.
  23. 제10항에 있어서, 교정 위치(210)들은 인접하거나 겹치며, 교정 위치(210)들 간에 이동되는 동안 측정 상대 변위는 누적되지 않고,
    측정 상대 변위의 오차는 추정 절대 변위에서 누적되지 않는, 광학적 방법.
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ITUA20164551A1 (it) * 2016-06-21 2017-12-21 Ognibene Power Spa Metodo di rilevamento della posizione reciproca tra un cilindro ed un pistone di un’unità cilindro-pistone e relativa unità cilindro-pistone
US10365370B2 (en) * 2016-10-31 2019-07-30 Timothy Webster Wear tolerant hydraulic / pneumatic piston position sensing using optical sensors
KR102596053B1 (ko) * 2018-08-27 2023-11-01 엘지이노텍 주식회사 영상 처리 장치 및 영상 처리 방법
US11800206B2 (en) * 2019-07-08 2023-10-24 Calumino Pty Ltd. Hybrid cameras
GB201918864D0 (en) * 2019-12-19 2020-02-05 Renishaw Plc Apparatus
CN115656188B (zh) * 2022-12-12 2023-04-11 北京国光领航科技有限公司 一种自校准激光治疗仪

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050258345A1 (en) 2004-05-21 2005-11-24 Silicon Light Machines Corporation Optical position sensing device including interlaced groups of photosensitive elements
US20070051884A1 (en) 2005-09-07 2007-03-08 Romanov Nikolai L Positional sensing system and method
JP4839535B2 (ja) 2001-07-13 2011-12-21 ソニー株式会社 座標補正方法、座標補正装置、および座標補正用基準治具
KR101468766B1 (ko) 2008-03-10 2014-12-12 티모시 웹스터 광학 영상 센서를 사용하는 유압 실린더 내 피스톤 위치 감지 장치 및 그 방법

Family Cites Families (31)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5825378A (en) * 1993-04-30 1998-10-20 Hewlett-Packard Company Calibration of media advancement to avoid banding in a swath printer
ATE347389T1 (de) * 2002-07-24 2006-12-15 Deka Products Lp Optischer verschiebungssensor für infusionsgeräte
US7737947B2 (en) 2003-10-16 2010-06-15 Avago Technologies Ecbu Ip (Singapore) Pte. Ltd. Tracking motion using an interference pattern
CN100359448C (zh) * 2004-06-28 2008-01-02 凌阳科技股份有限公司 即时判断撷取影像像素值异常的方法及***
TWI245878B (en) * 2004-06-30 2005-12-21 Nat Huwei Institue Of Technolo Device for measuring linear dual axis geometric tolerances
US20060056077A1 (en) * 2004-09-15 2006-03-16 Donal Johnston Method for assembling a self-adjusting lens mount for automated assembly of vehicle sensors
DE102005002934A1 (de) * 2005-01-21 2006-07-27 Roche Diagnostics Gmbh System und Verfahren zur optischen Abbildung von Objekten auf eine Detektionsvorrichtung mittels einer Lochblende
US7728816B2 (en) 2006-07-10 2010-06-01 Cypress Semiconductor Corporation Optical navigation sensor with variable tracking resolution
US9052759B2 (en) 2007-04-11 2015-06-09 Avago Technologies General Ip (Singapore) Pte. Ltd. Dynamically reconfigurable pixel array for optical navigation
US7703873B2 (en) * 2007-03-15 2010-04-27 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Method and apparatus for image registration
CN101312524B (zh) * 2007-05-23 2010-06-23 财团法人工业技术研究院 利用光迹分析的移动物体侦测装置与方法
US8847888B2 (en) 2007-12-18 2014-09-30 Microsoft Corporation Optical mouse with limited wavelength optics
US8525777B2 (en) * 2009-08-25 2013-09-03 Microsoft Corporation Tracking motion of mouse on smooth surfaces
DE102010011217A1 (de) 2010-03-11 2011-09-15 Salzgitter Mannesmann Line Pipe Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Messung der Profilgeometrie von sphärisch gekrümmten, insbesondere zylindrischen Körpern
CN102313741B (zh) * 2010-07-06 2013-08-14 州巧科技股份有限公司 自动光学检测***
US8493633B2 (en) * 2010-07-20 2013-07-23 Xerox Corporation Media handling and uniformity calibration for an image scanner
US8692880B2 (en) 2010-10-05 2014-04-08 Mitutoyo Corporation Image correlation displacement sensor
DE102011008381A1 (de) 2011-01-12 2012-07-12 Liebherr-Elektronik Gmbh Kolben-Zylinder-Einheit mit Vorrichtung zur Positionsbestimmung
US20130001412A1 (en) * 2011-07-01 2013-01-03 Mitutoyo Corporation Optical encoder including passive readhead with remote contactless excitation and signal sensing
AT511883B1 (de) 2011-08-25 2013-09-15 Weber Hydraulik Gmbh Positionsmessvorrichtung für fluidzylinder
US8840223B2 (en) * 2012-11-19 2014-09-23 Xerox Corporation Compensation for alignment errors in an optical sensor
US8944001B2 (en) * 2013-02-18 2015-02-03 Nordson Corporation Automated position locator for a height sensor in a dispensing system
CZ2013164A3 (cs) 2013-03-05 2014-01-02 Univerzita PalackĂ©ho Způsob bezkontaktní detekce absolutní polohy pohybujícího se předmětu s využitím jevu koherenční zrnitosti a zařízení k provádění tohoto způsobu
US9086738B2 (en) 2013-03-12 2015-07-21 Apple Inc. Multi-surface optical tracking system
TWI497099B (zh) 2013-04-19 2015-08-21 Pixart Imaging Inc 位移偵測裝置及其動態調整影像感測區域之方法
US10061027B2 (en) * 2014-02-25 2018-08-28 Adsys Controls, Inc. Laser navigation system and method
US9628713B2 (en) * 2014-03-17 2017-04-18 Invensense, Inc. Systems and methods for optical image stabilization using a digital interface
US9449238B2 (en) 2014-04-30 2016-09-20 Lexmark International, Inc. Augmented image correlation
TWI482945B (zh) * 2014-07-24 2015-05-01 Nat Applied Res Laboratories 多影像擷取裝置的共圓調整裝置
CN105389774B (zh) * 2014-09-05 2019-03-01 华为技术有限公司 对齐图像的方法和装置
US10365370B2 (en) * 2016-10-31 2019-07-30 Timothy Webster Wear tolerant hydraulic / pneumatic piston position sensing using optical sensors

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4839535B2 (ja) 2001-07-13 2011-12-21 ソニー株式会社 座標補正方法、座標補正装置、および座標補正用基準治具
US20050258345A1 (en) 2004-05-21 2005-11-24 Silicon Light Machines Corporation Optical position sensing device including interlaced groups of photosensitive elements
US20070051884A1 (en) 2005-09-07 2007-03-08 Romanov Nikolai L Positional sensing system and method
KR101468766B1 (ko) 2008-03-10 2014-12-12 티모시 웹스터 광학 영상 센서를 사용하는 유압 실린더 내 피스톤 위치 감지 장치 및 그 방법

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