本實用新型圖像處理、檢測技術領域具體的說涉及一種基于圖像處理的光電編碼器碼盤不均勻誤差檢測系統(tǒng)。

背景技術：
碼盤是光電編碼器的核心元件，在其上不同的碼道上有環(huán)形黑白(或通、暗)刻線。光電編碼器利用碼盤的各碼道上均勻分布的黑白刻線獲得脈沖信號，因此刻線的均勻誤差直接影響編碼器的精度。碼盤刻劃均勻性檢測是保證光電編碼器質量的必要手段。碼盤的不均勻誤差是指碼盤線寬的變化。黑白比是指碼道刻線中的相鄰黑白線寬之比。碼盤刻劃均勻性誤差會表現(xiàn)為碼道黑白線寬的變化，但不一定會反映為單方向上黑白比的變化。因此，提出用碼道雙向黑白比的變化來評價碼盤的不均勻誤差。

目前，針對編碼器碼道均勻性誤差檢測，均采用光電轉化獲得勻速轉動編碼器碼道的電信號后，對電信號處理的方法，如描錄法、分流法、光量法。描錄法是讀取光電信號后，通過記錄儀，逐個將波形變化描錄在記錄儀上。這種方法工作量大，效率低。分流法是將光電信號的交直流分流分開，通過濾波器將大部分交流分流濾掉，而將直流變化部分記錄在記錄儀。對于高精度的光柵檢測這種方法不能滿足。光量法是將光通量轉換為光電流，然后由電位差計或筆錄儀劃出曲線，但這種方法對信號的對比度要求較高。此外，還有比相法。即利用示波器觀察編碼器碼道原始信號的波形，通過比較其相位的偏移量以判斷缺陷大小及所在位置。然而使用該種方法并不能找出碼道的所有缺陷，粗碼碼道缺陷比較容易發(fā)現(xiàn)，但精碼碼道的亮點或暗斑基本難以察覺。

上述基于電信號處理的方法，獲得的信號中含有碼盤在測量過程中的安裝偏心、轉軸轉速變化、信號轉換和延時等誤差，碼道不均勻誤差檢測的準確性差、精度低。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型為解決現(xiàn)有的基于電信號處理方法對編碼器碼盤不均勻性誤差檢測中精度低的不足，提供了一種基于圖像處理技術的編碼器碼盤不均勻誤差檢測系統(tǒng)。

本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的，一種基于圖像處理技術的編碼器碼盤不均勻誤差檢測系統(tǒng)，該檢測系統(tǒng)包括一個底座，一個設置在底座上的工作臺，一個設置在底座上的立柱支架，一個設置在立柱支架上的工業(yè)數(shù)碼相機，一個通過數(shù)據(jù)線與工業(yè)數(shù)碼相機連接的PC機，所述的立柱支架由豎梁和垂直設置在豎梁上的橫梁構成，其中所述的豎梁上帶有滑槽，橫梁的固定端設置在滑槽可以上下滑動，所述橫梁的固定端處還設置有一個鎖緊螺母實現(xiàn)橫梁的位置固定。

本實用新型利用工業(yè)數(shù)碼相機獲得光電編碼器碼盤精碼碼道的局部圖像，在PC機上采用圖像數(shù)據(jù)處理獲得碼道各條刻線的雙向黑白比，以雙向黑白比計算各條刻線的相對差，以刻線相對差的變化范圍作為碼盤不均勻誤差。

本實用新型的有益效果是：本實用新型系統(tǒng)適用于對多種編碼器的碼盤均勻性誤差檢測，具有適應范圍廣，操作簡單的特點；該方法消除了傳統(tǒng)的基于電信號處理的碼盤誤差檢測中檢測系統(tǒng)中的安裝偏心、轉軸轉速變化、信號轉換和延時等引入的誤差。

附圖說明

圖1為本實用新型所述的光電編碼器碼盤均勻性誤差檢測系統(tǒng)結構圖。

圖2為本實用新型立柱支架部分結構示意圖。

圖3為采用本實用新型所述檢測系統(tǒng)的檢測方法中圖像采集視場示意圖。

圖1中的附圖標記：1-底座、2-工作臺、3-碼盤、4-立柱支架、5-工業(yè)相機、6-數(shù)據(jù)線、7-PC機、豎梁4-1、橫梁4-2、滑槽4-3、鎖緊螺母4-4。

具體實施方式

如圖1所示：一種基于圖像處理技術的編碼器碼盤不均勻誤差檢測系統(tǒng)，該檢測系統(tǒng)包括一個底座1，一個設置在底座1上的工作臺2，一個設置在底座1上的立柱支架4，一個設置在立柱支架4上的工業(yè)數(shù)碼相機5，一個通過數(shù)據(jù)線6與工業(yè)數(shù)碼相機5連接的PC機7，所述的立柱支架4由豎梁4-1和垂直設置在豎梁4-1上的橫梁4-2構成，其中所述的豎梁4-1上帶有滑槽4-3，橫梁4-2的固定端設置在滑槽4-3可以上下滑動，所述橫梁4-2的固定端處還設置有一個鎖緊螺母4-4實現(xiàn)橫梁4-2的位置固定。

本實用新型利用工業(yè)數(shù)碼相機5獲得光電編碼器碼盤3精碼碼道的局部圖像，在PC機7上采用圖像數(shù)據(jù)處理獲得碼道各條刻線的雙向黑白比，以雙向黑白比計算各條刻線的相對差，以刻線相對差的變化范圍作為碼盤不均勻誤差。

采用本實用新型檢測系統(tǒng)進行檢測時，將被測碼盤3置于工作臺上，利用工業(yè)數(shù)碼相機5獲得光電編碼器碼盤精碼碼道的局部圖像，在PC機7中用圖像處理獲得碼道各條刻線的雙向黑白比，以雙向黑白比計算各條刻線的相對差，以刻線相對差的變化范圍作為碼盤不均勻誤差。該方法的實現(xiàn)需要由工業(yè)數(shù)碼相機、可轉動的工作臺組成的檢測系統(tǒng)來完成。

具體檢測方法步驟如下：

步驟一、圖像采集：將被測光電編碼器碼盤3置于檢測系統(tǒng)的工作臺2，調節(jié)工業(yè)相機5的光圈、焦距，使碼盤上精碼碼道的刻線在視場中清晰成像；調節(jié)工作臺2，使相機視場中的黑刻線處于視場中心、刻線徑向方向平行視場坐標系中的X軸，且白刻線數(shù)不少于兩個，進行圖像采集，獲得一幀的圖像數(shù)據(jù)。轉動工作臺，依次采集每條黑刻線處于視場中心的圖像，獲得n幀的圖像數(shù)據(jù)(n為碼盤的碼數(shù))。

步驟二、圖像及數(shù)據(jù)處理：對每幀的刻線圖像如下處理和計算：

1)、圖像處理：每幀的刻線圖像進行二值化、濾波、提取邊緣等處理，獲得刻線的邊緣像素，提取視場中心的三條刻線(分別為第k個碼的白線、黑線和第k+1個碼的白線，k＝1，2，…，n)的徑向邊緣點，最小二乘擬合得4條徑向邊緣的擬合直線L_i(i＝0～3)的方程：

y＝k_ix+b_i (1)

2)、計算雙向黑白比：利用直線方程的參數(shù)k_i、b_i，取直線L_i(i＝1～2)對應的徑向邊緣的m個點(x_ij，y_ij)(j＝1～m)，計算每個點到其相鄰直線L_i-1和L_i+1間的像素距離D_ij1和D_ij2：

計算由L₁和L₂之間黑線的前、后向黑白比R₁和R₂：

步驟三、計算刻線不均勻誤差E：按步驟二處理步驟一獲得的n幀圖像數(shù)據(jù)，得到被測碼盤精碼碼道上所有碼的雙向黑白比R_k,1和R_k,2，分別求各條黑白線寬相對差Δb_k和Δw_k：

式中：Wb_k和Ww_k分別為第k個碼的黑線和白線的線寬，Wb_k+1和Ww_k+1分別為第k+1個碼的黑線和白線的線寬。R_k,1和R_k,2分別為第k個碼的雙向黑白比，R_k+1,1為第k+1個碼的前向黑白比。當k＝n時，k+1取1。

求Δb_k和Δw_k合并集的最大值Δ_max和最小值Δ_min，二者之差即為刻線不均勻誤差E＝Δ_max－Δ_min。