编码器偏心调整系统的圆光栅偏心计算方法与流程

本发明属于编码器生产领域，特别是一种用于编码器偏心调整系统的圆光栅偏心计算方法。

背景技术：

光电轴角编码器的光栅码盘安装在编码器主轴上，随主轴转动进行精密分度，主轴系统的工作精度在很大程度上决定了光电轴角编码器的性能和精度，而主轴系统的工作精度则由光栅与主轴各部件的加工精度和光栅与主轴的装配精度来保证。圆光栅码盘正确的装配与调整，可以使光电轴角编码器的零部件的高精度性能充分发挥或使一些零件的缺陷得到补偿。

国内目前大多数企业采用人工手动装配的方法，在装配过程中，工人的熟练程度对于产品的装配精度和装配效率影响比较大，产品的质量稳定性不高。随着自动化生产线的广泛应用，这种由工人手动装配的方式越来越不能满足现代化的生产要求。编码器光栅自动调整装配系统，不但能够有效地提高装配精度和效率，还可以整合到编码器的自动化生产线中。为了提高编码器光栅自动调整装配系统在编码器圆光栅偏心检测过程中的检测效率和检测精度，便于后续进行偏心调整，提出了一种基于机器视觉用于计算编码器圆光栅偏心位置及大小的方法。

技术实现要素：

根据编码器圆光栅偏心调整过程中的的特点，本发明提出了一种基于机器视觉用于计算编码器圆光栅偏心位置的方法，此方法能够精确计算出编码器圆光栅偏心位置及大小，有效提高编码器调整过程中的调整精度和调整效率。

本发明所采用的技术方案：

一种编码器偏心调整系统的圆光栅偏心计算方法，包括：

步骤1、使用ccd工业摄像头拍摄圆光栅码道上均匀分布的八个位置图像；

步骤2、对图像进行滤波等预处理；

步骤3、特征提取记录特征点坐标值；

步骤4、拟合码道基圆，取得基圆横坐标最大值；

步骤5、计算圆光栅偏心角位置和偏心值大小；

在步骤1中，所述的圆光栅码道上均匀分布的八个位置图像指的相机每经过45度取一次基圆图像。

在步骤2中，所述的图像处理过程通过vc++和opencv实现，图像经过灰度变换，图像高斯滤波，二值化和反色操作，得到需要的图像。

在步骤3中，所述的特征提取过程中采用最小外接矩形的方式提取码道轮廓，排除其他轮廓干扰，并取得码道顶点。

在步骤4中,所述的拟合码道基圆采用最小二乘法将上述特征提取所得到的点拟合为码道基圆。从而得到码道基圆的横坐标最大值记为其中。

在步骤5中,所述的计算圆光栅偏心角位置和所述的计算偏心值大小，通过上述所得的应用以下公式求得偏心角位置θ和偏心大小e。

这个技术方案有以下有益效果：

1.本发明的计算方法计算编码器圆光栅偏心位置即是计算编码器主轴旋转中心和圆光栅码道基圆圆心之间相对位置。本发明充分考虑了在生产过程中由于加工误差等原因，造成的编码器在每次调整完成进行更换时，主轴位置与ccd相机位置的相对变化，从而精确计算出编码偏心角位置和偏心大小。

2.本发明考虑到协调调整效率与调整精度之间的关系，选定了合理的图像拍摄次数，使得在计算精度满足要求的情况下充分提高计算效率。

3.本发明考虑到码道加工误差，码道与光栅外缘的加工误差，选定了合理的图像拍摄次数，使得在计算精度满足要求的情况下充分提高计算效率。

4.编码器在工作过程中光栅码道是产生光信号的工作部分，本发明考虑到码道与光栅外缘的加工误差，码道与光栅基圆的加工误差，在选定计算偏心标准时，直接采用码道作为偏心作为计算标准，有利于提高偏心计算结果的精度。

5.本发明在提取码道轮廓过程中，采用最小外接矩形提取码道轮廓，可以通过限制矩形长度和宽度，有效排除图像内其他轮廓对计算过程的干扰。

6.本发明在拟合码道基圆过程中，采用最小二乘法，可以有效降低码道加工误差对计算结果造成的不利影响。

附图说明：

图1计算方法流程图

图2编码器圆光栅与主轴相对位置

图3拟合绘制码道基圆

本发明的具体实施方式：

下文将结合附图详细描述发明的实施例。如图1所示，计算方法流程图。

步骤一：如图2所示，使用ccd工业摄像头拍摄圆光栅码道上均匀分布的八个位置图像，圆光栅由伺服电机带动旋转。在计算过程中本算法圆光栅码道上所取的点越多其精度越高，同时随着取点数量提高拍摄图像过程时间越长，检测过程中的效率越低。经过多次试验综合考虑精度和效率因素，在圆光栅码道上取八个点最为合适。

步骤二：将步骤一中得到的八张图像经过灰度变换，图像高斯滤波，二值化和反色操作得到所需要的二值图像。图像处理过程通过vc++和opencv实现。由于光栅码道在图像中为黑色，因此需要进行反色处理。

步骤三：将步骤二中得到的二值图像通过轮廓提取得到图像中的所有轮廓。由于光栅码道间距相同，宽度相同，形状近似于长条矩形。针对光栅码道特点，采用包围码道基圆的最小外接矩形，提取码道轮廓。最小外接矩形有四个顶点，取出并绘制矩形靠边缘外侧的两点，计算出这两点的中点坐标值，记录这些点的坐标值为其中。

步骤四：采用最小二乘法将步骤三中得到点的拟合为码道基圆。最小二乘法拟合码道基圆，不但精度高，而且可排除由于码道加工误差对于计算的影响。首先是要决定拟合函数的型式，然后再决定拟合函数各项的系数。

设光栅码道基圆方程为：

样本点坐标其中到码道基圆圆心的距离为

点到码道基圆圆心的距离平方与半径平方的差为：

式中

通过导数，求出使最小值时的a，b，c值

解方程组，求出其中

通过，求出光栅码道基圆圆心坐标,通过求出光栅码道基圆半径。利用opencv中的绘制函数将计算出的光栅码道基圆绘制到图片中，如图3所示。然后计算出光栅码道圆上点横坐标最大值点，其横坐标记为。

步骤五：用步骤三中得到的横坐标值计算圆光栅的偏心位置和大小。单次装夹中镜头与旋转中心相对位置固定，设镜头与旋转中心相对距离为l，那么光栅码道基圆上每个点距离旋转中心的距离即为。设光栅码道圆心与旋转中心距离为e，偏心角度为θ。

如图2所示，码道中心与旋转中心相对位置，可以看出

因此得到，

用本发明计算方法计算出编码器圆光栅的偏心角位置和偏心大小之后，将光栅偏心方向旋转至推杆方向，使用调节装置调节圆光栅即可完成圆光栅偏心调整。