基于机器视觉的编码器光栅自动调整技术

摘要

编码器应用在雷达、光电经纬仪、机器人、数控机床和高精度闭环调速系统等诸多领域，是自动化设备理想的角度传感器。随着现代化生产越来越自动化和高精度，对于编码器需求量越来越大，对于编码器的精度要求也越来越高。光栅安装在编码器主轴上时，光栅与主轴回转中心的同轴度，对于编码器的精度影响较大。光栅正确的装配与调整，可以使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。因此本文以机器视觉为基础，对编码器光栅自动调整系统的偏心检测方法及偏心调整方案等主要技术进行了设计和改进。
　　首先，分析和研究影响编码器光栅装配自动调整系统整体调整方案和推杆推动方案对于系统精度和效率的影响，根据步进电机转动特性对调整方案作出了改进；分析编码器光栅装配自动调整系统的主要硬件对于系统精度和效率的影响，并据此对硬件作出了改进和调整。
　　其次，针对编码光栅表面图像特点提出了预处理过程及轮廓提取方法，并与传统的图像预处理过程及轮廓提取方法做了对比，验证了本文所述轮廓提取方法的可行性。针对三种不同的检测调整基准设计了不同的特征提取方法及数据处理方法。重新设计了根据获取的这些光栅基准圆数据计算编码器光栅偏心大小及角位置的多种计算方法。
　　再次，根据编码器偏心调整系统的工作需要开发了自动调焦功能。针对编码器光栅表面图像特点，设计了光栅表面图像的清晰度评价方法。并针对光栅表面图像的清晰度评价值与调焦机构的位置之间函数关系设计了对焦深度法和离焦深度法结合的焦点搜索方案。
　　最后通过实验验证了整个编码器光栅偏心调整系统的有效性，测试了系统所能达到的调整精度和调整效率。同时说明了不同情况和不同型号光栅，如何选择系统的不同光栅偏心调整基准。
　　通过以上研究工作，对编码器光栅自动调整系统的完成了优化，提高了系统的调整精度及系统实用性。