CN109959664B - 绝对光栅尺的污染检测方法、装置及可读存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种绝对光栅尺的污染检测方法，包括：获取光电传感器上各个位置点的光照强度；其中，光照强度为光源系统发射光线透过待测光栅尺的光栅条纹照射至光电传感器的光照强度；根据所述光照强度获得所述光电传感器上的明暗条纹的分布规律；将所述明暗条纹的分布规律和所述光栅条纹分布规律进行对比，获得所述明暗条纹的出错比例；根据所述出错比例获得所述光栅尺的污染信息。本发明所提供的污染检测方法，可以在采用光栅尺测距之间，明确清晰的了解光栅尺的污染状况信息，为后续进行测距操作提供了理论依据，并有利于提高后续测量精度。本发明还提供了一种绝对光栅尺的污染检测装置以及计算机可读存储介质，具有上述有益效果。

Description

绝对光栅尺的污染检测方法、装置及可读存储介质

技术领域

本发明涉及光栅尺测量技术领域，特别是涉及一种绝对光栅尺的污染检测方法、装置以及计算机可读存储介质。

背景技术

随着制造和自动化技术的迅速发展，高精度的绝对位置测量已经被广泛地应用于生产中。对于这种较高精度的测量要求，一般采用光栅尺或者光电编码器作为主要测量手段。因为光栅尺无法做到完全密封，在实际工作工程中，不可避免地会有一些污染物进入尺内，并且污染位置、污染物、污染形式多种多样，常见的污染物包括粉尘颗粒、油污和金属屑等。

污染是光栅尺出故障的重要因素之一，很多光栅尺都需要定期维护：如清擦或者更换，降低了生产效率；另外，光栅在受到污染时，会产生较大的位置测量误差甚至信号中断，得到错误的测量结果。但是目前用户不能实时了解产品在工作中的污染情况。只能等待污染已经造成信号异常或者定位出错的时候，才意识到受到了污染，但这个时候会造成生产的突然停滞，增加产品的使用成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种绝对光栅尺的污染检测方法、装置、系统及计算机可读存储介质，解决了用户无法获得光栅尺的污染情况信息的问题，为后续进行测距操作提供了理论依据，并有利于提高后续测量精度。

为解决上述技术问题，本发明提供一种绝对光栅尺的污染检测方法，包括：

获取光电传感器上各个位置点的光照强度；其中，所述光照强度为光源系统发射光线透过待测光栅尺的光栅条纹照射至所述光电传感器的光照强度；

根据所述光照强度获得所述光电传感器上的明暗条纹的分布规律；

将所述明暗条纹的分布规律和所述光栅条纹分布规律进行对比，获得所述明暗条纹的出错比例；

根据所述出错比例获得所述光栅尺的污染信息。

其中，所述根据所述出错比例获得所述光栅尺的污染信息包括：

当所述出错比例小于第一预设比例时，则所述光栅尺的污染等级为一级污染；

当所述出错比例大于所述第一预设比例且小于第二预设比例时，则所述光栅尺的污染等级为二级污染等级；

当所述出错比例大于所述第二预设比例时，则所述光栅尺的污染等级为三级污染等级。

其中，在根据所述出错比例获得所述光栅尺的污染信息之后，还包括：

当所述光栅尺的污染等级为一级污染时，对出错的明暗条纹对应的光栅条纹位置进行标记，以便采用所述光栅尺测距时剔除出错位置点。

其中，在根据所述出错比例获得所述光栅尺的污染信息之后，还包括：

当所述光栅尺的污染等级为二级污染时，增大所述光源系统的照射亮度。

其中，在根据所述出错比例获得所述光栅尺的污染信息之后，还包括：

当所述待测光栅尺的污染等级为三级污染时，减小采用所述光栅尺测距的位置解析校验标准，并增大所述光源系统的照射亮度。

其中，在获取光电传感器上各个位置点的光照强度之前，还包括：

接收用户输入的预警出错比例；

在根据所述出错比例获得所述光栅尺的污染信息之后，还包括：

当所述出错比例达到预警出错比例时，则发出报警提示。

其中，所述预警出错比例为第一预设比例或第二预设比例。

本发明还提供了一种绝对光栅尺的污染检测装置，包括：

光强读取模块，用于获取光电传感器上各个位置点的光照强度；其中，所述光照强度为光源系统发射光线透过待测光栅尺的光栅条纹照射至所述光电传感器的光照强度；

光照分析模块，用于根据所述光照强度获得所述光电传感器上的明暗条纹的分布规律；

对比分析模块，用于将所述明暗条纹的分布规律和所述光栅条纹分布规律进行对比，获得所述明暗条纹的出错比例；

信息获取模块，用于根据所述出错比例获得所述光栅尺的污染信息。

本发明还提供了一种绝对光栅尺的污染检测系统，包括光源系统、光电传感器、处理器以及存储器；

所述光电传感器用于接收光源系统透过待测的光栅尺照射到所述光电传感器上的光照强度；

所述存储器用于存储计算机程序；

所述处理器用于根据所述光照强度执行所述计算机程序，以实现如上任一项所述的绝对光栅尺的污染检测方法的操作。

本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上任一项所述绝对光栅尺的污染检测方法的步骤。

本发明所提供的绝对光栅尺的污染检测方法，通过光源系统照射光栅尺并透过光栅条纹照射至光电传感器上，那么，光电传感器的若干像素即可把当前位置的光强信号转换为若干个电压信号，最终还原成明暗相间的条纹分布规律，且正常情况下，该明暗相间的条纹分布规律应当和光栅上对应位置的光栅条纹的分布规律保持一致。因此，本发明中基于光电传感器检测到的各个位置点的光照强度，分析获得透过光栅条纹形成的明暗条纹规律，并将其和光栅上对应地光栅条纹的分布规律进行对比，如果存在不一致即可判断出该光栅尺存在污染，且可以根据明暗条纹和光栅条纹不一致的比例，获得具体地污染信息。本发明所提供的污染检测方法，可以在采用光栅尺测距之间，明确清晰的了解光栅尺的污染状况信息，为后续进行测距操作提供了理论依据，并有利于提高后续测量精度。

本发明还提供了一种绝对光栅尺的污染检测装置以及计算机可读存储介质，具有上述有益效果。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的绝对光栅尺的污染检测方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的光电传感器读取的码元的示意图；

图3为本发明实施例提供的光栅尺测量光路的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的绝对光栅尺的污染检测装置的结构框图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，图1为本发明实施例提供的绝对光栅尺的污染检测方法的流程示意图，该方法可以包括：

步骤S1：启动光源系统，使光源系统发射的光线透过待测的光栅尺的光栅条纹照射至光电传感器。

光栅尺是一种距离测量工具，大体上包括光源系统、刻有明暗条纹的光栅尺以及光电传感器，光源系统和光电传感器分别位于光栅尺的两侧。在进行距离测量时，通过光源系统照射光栅尺的光栅条纹并在光电传感器上形成相应的投影，且该投影随着光栅尺的移动而发生改变，那么基于光电传感器检测的投影的变化，即可获得光栅尺的移动距离。

本实施例中直接基于光栅尺中已有的工具，利用已有的部件进行检测。首先开启光栅尺中的光源系统，使得光电传感器的表面能够形成投影。

步骤S2：获取光电传感器上各个位置点的光照强度。

所述光电传感器上沿测量方向排布若干像素，可获取当前光栅位置所对应一段范围内的光强分布。

步骤S3：根据光照强度获得光电传感器上的明暗条纹的分布规律。

光照强度经过光电转换，可转换为与光强成正比关系的电压信号，电压信号的高低即可代表读取到的光栅图案的明暗，电压高即代表当前位置对应明条纹，电压低即代表当前位置对应暗条纹。

而明暗条纹的分布规律即代表绝对光栅尺上的编码规律，每个明条纹或者暗条纹就是一个码元。

在对明暗条纹进行解码确定测量位置时，需要读取到连续N个码元才能识别到当前的测量位置，因为在光栅尺上任意一段连续N个码元对应的光栅条纹的分布规律是唯一的，以此为依据即可对光栅尺的测量位置进行定位。

例如，参考图2，图2为本发明实施例提供的光电传感器读取的码元的示意图，整个光电传感器的像素可以读取到40个码元(对应40个明暗条纹规律)，如果N等于15的情况下，只需要连续15个码元即可确定当前的测量位置，那么一共40个码元可以合并为26组连续位置的编码P₁—P₂₆，理论上P₁＝P₂-1＝P₃-2＝P_n-(n-1)＝P₂₆-25。

N取决于整个绝对编码的长度，编码长度越长，N值越大，因为要保证连续N个码元的组合在整个编码长度的唯一性才可以做到绝对定位。

光电传感器上的像素沿光栅方向排列，像素的数量要保证能够读取到N个码元，在此基础上，还可以增加更多的像素以获取更多的码元，使读取数据冗余，这样可以读取到多组连续位置的编码，这些连续位置的编码具有相关性(后一位置等于前一位置加1)，可以在解析位置数据时相互校验数据的正确性，增强抗污染的能力。

因此本实施例中就要求光电传感器的像素点需要保证能够读取足够多的数据，以保证解析位置数据时进行校验的正确性。

步骤S4：将明暗条纹的分布规律和光栅条纹分布规律进行对比，获得所述明暗条纹的出错比例。

具体地，如图3所示，图3为本发明实施例提供的光栅尺测量光路的结构示意图，图3中光源系统1发出的光线从光栅尺2的光栅条纹上射出，那么光线只能够从光栅条纹的缝隙中射出，而黑色条纹处的光线则被遮挡，最终投影在光电传感器3上。

显然要获得光电传感器3上的投影的明暗条纹的分布情况，则可以检测整个光电传感器3上各个位置的光照强度，光照强度强的位置即为明条纹，而光照强度弱的位置即为暗条纹。

因为在光栅尺2的常规使用过程中，同样需要检测光电传感器3上明暗条纹的分布情况，以获得测距信息。本实施例中读取光电传感器3上明暗条纹的分布采用的基本原理和现有技术相同，在此不详细赘述。

正常情况下光电传感器上读取到的明暗条纹的分布规律应当和光栅尺上光栅条纹的分布规律相同。而如果光栅尺上存在污染，必然会对光栅尺的透光产生影响，在原本应当为明条纹的位置光照强度减弱。因此本实施例中以此为基础，将光栅条纹和明暗条纹进行对比，确认两者不一致的情况占明暗条纹的比例越高则说明污染越严重。

步骤S5：根据出错比例获得光栅尺的污染信息。

通过将明暗条纹和光栅条纹进行逐一对比，即可获得光栅尺上产生污染的位置点，以及明暗条纹出错的比例等污染信息。

本发明中基于光栅尺已有的部件通过光电传感器检测到的各个位置点的光照强度，分析获得透过光栅条纹形成的明暗条纹的分布规律，并将明暗条纹的分布规律和对应光栅条纹的分布规律进行对比，如果存在不一致即可判断出该光栅尺存在污染，且可以根据不一致的比例，获得具体地污染信息。本发明所提供的污染检测方法，可以在每次采用光栅尺测距之前，明确清晰的了解光栅尺的污染状况信息，为之后再进行测距操作提供了理论依据，并有利于提高后续测量精度。

基于上述任意实施例，在本发明的另一具体实施例中，上述步骤S5具体可以包括：

当所述出错比例小于第一预设比例，则所述光栅尺的污染等级为一级污染；

当所述出错比例大于所述第一预设比例且小于第二预设比例时，则所述光栅尺的污染等级为二级污染等级；

当所述出错比例大于所述第二预设比例时，则所述光栅尺的污染等级为三级污染等级。

需要说明的是，光栅尺最终的作用是用于测量距离，而在实际测量中，测量精度的要求根据实际情况各不相同。那么光栅尺的污染对测量是否存在影响的判断标准也是不同的。例如，如果对测量距离精度要求不高，那么，即便光栅尺存在一定程度的污染，也对测量结果影响不大，反之，如果对测量距离精度要求较高，则即便光栅尺污染的情况不严重，也可能导致测量距离的结果达不到要求。

为此，本实施例中根据明暗条纹相对于光栅条纹的出错比例，将光栅尺受到的污染进行等级划分。

具体地，根据污染物和污染程度的不同，可以将光栅尺所受到的污染情况划分为不同污染等级：

1)污染等级1：少量小面积污染(粉尘颗粒)；

2)污染等级2：大量均匀污染(油雾或水雾)；

3)污染等级3：单块大面积污染(大颗粒金属屑)；

4)污染等级4：多块大面积污染(多种污染物混合至较大面积)。

当然，对光栅尺的污染情况具体划分为几个等级，可以根据用户实际需求确定，对此，本发明中并不做限定。

可选地，在本发明的另一具体实施例中，还可以进一步地包括：

当所述光栅尺的污染等级为一级污染时，对出错的明暗条纹对应的光栅条纹位置进行标记，以便采用所述光栅尺测距时剔除出错位置点。

因为一级污染是指光栅尺上只存在少量的污染，那么，在明暗条纹和光栅条纹进行对比过程中，即可明确获得光栅上被污染的位置。在后续采用该光栅尺测量距离解析位置数据时，可以以此作为参照，将存在污染的位置点的测量数据剔除，从而保证了测量结果的可靠性和稳定性。

可选地，在本发明的另一具体实施例中，还可以包括：

当所述光栅尺的污染等级为二级污染时，增大所述光源系统的照射亮度，以减小污染对所述光栅尺的测距影响。

增大光源系统的光照强度，对光栅尺上存在污染的位置的透光性也增强，进而减小污染对测量距离的影响。

可选地，在本发明的另一具体实施例中，还可以进一步地包括：

当待测光栅尺的污染等级为三级污染时，减小采用光栅尺测距的解析位置校验标准，并增强增大所述光源系统的照射亮度。

如果光栅尺的污染等级达到三级污染，说明光栅尺的污染情况相对严重，在测量距离时，如果对测量结果的校验标准过高，可能会直接导致无法获得测量结果，因此可以适当降低校验标准。

可选地，在本发明的另一具体实施例中，还可以进一步地包括：在上述步骤S2之前，还包括：

接收用户输入的预警出错比例；

在获得出错比例之后，当出错比例达到预警出错比例，则发出报警提示。

如前所述，当采用光栅尺进行不同的距离测量时，每种测量要求的精度是不同的，那么污染等级对测量结果的影响程度也就不同。用户可以根据其测量需要设定一个预警出错比例，当明暗条纹相对于光栅条纹的出错比例达到该预警出错比例时，即可发出报警提醒用户及时的清理光栅尺，以免对后续测量产生影响。

可选地，用户选择的预警出错比例可以是直接按照污染等级的划分来选择的。

例如，用户需要进行距离测量时，对测量精度要求较高，那么用户可以选择测量允许的污染等级在一级污染范围内，此时用户可直接选择第一出错比例为预设出错比例，那么只要在出错比例达到第二污染等级时，就会报警；若对测量精度要求相对不是很高，用户则可以相应地选择第二出错比例为预设出错比例，只要出错比例达到第三污染等级时，才会报警。

与此类似，在实际应用过程中，并不仅限于将污染等级划分为三个等级，还可以根据实际需要划分四个甚至五个污染等级，对此本发明中不做限定。用户则可以根据实际需求输入测量精度允许的污染等级范围。

下面对本发明实施例提供的绝对光栅尺的污染检测装置进行介绍，下文描述的绝对光栅尺的污染检测装置与上文描述的绝对光栅尺的污染检测方法可相互对应参照。

图4为本发明实施例提供的绝对光栅尺的污染检测装置的结构框图，参照图4中的绝对光栅尺的污染检测装置可以包括：

光强读取模块100，用于获取光电传感器上各个位置点的光照强度；其中，所述光照强度为光源系统发射光线透过待测光栅尺的光栅条纹照射至所述光电传感器的光照强度；

光照分析模块200，用于根据所述光照强度获得所述光电传感器上的明暗条纹的分布规律；

对比分析模块300，用于将所述明暗条纹的分布规律和所述光栅条纹分布规律进行对比，获得所述明暗条纹的出错比例；

信息获取模块400，用于根据所述出错比例获得所述光栅尺的污染信息。

可选地，在本发明的另一具体实施例中，所述信息获取模块400具体用于当所述出错比例小于第一预设比例，则所述光栅尺的污染等级为一级污染；当所述出错比例大于所述第一预设比例且小于第二预设比例时，则所述光栅尺的污染等级为二级污染等级；当所述出错比例大于所述第二预设比例时，则所述光栅尺的污染等级为三级污染等级。

可选地，在本发明的另一具体实施例中，还可以进一步地包括污染处理模块，具体用于当所述光栅尺的污染等级为一级污染时，对出错的明暗条纹对应地光栅条纹位置进行标记，以便采用所述光栅尺测距时剔除出错位置点。在后续测距时，明确获得光栅上被污染的位置，解析位置数据时剔除此数据以保证系统的可靠性和稳定性。

污染处理模块还用于当所述光栅尺的污染等级为二级污染时，增大所述光源系统的照射亮度，以减小污染对所述光栅尺的测距影响。

污染处理模块还用于当所述待测光栅尺的污染等级为三级污染时，减小采用所述光栅尺测距的校验标准，并增强增大所述光源系统的照射亮度。

可选地，在本发明的另一具体实施例中，还可以包括：

报警模块，用于当所述出错比例达到预警出错比例，则发出报警提示。

本实施例的绝对光栅尺的污染检测装置用于实现前述的绝对光栅尺的污染检测方法，因此绝对光栅尺的污染检测装置中的具体实施方式可见前文中的绝对光栅尺的污染检测方法的实施例部分，例如，光强读取模块100，用于实现上述绝对光栅尺的污染检测方法中步骤S1和S2；光照分析模块200，用于实现上述绝对光栅尺的污染检测方法中步骤S3,；对比分析模块300，用于实现上述绝对光栅尺的污染检测方法中步骤S4；信息获取模块400，用于实现上述绝对光栅尺的污染检测方法中步骤S5，所以，其具体实施方式可以参照相应的各个部分实施例的描述，在此不再赘述。

本发明还提供了一种绝对光栅尺的污染检测系统，具体地，可参考图3，包括：光源系统1、光电传感器3、处理器以及存储器；

所述光电传感器3用于接收光源系统1透过待测的光栅尺2照射到所述光电传感器3上的光照强度；

所述存储器用于存储计算机程序；

所述处理器用于根据所述光照强度执行所述计算机程序，以实现如上任意实施例所述的绝对光栅尺2的污染检测方法的操作。

本发明还提供了计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上任意实施例所述绝对光栅尺的污染检测方法的步骤。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

Claims (5)

1.一种绝对光栅尺的污染检测方法，其特征在于，包括：

获取光电传感器上各个位置点的光照强度；其中，所述光照强度为光源系统发射光线透过待测光栅尺的光栅条纹照射至所述光电传感器的光照强度；

根据所述光照强度获得所述光电传感器上的明暗条纹的分布规律；

将所述明暗条纹的分布规律和所述光栅条纹分布规律进行对比，获得所述明暗条纹的出错比例；

根据所述出错比例获得所述光栅尺的污染信息；

所述根据所述出错比例获得所述光栅尺的污染信息包括：

当所述出错比例小于第一预设比例时，则所述光栅尺的污染等级为一级污染；

当所述出错比例大于所述第一预设比例且小于第二预设比例时，则所述光栅尺的污染等级为二级污染等级；

当所述出错比例大于所述第二预设比例时，则所述光栅尺的污染等级为三级污染等级；

在获取光电传感器上各个位置点的光照强度之前，还包括：

接收用户输入的预警出错比例；

在根据所述出错比例获得所述光栅尺的污染信息之后，还包括：

当所述出错比例达到预警出错比例时，则发出报警提示；

在根据所述出错比例获得所述光栅尺的污染信息之后，还包括：

当所述光栅尺的污染等级为一级污染时，对出错的明暗条纹对应的光栅条纹位置进行标记，以便采用所述光栅尺测距时剔除出错位置点；

在根据所述出错比例获得所述光栅尺的污染信息之后，还包括：

当所述光栅尺的污染等级为二级污染时，增大所述光源系统的照射亮度；

在根据所述出错比例获得所述光栅尺的污染信息之后，还包括：

当所述待测光栅尺的污染等级为三级污染时，减小采用所述光栅尺测距的位置解析校验标准，并增大所述光源系统的照射亮度。

2.如权利要求1所述的污染检测方法，所述预警出错比例为所述第一预设比例或所述第二预设比例。

3.一种绝对光栅尺的污染检测装置，其特征在于，包括：

光强读取模块，用于获取光电传感器上各个位置点的光照强度；其中，所述光照强度为光源系统发射光线透过待测光栅尺的光栅条纹照射至所述光电传感器的光照强度；

光照分析模块，用于根据所述光照强度获得所述光电传感器上的明暗条纹的分布规律；

对比分析模块，用于将所述明暗条纹的分布规律和所述光栅条纹分布规律进行对比，获得所述明暗条纹的出错比例；

信息获取模块，用于根据所述出错比例获得所述光栅尺的污染信息；

所述信息获取模块还用于当所述出错比例小于第一预设比例时，则所述光栅尺的污染等级为一级污染；当所述出错比例大于所述第一预设比例且小于第二预设比例时，则所述光栅尺的污染等级为二级污染等级；当所述出错比例大于所述第二预设比例时，则所述光栅尺的污染等级为三级污染等级；

还包括报警模块，用于在获取光电传感器上各个位置点的光照强度之前，接收用户输入的预警出错比例；在根据所述出错比例获得所述光栅尺的污染信息之后，当所述出错比例达到预警出错比例时，则发出报警提示；

还包括污染处理模块，用于当所述光栅尺的污染等级为一级污染时，对出错的明暗条纹对应的光栅条纹位置进行标记，以便采用所述光栅尺测距时剔除出错位置点；当所述光栅尺的污染等级为二级污染时，增大所述光源系统的照射亮度；当所述待测光栅尺的污染等级为三级污染时，减小采用所述光栅尺测距的位置解析校验标准，并增大所述光源系统的照射亮度。

4.一种绝对光栅尺的污染检测系统，其特征在于，包括，光源系统、光电传感器、处理器以及存储器；

所述光电传感器用于接收所述光源系统透过待测的光栅尺照射到所述光电传感器上的光照强度；

所述存储器用于存储计算机程序；

所述处理器用于根据所述光照强度执行所述计算机程序，以实现如权利要求1或2所述的绝对光栅尺的污染检测方法的操作。

5.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1或2所述绝对光栅尺的污染检测方法的步骤。

Images