DE102019209653A1 - Signalverarbeitungsverfahren für photoelektrischen Kodierer - Google Patents

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    • G01D5/34715—Scale reading or illumination devices

Abstract

Es wird ein Signalverarbeitungsverfahren für einen photoelektrischen Kodierer bereitgestellt, das einen hellen Teil und einen dunklen Teil eines Hell/Dunkel-Musters mit verzerrter Lichtintensitätsverteilung durch Einstellen einer angemessenen Schwelle korrekt bestimmen kann.Eine Detektoreinheit weist eine Lichtquelle, einen Lichtempfangsdetektor, der übertragenes Licht von einer Skala empfängt, um ein Hell/Dunkel-Bild aufzunehmen, und eine Linse, die zwischen der Lichtquelle und dem Lichtempfangsdetektor angeordnet ist, auf. Die Detektoreinheit klassifiziert das Hell/Dunkel-Bild, das durch den Lichtempfangsdetektor aufgenommen wird, in einen Bilderzeugungsbereich entsprechend einem Mittenbereich der Linse und einen Nicht-Bilderzeugungsbereich entsprechend einem Bereich ausgenommen dem Mittenbereich der Linse, berechnet einen repräsentativen Wert, der eine Lichtintensität des Bilderzeugungsbereichs widerspiegelt, und erhält ein vorverarbeitetes Hell/Dunkel-Bild, in dem die Lichtintensität des Nicht-Bilderzeugungsbereichs durch den repräsentativen Wert ersetzt ist.

Description

  • ANGABEN IN FORM EINES VERWEISES
  • Diese Anmeldung basiert auf und beansprucht Vorrang vor der japanischen Patentanmeldung Nr. 2018-126818 , eingereicht am 3. Juli 2018, deren Offenbarung hierin in ihrer Gesamtheit unter Verweis aufgenommen ist.
  • ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Signalverarbeitungsverfahren für einen photoelektrischen Kodierer.
  • Beschreibung des Standes der Technik
  • Photoelektrische Kodierer sind als Vorrichtung zum Messen einer Position oder Verschiebung weit verbreitet, wie zum Beispiel in JP 2017-5 813 8A offenbart ist.
  • 1 zeigt eine Hauptkonfiguration eines photoelektrischen Kodierers 100.
  • Der photoelektrische Kodierer 100 weist eine Lichtquelle 110, eine Hauptskala 200, einen Lichtempfangsdetektor 300 und eine Signalverarbeitungseinheit 400 auf. Die Hauptskala 200 weist ein Skalenmuster 210 auf. Der Lichtempfangsdetektor 300 empfängt reflektiertes Licht oder übertragenes Licht von der Hauptskala 200. Die Signalverarbeitungseinheit 400 berechnet eine Position oder Verschiebung von einem Hell/Dunkel-Muster, das durch den Lichtempfangsdetektor 300 empfangen wird.
  • Die Lichtquelle 110 bestrahlt die Hauptskala 200 mit Licht durch ein Mikrolinsenarray 115 (hiernach auch als Linsenarray 115 bezeichnet).
  • Die Lichtquelle 110, das Linsenarray 115 und der Lichtempfangsdetektor 300 sind als ein Erfassungskopf vereinheitlicht. Der Erfassungskopf ist bereitgestellt, um relativ zu der Hauptskala 200 verschiebbar zu sein.
  • Das Linsenarray 115 weist im Vergleich zu einer einzelnen Linse einen breiteren Erfassungsbereich und eine kürzere Brennweite auf. Dadurch kann der Erfassungskopf mit dem Linsenarray miniaturisiert sein. Es wird angemerkt, dass der Durchmesser einer Linse, die das Linsenarray bildet, etwa mehrere Millimeter beträgt.
  • In dem Skalenmuster 210 eines photoelektrischen Kodierers vom Übertragungstyp sind ein Übertragungsteil und ein Nicht-Übertragungsteil abwechselnd in einem vorbestimmten oder zufälligen Abstand angeordnet. Alternativ sind in dem Skalenmuster 210 eines photoelektrischen Kodierers vom Reflexionstyp ein Reflexionsteil und ein Nicht-Reflexionsteil abwechselnd in einem vorbestimmten oder zufälligen Abstand angeordnet. Es wird angemerkt, dass die Breite eines Übertragungsteils (oder eines Nicht-Übertragungsteils) etwa Dutzende von Mikrometern beträgt.
  • Zum Beispiel, wie in 1 gezeigt, wird angenommen, dass das Skalenmuster 210, in dem ein Übertragungsteil und ein Nicht-Übertragungsteil abwechselnd in einem zufälligen Abstand angeordnet sind, mit Licht bestrahlt wird, um ein Hell/Dunkel-Muster durch das übertragene Licht zu bilden, und dass der Lichtempfangsdetektor 300 das Hell/Dunkel-Muster als ein Bild aufnimmt.
  • Das Hell/Dunkel-Musterbild, das durch den Lichtempfangsdetektor 300 aufgenommen wird, wird als „Hell/Dunkel-Bild“ bezeichnet. Bei einer idealen Lichtintensitätsverteilung des Hell/Dunkel-Bildes sollten alle Lichtintensitäten, die den Übertragungsteilen entsprechen, die gleiche maximale Lichtintensität sein und alle Lichtintensitäten, die den Nicht-Übertragungsteilen entsprechen, sollten die gleiche minimale Lichtintensität sein, wie in 2 veranschaulicht ist. Wenn ein Hell/Dunkel-Bild eine ideale Lichtintensitätsverteilung aufweist, können ein heller Teil und ein dunkler Teil mit einer fest eingestellten Schwelle korrekt bestimmt werden.
  • KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Die tatsächliche Lichtintensitätsverteilung eines Hell/Dunkel-Bildes ist jedoch, wie in 3 veranschaulicht, aufgrund von verschiedenen Faktoren verzerrt, wie etwa der Lichtmengenverteilung der Lichtquelle 110, einer Verzerrung einer Linse oder eines Begrenzungsteils zwischen Linsen des Mikrolinsenarrays 115. Wenn eine fest eingestellte Schwelle auf ein derart verzerrtes Hell/Dunkel-Bild angewandt wird, können der helle Teil und der dunkle Teil nicht korrekt bestimmt werden. Daher kann eine Schwelle mit einem Filterverarbeiten zum Entfernen einer langperiodischen Verzerrung unter Verwendung der Fourier-Transformation berechnet werden.
  • Die gestrichelte Linie in 3 ist ein Beispiel für eine ideale Schwellenlinie, die mit der Fourier-Transformation berechnet wird.
  • Nur mit dem einfachen Filtern unter Verwendung der Fourier-Transformation kann eine Hell/Dunkel-Bestimmung jedoch nicht korrekt durchgeführt werden, wenn die Lichtintensitätsverteilung eine große Abweichung aufweist.
  • Wenn ein Linsenarray verwendet wird, kann ein Bild an einem Begrenzungsteil zwischen Linsen nicht erhalten werden. Daher erscheint ein Bereich, in dem dunkle Teile notwendigerweise in einem festen Abstand angeordnet sind, in dem Hell/Dunkel-Bild. Hier wird in einem Hell/Dunkel-Bild ein Bereich eines dunklen Teils, der durch Nichterzeugen eines Bildes an einem Begrenzungsteil zwischen Linsen erzeugt wird, als „Nicht-Bilderzeugungsbereich“ bezeichnet. Im Gegensatz dazu wird in dem Hell/Dunkel-Bild ein Bereich, in dem ein Bild des Skalenmusters 210 durch Erzeugen des Bildes mit einer Linse erhalten wird, als „Bilderzeugungsbereich“ bezeichnet.
  • Wenn die Fourier-Transformation auf dem Hell/Dunkel-Bild durchgeführt wird, in dem Nicht-Bilderzeugungsbereiche in einem festen Abstand angeordnet sind, erscheint eine Welle mit einer großen Amplitude, wie in 4 veranschaulicht. (Zum Beispiel, wenn das Hell/Dunkel-Bild einer einzelnen Sinuswelle angenähert wird, wird die Sinuswelle an einem dunklen Teil eines Nicht-Bilderzeugungsbereichs stark nach unten gedrückt und springt an einem hellen Teil eines Nicht-Bilderzeugungsbereichs durch Reaktion nach oben). Dann können in dem eingekreisten Teil in 4 die hellen Teile nicht korrekt erfasst werden.
  • Nebenbei gesagt, dass ein Bereich zwischen Linsen des Linsenarrays 115 ein Nicht-Bilderzeugungsbereich sein soll, war im Voraus bekannt. Man könnte denken, dass, nachdem die Nicht-Bilderzeugungsbereiche aus dem Hell/Dunkel-Bild im Voraus entfernt wurden, man die Fourier-Transformation nur auf den Bilderzeugungsbereichen durchführen kann.
  • Es sind jedoch 2" Stücke von (zum Beispiel 256 Stücke von) Daten erforderlich, um die Fourier-Transformation bei hoher Geschwindigkeit durchzuführen. Daher ist es nicht die beste Weise, einfach die Fourier-Transformation durchzuführen, nachdem die Nicht-Bilderzeugungsbereiche von dem Hell/Dunkel-Bild im Voraus entfernt wurden.
  • Aus diesem Grund bestand ein Bedarf an einem photoelektrischen Kodierer, der imstande ist, die Zuverlässigkeit einer Hell/Dunkel-Analyse zu verbessern und die Messgeschwindigkeit zu erhöhen.
  • Ein Zweck der vorliegenden Erfindung ist es, ein Signalverarbeitungsverfahren für einen photoelektrischen Kodierer bereitzustellen, das einen hellen Teil und einen dunklen Teil in einem Hell/Dunkel-Muster mit verzerrter Lichtintensitätsverteilung durch Einstellen einer angemessenen Schwelle korrekt bestimmen kann.
  • Ein Signalverarbeitungsverfahren für einen photoelektrischen Kodierer gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Signalverarbeitungsverfahren für einen photoelektrischen Kodierer,
    wobei der photoelektrische Kodierer Folgendes aufweist:
    • eine Skala, die mit einem zweistufigen Codemuster entlang einer Längenmessrichtung versehen ist; und
    • eine Detektoreinheit, die bereitgestellt ist, um relativ entlang der Skala bewegbar zu sein, und basierend auf dem zweistufigen Codemuster auf der Skala eine relative Position in Bezug auf die Skala zu erfassen, und
    • wobei die Detektoreinheit Folgendes aufweist:
      • eine Lichtquelle;
      • einen Lichtempfangsdetektor, der reflektiertes Licht oder übertragenes Licht von der Skala empfängt und ein Hell/Dunkel-Bild aufnimmt; und
      • eine Linse, die zwischen der Lichtquelle und dem Lichtempfangsdetektor angeordnet ist,
      • wobei das Verfahren Folgendes umfasst:
    • Klassifizieren, durch die Detektoreinheit, des Hell/Dunkel-Bildes, das durch den Lichtempfangsdetektor aufgenommen wird, in einen Bilderzeugungsbereich entsprechend einem Mittenbereich der Linse und einen Nicht-Bilderzeugungsbereich entsprechend einem Bereich ausgenommen dem Mittenbereich der Linse;
    • Berechnen, durch die Detektoreinheit, eines repräsentativen Werts, der eine Lichtintensität des Bilderzeugungsbereichs widerspiegelt; und
    • Erhalten eines vorverarbeiteten Hell/Dunkel-Bildes, in dem eine Lichtintensität des Nicht-Bilderzeugungsbereichs durch den repräsentativen Wert ersetzt ist.
  • In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das Verfahren ferner Folgendes:
    • Durchführen der Fourier-Transformation auf dem vorverarbeiteten Hell/Dunkel-Bild;
    • Erhalten einer Schwellenlinie, die aus langperiodischen Komponenten besteht, die niedriger ist als eine vorbestimmte Frequenz; und
    • Durchführen, basierend auf dem Hell/Dunkel-Bild und der Schwellenlinie, einer Hell/Dunkel-Bestimmung des Hell/Dunkel-Bildes.
  • In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Linse vorzugsweise ein Mikrolinsenarray, und
    das Verfahren umfasst vorzugsweise ferner Folgendes:
    • nach dem Klassifizieren des Hell/Dunkel-Bildes in den Bilderzeugungsbereich und den Nicht-Bilderzeugungsbereich;
    • Unterscheiden des Bilderzeugungsbereichs als einen 0-ten Bilderzeugungsbereich, einen ersten Bilderzeugungsbereich, einen zweiten Bilderzeugungsbereich und so weiter;
    • Unterscheiden des Nicht-Bilderzeugungsbereichs als einen 0-ten Nicht-Bilderzeugungsbereich, einen ersten Nicht-Bilderzeugungsbereich, einen zweiten Nicht-Bilderzeugungsbereich und so weiter;
    • Berechnen des repräsentativen Werts Ik von einem k-ten Bilderzeugungsbereich und einem (k+1)-ten Bilderzeugungsbereich, die auf beiden Seiten eines k-ten Nicht-Bilderzeugungsbereichs positioniert sind; und
    • Ersetzen einer Lichtintensität des k-ten Nicht-Bilderzeugungsbereichs durch den repräsentativen Wert Ik,
    • wobei k null oder eine natürliche Zahl ist.
  • In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das Verfahren ferner Folgendes:
    • Teilen in die Hälfte und Klassifizieren des k-ten Bilderzeugungsbereichs in einen k-ten L-Bilderzeugungsbereich und einen k-ten R-Bilderzeugungsbereich;
    • Berechnen des repräsentativen Werts Ik(RL) von einem k-ten R-Bilderzeugungsbereich und einem (k+1)-ten L-Bilderzeugungsbereich, die auf beiden Seiten eines k-ten Nicht-Bilderzeugungsbereichs positioniert sind; und
    • Ersetzen der Lichtintensität des k-ten Nicht-Bilderzeugungsbereichs durch den repräsentativen Wert Ik(RL).
  • In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der repräsentative Wert ein Mittel oder ein Median.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine Darstellung, die eine Hauptkonfiguration eines photoelektrischen Kodierers zeigt;
    • 2 ist eine Darstellung, die ein Beispiel für ein ideales Hell/Dunkel-Bild zeigt;
    • 3 ist eine Darstellung, die ein Beispiel für ein Hell/Dunkel-Bild mit einer Verzerrung zeigt;
    • 4 ist eine Darstellung, die beispielhaft zeigt, dass eine Schwellenlinie, die aus langperiodischen Komponenten gebildet ist, aus dem Hell/Dunkel-Bild mit einer Verzerrung mittels der Fourier-Transformation erhalten wird;
    • 5 ist eine Darstellung, die ein Beispiel für ein Skalenmuster zeigt;
    • 6 ist eine Darstellung, die Beispiele für Kombinationen von Bits, die einen Code 1 und einen Code 0 darstellen, zeigt;
    • 7 ist ein Flussdiagramm eines Ablaufs zum Berechnen einer absoluten Position von einem aufgenommenen Hell/Dunkel-Muster;
    • 8 ist eine Darstellung, die ein Beispiel für ein Kodierergebnis zeigt;
    • 9 ist ein Flussdiagramm, das einen gesamten Quantisierungsvorgang zeigt;
    • 10 ist eine Darstellung, die beispielhaft zeigt, dass alle Bilderzeugungsbereiche aus einem Hell/Dunkel-Bild extrahiert werden und das Mittel IA der Lichtintensitäten der Bilderzeugungsbereiche berechnet wird;
    • 11 ist eine Darstellung, die ein Beispiel für ein vorverarbeitetes Hell/Dunkel-Bild zeigt;
    • 12 ist eine Darstellung, die ein Beispiel für eine Schwellenlinie zeigt, die aus dem vorverarbeiteten Hell/Dunkel-Bild mit der Fourier-Transformation berechnet wird;
    • 13 ist ein Flussdiagramm, das einen Ablauf eines Quantisierungsvorgangs in einem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt;
    • 14 ist eine Darstellung, die schematisch erörtert, dass ein Hell/Dunkel-Bild in Bilderzeugungsbereiche und Nicht-Bilderzeugungsbereiche klassifiziert wird und dass die Bilderzeugungsbereiche und die Nicht-Bilderzeugungsbereiche einzeln durch ihre Nummerierung von links unterschieden werden;
    • 15 ist eine Darstellung, die zeigt, dass die Durchschnittsintensität IAk basierend auf den Lichtintensitäten der Bilderzeugungsbereiche benachbart zu einem Nicht-Bilderzeugungsbereich berechnet wird;
    • 16 ist eine Darstellung, die ein Beispiel für ein vorverarbeitetes Hell/Dunkel-Bild zeigt;
    • 17 ist eine Darstellung, die ein Beispiel für eine Schwellenlinie zeigt, die aus dem vorverarbeiteten Hell/Dunkel-Bild mit der Fourier-Transformation berechnet wird;
    • 18 ist ein Flussdiagramm, das einen Ablauf eines Quantisierungsvorgangs in einem dritten Ausführungsbeispiel zeigt;
    • 19 ist eine Darstellung, die schematisch erörtert, dass ein Hell/Dunkel-Bild in Bilderzeugungsbereiche und Nicht-Bilderzeugungsbereiche klassifiziert wird und dass die Bilderzeugungsbereiche und die Nicht-Bilderzeugungsbereiche einzeln durch ihre Nummerierung von links unterschieden werden;
    • 20 ist eine Darstellung, die beispielhaft zeigt, dass die Durchschnittsintensität IAk(RL) basierend auf den Lichtintensitäten der Bilderzeugungsbereiche benachbart zu einem Nicht-Bilderzeugungsbereich berechnet wird;
    • 21 ist eine Darstellung, die ein Hell/Dunkel-Bild, das von einer Rechteckwelle einfach angenähert wird, zeigt; und
    • 22 ist eine Darstellung, die ein Beispiel für einen Bilderzeugungsbereich und einen Nicht-Bilderzeugungsbereich, wenn ein photoelektrischer Kodierer eine einzelne Linse ist, zeigt.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden in den Zeichnungen dargestellt und unter Bezugnahme auf Bezugszeichen, die Elementen zugeordnet sind, beschrieben.
  • (Erstes Ausführungsbeispiel)
  • Ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung betrifft ein Signalverarbeitungsverfahren für einen photoelektrischen Kodierer, das einen hellen Teil und einen dunklen Teil in einem Hell/Dunkel-Muster mit verzerrter Lichtintensitätsverteilung korrekt bestimmen kann.
  • Ein Merkmal des ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung ist „Einstellen einer angemessenen Schwelle“. Bevor das Merkmal beschrieben wird, wird ein Beispiel für ein Skalenmuster 210 beschrieben.
  • 5 ist ein Skalenmuster eines absoluten photoelektrischen Kodierers vom Übertragungstyp unter Verwendung eines Pseudozufallscodes. Um die absolute Position von diesem Skalenmuster korrekt aufzunehmen, ist es notwendig, so viele Helligkeits- (H-) und Dunkelheits- (L-) Bits wie möglich korrekt und präzise zu erfassen.
  • (Beschreibung des Skalenmusters)
  • Das in 5 gezeigte Skalenmuster 210 ist ein absolutes (ABS) Skalenmuster, das einen M-Sequenzcode verwendet, der eine von Pseudozufallscodesequenzen ist. Wenn kontinuierliche N-Codes in einem M-Sequenzcodemuster herausgenommen werden, erscheint das Muster der N-Codes einmal in einem Zyklus des M-Sequenzcodemusters. In dem Beispiel von 5, in einem ABS-Skalenmuster, in dem Codes „1“ und „0“ zufällig angeordnet sind, sind die Codes „1“ und „0“ jeweils mit zwei Bits dargestellt. Der Code „1“ ist durch eine Kombination aus einem Nicht-Übertragungsteil und einem Übertragungsteil dargestellt. Andererseits ist der Code „0“ ist durch eine Kombination aus beiden Übertragungsteilen oder beiden Nicht-Übertragungsteilen dargestellt.
  • Hier wird zur besseren Beschreibung im Folgenden ein Übertragungsteil als „heller Teil“ (oder „H“) bezeichnet und ein Nicht-Übertragungsteil wird als „dunkler Teil“ (oder „L“) bezeichnet.
  • In dem Skalenmuster 210 werden zwei Muster (beide Bits sind Übertragungsteile oder beide Bits sind Nicht-Übertragungsteile) verwendet, um den Code „0“ darzustellen (6). Hier wird das Muster, in dem beide Bits Nicht-Übertragungsteile sind, als B-Muster bezeichnet und das Muster, in dem beide Bits Übertragungsteile sind, wird als C-Muster bezeichnet. Um den Code „0“ darzustellen werden das B-Muster und das C-Muster abwechselnd verwendet. Das heißt, dass, wenn die Codes „0“ fortfahren, das B-Muster und das C-Muster abwechselnd anzuordnen sind. Wenn diese Anordnungsregel (Entwurfsregel) angewandt wird, beträgt die Anzahl von kontinuierlichen hellen Teilen (H) oder kontinuierlichen dunklen Teilen (L) maximal drei.
  • Natürlich sind das B-Muster und das C-Muster nicht notwendigerweise abwechselnd angeordnet und die maximale Anzahl von kontinuierlichen B-Mustern oder kontinuierlichen C-Mustern ist nur erforderlich, um vorbestimmt zu werden. Dann werden die maximale Anzahl von kontinuierlichen hellen Teilen (H) und die maximale Anzahl von kontinuierlichen dunklen Teilen (L) automatisch bestimmt.
  • Es wird angemerkt, dass die vorliegende Erfindung nicht auf ein ABS-Skalenmuster, das eine Pseudozufallscodesequenz (zum Beispiel einen M-Sequenzcode) verwendet, beschränkt ist und auch auf zum Beispiel ein Lesen eines Skalenmusters vom Erhöhungstyp anwendbar ist.
  • (Operationsbeschreibung)
  • 7 zeigt ein Flussdiagramm eines Ablaufs zum Berechnen der absoluten Position von einem Hell/Dunkel-Muster (Hell/Dunkel-Bild), das durch den Lichtempfangsdetektor 300 aufgenommen wird.
  • Diese Berechnungsoperation wird durch die Signalverarbeitungseinheit 400 durchgeführt.
  • Als Erstes lässt die Signalverarbeitungseinheit 400 sequentiell ein Signal von einem Photodetektorarray des Lichtempfangsdetektors 300 durch, um das übertragene Lichtmuster der ABS-Skala 200 als Hell/Dunkel-Bild (ST110) aufzunehmen. Dann wird das aufgenommene Hell/Dunkel-Bild sequentiell quantisiert (ST200). Das heißt, dass eine Schwellenbestimmung auf der Lichtintensität des aufgenommenen Hell/Dunkel-Bildes durchgeführt wird, um einen dunklen Teil und einen hellen Teil zu unterscheiden und zu binarisieren.
  • Die Schwelleneinstellung zu dieser Zeit wird später beschrieben.
  • Der dunkle Teil wird als „L“ bezeichnet und der helle Teil wird als „H“ bezeichnet.
  • Als Nächstes wird ein Kodieren durchgeführt (ST310).
  • Ein Code wird mit zwei Bits dargestellt.
  • Die Kombination aus (L, H) wird in Code „1“ konvertiert.
  • Die Kombination aus (L, L) oder (H, H) wird in Code „0“ konvertiert.
  • 8 zeigt ein Beispiel für ein Kodierergebnis.
  • Mit den auf diese Weise kodierten Daten wird eine Korrelationsberechnung mit einem Referenzmuster durchgeführt (ST320). Die Position, die die höchste Korrelation als das Ergebnis der Korrelationsberechnung angibt, wird als aktuelle absolute Position erhalten (ST330). Es wird angemerkt, dass als Referenzmuster zum Beispiel ein Skalenmuster verwendet wird, das basierend auf der Entwurfsregel bereitgestellt wird.
  • (Quantisierungsvorgang ST200)
  • 9 zeigt ein Flussdiagramm eines Quantisierungsvorgangs ST200.
  • Um den Quantisierungsvorgang ST200 durchzuführen, wird zuerst ein Hell/Dunkel-Bild in Bilderzeugungsbereiche und Nicht-Bilderzeugungsbereiche klassifiziert und das Mittel IA der Lichtintensitäten von allen Bilderzeugungsbereichen wird berechnet (ST211).
  • Hier wird angenommen, dass die Lichtintensitätsverteilung des Hell/Dunkel-Bildes, das durch den Lichtempfangsdetektor 300 aufgenommen wird, wie in 10 dargestellt ist.
  • Wie vorangehend beschrieben wurde, weist ein Hell/Dunkel-Bild ein Muster auf, in dem ein Nicht-Bilderzeugungsbereich und ein Bilderzeugungsbereich abwechselnd in einem vorbestimmten Abstand wiederholt werden. Der Bereich zwischen Linsen des Linsenarrays 115 ist ein Nicht-Bilderzeugungsbereich und der Bilderzeugungsbereich, der einer Linse entspricht, ist ein Bilderzeugungsbereich. Diese sind bereits zur Zeit eines Entwerfens des Erfassungskopfes bekannt und die Positionen von Nicht-Bilderzeugungsbereichen und Bilderzeugungsbereichen in dem Hell/Dunkel-Bild sind im Voraus bekannt.
  • Daher, wie in 10 schematisch gezeigt, werden alle Bilderzeugungsbereiche aus einem Hell/Dunkel-Bild extrahiert und das Mittel IA der Lichtintensitäten aller Bilderzeugungsbereiche wird berechnet (ST211). Das „Mittel IA der Lichtintensitäten der Bilderzeugungsbereiche“ wird als Durchschnittsintensität IA bezeichnet.
  • Als Nächstes wird die Lichtintensität von jedem Nicht-Bilderzeugungsbereich in dem Hell/Dunkel-Bild durch die berechnete Durchschnittsintensität IA ersetzt (ST212, siehe 11). Das Hell/Dunkel-Bild wird, nachdem die Lichtintensität von jedem Nicht-Bilderzeugungsbereich durch die Durchschnittsintensität IA ersetzt wurde, als vorverarbeitetes Hell/Dunkel-Bild bezeichnet. 11 ist eine Darstellung, die ein Beispiel für ein vorverarbeitetes Hell/Dunkel-Bild zeigt.
  • Dann wird die Fourier-Transformation auf dem vorverarbeiteten Hell/Dunkel-Bild durchgeführt (ST215), wobei eine Schwelle von langperiodischen Komponenten erzeugt wird, die niedriger ist als eine vorbestimmte Frequenz (ST214).
  • 12 ist eine Darstellung, die ein Beispiel für eine Schwellenlinie zeigt, die von dem vorverarbeiteten Hell/Dunkel-Bild mit der Fourier-Transformation berechnet wird. Dann wird eine Hell/Dunkel-Bestimmung unter Verwendung der Schwelle (ST215) durchgeführt. (Das heißt, dass die Schwelle auf das ursprüngliche Hell/Dunkel-Bild angewandt wird, um eine Hell/Dunkel-Bestimmung durchzuführen).
  • Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wirkt sich ein dunkler Teil eines Nicht-Bilderzeugungsbereichs nicht auf die Erzeugung einer Schwelle aus und es ist möglich, eine ideale Schwelle für die Hell/Dunkel-Bestimmung zu erhalten. Folglich ist es möglich, die absolute Position basierend auf Bitinformationen, die mit der korrekten Hell/Dunkel-Bestimmung erhalten werden, korrekt und präzise zu erhalten.
  • (Zweites Ausführungsbeispiel)
  • Als Nächstes wird ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben.
  • Das zweite Ausführungsbeispiel ist im Grunde ähnlich zu dem ersten Ausführungsbeispiel, die Lichtintensität eines Nicht-Bilderzeugungsbereichs ist in dem zweiten Ausführungsbeispiel jedoch durch die Durchschnittsintensität der benachbarten Bilderzeugungsbereiche ersetzt.
  • 13 ist ein Flussdiagramm, das einen Ablauf eines Quantisierungsvorgangs in dem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt.
  • In dem zweiten Ausführungsbeispiel wird zuerst ein Hell/Dunkel-Bild in Bilderzeugungsbereiche und Nicht-Bilderzeugungsbereiche klassifiziert und die Bilderzeugungsbereiche und die Nicht-Bilderzeugungsbereiche werden einzeln durch ihre Nummerierung von links unterschieden.
  • Ein Beispiel dafür ist in 14 gezeigt.
  • Die Bilderzeugungsbereiche werden sequentiell von links als ein 0-ter Bilderzeugungsbereich, ein erster Bilderzeugungsbereich, ein zweiter Bilderzeugungsbereich, ein dritter Bilderzeugungsbereich und so weiter unterschieden. Ähnlich werden Nicht-Bilderzeugungsbereiche sequentiell von links als ein 0-ter Nicht-Bilderzeugungsbereich, ein erster Nicht-Bilderzeugungsbereich, ein zweiter Nicht-Bilderzeugungsbereich, ein dritter Nicht-Bilderzeugungsbereich und so weiter unterschieden.
  • Dann wird das Mittel der Lichtintensitäten der benachbarten Bilderzeugungsbereiche berechnet (ST221). Zum Beispiel wird die Durchschnittsintensität IAk des k-ten Bilderzeugungsbereichs und des (k+1)-ten Bilderzeugungsbereichs, die auf beiden Seiten des k-ten Nicht-Bilderzeugungsbereichs positioniert sind, berechnet (siehe 15). Es wird angemerkt, dass k null oder eine natürliche Zahl ist.
  • Dann wird die Lichtintensität des k-ten Nicht-Bilderzeugungsbereichs, der der Nicht-Bilderzeugungsbereich zwischen dem k-ten Bilderzeugungsbereich und dem (k+1)-ten Bilderzeugungsbereichs ist, durch die berechnete Durchschnittsintensität IAk ersetzt (siehe ST222 in 16). Auf diese Weise wird ein vorverarbeitetes Hell/Dunkel-Bild, wie in 16 veranschaulicht, erhalten.
  • Schließlich wird die Fourier-Transformation auf dem vorverarbeiteten Hell/Dunkel-Bild durchgeführt (ST223) und eine Schwelle wird von den langperiodischen Komponenten erzeugt, die niedriger ist als eine vorbestimmte Frequenz (ST224). 17 zeigt ein Beispiel für eine Schwellenlinie. Dann wird eine Hell/Dunkel-Bestimmung unter Verwendung der Schwelle (ST225) durchgeführt.
  • Wenn die Lichtmengenverteilung von der Lichtquelle uneben ist, kann sich der Spitzenwert oder der Basiswert der Lichtintensität in Abhängigkeit von Positionen trotz eines Bilderzeugungsbereichs unterscheiden. In einer derartigen Situation, wenn die Lichtintensität von jedem Nicht-Bilderzeugungsbereich durch die Durchschnittsintensität IA ersetzt wird, kann die Schwellenlinie an einer Position zu hoch oder zu niedrig sein. In dieser Hinsicht, indem die Lichtintensität von jedem Nicht-Bilderzeugungsbereich durch die Durchschnittsintensität seiner benachbarten Bilderzeugungsbereiche, wie in dem zweiten Ausführungsbeispiel, ersetzt wird, ist es möglich, eine Schwellenlinie zu erhalten, die die Unebenheit einer Lichtmengenverteilung widerspiegelt, und eine ideale Schwelle für eine Hell/Dunkel-Bestimmung zu erhalten.
  • (Drittes Ausführungsbeispiel)
  • Als Nächstes wird ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben.
  • Das dritte Ausführungsbeispiel ist im Grunde ähnlich zu dem zweiten Ausführungsbeispiel, ein Nicht-Bilderzeugungsbereich ist in dem dritten Ausführungsbeispiel jedoch geteilt, um die Lichtintensität von jedem Nicht-Bilderzeugungsbereich durch die Durchschnittsintensität seiner benachbarten Bilderzeugungsbereiche zu ersetzen.
  • 18 ist ein Flussdiagramm, das einen Ablauf eines Quantisierungsvorgangs in dem dritten Ausführungsbeispiel zeigt.
  • In dem dritten Ausführungsbeispiel wird ein Hell/Dunkel-Bild in Bilderzeugungsbereiche und Nicht-Bilderzeugungsbereiche klassifiziert und die Bilderzeugungsbereiche und die Nicht-Bilderzeugungsbereiche werden einzeln durch ihre Nummerierung von links unterschieden.
  • Zu dieser Zeit wird jeder Bilderzeugungsbereich weiter in die Hälfte geteilt, um die linke Seite als „L“ und die rechte Seite als „R“ zu unterscheiden.
  • Ein Beispiel dafür ist in 19 gezeigt.
  • Das heißt, dass die Bilderzeugungsbereiche von links als ein 0-ter L-Bilderzeugungsbereich, ein 0-ter R-Bilderzeugungsbereich, ein erster L-Bilderzeugungsbereich, ein erster R-Bilderzeugungsbereich, ein zweiter L-Bilderzeugungsbereich, ein zweiter R-Bilderzeugungsbereich und so weiter unterschieden werden.
  • Die Nicht-Bilderzeugungsbereiche werden von links als ein 0-ter Nicht-Bilderzeugungsbereich, ein erster Nicht-Bilderzeugungsbereich, ein zweiter Nicht-Bilderzeugungsbereich und so weiter unterschieden.
  • Dann wird das Mittel der Lichtintensitäten der Bilderzeugungsbereiche, die auf beiden Seiten eines Nicht-Bilderzeugungsbereichs positioniert sind, berechnet (ST231).
  • Zum Beispiel wird die Durchschnittsintensität IAk(RL) des k-ten R-Bilderzeugungsbereichs und des (k+1)-ten L-Bilderzeugungsbereichs, die auf beiden Seiten des k-ten Nicht-Bilderzeugungsbereichs positioniert sind, berechnet (siehe 20).
  • Es wird angemerkt, dass k null oder eine natürliche Zahl ist.
  • Dann wird die Lichtintensität des k-ten Nicht-Bilderzeugungsbereichs, der der Nicht-Bilderzeugungsbereich zwischen dem k-ten R-Bilderzeugungsbereich und dem (k+1)-ten L-Bilderzeugungsbereichs ist, durch die berechnete Durchschnittsintensität IAk(RL) ersetzt (ST232).
  • Auf diese Weise wird ein vorverarbeitetes Hell/Dunkel-Bild erhalten.
  • Schließlich wird die Fourier-Transformation auf dem vorverarbeiteten Hell/Dunkel-Bild durchgeführt (ST233) und eine Schwelle wird von langperiodischen Komponenten erzeugt, die niedriger ist als eine vorbestimmte Frequenz (ST234). Dann wird eine Hell/Dunkel-Bestimmung mit der Schwelle (ST235) durchgeführt.
  • Indem die Lichtintensität von jedem Nicht-Bilderzeugungsbereich durch die Durchschnittsintensität seiner benachbarten Bilderzeugungsbereiche ersetzt wird, ist es möglich, eine Schwellenlinie zu erhalten, die die Unebenheit einer Lichtmengenverteilung widerspiegelt, und eine ideale Schwelle für eine Hell/Dunkel-Bestimmung zu erhalten. Zu dieser Zeit, indem ein Bilderzeugungsbereich, wie in dem dritten Ausführungsbeispiel, fein geteilt wird, ist es möglich, eine Schwellenlinie zu erhalten, die die Unebenheit einer Lichtmengenverteilung passender widerspiegelt.
  • (Modifiziertes Beispiel 1)
  • In dem zweiten und dritten Ausführungsbeispiel wurde die Lichtintensität des k-ten Nicht-Bilderzeugungsbereichs durch einen Wert ersetzt, der die Lichtintensitäten der Bilderzeugungsbereiche benachbart zu dem k-ten Nicht-Bilderzeugungsbereich widerspiegelt (die Durchschnittsintensität IAk oder (RL)).
  • Als modifiziertes Beispiel kann die Durchschnittsintensität von den Bereichen von den Bilderzeugungsbereichen benachbart zu dem k-ten Nicht-Bilderzeugungsbereich bis zwei oder drei Bilderzeugungsbereiche entfernt von dem k-ten Nicht-Bilderzeugungsbereich erhalten werden. Wenn eine Hauptskala Schmutz darauf aufweist, kann ein Teil oder alles von einem Bilderzeugungsbereich ein dunkler Teil (oder ein heller Teil) sein. Indem mehrere Bilderzeugungsbereiche nahe dem k-ten Nicht-Bilderzeugungsbereich einbezogen werden, um die Durchschnittsintensität zu berechnen, ist es möglich, den Einfluss eines anomalen Werts eines Bilderzeugungsbereichs zu reduzieren, der zum Beispiel eine besondere Dunkelheit oder Helligkeit angibt.
  • (Modifiziertes Beispiel 2)
  • In der vorangehenden Ausführungsform wurde ein Bilderzeugungsbereich von einem Nicht-Bilderzeugungsbereich basierend auf dem Entwurfswert eines Linsenarrays unterschieden. Ein Hell/Dunkel-Bild kann jedoch analysiert werden, um einen Bilderzeugungsbereich und einen Nicht-Bilderzeugungsbereich zu bestimmen. Zum Beispiel, wenn es eine vorbestimmte Anzahl (zum Beispiel zehn oder hundert) von kontinuierlichen dunklen Teilen gibt, können diese kontinuierlichen dunklen Teile als Nicht-Bilderzeugungsbereich zwischen Linsen basierend auf dem Skalenmusterentwurf bestimmt werden.
  • Alternativ kann zur Unterscheidung eines Bilderzeugungsbereichs von einem Nicht-Bilderzeugungsbereich die Fourier-Transformation verwendet werden. Da ein Bilderzeugungsbereich und ein Nicht-Bilderzeugungsbereich notwendigerweise in einem vorbestimmten Abstand in einem Muster wiederholt werden, wird ein Hell/Dunkel-Bild einfach als eine Rechteckwelle betrachtet, wie in 21 veranschaulicht. Wenn die Fourier-Transformation auf dem Hell/Dunkel-Bild durchgeführt wird und Niedrigfrequenzkomponenten (zum Beispiel von den primären zu den tertiären Komponenten) extrahiert werden, wird eine Rechteckwelle erhalten, wie in 21 gezeigt. Indem eine Hell/Dunkel-Bestimmung auf der Rechteckwelle unter Verwendung der Lichtintensität von etwa 0,5 (das heißt der Durchschnittsintensität der gesamten Lichtintensitäten) als Schwelle durchgeführt wird, ist es dann möglich, das Hell/Dunkel-Bild in Bilderzeugungsbereiche und Nicht-Bilderzeugungsbereiche zu klassifizieren.
  • Es wird angemerkt, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die vorangehenden Ausführungsformen beschränkt ist und angemessen verändert werden kann, ohne den Umfang zu verlassen.
  • In dem vorangehenden Ausführungsformen war beispielhaft ein Bereich zwischen Linsen des Mikrolinsenarrays ein Nicht-Bilderzeugungsbereich. In dem Fall einer einzelnen Linse sowie eines Linsenarrays erscheint jedoch ein Nicht-Bilderzeugungsbereich, wie in 22 veranschaulicht. Das heißt, dass der Lichtempfangsdetektor 300 den Bereich, der dem Mittenbereich der Linse entspricht, als Bilderzeugungsbereich und den Bereich, der dem Umfangsteil der Linse entspricht, als Nicht-Bilderzeugungsbereich erfasst.
  • In diesem Fall, da 2n Stücke von Daten gebraucht werden, um die Fourier-Transformation bei hoher Geschwindigkeit durchzuführen, ist ein Hell/Dunkel-Bild erforderlich, das nicht nur den Bilderzeugungsbereich, sondern auch den Nicht-Bilderzeugungsbereich nahe dem Bilderzeugungsbereich aufweist. Dann ist ein Vorverarbeiten zum Ersetzen der Lichtintensität von jedem Nicht-Bilderzeugungsbereich in der vorliegenden Erfindung wirksam.
  • Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die Lichtintensität von jedem Nicht-Bilderzeugungsbereich durch einen Wert zu ersetzen, der die Lichtintensitäten von Bilderzeugungsbereichen widerspiegelt (repräsentativer Wert).
  • In den vorangehenden Ausführungsbeispielen war die Durchschnittsintensität IA für einen Wert beispielhaft, der die Lichtintensitäten von Bilderzeugungsbereichen widerspiegelt, der Wert, der die Lichtintensitäten von Bilderzeugungsbereichen widerspiegelt, ist jedoch nicht auf ein „Mittel“ beschränkt.
  • Zum Beispiel kann der Wert ein Zwischenwert (Median) sein.
  • In den vorangehenden Ausführungsformen war eine ABS-Skala eine Skala vom Übertragungstyp, sie kann jedoch auch eine Skala vom Reflexionstyp sein. In den vorangehenden Ausführungsformen waren die lineare Skala und der Kodierer beispielhaft, die vorliegende Erfindung ist jedoch auch auf einen Drehkodierer anwendbar.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2018126818 [0001]

Claims (5)

  1. Signalverarbeitungsverfahren für einen photoelektrischen Kodierer, wobei der photoelektrische Kodierer Folgendes umfasst: eine Skala, die mit einem zweistufigen Codemuster entlang einer Längenmessrichtung versehen ist; und eine Detektoreinheit, die bereitgestellt ist, um relativ entlang der Skala bewegbar zu sein, und eingerichtet ist, um basierend auf dem zweistufigen Codemuster auf der Skala eine relative Position in Bezug auf die Skala zu erfassen, und wobei die Detektoreinheit Folgendes umfasst: eine Lichtquelle; einen Lichtempfangsdetektor, der eingerichtet ist, um reflektiertes Licht oder übertragenes Licht von der Skala zu empfangen und um ein Hell/Dunkel-Bild aufzunehmen; und eine Linse, die zwischen der Lichtquelle und dem Lichtempfangsdetektor angeordnet ist, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Klassifizieren, durch die Detektoreinheit, des Hell/Dunkel-Bildes, das durch den Lichtempfangsdetektor aufgenommen wird, in einen Bilderzeugungsbereich entsprechend einem Mittenbereich der Linse und einen Nicht-Bilderzeugungsbereich entsprechend einem Bereich ausgenommen dem Mittenbereich der Linse; Berechnen, durch die Detektoreinheit, eines repräsentativen Werts, der eine Lichtintensität des Bilderzeugungsbereichs widerspiegelt; und Erhalten eines vorverarbeiteten Hell/Dunkel-Bildes, in dem eine Lichtintensität des Nicht-Bilderzeugungsbereichs durch den repräsentativen Wert ersetzt ist.
  2. Signalverarbeitungsverfahren für den photoelektrischen Kodierer nach Anspruch 1, ferner umfassend: Durchführen der Fourier-Transformation auf dem vorverarbeiteten Hell/Dunkel-Bild; Erhalten einer Schwellenlinie, die aus langperiodischen Komponenten besteht, die niedriger ist als eine vorbestimmte Frequenz; und Durchführen, basierend auf dem Hell/Dunkel-Bild und der Schwellenlinie, einer Hell/Dunkel-Bestimmung des Hell/Dunkel-Bildes.
  3. Signalverarbeitungsverfahren für den photoelektrischen Kodierer nach Anspruch 1, wobei die Linse ein Mikrolinsenarray ist und das Verfahren ferner Folgendes umfasst: nach dem Klassifizieren des Hell/Dunkel-Bildes in den Bilderzeugungsbereich und den Nicht-Bilderzeugungsbereich; Unterscheiden des Bilderzeugungsbereichs als einen 0-ten Bilderzeugungsbereich, einen ersten Bilderzeugungsbereich, einen zweiten Bilderzeugungsbereich und so weiter; Unterscheiden des Nicht-Bilderzeugungsbereichs als einen 0-ten Nicht-Bilderzeugungsbereich, einen ersten Nicht-Bilderzeugungsbereich, einen zweiten Nicht-Bilderzeugungsbereich und so weiter; Berechnen des repräsentativen Werts Ik von einem k-ten Bilderzeugungsbereich und einem (k+1)-ten Bilderzeugungsbereich, die auf beiden Seiten eines k-ten Nicht-Bilderzeugungsbereichs positioniert sind; und Ersetzen einer Lichtintensität des k-ten Nicht-Bilderzeugungsbereichs durch den repräsentativen Wert Ik, wobei k null oder eine natürliche Zahl ist.
  4. Signalverarbeitungsverfahren für den photoelektrischen Kodierer nach Anspruch 3, ferner umfassend: Teilen in die Hälfte und Klassifizieren des k-ten Bilderzeugungsbereichs in einen k-ten L-Bilderzeugungsbereich und einen k-ten R-Bilderzeugungsbereich; Berechnen des repräsentativen Werts Ik(RL) von einem k-ten R-Bilderzeugungsbereich und einem (k+1)-ten L-Bilderzeugungsbereich, die auf beiden Seiten eines k-ten Nicht-Bilderzeugungsbereichs positioniert sind; und Ersetzen der Lichtintensität des k-ten Nicht-Bilderzeugungsbereichs durch den repräsentativen Wert Ik(RL).
  5. Signalverarbeitungsverfahren für den photoelektrischen Kodierer nach Anspruch 1, wobei der repräsentative Wert ein Mittel oder ein Median ist.
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