JP7044604B2 - Signal processing method for photoelectric encoder - Google Patents

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Description

光電式エンコーダの信号処理方法に関する。 The present invention relates to a signal processing method of a photoelectric encoder.

図1に光電式エンコーダ100の主要構成を示す。
位置あるいは変位の測定装置として光電式エンコーダが広く利用されている。
光電式エンコーダ100は、光源110と、スケールパターン210を有するメインスケール200と、メインスケール200からの反射光または透過光を受光する受光検出器300と、受光検出器300で受光した明暗パターンから位置あるいは変位を求める信号処理部400と、備える。
FIG. 1 shows the main configuration of the photoelectric encoder 100.
A photoelectric encoder is widely used as a position or displacement measuring device.
The photoelectric encoder 100 is located from a light source 110, a main scale 200 having a scale pattern 210, a light receiving detector 300 that receives reflected light or transmitted light from the main scale 200, and a light / dark pattern received by the light receiving detector 300. Alternatively, it is provided with a signal processing unit 400 for obtaining displacement.

ここでは、光源110からの光をコリメートレンズ112で平行光にしてからメインスケール200に照射している。また、光源110、レンズ112および受光検出器は検出ヘッドとしてユニット化され、検出ヘッドはメインスケール200に対して相対変位可能に設けられている。 Here, the light from the light source 110 is made into parallel light by the collimated lens 112, and then the main scale 200 is irradiated with the light. Further, the light source 110, the lens 112 and the light receiving detector are unitized as a detection head, and the detection head is provided so as to be relatively displaceable with respect to the main scale 200.

スケールパターン210は、透過型光電式エンコーダであれば透過部と非透過部とが所定ピッチあるいはランダムピッチで交互に配置されたものである。また、反射型光電式エンコーダであれば、スケールパターンは、反射部と非反射部とが所定ピッチあるいはランダムピッチで交互に配置されたものである。 In the scale pattern 210, if it is a transmissive photoelectric encoder, transmissive portions and non-transmissive portions are alternately arranged at a predetermined pitch or a random pitch. Further, in the case of the reflective photoelectric encoder, the scale pattern is such that the reflective portions and the non-reflective portions are alternately arranged at a predetermined pitch or a random pitch.

例えば、図1のように、透過部と非透過部とがランダムピッチで交互に配置されたスケールパターン210に光を照射して、その透過光によって形成される明暗パターンを画像として受光検出器300で取得したとする。取得された明暗パターンの光強度分布は、理想的には図2に例示するように、透過部に相当する最大の光強度がすべて同じとなり、非透過部に相当する最低の光強度がすべて同じとなるはずである。このような理想的光強度分布であれば、一つの固定的に設定された閾値によって明部と暗部とを判別できる。 For example, as shown in FIG. 1, a light receiving detector 300 irradiates a scale pattern 210 in which transmissive portions and non-transmissive portions are alternately arranged at random pitches, and a light / dark pattern formed by the transmitted light is used as an image. Suppose you got it in. Ideally, as illustrated in FIG. 2, the acquired light intensity distribution of the light / dark pattern has the same maximum light intensity corresponding to the transmissive portion and the same minimum light intensity corresponding to the non-transmissive portion. Should be. With such an ideal light intensity distribution, a bright part and a dark part can be discriminated by one fixed threshold value.

しかし、実際には、光源110の光量分布、レンズ112の歪み、マイクロレンズアレイのレンズ同士の境界部分、など種々の要因により、明暗パターンの光強度分布は図3に例示のように歪む。このように歪んだ明暗パターンに対して固定的に設定された閾値を適用すると、明部と暗部とを正確に判別できない。 However, in reality, the light intensity distribution of the light-dark pattern is distorted as illustrated in FIG. 3 due to various factors such as the light amount distribution of the light source 110, the distortion of the lens 112, and the boundary portion between the lenses of the microlens array. When a fixed threshold value is applied to such a distorted light-dark pattern, it is not possible to accurately distinguish between a bright part and a dark part.

そこで、従来は、フーリエ変換によって長周期の歪みを取り除くフィルタリング処理により閾値を算出することで明暗を判別していた。 Therefore, conventionally, light and dark are discriminated by calculating a threshold value by a filtering process that removes long-period distortion by Fourier transform.

特開2017-58138JP-A-2017-58138

しかし、フーリエ変換によるフィルタリングでは、光強度分布に局所的な偏りが含まれている場合、正しく明暗の判別ができないという問題がある。例えば、図4中の丸囲みの箇所では、両側の明部のピークが高いため、その間の明部が検出できないことになる。
また、フーリエ変換は、演算量が多く演算負荷が大きい。したがって、一回一回の測定に時間が掛かり高速化の障害になっていた。
また、フーリエ変換を高速化するためには受光検出器300の受光素子の数を2個にしなければならない。このことは受光検出器300の設計にとって大きな制限となっていた。
However, in the filtering by the Fourier transform, there is a problem that light and dark cannot be correctly discriminated when the light intensity distribution includes a local bias. For example, in the circled part in FIG. 4, the peaks of the bright parts on both sides are high, so that the bright parts in between cannot be detected.
In addition, the Fourier transform has a large amount of calculation and a large calculation load. Therefore, it takes a long time to perform each measurement, which is an obstacle to speeding up.
Further, in order to speed up the Fourier transform, the number of light receiving elements of the light receiving detector 300 must be 2 n . This has been a big limitation for the design of the light receiving detector 300.

そこで、明暗解析の信頼性向上とともに測定の高速化および設計自由度の向上を図ることができる光電式エンコーダが望まれている。 Therefore, there is a demand for a photoelectric encoder capable of improving the reliability of light-dark analysis, speeding up measurement, and improving the degree of freedom in design.

本発明の目的は、光強度分布に歪みがある明暗パターンからでも適切な閾値の設定によって正確に明暗の判別を行うことができる光電式エンコーダの信号処理方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a signal processing method for a photoelectric encoder capable of accurately discriminating between light and dark by setting an appropriate threshold value even from a light and dark pattern in which the light intensity distribution is distorted.

本発明の光電式エンコーダの信号処理方法は、
疑似ランダム符号系列に従った2準位符号パターンが測長方向に沿って設けられたスケールと、
前記スケールに沿って相対的に移動可能に設けられ、前記スケール上の擬似ランダム符号系列に基づいてスケール上の絶対位置を検出する検出部と、を備えた光電式エンコーダの信号処理方法であって、
前記2準位符号パターンの一つの符号を、符号"1"または符号"0"とし、一つの符号を表わす2ビットの一つのビットをLまたはHとするとき、
前記検出部は、
前記スケールの検出イメージを取得し、
前記検出イメージに対してモルフォロジー処理を行って下側包絡線と上側包絡線とを算出し、
前記下側包絡線と前記上側包絡線との平均線を求めて、これを閾値線とし、
前記検出イメージと前記閾値線との対比によって二値化処理を行うものであり、
前記モルフォロジー処理では、所定の幅Lを有するサブ区間を前記検出イメージの一方の端から他方の端に移動させながら、前記サブ区間内のデータで光強度の最小値を抽出して前記下側包絡線を得るとともに、前記サブ区間内のデータで光強度の最大値を抽出して前記上側包絡線を得る
ことを特徴とする。
The signal processing method of the photoelectric encoder of the present invention is
A scale in which a two-level code pattern according to a pseudo-random code sequence is provided along the length measurement direction, and
It is a signal processing method of a photoelectric encoder provided with a detection unit which is provided so as to be relatively movable along the scale and detects an absolute position on the scale based on a pseudo-random code sequence on the scale. ,
When one code of the two-level code pattern is the code "1" or the code "0" and one of the two bits representing one code is L or H,
The detector is
Acquire the detection image of the scale and
The detected image is subjected to morphology processing to calculate the lower envelope and the upper envelope.
The average line between the lower envelope and the upper envelope is obtained, and this is used as a threshold line.
The binarization process is performed by comparing the detected image with the threshold line.
In the morphology process, the sub-section having a predetermined width L is moved from one end to the other end of the detection image, and the minimum value of the light intensity is extracted from the data in the sub-section to extract the lower envelope. It is characterized in that a line is obtained and the maximum value of light intensity is extracted from the data in the sub-section to obtain the upper envelope.

本発明の一実施形態では、
一つの前記ビットの幅がW/2であって、
符号"1"はLとHとの組であるAパターンで表現され、
符号"0"は、LとLとの組であるBパターン、および、HとHとの組であるCパターンで表現され、
符号"0"が連続する場合には、前記Bパターンと前記Cパターンとが交互に配置され、
前記サブ区間の幅Lは、1.5W<L<2Wである
ことが好ましい。
In one embodiment of the invention
The width of one bit is W / 2,
The code "1" is represented by the A pattern, which is a set of L and H.
The symbol "0" is represented by a B pattern, which is a set of L and L, and a C pattern, which is a set of H and H.
When the reference numerals "0" are continuous, the B pattern and the C pattern are arranged alternately.
The width L of the sub-section is preferably 1.5 W <L <2 W.

本発明の一実施形態では、
一つの前記ビットの幅がW/2であって、
符号"1"はLとHとの組であるAパターンで表現され、
符号"0"は、LとLとの組であるBパターン、および、HとHとの組であるCパターンで表現され、
符号"0"が連続する場合には、前記Bパターンと前記CパターンとはそれぞれK個まで連続することが許容され、
前記サブ区間の幅Lは、(K+0.5)W<L<(K+1)Wである
ことが好ましい。
In one embodiment of the invention
The width of one bit is W / 2,
The code "1" is represented by the A pattern, which is a set of L and H.
The symbol "0" is represented by a B pattern, which is a set of L and L, and a C pattern, which is a set of H and H.
When the reference numerals "0" are continuous, the B pattern and the C pattern are allowed to be continuous up to K, respectively.
The width L of the sub-section is preferably (K + 0.5) W <L <(K + 1) W.

光電式エンコーダの主要構成を示す図である。It is a figure which shows the main structure of a photoelectric encoder. 受光パターンの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a light receiving pattern. 歪みがある受光パターンの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a light receiving pattern with distortion. 歪みがある受光パターンの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a light receiving pattern with distortion. スケールパターンの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a scale pattern. 符号1および符号0を表現するビットの組み合わせを例示した図である。It is a figure which exemplifies the combination of the bit which expresses the symbol 1 and the symbol 0. 取得された明暗パターンから絶対位置を算出する手順のフローチャートである。It is a flowchart of the procedure of calculating an absolute position from the acquired light-dark pattern. 符号化した結果を例示する図である。It is a figure which illustrates the coded result. 量子化工程ST200の全体フローを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the whole flow of the quantization process ST200. 下側包絡線算出工程の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of the lower envelope calculation process. 下側包絡線ELを算出する過程を模式的に表わす図である。It is a figure which shows typically the process of calculating the lower envelope EL. 下側包絡線、上側包絡線および閾値線を例示した図である。It is a figure which illustrated the lower envelope, the upper envelope and the threshold line.

本発明の実施形態を図示するとともに図中の各要素に付した符号を参照して説明する。
(第1実施形態)
本発明は、光強度分布に歪みがある明暗パターンからでも正確に明暗の判別を行うことができる光電式エンコーダの信号処理方法に関する。
発明のポイントは、"適切な閾値の設定"にあるが、本発明の信号処理(閾値設定)を適用できる前提として、スケールパターン210の設け方にルール(設計ルール)がある。
そこで、まずは、スケールパターン210の設け方を説明する。
An embodiment of the present invention will be illustrated and described with reference to the reference numerals attached to each element in the figure.
(First Embodiment)
The present invention relates to a signal processing method for a photoelectric encoder capable of accurately discriminating between light and dark even from a light and dark pattern in which the light intensity distribution is distorted.
The point of the present invention lies in "setting an appropriate threshold value", but as a premise that the signal processing (threshold value setting) of the present invention can be applied, there is a rule (design rule) in how to provide the scale pattern 210.
Therefore, first, how to provide the scale pattern 210 will be described.

(スケールパターンの説明)
図5は、スケールパターン210の一例である。
このスケールパターン210は、擬似ランダム符号系列の一種であるM系列符号を使用したABS(Absolute)スケールパターンである。
M系列符号パターン内の連続するNコの符号を取り出したとき、M系列符号パターンの一周期内において、このNコの符号パターンと同一のものは一か所にしか出現しない。
図5の例では、"1"と"0"とをランダムに配置したABSスケールパターンにおいて、"1","0"の符号をそれぞれ2ビットで表現している。
符号"1"は非透過部と透過部との組み合わせである。
一方、符号"0"は2ビットとも透過部であるか、2ビットとも非透過部である。
(Explanation of scale pattern)
FIG. 5 is an example of the scale pattern 210.
This scale pattern 210 is an ABS (Absolute) scale pattern using an M-sequence code which is a kind of pseudo-random code sequence.
When the consecutive N codes in the M-sequence code pattern are taken out, the same code pattern of the N codes appears only in one place in one cycle of the M-sequence code pattern.
In the example of FIG. 5, in the ABS scale pattern in which "1" and "0" are randomly arranged, the codes of "1" and "0" are represented by 2 bits, respectively.
The symbol "1" is a combination of a non-transparent portion and a transmissive portion.
On the other hand, the reference numeral "0" is a transparent portion for both 2 bits or a non-transparent portion for both bits.

ここで、後の説明のため、透過部を「明部」(または"H")とし、非透過部を「暗部」(または"L")とする。 Here, for later explanation, the transparent portion is referred to as a “bright portion” (or “H”), and the non-transparent portion is referred to as a “dark portion” (or “L”).

このスケールパターン210の特徴は、符号"0"を表現するのに、二種類のパターン(2ビットとも透過部、2ビットとも非透過部)を使用している点である(図6)。
いま、2ビットとも非透過部をBパターンと称し、2ビットとも透過部をCパターンと称することにする。
符号"0"を表現するにあたっては、BパターンとCパターンとを交互に使用するようにする。つまり、符号"0"が連続する箇所ではBパターンとCパターンとが交互に並ぶようにする。この配列ルールを適用すると、明部(H)も暗部(L)も最大で3つしか連続しないはずである。
The feature of this scale pattern 210 is that two kinds of patterns (transparent part for both 2 bits and non-transparent part for both bits) are used to express the symbol "0" (FIG. 6).
Now, the non-transparent portion of both bits is referred to as a B pattern, and the transmissive portion of both bits is referred to as a C pattern.
In expressing the symbol "0", the B pattern and the C pattern are used alternately. That is, the B pattern and the C pattern are arranged alternately at the positions where the reference numerals "0" are continuous. When this arrangement rule is applied, the bright part (H) and the dark part (L) should be continuous at a maximum of three.

(動作の説明)
受光検出器300で取得された明暗パターンから絶対位置を算出する手順を図7のフローチャートに示す。
この演算処理動作は信号処理部400で実行される。
まず、信号処理部400は、受光検出器300の受光素子アレイからの信号を順次掃引してABSスケール200の透過光パターンを画像イメージとして取得する(ST110)。そして、取得した検出イメージを順次量子化していく(ST200)。つまり、取得された明暗パターンの光強度に対して閾値判定を行い、暗部と明部とを区別して2値化する。
この際の閾値設定については後述する。
暗部を"L"とし明部を"H"とする。
(Explanation of operation)
The procedure for calculating the absolute position from the light / dark pattern acquired by the light receiving detector 300 is shown in the flowchart of FIG.
This arithmetic processing operation is executed by the signal processing unit 400.
First, the signal processing unit 400 sequentially sweeps the signals from the light receiving element array of the light receiving detector 300 and acquires the transmitted light pattern of the ABS scale 200 as an image image (ST110). Then, the acquired detection images are sequentially quantized (ST200). That is, the threshold value is determined for the light intensity of the acquired light / dark pattern, and the dark part and the bright part are distinguished and binarized.
The threshold setting at this time will be described later.
The dark part is "L" and the bright part is "H".

続いて、符号化を行う(ST310)。
2ビットで1つの符号を表す。
(L、H)の組は符号"1"に変換される。
(L、L)および(H、H)の組は符号"0"に変換される。
図8は、符号化した結果の例示である。
Subsequently, encoding is performed (ST310).
Two bits represent one code.
The set of (L, H) is converted to the code "1".
The pair of (L, L) and (H, H) is converted to the sign "0".
FIG. 8 is an example of the coded result.

このようにして符号化されたデータを用いて参照パターンとの相関演算を行う(ST320)。相関演算で最も高い相関を示す位置が現在の絶対位置として求められる(ST330)。
なお、参照パターンとしては、例えば、設計ルール通りに設けられたスケールパターンを用いればよい。
Correlation calculation with the reference pattern is performed using the data encoded in this way (ST320). The position showing the highest correlation in the correlation operation is obtained as the current absolute position (ST330).
As the reference pattern, for example, a scale pattern provided according to the design rule may be used.

(量子化工程ST200)
さて、量子化工程ST200の全体フローを図9のフローチャートに示す。
量子化工程ST200は、閾値線算出工程ST201と、明暗判定工程ST240と、を有する。
ここで、閾値線算出工程ST201は、下側包絡線算出工程ST210と、上側包絡線算出工程ST220と、上側包絡線EUと下側包絡線ELとの中間のラインを算出する中心線算出工程ST230と、を有する。
(Quantization process ST200)
Now, the overall flow of the quantization step ST200 is shown in the flowchart of FIG.
The quantization step ST200 includes a threshold line calculation step ST201 and a light / dark determination step ST240.
Here, the threshold line calculation step ST201 is a center line calculation step ST230 for calculating an intermediate line between the lower envelope calculation step ST210, the upper envelope calculation step ST220, and the upper envelope EU and the lower envelope EL. And have.

図10は、下側包絡線算出工程ST210の手順を示すフローチャートである。また、図11は、下側包絡線ELを算出する過程を模式的に表わす図である。
下側包絡線算出工程ST210では、まず、幅がLのサブ区間を設定する(ST211)。サブ区間の幅Lは、スケールパターン210の一つの符号の幅をWとしたとき次のように表わされる。
FIG. 10 is a flowchart showing the procedure of the lower envelope calculation step ST210. Further, FIG. 11 is a diagram schematically showing the process of calculating the lower envelope EL.
In the lower envelope calculation step ST210, first, a sub-section having a width L is set (ST211). The width L of the sub-section is expressed as follows, where W is the width of one sign of the scale pattern 210.

1.5W<L<2W 1.5W <L <2W

ちなみに、スケールパターン210の設計ルールとして符号"0"が連続する箇所ではBパターンとCパターンとが交互に並ぶようにしたので、上記の式でサブ区間の幅Lを設定すると閾値の設定に適切な包絡線(上側包絡線EU、下側包絡線EL)が得られる。
もし、BパターンとCパターンとが「交互」ではなく、K個まで連続することを許容するという設計ルールを採用した場合、幅Lの範囲は次のようになる。
By the way, as a design rule of the scale pattern 210, the B pattern and the C pattern are arranged alternately in the place where the sign "0" is continuous, so if the width L of the sub-section is set by the above formula, it is appropriate for setting the threshold value. Envelopes (upper envelope EU, lower envelope EL) can be obtained.
If the design rule is adopted that the B pattern and the C pattern are not "alternate" but are allowed to be continuous up to K, the range of the width L is as follows.

(K+0.5)W<L<(K+1)W (K + 0.5) W <L <(K + 1) W

このサブ区間を受光領域の左から右に移動させつつ(ST212、ST216)、サブ区間内のデータで光強度の最小値を抽出していき(ST213)、抽出したデータを順に下側包絡線ELのデータとして登録していく(ST214)。
なお、サブ区間のシフト量は、受光素子アレイのピッチPと等しい(ST216)。
この手順により下側包絡線ELが得られる(図11、図12)。
While moving this sub-section from the left to the right of the light receiving region (ST212, ST216), the minimum value of the light intensity is extracted from the data in the sub-section (ST213), and the extracted data are sequentially extracted from the lower envelope EL. It is registered as the data of (ST214).
The shift amount in the sub section is equal to the pitch P of the light receiving element array (ST216).
This procedure gives the lower envelope EL (FIGS. 11 and 12).

なお、「線」と表現しているが、上記の処理で求まる下側包絡線ELというのは、離散的な点データの列である。この離散的な点データに対してスムージングや補間処理をしてもよいし、スプライン曲線等の近似曲線を求めてもよいだろう。ただ、補間やカーブフィッティングをしなくても、後述する上側包絡線EUも下側包絡線ELと同じ数のデータを持つので、上側包絡線EUと下側包絡線ELとから中心線(閾値線TL)を求められる。
さらに、中心線(閾値線TL)を構成する各データは、受光検出器(受光素子アレイ)で取得される明暗パターンの各データと左から順に対応がつく(右端の1点については捨てることになるかもしれないが瑣末なことである。)
したがって、明暗パターンの各データを閾値線TLの各データと対比して明暗判定もできる。
したがって、補間やカーブフィッティングなどの演算は不要である。
Although expressed as a "line", the lower envelope EL obtained by the above processing is a sequence of discrete point data. Smoothing or interpolation processing may be performed on this discrete point data, or an approximate curve such as a spline curve may be obtained. However, even if interpolation or curve fitting is not performed, the upper envelope EU, which will be described later, has the same number of data as the lower envelope EL, so the center line (threshold line) from the upper envelope EU and the lower envelope EL. TL) is required.
Furthermore, each data constituting the center line (threshold line TL) corresponds to each data of the light / dark pattern acquired by the light receiving detector (light receiving element array) in order from the left (one point at the right end is discarded. It may be, but it is trivial.)
Therefore, the light / dark determination can be made by comparing each data of the light / dark pattern with each data of the threshold line TL.
Therefore, operations such as interpolation and curve fitting are unnecessary.

同じ手順で上側包絡線EUも算出する(ST220)。下側包絡線ELの場合との違いは、サブ区間内のデータで光強度の最大値を抽出する点だけである。 The upper envelope EU is also calculated by the same procedure (ST220). The only difference from the case of the lower envelope EL is that the maximum value of the light intensity is extracted from the data in the sub-section.

もちろん、サブ区間内のデータを見たときに最大値と最小値とを同時に抽出してよい。最大値は上側包絡線EUの点とし、最小値は下側包絡線ELの点として登録していけば、サブ区間が左端から右端まで移動すると、上側包絡線EUと下側包絡線ELとがそれぞれ得られる。 Of course, the maximum value and the minimum value may be extracted at the same time when the data in the sub-section is viewed. If the maximum value is registered as the point of the upper envelope EU and the minimum value is registered as the point of the lower envelope EL, when the sub-section moves from the left end to the right end, the upper envelope EU and the lower envelope EL become Each can be obtained.

中心線算出工程(ST230)では、上側包絡線EUと下側包絡線ELとのちょうど中間のラインを求める。つまり、上側包絡線EUの点と下側包絡線ELの点とを対応する点同士で足して、2で割ればよい(つまり平均を求める)。このようにして求まった中心線を閾値線TLとする。 In the center line calculation step (ST230), a line just intermediate between the upper envelope EU and the lower envelope EL is obtained. That is, the points of the upper envelope EU and the points of the lower envelope EL may be added by the corresponding points and divided by 2 (that is, the average is obtained). The center line thus obtained is defined as the threshold line TL.

受光検出器300で取得された明暗パターンを閾値線TLに対比し、明か暗かを二値化していく。これで、受光検出器300で取得された明暗パターンが量子化された。この後、符号化、相関演算は既知の技術であるから説明は割愛する。 The light-dark pattern acquired by the light-receiving detector 300 is compared with the threshold line TL, and whether it is light or dark is binarized. Now, the light-dark pattern acquired by the light-receiving detector 300 is quantized. After this, since coding and correlation calculation are known techniques, explanations are omitted.

本実施形態によれば次の効果を奏する。
受光検出器300で取得された明暗パターンに対して上側および下側の包絡線(EU、EL)を求め、上側包絡線EUと下側包絡線ELとの間の中間を閾値線TLとしている。
このとき、サブ区間の幅Lを適切に設定したので取得された明暗パターンの歪みに適切に追従した上下の包絡線(EU、EL)が得られ、したがって、明暗パターンの歪みに適切に追従した閾値線TLが得られる。
(なお、このようにサブ区間の幅Lを適切に設定できるのは、スケールパターン210の設計ルールとして"明"が連続する上限および"暗"が連続する上限を設けているからである。)
これにより、検出イメージの明暗パターンがどんなに歪んでいたとしても、すべての「明」およびすべての「暗」を正確に判別する閾値線TLが得られる。正確な量子化は正確な符号化および相関演算に繋がり、光電式エンコーダの測定精度、測定の信頼度の向上に繋がる。
According to this embodiment, the following effects are obtained.
The upper and lower envelopes (EU, EL) are obtained for the light-dark pattern acquired by the light-receiving detector 300, and the middle between the upper envelope EU and the lower envelope EL is set as the threshold line TL.
At this time, since the width L of the sub-section was appropriately set, the upper and lower envelopes (EU, EL) that appropriately followed the distortion of the acquired light-dark pattern were obtained, and therefore, the distortion of the light-dark pattern was appropriately followed. The threshold line TL is obtained.
(It should be noted that the reason why the width L of the sub-section can be appropriately set in this way is that the upper limit for continuous "bright" and the upper limit for continuous "dark" are set as the design rule of the scale pattern 210.)
This provides a threshold line TL that accurately discriminates between all "bright" and all "dark", no matter how distorted the light-dark pattern of the detected image. Accurate quantization leads to accurate coding and correlation calculation, which leads to improvement of measurement accuracy and measurement reliability of photoelectric encoder.

また、本実施形態は、フーリエ変換に比べて演算が簡単であり、受光素子の数の制限もない。 Further, in this embodiment, the calculation is simpler than the Fourier transform, and there is no limitation on the number of light receiving elements.

なお、本発明は上記実施形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
上記実施形態では、ABSスケールが透過型であるとしたが、反射型のスケールであってもよい。
上記実施形態では直線型のスケールおよびエンコーダを例示したが、本発明はロータリーエンコーダにも適用できる。
The present invention is not limited to the above embodiment, and can be appropriately modified without departing from the spirit.
In the above embodiment, the ABS scale is a transmissive type, but a reflective scale may be used.
Although linear scales and encoders have been exemplified in the above embodiments, the present invention can also be applied to rotary encoders.

100…光電式エンコーダ、
110…光源、112…レンズ、
200…メインスケール、210…スケールパターン、
300…受光検出器、
400…信号処理部。
100 ... photoelectric encoder,
110 ... light source, 112 ... lens,
200 ... main scale, 210 ... scale pattern,
300 ... light receiving detector,
400 ... Signal processing unit.

Claims (3)

疑似ランダム符号系列に従った2準位符号パターンが測長方向に沿って設けられたスケールと、
前記スケールに沿って相対的に移動可能に設けられ、前記スケール上の擬似ランダム符号系列に基づいてスケール上の絶対位置を検出する検出部と、を備えた光電式エンコーダの信号処理方法であって、
前記2準位符号パターンの一つの符号を、符号"1"または符号"0"とし、一つの符号を表わす2ビットの一つのビットをLまたはHとするとき、
前記検出部は、
前記スケールの検出イメージを取得し、
前記検出イメージの下側包絡線と上側包絡線とを算出し、
前記下側包絡線と前記上側包絡線との中間のラインを閾値線とし、
前記検出イメージと前記閾値線との対比によって二値化処理を行うものであり、
前記検出イメージの前記下側包絡線と前記上側包絡線とを算出する工程は、所定の幅Lを有するサブ区間を前記検出イメージの一方の端から他方の端に移動させながら、前記サブ区間内のデータで光強度の最小値を抽出して前記下側包絡線を得るとともに、前記サブ区間内のデータで光強度の最大値を抽出して前記上側包絡線を得るものである
ことを特徴とする光電式エンコーダの信号処理方法。
A scale in which a two-level code pattern according to a pseudo-random code sequence is provided along the length measurement direction, and
It is a signal processing method of a photoelectric encoder provided with a detection unit which is provided so as to be relatively movable along the scale and detects an absolute position on the scale based on a pseudo-random code sequence on the scale. ,
When one code of the two-level code pattern is the code "1" or the code "0" and one of the two bits representing one code is L or H,
The detector is
Acquire the detection image of the scale and
The lower envelope and the upper envelope of the detected image are calculated, and the envelope is calculated.
The line between the lower envelope and the upper envelope is set as the threshold line.
The binarization process is performed by comparing the detected image with the threshold line.
The step of calculating the lower envelope and the upper envelope of the detection image is to move the sub-section having a predetermined width L from one end of the detection image to the other end of the sub-section. The minimum value of the light intensity is extracted from the data in the subsection to obtain the lower envelope, and the maximum value of the light intensity is extracted from the data in the sub-section to obtain the upper envelope .
A signal processing method for a photoelectric encoder.
請求項1に記載の光電式エンコーダの信号処理方法において、
一つの前記ビットの幅がW/2であって、
符号"1"はLとHとの組であるAパターンで表現され、
符号"0"は、LとLとの組であるBパターン、および、HとHとの組であるCパターンで表現され、
符号"0"が連続する場合には、前記Bパターンと前記Cパターンとが交互に配置され、
前記サブ区間の幅Lは、1.5W<L<2Wである
ことを特徴とする光電式エンコーダの信号処理方法。
In the signal processing method of the photoelectric encoder according to claim 1,
The width of one bit is W / 2,
The code "1" is represented by the A pattern, which is a set of L and H.
The symbol "0" is represented by a B pattern, which is a set of L and L, and a C pattern, which is a set of H and H.
When the reference numerals "0" are continuous, the B pattern and the C pattern are arranged alternately.
A signal processing method for a photoelectric encoder, wherein the width L of the sub section is 1.5 W <L <2 W.
請求項1に記載の光電式エンコーダの信号処理方法において、
一つの前記ビットの幅がW/2であって、
符号"1"はLとHとの組であるAパターンで表現され、
符号"0"は、LとLとの組であるBパターン、および、HとHとの組であるCパターンで表現され、
符号"0"が連続する場合には、前記Bパターンと前記CパターンとはそれぞれK個まで連続することが許容され、
前記サブ区間の幅Lは、(K+0.5)W<L<(K+1)Wである
ことを特徴とする光電式エンコーダの信号処理方法。
In the signal processing method of the photoelectric encoder according to claim 1,
The width of one bit is W / 2,
The code "1" is represented by the A pattern, which is a set of L and H.
The symbol "0" is represented by a B pattern, which is a set of L and L, and a C pattern, which is a set of H and H.
When the reference numerals "0" are continuous, the B pattern and the C pattern are allowed to be continuous up to K, respectively.
A signal processing method for a photoelectric encoder, wherein the width L of the sub-section is (K + 0.5) W <L <(K + 1) W.
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