CN106895797B - 一种转子偏移角度判定方法及校正装置 - Google Patents

Abstract

本发明一种转子偏移角度判定方法，通过CCD摄像机拍照形成灰度图像，将相对较亮的中心部分和相对暗淡的边缘部分进行分开处理，再将中分开后的灰度图像边缘线部分距中心线部分分成数个像素组成的小块图像，最终将结果整合，测出转子硅钢片槽边缘中心线与边缘线间的数值，通过反三角函数计算得到偏移角度，反馈给PLC；一种转子偏移角度校正装置，包括安装架和安装在安装架上的夹持定位机构及压装横移机构，压装横移装置下方的安装架上设有多个托盘模具及阻挡机构，压装横移装置上安装有抓取机械手；还包括安装架上用于检测转子硅钢片位置的CCD摄像机、CCD光源、CCD显示屏及低通滤波器，安装架上还设有控制机器动作的控制面板和检测用光电传感器。

Description

一种转子偏移角度判定方法及校正装置

技术领域

本发明涉及一种电机转子硅钢片偏移角度的判定方法及校正这种偏移角度的装置，属于微型电机或汽车电机生产领域。

背景技术

转子是电机实现电能与机械能转换的动力部件，电机的动力输出是由电机转子来完成的。电机转子一般分为内置式和外置式两种旋转方式，内置式转子是以电机转轴为旋转体，外置式转子是以电机外壳为旋转体，电机不同的旋转方式满足了各种不同需求的应用场合。转子是电机动力输出的核心部件，对电机转子功能的设定关乎电机的输出特性。微型电机生产行业一直都是劳动力密集型产业，因其产品的特殊性一直无法实现自动化生产，如产品部件来料统一性差、无规则等，在电机转子与整流子生产装配过程中需要大量人工来目测定位产品、识别方向，或通过大量照片比对，导致生产产能低、质量无法得到有效的保障，生产成品合格率低；随着当前劳动力成本的增加及劳动力需求缺口加大等因素，导致微型电机企业总体生产成本急剧上升及影响行业的健康发展。

然而，近年来随汽车行业的大力发展，各种电器产品的日益广泛的应用，微型电机的产量及质量都在需求一个大的提升，传统人工判定电机转子与整流子偏移角度的方式已经无法满足产品效率和产品质量要求，市场因素要求减少人力成本输入，提高生产效率，非常需要一种自动化程度高的判定微型电机转子硅钢片与整流子偏移角度的判定方法及自动校正装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种CCD摄像机视觉自动检测判定电机转子硅钢片偏移角度的方法及安装整流子时偏移角度补偿校正装置，能兼容运行不同环境实时抓拍识别处理，并实现智能检测角度值判定，取代人工目测定位产品、识别方向，节约人力资本，确保装配产品质量，以克服现有技术中的不足。

为实现上述目的，本发明实施例是这样实现的，一种CCD摄像机检测转子偏移角度判定方法，所述方法包括以下步骤：

图像准备过程：

A、托盘模具由输送台上阻挡定位，转子夹持机构把转子夹住、转子硅钢片置于方格角标准图上，通过方格角标准图的方格角交点进行转子硅钢片与取像设备的平行测定，用于减少判断误差；

B、采用彩色功能的边缘检测提高了边缘寻找的空间域、灵敏度和边缘检测精度；

C、调整取像设备的焦距，采用基于方格角标准图的对焦自动判定方法，实现自动对焦的判定，本方法基于方格角标准图产生亮度分布柱状图，并由亮度分布柱状图来判定对焦，该判定方法能确保对焦处于理想状态；

D、将获得的图像数据传输至计算机，通过自动寻边算法，检测出转子硅钢片的边缘，由于在测量时，取像设备的视角会略大于待测物平面，因此获取的图像多出的部分必须通过自动寻边算法去除，而本方法中的自动寻边算法利用平行测定对图像进行横向纵向平均，利用平均值的跳变进行判断；

以及，图像识别过程：

E、通过计算机内置的低通滤波器对图像信号进行处理，去除图像信号中的摩尔纹，同时该过程也会过滤图像数字化过程中产生的白噪声；

F、将灰度图像分成边缘部分以及中心部分，将相对较亮的中心部分和相对暗淡的边缘部分进行分开处理；

G、将分开后的灰度图像边缘线部分与中心线部分分成数个像素组成的小块图像，对每个小块图像进行长度识别，最终将结果整合，测出转子硅钢片槽边缘中心线与边缘线间距d的数值，其中，小块图像的大小取决于针对性的测量精度而调整；

H、依据测出转子硅钢片槽边缘中心线与边缘线的间距数值，通过反三角函数求得偏移角度θ=arc sin(d/R)，反馈给PLC完成转子硅钢片偏移角度判定。

优选的，所述取像设备包括一CCD摄像机，所述CCD摄像机上设有成像镜头，所述成像镜头具有固定焦距。

优选的，步骤A采用自动模式特征点识别算法进行平行测定及采用基于GPU的平行计算方法。

本发明实施例的另一目的在于提供一种转子偏移角度校正装置，所述装置包括：包括安装架和安装在安装架上的转子夹持定位机构及压装横移机构，压装横移机构下方的安装架上设有多个托盘模具及阻挡机构，压装横移机构上安装有抓取机械手；还包括安装架上用于检测转子硅钢片位置的CCD摄像机、CCD光源、CCD显示屏及低通滤波器；安装架上还设有控制机器动作的控制面板和检测用光电传感器。人工放置整流子到托盘模具上，电机转子、蒙套随托盘模具由上一工序输送，托盘模具阻挡定位好、同时转子夹持定位机构夹持好转子，CCD摄像机检测判定转子硅钢片定位槽边线的偏转角度，反馈给PLC再发送信号给抓取机械手上的测角度伺服电机，抓取机械手由托盘模具上抓取整流子，根据PLC反馈信号旋转一补偿校正角度，再把整流子压装到定位好的转子轴上，使整流子片槽中心线与转子硅钢片槽中心线对齐，并且检测装配后整流子的高度，不合格品自动剔除，合格品随托盘模具2由托盘输送台输出。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、整个过程，从对焦、亮度判定、寻边以及最终识别判定角度值，均为自动智能操作，无需人为调整，节约了人力成本；

2、兼容运行不同环境对不同类型大小的转子硅钢片都能进行识别处理；

3、计算以定点运算为主，避免了通常的大量浮点运算，利于进一步的开发运用在嵌入式系统；

4、计算过程相互独立，有效提高了系统的性能，为实时运算提供了保证；

5、自动检测判定电机转子硅钢片偏移角度的方法及安装整流子时角度补偿校正装置，取代人工目测定位产品、识别方向，节约人力资本，确保装配产品质量。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明专利进一步说明。

图1为本发明的虚拟标准角度转子硅钢片偏移角度图。

图2为本发明的虚拟标准转子定位硅钢片槽边线图。

图3为本发明一种转子偏移角度校正装置的主视图。

图4为本发明一种转子偏移角度校正装置的俯视图。

图5为本发明一种转子偏移角度校正装置的立体图。

图6为本发明包含的转子夹持定位机构的立体图。

图7为本发明包含的压装横移机构的立体图。

图8为本发明包含的抓取机械手的立体图。

图中，1、安装架；2、托盘模具；3、控制面板；4、光电传感器；5、CCD光源；6、夹持定位机构；7、CCD摄像机；8、抓取机械手；9、压装横移机构；10、CCD显示屏；11、低通滤波器；61、夹持固定板；62、夹持缓冲器；63、夹持导杆；64、夹持推送气缸；65、夹持导套；66、夹持安装板；67、夹持推送板；68、定位夹爪；69、定位气爪；81、压装位移传感器；82、测角度伺服电机；83、抓取安装板；84、传感器支架；85、检测传感器；86、抓取三爪气缸； 87、抓取夹爪；88、角度传动箱；91、压装横移支架；92、防尘箱；93、机械手安装架；94、横移缓冲器；95、限位挡块；96、限位器；97、横移固定架；98、横移气缸；99、滚珠丝杆螺母；910、伺服电机；911、横移推送板；912、横移直线导轨。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对当前具体实施方式具体描述，所附的权利要求和附图是为了本发明的结构和其他方面、特征和优点将更容易理解，其中相同的附图标记用于指示相同的部件。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明并不用于限定本发明的保护范围。

请参阅图1和图2，采用远心镜头进行拍照的拍照方式，相机前后距离在189±11mm内，确保成像大小在规定范围内保持不变。将灰度图像分成边缘部分以及中心部分，将相对较亮的中心部分和相对暗淡的边缘部分进行分开处理；再将中分开后的灰度图像边缘线部分或中心线部分分成数个像素组成的小块图像，对每个小块图像进行长度识别，最终将结果整合，测出转子硅钢片槽边缘中心线与边缘线d的数值，其中，小块图像的大小取决于针对性的精度而调整；最后依据测出转子硅钢片槽边缘中心线与边缘线的数值，通过反三角函数求得偏移角度θ=arc sin(d/R)，反馈给PLC完成转子硅钢片偏移角度判定。

请参阅图3、图4和图5，本发明一实施例一种转子偏移角度校正装置包括安装架1和安装在安装架1上的转子夹持定位机构6及压装横移机构9，压装横移机构9下方的安装架1上设有多个托盘模具2及阻挡机构，压装横移机构9上安装有抓取机械手8；还包括安装架1上用于检测转子硅钢片位置的CCD摄像机7、CCD光源5、CCD显示屏10及低通滤波器11；安装架1上还设有控制机器动作的控制面板5和检测用光电传感器8。人工放置整流子到托盘模具2上，电机转子、蒙套随托盘模具2由上一工序输送，托盘模具2阻挡定位好、同时转子夹持定位机构6夹持好转子，CCD摄像机7检测判定转子硅钢片定位槽边线的偏转角度，反馈给PLC再发送信号给抓取机械手8上的测角度伺服电机，抓取机械手8由托盘模具2上抓取整流子，根据PLC反馈信号旋转一补偿校正角度，再把整流子压装到定位好的转子轴上，并且检测装配后整流子的高度，不合格品自动剔除，合格品随托盘模具2由托盘输送台输出。

请参阅图6，所述转子夹持定位机构6包括夹持安装板66和安装在夹持安装板66上的夹持导套65及夹持推送气缸64，夹持导套65内设有夹持导杆63，夹持导杆63一端与夹持固定板61固定、另一端与夹持推送板67相联，夹持推送板67中间与夹持推送气缸64的活塞杆相联，夹持固定板61上还设有夹持缓冲器62，夹持推送板67上安装有定位气爪69及定位夹爪68。托盘顶升装置2把托盘模具4顶起后，夹持推送气缸64伸出带动定位气爪69及定位夹爪68前移，定位气爪69驱动定位夹爪68夹住电机转子的硅钢片，将电机转子定位好。

请参阅图7及图8，所述抓取机械手8包括抓取安装板83和安装在抓取安装板83上的测角度伺服电机82及压装位移传感器81，抓取安装板83下面还安装有角度传动箱88，一侧设有传感器支架84，传感器支架84上装有检测传感器85，角度传动箱88下方安装有抓取三爪气缸86和三个抓取夹爪87。测角度伺服电机82能够通过角度传动箱88驱动抓取三爪气缸86带动整流子旋转一定角度，旋转角度由CCD摄像机7检测转子硅钢片得偏移角度确定，压装位移传感器81的设置能够测量整流子压装到转子轴上高度，不合格品剔除，合格品由托盘模具2通过托盘输送台输出。

请参阅图8及图7，所述压装横移机构9包括压装横移支架91和安装在压装横移支架91上的限位器96、滚珠丝杆螺母99及防尘箱92，滚珠丝杆螺母99由伺服电机910驱动、外面设有防尘箱92，横移固定架97安装在滚珠丝杆螺母99的螺母上，并通过限位挡块95与限位器96相联；横移固定架97内设有横移直线导轨912，横移推送板911与安装在横移固定架97上的横移气缸98的活塞杆相联，能够沿横移直线导轨912滑动，横移推送板911前面还设有机械手安装架93，横移固定架97的两端还安装有横移缓冲器94。转子夹持定位机构6夹持好电机转子后，伺服电机910驱动机械手安装架93下移，带动抓取机械手8下移抓取托盘模具4上的整流子后再上升，横移气缸98活塞杆缩回带动抓取机械手8抓取的整流子移到托盘模具4上的电子转子正上方，最后伺服电机910驱动滚珠丝杆螺母99带动安装在机械手安装架93上的抓取机械手10，把整流子压装到电机转子轴上完成装配。

本发明所述控制面板3其与所述电机转子轴装整流子装配设备电控箱连接，包括PLC控制装置、触摸式显示屏、CCD摄像机、CCD显示屏和低通滤波器，电气控制系统还包括多个感应开关及压装位移传感器；提供一种CCD摄像机视觉自动检测判定电机转子硅钢片偏移角度的方法及安装整流子时角度补偿校正装置， CCD摄像机检测判定转子硅钢片定位槽边线的偏转角度，反馈给PLC再发送信号给抓取机械手上的测角度伺服电机，抓取机械手由托盘模具上抓取整流子，根据PLC反馈信号旋转一补偿校正角度，再把整流子压装到定位好的转子轴上，使整流子片槽中心线与转子硅钢片槽中心线对齐，补偿校正装置还包括压装横移机构、转子定位夹持机构及抓取机械手，剔除不合格品，使得电机转子与整流子装配更可靠，确保产品质量、提高了生产效率，节省了人力资源。

具体实施方式的内容仅为本发明的优选实施例，并非用来限定本发明的实施范围；本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围；凡是依照本发明的权利要求保护范围所做的各种等同变换和改进，均被本发明的权利要求保护范围覆盖。

Claims (4)

1.一种转子偏移角度校正装置，其特征在于：包括安装架（1）和安装在安装架（1）上的转子夹持定位机构（6）及压装横移机构（9），压装横移机构（9）下方的安装架（1）上设有多个托盘模具（2）及阻挡机构，压装横移机构（9）上安装有抓取机械手（8），还包括安装架（1）上用于检测转子硅钢片位置的CCD摄像机（7）、CCD光源（5）、CCD显示屏（10）及低通滤波器（11），安装架（1）上还设有控制机器动作的控制面板（3）和检测用光电传感器（4）；人工放置整流子到托盘模具（2）上，电机转子、蒙套随托盘模具（2）由上一工序输送，托盘模具（2）阻挡定位好、同时转子夹持定位机构（6）夹持好转子，CCD摄像机（7）检测判定转子硅钢片定位槽边线的偏移角度，反馈给PLC再发送信号给抓取机械手（8）上的测角度伺服电机（82），抓取机械手（8）由托盘模具（2）上抓取整流子，根据PLC反馈信号旋转一补偿校正角度，其中所述转子硅钢片定位槽边线偏移角度判定方法包括以下步骤：

图像准备过程：

A、托盘模具由输送台上阻挡定位，转子夹持机构把转子夹住、转子硅钢片置于方格角标准图上，通过方格角标准图的方格角交点进行转子硅钢片与取像设备的平行测定，用于减少判断误差；

B、采用彩色功能的边缘检测提高了边缘寻找的空间域、灵敏度和边缘检测精度；

C、调整取像设备的焦距，采用基于方格角标准图的对焦自动判定方法，实现自动对焦的判定，本方法基于方格角标准图产生亮度分布柱状图，并由亮度分布柱状图来判定对焦，该判定方法能确保对焦处于理想状态；

D、将获得的图像数据传输至计算机，通过自动寻边算法，检测出转子硅钢片的边缘，由于在测量时，取像设备的视角会略大于待测物平面，因此获取的图像多出的部分必须通过自动寻边算法去除，而本方法中的自动寻边算法利用平行测定对图像进行横向纵向平均，利用平均值的跳变进行判断；

以及，图像识别过程：

E、通过计算机内置的低通滤波器对图像信号进行处理，去除图像信号中的摩尔纹，同时该过程也会过滤图像数字化过程中产生的白噪声；

F、将灰度图像分成边缘部分以及中心部分，将相对较亮的中心部分和相对暗淡的边缘部分进行分开处理；

G、将分开后的灰度图像边缘线部分与中心线部分分成数个像素组成的小块图像，对每个小块图像进行长度识别，最终将结果整合，测出转子硅钢片槽边缘中心线与边缘线间距d的数值，其中，小块图像的大小取决于针对性的测量精度而调整；

H、依据测出转子硅钢片槽边缘中心线与边缘线的间距数值，通过反三角函数求得偏移角度θ=arc sin(d/R)，反馈给PLC完成转子硅钢片偏移角度判定。

2.根据权利要求1所述的一种转子偏移角度校正装置，其特征在于：所述转子夹持定位机构（6）包括夹持安装板（66）和安装在夹持安装板（66）上的夹持导套（65）及夹持推送气缸（64），夹持导套（65）内设有夹持导杆（63），夹持导杆（63）一端与夹持固定板（61）固定、另一端与夹持推送板（67）相联，夹持推送板（67）中间与夹持推送气缸（64）的活塞杆相联，夹持固定板（61）上还设有夹持缓冲器（62），夹持推送板（67）上安装有定位气爪（69）及定位夹爪（68）。

3.根据权利要求1所述的一种转子偏移角度校正装置，其特征在于：所述抓取机械手（8）包括抓取安装板（83）和安装在抓取安装板（83）上的测角度伺服电机（82）及压装位移传感器（81），抓取安装板（83）下面还安装有角度传动箱（88），一侧设有传感器支架（84），传感器支架（84）上装有检测传感器（85），角度传动箱（88）下方安装有抓取三爪气缸（86）和三个抓取夹爪（87）。

4.根据权利要求1所述的一种转子偏移角度校正装置，其特征在于：所述压装横移机构（9）包括压装横移支架（91）和安装在压装横移支架（91）上的限位器（96）、滚珠丝杆螺母（99）及防尘箱（92），滚珠丝杆螺母（99）由伺服电机（910）驱动、外面设有防尘箱（92），横移固定架（97）安装在滚珠丝杆螺母（99）的螺母上，并通过限位挡块（95）与限位器（96）相联；横移固定架（97）内设有横移直线导轨（912），横移推送板（911）与安装在横移固定架（97）上的横移气缸（98）的活塞杆相联，能够沿横移直线导轨（912）滑动，横移推送板（911）前面还设有机械手安装架（93），横移固定架（97）的两端还安装有横移缓冲器（94）。