CN108106549B - 一种电机转子磁钢片装配径向缺陷的结构光检测方法 - Google Patents

Abstract

一种电机转子磁钢片装配径向缺陷的结构光检测方法，该方法采用线激光器，使发射的激光束照射在过厚或过薄磁钢片上，首先建立线激光照射在磁钢片表面的投影变形模型：使旋转工作台匀速转动，CCD工业相机拍摄记录磁钢片表面的投影折线，并进行二值化处理；当磁钢片装配存在径向缺陷时，折线之间的夹角也会发生变化；计算出投影各折线段之间的斜率绝对值的差值，比较获得的各折线段斜率绝对值的差值与线激光照射在装配合格磁钢片表面各折线段斜率绝对值差值的阈值，超出阈值则判断磁钢片存在装配径向缺陷。本发明中采用的结构光检测方法可以代替人工检测操作，检测准确率高，性能可靠，抗干扰能力强，系统结构简单，所需工业相机数量少，成本低。

Description

一种电机转子磁钢片装配径向缺陷的结构光检测方法

技术领域

本发明涉及一种光学的投影测量技术，特别是针对一种贴片装配径向缺陷的结构光检测方法。

背景技术

随着电动车的普及使用，电动车大功率高效电机的需求量剧增。电动车电机包括定子和转子。定子由多个相互冲压叠加成的硅钢片组成，硅钢片中定子齿槽设有定子绕组。转子在定子的外侧，由轮辋和粘接在轮辋内侧的多个同心瓦形磁钢片组成。为保证转子在定子腔内能自由转动，必须使磁钢片与定子硅钢片之间保持一层空气间隙。间隙过大，磁阻增加，励磁损耗增大，电机功率因数下降，电机性能将变坏。间隙过小，会使间隙谐波磁场增大，电机杂散损耗和噪声增加，最大转矩和启动转矩都减小。空气间隙太小还容易使运行中的转子和定子碰擦，发生扫膛现象，降低运行可靠性。

正常情况下，转子磁钢片和定子硅钢片之间形成固定空气间隙。转子磁钢片装配过程中出现的两种情况会改变空气间隙距离：一、磁钢片厚度大于(小于)正常值，导致空气间隙减小(增大)，该类型磁钢片需要剔除。二、磁钢片厚度正常，在贴片过程中铁砂粘接在轮辋表面，使磁钢片一端向内凸起，空气间隙骤减。该情况下，需要清除铁砂，重新贴片。

目前主要采用人工目视的方法检测磁钢片装配缺陷。人工目视检测方法需要多个角度翻转实现缺陷检查，工作效率低。当检测数量较大时，容易产生视觉疲劳，漏检率高，劳动强度大。随着计算机视觉技术的发展，通过工业相机配合合适的光源，进行缺陷检测的方法被广泛应用。对于装配径向缺陷，无法从圆心处放置的工业相机中获取深度信息。采用工业相机沿平行于转子轴向进行拍摄获取图片的检测方式只能获得磁钢片一侧的装配径向误差，在单件电机转子磁钢片的装配检测过程中，需要人工将转子翻转180°，严重影响检测效率。

通过对目前常用的几种磁钢片装配径向缺陷检测方法的介绍可以看出，光学检测法具有广泛的应用前景。为满足工业装配领域不断提高的装配精度要求，越来越多的光学检测方法不断被研究和开发。

发明内容

本发明的目的是提供一种电机转子磁钢片装配径向缺陷的结构光检测方法，使其实现具有结构简单、抗干扰能力强、对环境无特殊要求，且灵敏度高等优点，从而进一步提高检测效率。

本发明的技术方案如下：

一种电机转子磁钢片装配径向缺陷的结构光检测方法，其特征在于所述方法包括如下步骤:

1)建立线激光照射在磁钢片表面的投影变形模型：线激光照射在过厚或过薄磁钢片上时，对应的结构光投影变形模型为投影线段平移线激光照射在轮辋粘接铁砂的磁钢片上时，对应的结构光投影变形模型为投影线段的斜率变化

其中，d为装配径向缺陷造成的径向长度变化的绝对值，h为线激光器的安装高度，r为磁钢片表面与固定轴之间距离，m和n分别为线激光投影与磁钢片左右两边缘的交点距离磁钢片底边的高度，θ为每块磁钢片对应的弧度，l表示线激光器与固定轴的水平距离，将磁钢片厚度大于正常厚度的情形表述为过厚，将磁钢片厚度小于正常厚度的情形表述为过薄；

2)、调整线激光器照射角度，使线激光束投影在待测磁钢片表面，使旋转工作台匀速转动，CCD工业相机拍摄线激光投影在磁钢片表面的投影线段，计算机读取CCD工业相机拍摄的图片，选择图片的水平向右方向为X轴，竖直向上方向为Y轴，以图片左下角顶点为O点，建立XOY直角坐标系，进行二值化处理，对二值化后的磁钢片表面图案进行细化处理；对细化处理后的图片采用累计概率霍夫变换捕获各折线段，并写成统一形式：y＝k_nx+b_n，其中k_n为斜率，b_n为截距，n＝1,2,3，计算各折线段斜率绝对值差值Δk＝|k_i|-|k_j|，其中k_i,k_j分别为第i,j条折线段的斜率，i,j＝1,2,3，i＞j；

3)、比较步骤2)获得的各折线段斜率绝对值的差值Δk与线激光照射在装配合格磁钢片表面各折线段斜率绝对值差值的阈值k₀，如果|Δk|＞k₀，则存在磁钢片装配径向缺陷，缺陷类型为轮辋粘有铁砂；如果|Δk|≤k₀，再计算各相邻折线段的截距差值Δb＝|b_n-1-b_n|，其中n＝2,3，比较Δb与线激光照射在装配合格磁钢片表面各折线段截距差值的阈值b₀，如果Δb＞b₀，则存在磁钢片装配径向缺陷，缺陷类型为磁钢片过厚或薄，如果Δb≤b₀，判定磁钢片装配合格。

上述技术方案中，所述二值化后的磁钢片表面图案进行细化处理的方法为：沿步骤2)中建立的XOY直角坐标系中的X轴逐列扫描，取每一列的所有非零像素点y坐标平均值作为细化线条的纵坐标其中y_i＞0，横坐标x′＝x，细化线条由沿X轴的每一列坐标为(x′,y′)的点组成。

本发明的技术方案中，所述步骤3)中线激光照射在装配合格磁钢片表面各折线段斜率绝对值差值的阈值k₀和线激光照射在装配合格磁钢片表面各折线段截距差值的阈值b₀的获取方法为：选取大于100件合格的待测磁钢片，重复步骤1)和步骤2)的操作，即获得阈值k₀＝max{Δk}，b₀＝max{|b_n-1-b_n|}，其中n＝2,3。

本发明具有以下优点及突出性的技术效果：①采用结构光投影的方法，通过倾斜投影，将深度方向尺寸变化反映到投影的变形中，通过分析变形结果获得深度方向尺寸变化。②本发明中采用的结构光强度远远超过车间照射灯光，在检测过程中，不需要额外增加光源，抗干扰能力强。③本发明采用的系统结构简单、使用方便，所需工业相机数量少，成本低。可以代替人工检测操作，检测速度高达每小时360件。

附图说明

图1是本发明电机转子磁钢片装配径向缺陷的结构光检测方法的流程图。

图2是本发明电机转子磁钢片装配径向缺陷的结构光检测系统示意图。

图3a、3b是本发明激光照射在磁钢片表面的投影变形模型。

图4是本发明装配径向缺陷1：磁钢片过厚。

图5是本发明装配径向缺陷2：轮辋粘有铁砂。

图6是本发明线激光投影在磁钢片表面投影折线的二值化处理结果。

图中：1-CCD工业相机；2-线激光器；3-线激光束；4-磁钢片；41-过厚的磁钢片；5-旋转工作台；6-固定轴；7-轮辋粘接的铁砂。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述；

图1是本发明电机转子磁钢片装配径向缺陷的结构光检测方法的流程图，结合图2对本发明提供的检测方法进行描述。如图2所示，本发明采用的检测系统主要包括CCD工业相机1、线激光器2、旋转工作台5和计算机。

第一步、建立线激光照射在磁钢片4表面的投影变形模型如图3a和图3b所示：建立右手坐标系OXYZ如图2所示，其中原点O点在固定轴端点处，Z轴沿固定轴向上，Y轴沿水平向左方向，设线激光器2发射的线激光束3所在平面上的三个点分别为：

其中a₀为线激光器2所在位置，a₁和a₆点是用来确定线激光束3照射角度的，d为装配径向缺陷造成的径向长度变化的绝对值，h为线激光器2的安装高度，r为磁钢片4表面与固定轴6之间距离，m和n分别为线激光投影与磁钢片4左右两边缘的交点距离磁钢片底边的高度，θ为每块磁钢片4对应的弧度，是工件自身属性，l表示线激光器2与固定轴6的水平距离，将磁钢片厚度大于正常厚度的情形表述为过厚，将磁钢片厚度小于正常厚度的情形表述为过薄；

设线激光束3平面方程为：

Ax+By+Cz+D＝0 (1)

其中x,y,z为线激光束3平面内任意一个点的坐标，A,B,C代表线激光束3平面方程的系数，可根据下式(2)计算出：

分别是a₀,a₁,a₆的转置，将坐标代入(1)式：

解得:

C＝-r sin3θ

由图3a模型写出a₂,a′₃,a′₄,a₅各点的x,y,z坐标如(3)式：

代入方程(1)，解得各点坐标如(4)式：

将a₁,a₂,a′₃,a′₄,a₅,a₆坐标向像平面X-Z投影如图3a所示，在本例中参数

当装配径向缺陷如图4所示时，磁钢片过厚或薄对应的结构光投影变形模型为：在装配径向缺陷的磁钢片4表面投影线段平移：

当装配径向缺陷如图5所示时，轮辋粘接铁砂7对应的结构光投影变形模型为：在装配径向缺陷的磁钢片4表面投影线段的斜率变化大小为：

实施本例时，选择系统所需分辨的装配径向缺陷造成的径向长度变化的绝对值最小值作为d，测出各长度值m,n,l,r，调整线激光器2的高度h，使式(6)和式(7)计算值大于图像测量可分辨值(本例中取0.2)。

第二步、调整线激光器2照射角度，使线激光束3投影在待测磁钢片4表面，使旋转工作台5匀速转动，CCD工业相机1拍摄线激光投影在磁钢片4表面的投影折线，计算机读取CCD工业相机1拍摄的图片，以图片的水平向右方向为X轴，以竖直向上方向为Y轴，以图片左下角顶点为O点，建立XOY直角坐标系进行二值化处理，如图6所示。对二值化后的磁钢片4表面图案进行细化处理，具体步骤如下：

在建立的XOY直角坐标系中，沿X轴逐列扫描，取每一列的所有非零像素点y坐标平均值作为细化线条的纵坐标其中y_i＞0，横坐标x′＝x，细化线条由沿X轴的每一列坐标为(x′,y′)的点组成。

对细化处理后的图片采用累计概率霍夫变换捕获各折线段，并写成统一形式：y＝k_nx+b_n，其中k_n为斜率，b_n为截距，n＝1,2,3，计算各折线段斜率绝对值差值Δk＝|k_i|-|k_j|，其中k_i,k_j分别为第i,j条折线段的斜率，i,j＝1,2,3，i＞j。

第三步、比较第二步获得的各折线段斜率绝对值的差值Δk与线激光照射在装配合格磁钢片表面各折线段斜率绝对值差值的阈值k₀(本例中k₀＝0.2)，如果|Δk|＞k₀，则存在磁钢片装配径向缺陷，缺陷类型为轮辋粘有铁砂7；如果|Δk|≤k₀，再计算各相邻折线段的截距差值Δb＝|b_n-1-b_n|，其中n＝2,3，比较Δb与线激光照射在装配合格磁钢片表面各折线段截距差值的阈值b₀(本例中b₀＝0.1)，如果Δb＞b₀，则存在磁钢片装配径向缺陷，缺陷类型为磁钢片过厚或过薄，如果Δb≤b₀，判定磁钢片装配合格。

第三步中线激光照射在装配合格磁钢片表面各折线段斜率绝对值差值的阈值k₀和线激光照射在装配合格磁钢片表面各折线段截距差值的阈值b₀的获取方法为：选取大于100件合格的待测磁钢片，重复步骤1)和步骤2)的操作，即获得阈值k₀＝max{Δk}，b₀＝max{|b_n-1-b_n|}，其中n＝2,3。

Claims (3)

1.一种电机转子磁钢片装配径向缺陷的结构光检测方法，其特征在于所述方法包括如下步骤:

1)建立线激光照射在磁钢片表面的投影变形模型：线激光照射在过厚或过薄磁钢片(4)上时，对应的结构光投影变形模型为投影线段平移线激光照射在轮辋粘接铁砂(7)的磁钢片(4)上时，对应的结构光投影变形模型为投影线段的斜率变化

其中，d为装配径向缺陷造成的径向长度变化的绝对值，h为线激光器(2)的安装高度，r为磁钢片(4)表面与固定轴(6)之间距离，m和n分别为线激光投影与磁钢片左右两边缘的交点距离磁钢片底边的高度，θ为每块磁钢片对应的弧度，l表示线激光器与固定轴(6)的水平距离；

2)、调整线激光器(2)照射角度，使线激光束(3)投影在待测磁钢片表面，使旋转工作台(5)匀速转动，CCD工业相机(1)拍摄线激光投影在磁钢片表面的投影线段，计算机读取CCD工业相机(1)拍摄的图片，选择图片的水平向右方向为X轴，竖直向上方向为Y轴，以图片左下角顶点为O点，建立XOY直角坐标系，进行二值化处理，对二值化后的磁钢片表面图案进行细化处理，对细化处理后的图片采用累计概率霍夫变换捕获各折线段，并写成统一形式：y＝k_nx+b_n，其中k_n为斜率，b_n为截距，n＝1,2,3，计算各折线段斜率绝对值差值Δk＝|k_i|-|k_j|，其中k_i,k_j分别为第i,j条折线段的斜率，i,j＝1,2,3，i＞j；

3)、比较步骤2)获得的各折线段斜率绝对值的差值Δk与线激光照射在装配合格磁钢片表面各折线段斜率绝对值差值的阈值k₀，如果|Δk|＞k₀，则存在磁钢片装配径向缺陷，缺陷类型为轮辋粘接铁砂；如果|Δk|≤k₀，再计算各相邻折线段的截距差值Δb＝|b_n-1-b_n|，其中n＝2,3，比较Δb与线激光照射在装配合格磁钢片表面各折线段截距差值的阈值b₀，如果Δb＞b₀，则存在磁钢片装配径向缺陷，缺陷类型为磁钢片过厚或过薄，如果Δb≤b₀，判定磁钢片装配合格。

2.根据权利要求1所述的电机转子磁钢片装配径向缺陷的结构光检测方法，其特征在于：步骤2)中所述二值化后的磁钢片表面图案进行细化处理的方法为：沿步骤2)中建立的XOY直角坐标系中的X轴逐列扫描，取每一列的所有非零像素点y坐标平均值作为细化线条的纵坐标其中y_i＞0，横坐标x′＝x，细化线条由沿X轴的每一列坐标为(x′,y′)的点组成。

3.根据权利要求1所述的电机转子磁钢片装配径向缺陷的结构光检测方法，其特征在于：步骤3)中线激光照射在装配合格磁钢片表面各折线段斜率绝对值差值的阈值k₀和线激光照射在装配合格磁钢片表面各折线段截距差值的阈值b₀的获取方法为：选取大于100件合格的待测磁钢片，重复步骤1)和步骤2)的操作，即获得阈值k₀＝max{Δk}，b₀＝max{|b_n-1-b_n|}，其中n＝2,3。