CN109302591A - 一种基于视觉监控的伺服电机控制系统 - Google Patents

一种基于视觉监控的伺服电机控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种基于视觉监控的伺服电机控制系统，第一驱动机构，其驱动一工业相机摆动在伺服电机的外侧空间，所述工业相机对所述伺服电机拍摄成像；第二驱动机构，其驱动所述工业相机绕转在所述伺服电机的外周；控制器，其分别与所述第一驱动机构、第二驱动机构和工业相机连接，所述控制器接收所述工业相机拍摄的不同角度下所述伺服电机的图像，并显示在显示器上；图像分析单元，其与所述控制器连接，所述图像分析单元用于分析不同时刻下所述伺服电机的空间位置，当不同时刻所述伺服电机的空间位置偏差超过预设值时，所述控制器通过一报警机构发出报警，当伺服电机过热或振动超过预设值时，会发出警报，避免事故发生。

Description

一种基于视觉监控的伺服电机控制系统
技术领域
本发明涉及电机技术领域，具体涉及一种基于视觉监控的伺服电机控制系统。
背景技术
由于伺服电机具有体积小、重量轻、大转矩输出、低惯量和良好的控制性等优点，因此已被广泛应用于自动控制系统和自动检测系统中，在自动控制系统中，伺服电机的作用是把控制电压信号转换为机械移动，也就是把接收到的电压信号转变成该电机的一定转速或角位移，因此可以用中央处理器实现对伺服电机的控制。
目前，对伺服电机的控制仅采用中央处理器输出伺服电机的运行参数控制伺服电机运行，不能监测电机运行参数是否和输入参数一致，因此容易造成伺服电机的误运行，在伺服电机运行的过程中，容易遇到各种干扰，从而导致伺服电机运行有误，因此，也需要监测在伺服电机运行时是否存在干扰，以便工作人员及时排除故障。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。
本发明的目的是提供一种基于视觉监控的伺服电机控制系统，通过工业相机对伺服电机运行状态进行监测，及时发现可能存在的安全隐患，同时，当伺服电机过热或振动超过预设值时，会发出警报，避免事故发生。
为了实现根据本发明的这些目的和其他优点，提供了一种基于视觉监控的伺服电机控制系统，包括：
第一驱动机构，其驱动一工业相机摆动在伺服电机的外侧空间，所述工业相机对所述伺服电机拍摄成像；
第二驱动机构，其驱动所述工业相机绕转在所述伺服电机的外周；
控制器，其分别与所述第一驱动机构、第二驱动机构和工业相机连接，所述控制器接收所述工业相机拍摄的不同角度下所述伺服电机的图像，并显示在显示器上；以及
图像分析单元，其与所述控制器连接，所述图像分析单元用于分析不同时刻下所述伺服电机的空间位置，当不同时刻所述伺服电机的空间位置偏差超过预设值时，所述控制器通过一报警机构发出报警。
优选的，所述工业相机的摆动方向与所述工业相机的绕转平面垂直，所述工业相机的运动轨迹包络在所述伺服电机的外周空间。
优选的，在所述工业相机的移动过程中，所述工业相机的镜头始终朝向所述伺服电机，所述工业相机对所述伺服电机进行全空间拍摄成像。
优选的，还包括一远程监控中心，其与所述控制器连接，所述远程监控中心用于远程监控所述伺服电机在不同空间角度的图像信息，并远程控制所述第一驱动机构、第二驱动机构和伺服电机的运行状态。
优选的，还包括一图像处理单元，其与所述控制器连接，所述图像处理单元包括图像增强模块、图像平滑模块以及图像去噪模块；其中，所述工业相机的输出端与所述图像增强模块的输入端连接，所述图像增强模块的输出端与所述图像平滑模块的输入端连接，所述图像平滑模块的输出端与所述图像去噪模块的输入端连接，所述图像去噪模块的输出端与所述控制器的输入端连接。
优选的，所述工业相机上设置有红外线探头。
优选的，所述预设值为5％。
优选的，所述第一驱动机构驱动所述工业相机摆动在伺服电机外侧空间的摆动角度范围不小于150°。
与现有技术相比，本发明包含的有益效果在于：
1、本发明通过工业相机可以对伺服电机进行远程的监测，提高对伺服电机远程控制的精确性；
2、对伺服电机进行全空间的拍摄成像，覆盖面广，且可提高对伺服电机运行状态的图像信息的辨识精度，有效地保障伺服电机准确运行；
3、当伺服电机过热或振动超过预设值时进行安全报警，及时预防故障发生。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1是本发明控制系统的框图；
图2是本实施例中采用的监测系统的结构示意图；
图3是运动环体的安装结构侧视图；
图4是第一圆环的结构示意图；
图5是第二圆环的结构示意图；
图6是工业相机的侧视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明文字能够据以实施。
如图1所示，本发明提供了一种基于视觉监控的伺服电机控制系统，该系统应用如图2-6所示的监测系统进行实施，监测系统包括运动环体200和安装在运动环体200上的工业相机300，运动环体200带动工业相机300绕转在伺服电机100的整个外周空间，通过工业相机300对伺服电机100的整个外周拍摄成像，便于远程监控。
运动环体200包括第一圆环210和第二圆环220，第一圆环210绕着一直径方向的转轴来回摆动，具体的，如图1-2所示，所述第一圆环210的某一直径方向两端外侧设置有一对转轴410。所述转轴410通过支撑座420架设在地面上，所述第一圆环210通过所述转轴410悬空架设在地面上，使得第一圆环210可以绕着两侧的转轴410来回摆动。
所述伺服电机100设置在第一圆环210的内侧空间，所述伺服电机100的驱动轴输出端设置一连接座110，所述伺服电机100通过所述连接座110固定在目标基座上，通过驱动轴驱动目标装置运转。
第一个所述转轴410外侧端通过一联轴器430与第一驱动机构连接，其中所述转轴410的轴向与所述伺服电机100驱动轴的轴向垂直。所述第一驱动机构驱动所述转轴410转动在所述支撑座420上，所述转轴410带动所述第一圆环210摆动。由于输出驱动轴的限制，第一驱动机构只能驱动第一圆环210在单侧平面内摆动。
也就是说，所述第一圆环210外侧绕着所述转轴410在单侧平面内来回摆动，本实施例中，所述第一圆环210的摆动角度为160°，伺服电机100设置在所述第一圆环210的运动轨迹的内侧空间，驱动轴向外输出。
第二圆环220沿着所述第一圆环210内周壁自由转动；具体的，所述第一圆环210内周壁213的轴向两侧分别开设一环形导槽212，所述第二圆环220外周壁的轴向两侧分别凸出设置一环形导轨221，所述环形导轨221对应滑动设置在所述环形导槽212中，从而使得所述第二圆环220限制转动在第一圆环210的内周壁213上。
同时，所述环形导轨221的凸出距离大于所述环形导槽212的深度，使得两侧所述环形导轨221之间的所述第二圆环220外周壁与所述第一圆环210内周壁间隔设置，且两侧所述环形导轨221之间的所述第二圆环220外周壁上设置成外齿圈222结构。
为了驱动第二圆环220在第一圆环210内周壁上转动，第二个所述转轴410一侧的所述第一圆环210上贯穿开设一开口211，所述开口211与所述外齿圈222对准。
第二个所述转轴410上设置一安装座440，安装座440设置在转轴410的径向一侧，且安装座440与转轴410同步转动。所述安装座440上安装一第二驱动机构500，所述第二驱动机构500的轴向与所述第二圆环220的轴向平行，且所述第二驱动机构500与所述转轴410同步转动。
所述第二驱动机构500的输出轴端头上设置一齿轮510，所述齿轮510与所述第二圆环220处于同一平面上，所述齿轮510贯穿所述开口211与所述外齿圈222啮合联动，从而通过第二驱动机构500来带动第二圆环220转动在第一圆环210内周壁上。
工业相机300固定在所述第二圆环220上，所述工业相机300的镜头朝向所述伺服电机100，对伺服电机100进行拍摄成像。所述工业相机300的转动直径和摆动直径都不小于所述伺服电机100的最大长度，保证工业相机300可以转动在伺服电机100的整个外周空间，便于所述工业相机300对所述伺服电机100拍摄成完整的图，避免有拍摄死角，造成对伺服电机100的运行状态监控不全面。
为了实现工业相机300对伺服电机100的全空间转动拍摄，在所述工业相机300外壳上开设一与所述第一圆环210和第二圆环220匹配的套口310，所述工业相机300通过所述套口310套设在所述第一圆环210和第二圆环220上，也就是运动环体200贯穿在套口310中。
其中，本实施例中，所述第一圆环210和第二圆环220的宽度一致且叠加设置，所述套口310的宽度与运动环体200的宽度一致，所述套口310的高度与所述第一圆环210和第二圆环220的叠加高度一致，避免套口310与运动环体200之间相对晃动。
所述套口310底部两侧的外壳通过螺栓320固定在所述第二圆环220上，具体的，螺栓320从轴向贯穿工业相机300的外壳，并拧紧在第二圆环220的轴向两侧壁上，使得工业相机300与第二圆环220连接固定。
通过第二驱动机构500驱动第二圆环220三百六十度转动在第一圆环210内周壁上，第二圆环220带动第二驱动机构500同步转动，并伴随着第一圆环210和第二圆环220的同步摆动，同时，工业相机300始终对准着伺服电机300，从而实现工业相机300对伺服电机300全空间的拍摄成像，监测伺服电机的运行状态，保证伺服电机正常运行。
正常状态下，工业相机300在运动环体200上的转动受两侧转轴410的限制而只能转过180度，本发明者中，为了实现第二圆环220三百六十度转动在第一圆环210内周壁上，在所述套口310上端中间向外敞开形成一贯穿口，所述贯穿口的宽度小于所述第一圆环210的宽度，使得在贯穿口与套口310交界处形成一限位台阶330，使得所述第一圆环210和第二圆环220形成的运动环体200被限制在所述套口310中，避免工业相机300晃动。同时，所述贯穿口的宽度大于所述转轴410的直径，使得所述第二圆环在转动过程中所述转轴410可以经过所述贯穿口，解决了工业相机300在运动环体200上的转动受两侧转轴410限制的影响，实现了第二圆环220三百六十度转动在第一圆环210内周壁上。
同时，整个运动环体200受第一驱动机构的驱动，在伺服电机100的外侧空间160°来回摆动，配合第二圆环220三百六十度转动在第一圆环210内周壁上，使得工业相机100对伺服电机300在全空间拍摄成像，用于在远程监测伺服电机300的运行状态，提高伺服电机的运行可靠性。
控制器分别与所述第一驱动机构、第二驱动机构和工业相机连接，所述控制器接收所述工业相机拍摄的不同角度下所述伺服电机的图像，并显示在显示器上，便于在远端通过显示器对电机状态进行图像观察。控制器控制第一驱动机构和第二驱动机构的运行，通过调整第一驱动机构和第二驱动机构的运行状态，最终调整工业相机的聚焦拍摄角度和位置。
远程监控中心与所述控制器连接，所述远程监控中心用于远程监控所述伺服电机在不同空间角度的图像信息，并远程控制所述第一驱动机构、第二驱动机构和伺服电机的运行状态。
正常状态时，控制器通过控制第一驱动机构、第二驱动机构正常运转，进而控制工业相机持续运转在伺服电机外周，对伺服电机连续拍摄成像，传送至远端，相当于工业相机在伺服电机外周连续对伺服电机的各个位置和角度进行扫描成像，通过远端图像处理后，显现伺服电机的运转状态的图形信息，便于观察伺服电机的运行状态。
同时，如果对伺服电机的某一位置需要特殊观察时，控制器控制第一驱动机构和第二驱动机构配合运转，调整工业相机的镜头方向，对目标位置进行精确拍摄成像，观察细节特征，及时发现和消除可能存在的隐患。
具体的，工业相机拍摄的图像经过图像处理单元处理后传送至控制器中，所述图像处理单元包括图像增强模块、图像平滑模块以及图像去噪模块；其中，所述工业相机的输出端与所述图像增强模块的输入端连接，所述图像增强模块的输出端与所述图像平滑模块的输入端连接，所述图像平滑模块的输出端与所述图像去噪模块的输入端连接，所述图像去噪模块的输出端与所述控制器的输入端连接。
图像分析单元与所述控制器连接，所述图像分析单元用于分析不同时刻下所述伺服电机的空间位置，当不同时刻所述伺服电机的空间位置偏差超过5％时，所述控制器通过一报警机构发出报警。
具体的，控制器将经过图像处理单元处理后图像传送至图像分析单元中，图像分析单元分析在同一位置处拍摄的伺服电机在图像中的空间位置，如果伺服电机在同一位置处、在连续拍摄的两幅图像中的位置偏差超过5％时，或者在一段时间内，如1小时内，如果伺服电机在同一位置处、在拍摄的两幅图像中的最大位置偏差超过5％时，则判断为伺服电机的振动超范围，控制器控制报警机构发出报警。
为了观察伺服电机的发热情况，在所述工业相机上设置有红外线探头，通过红外成像模式对伺服电机进行红外成像，及时发现可能的发热安全隐患，提高伺服电机的运行安全和稳定性。
由上所述，本发明通过工业相机可以对伺服电机进行远程的监测，提高对伺服电机远程控制的精确性；对伺服电机进行全空间的拍摄成像，覆盖面广，且可提高对伺服电机运行状态的图像信息的辨识精度，有效地保障伺服电机准确运行，当伺服电机过热或振动超过预设值时进行安全报警，及时预防故障发生。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易的实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (8)

1.一种基于视觉监控的伺服电机控制系统，其特征在于，包括：
第一驱动机构，其驱动一工业相机摆动在伺服电机的外侧空间，所述工业相机对所述伺服电机拍摄成像；
第二驱动机构，其驱动所述工业相机绕转在所述伺服电机的外周；
控制器，其分别与所述第一驱动机构、第二驱动机构和工业相机连接，所述控制器接收所述工业相机拍摄的不同角度下所述伺服电机的图像，并显示在显示器上；以及
图像分析单元，其与所述控制器连接，所述图像分析单元用于分析不同时刻下所述伺服电机的空间位置，当不同时刻所述伺服电机的空间位置偏差超过预设值时，所述控制器通过一报警机构发出报警。
2.如权利要求1所述的基于视觉监控的伺服电机控制系统，其特征在于，所述工业相机的摆动方向与所述工业相机的绕转平面垂直，所述工业相机的运动轨迹包络在所述伺服电机的外周空间。
3.如权利要求2所述的基于视觉监控的伺服电机控制系统，其特征在于，在所述工业相机的移动过程中，所述工业相机的镜头始终朝向所述伺服电机，所述工业相机对所述伺服电机进行全空间拍摄成像。
4.如权利要求3所述的基于视觉监控的伺服电机控制系统，其特征在于，还包括一远程监控中心，其与所述控制器连接，所述远程监控中心用于远程监控所述伺服电机在不同空间角度的图像信息，并远程控制所述第一驱动机构、第二驱动机构和伺服电机的运行状态。
5.如权利要求4所述的基于视觉监控的伺服电机控制系统，其特征在于，还包括一图像处理单元，其与所述控制器连接，所述图像处理单元包括图像增强模块、图像平滑模块以及图像去噪模块；其中，所述工业相机的输出端与所述图像增强模块的输入端连接，所述图像增强模块的输出端与所述图像平滑模块的输入端连接，所述图像平滑模块的输出端与所述图像去噪模块的输入端连接，所述图像去噪模块的输出端与所述控制器的输入端连接。
6.如权利要求5所述的基于视觉监控的伺服电机控制系统，其特征在于，所述工业相机上设置有红外线探头。
7.如权利要求6所述的基于视觉监控的伺服电机控制系统，其特征在于，所述预设值为5％。
8.如权利要求7所述的基于视觉监控的伺服电机控制系统，其特征在于，所述第一驱动机构驱动所述工业相机摆动在伺服电机外侧空间的摆动角度范围不小于150°。
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