CN113237441B - 一种转子齿形对中检测装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种转子齿形对中检测装置及检测方法，所述转子齿形对中检测装置包括：转子放置部；转子顶紧部，用于对待检测转子进行顶紧；转子旋转部，用于驱动所述待检测转子进行旋转；所述转子顶紧部以及所述转子旋转部分别位于所述待检测转子的两端；图像检测部，用于获取所述待检测转子顶面处的图像，并根据所述图像判断所述待检测转子齿形的对中性；所述图像检测部位于所述转子放置部的上方。本发明提供的转子齿形对中检测装置，将位置固定的图像检测部与转子转动相结合，通过旋转待检测转子，获取待检测转子转动至不同角度时最高点处的图像，再根据待检测转子处于不同角度时图像中两段明暗相间条纹的对中性来判断该待检测转子齿形的对中性。

Description

一种转子齿形对中检测装置及检测方法

技术领域

本发明涉及转子检测技术领域，具体而言，涉及一种转子齿形对中检测装置及检测方法。

背景技术

步进电机作为伺服控制元件，经常运行在开环控制系统中，没有位置检测元件以及反馈控制；步进电机的运行精度由转子的加工精度以及机械传动精度决定，因此，要得到较好的步进精度，需要提高转子的加工精度。

对于多段式步进电机而言，段与段之间的角度差大小，直接决定了步进电机的步距角误差与精度，而对于大量使用的两段式步进电机，检查转子齿形与齿间的对中成为检查转子加工精度的重要方法。

由于转子齿形对中检测中，需要沿360°对转子全周进行高精度检测，目前的光学检测装置难以实现。

发明内容

本发明解决的问题是目前的光学检测装置难以实现对转子全周进行高精度齿形对中检测。

为解决上述问题，本发明提供一种转子齿形对中检测装置，包括：

转子放置部，用于放置待检测转子；

转子顶紧部，用于对所述待检测转子进行顶紧；

转子旋转部，用于驱动所述待检测转子进行旋转；

所述转子顶紧部以及所述转子旋转部分别位于所述待检测转子的两端；

图像检测部，用于获取所述待检测转子顶面处的图像，并根据所述图像判断所述待检测转子齿形的对中性；所述图像检测部位于所述转子放置部的上方。

可选地，还包括一字线激光器，用于向所述待检测转子的顶面发射一字线；所述一字线激光器与所述转子放置部相邻设置。

可选地，所述转子放置部的顶端设置有V型槽。

可选地，所述转子顶紧部包括第一顶头，以及驱动所述第一顶头运动的顶紧气缸；检测过程中，所述第一顶头与所述待检测转子的第一端部相抵接。

可选地，所述转子旋转部包括第二顶头、联轴器以及伺服电机；所述第二顶头通过所述联轴器与所述伺服电机相连；检测过程中，所述第二顶头与所述待检测转子的第二端部相抵接。

可选地，所述第一顶头、所述第二顶头均为锥形结构。

可选地，所述第一顶头水平方向的中心、所述第二顶头水平方向的中心，均高于所述待检测转子于所述转子放置部上时水平方向的中心。

可选地，所述图像检测部包括位于所述转子放置部上方的工业相机，以及连接于所述工业相机的镜头外侧的电子显微镜。

可选地，所述图像检测部还包括透射光源，所述投射光源套设于所述电子显微镜的外侧。

本发明的另一目的在于提供一种转子齿形对中检测方法，通过如上所述的转子齿形对中检测装置进行检测；所述转子齿形对中检测方法包括如下步骤：

S1：将待检测转子放置于转子放置部上；

S2：通过转子顶紧部以及转子旋转部对所述待检测转子进行夹紧，并通过所述转子旋转部驱动所述待检测转子旋转；

S3：所述待检测转子每旋转一次，均通过图像检测部获取所述待检测转子顶面处的图像；

S4：根据所述图像判断所述待检测转子中齿形的对中性。

与现有技术相比，本发明提供的转子齿形对中检测装置具有如下优势：

本发明提供的转子齿形对中检测装置，将位置固定的图像检测部与转子转动相结合，通过旋转待检测转子，获取待检测转子转动至不同角度时最高点的图像，再根据待检测转子处于不同角度时图像中两段明暗相间条纹的对中性来判断该待检测转子齿形的对中性，结构简单，实现了对转子全周进行高精度齿形对中检测。

附图说明

图1为本发明中转子齿形对中检测装置的结构简图一；

图2为本发明中转子齿形对中检测装置的结构简图二；

图3为本发明中转子放置部的结构简图。

附图标记说明：

1-转子放置部；11-V型槽；2-转子顶紧部；21-第一顶头；22-顶紧气缸；23-顶紧部支架；3-转子旋转部；31-第二顶头；32-联轴器；33-伺服电机；34-电机支架；35-轴承支架；4-图像检测部；41-工业相机；42-电子显微镜；43-投射光源；44-图像检测支架；5-一字线激光器；6-底座；7-待检测转子。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中表示，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制，基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于简化描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性，或隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定为“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第一特征之“上”或之“下”，可以包括第一特征和第二特征直接接触，也可以包括第一特征和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征的正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度低于第二特征。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

为解决目前的光学检测装置难以实现对转子全周进行高精度齿形对中检测的问题，本发明提供一种转子齿形对中检测装置，参见图1、图2所示，该转子齿形对中检测装置包括：转子放置部1，用于放置待检测转子7；转子顶紧部2，用于对待检测转子7进行顶紧；转子旋转部3，用于驱动待检测转子7进行旋转；转子顶紧部2以及转子旋转部3分别位于待检测转子7的两端，从而在检测过程中，分别从待检测转子7的两端，沿轴向对待检测转子7进行顶紧，在通过转子旋转部3来驱动待检测转子7进行转动；图像检测部4，用于获取待检测转子7顶面处的图像，并根据该图像判断待检测转子7齿形的对中性；图像检测部4位于转子放置部1的上方。

本申请以两段式转子为例进行说明；待检测转子7的两段均包括均匀分布，且光洁度较高的若干齿形结构，相邻齿形结构之间均填充有亚光的树脂。

使用该转子齿形对中检测装置待待检测转子7进行检测时，首先将待检测转子7放置于转子放置部1上，再通过位于转子放置部1两端的转子顶紧部2以及转子旋转部3，分别从待检测转子7的两端来对待检测转子7进行夹紧；启动图像检测部4；通过转子旋转部3驱动待检测转子7进行转动，同时，待检测转子7每转动一特定角度，均通过图像检测部4获取一次该待检测转子7的图像，相邻两次获取图像时，待检测转子7转动的角度根据该转子的齿数而定；通过转子旋转部3驱动待检测转子7选装一周，即可得到该转子全周的图像；由于待检测转子7的外圆周包括间隔设置的齿形结构与亚光的填充树脂，图像检测部4获取的图像中，齿形结构对应的位置会得到明条纹，齿间填充树脂对应位置处会得到暗条纹，从而得到具有明暗相间条纹的图像；对得到的图像进行处理，对比转子上两段明暗相间条纹的对中性，从而得到转子齿形的对中性。

其中对图像进行处理时，可以通过图像检测部根据设定的程序来对获取的图像进行处理，并根据处理结果判断转子齿形的对中性；也可以设置专门的图像处理单元来获取图像，并根据对比要求对图像进行处理；为提高检测过程的自动化程度，本申请优选该转子齿形对中检测装置还包括控制模块，该控制模块可以是PLC控制器，以及与该PLC控制器相连的计算机处理系统；其中PLC控制器与图像检测部4相连，用于获取图像检测部4检测的图像，并将各图像传送至计算机处理系统，通过计算机处理系统来根据获取的图像判断转子齿形的对中性。

本发明提供的转子齿形对中检测装置，将位置固定的图像检测部4与转子转动相结合，通过旋转待检测转子7，获取待检测转子7转动至不同角度时的图像，再根据待检测转子7处于不同角度时图像中两段明暗相间条纹的对中性来判断该待检测转子7齿形的对中性，结构简单，实现了对转子全周进行高精度齿形对中检测。

由于转子为圆柱体结构，为避免通过图像检测来判断转子齿形对中过程中由于景深影响而影响检测结果，本申请优选图像检测部4位于待检测转子7的正上方，并进一步优选将待检测转子7中待检测的齿结构转动至最高点时，再通过位于正上方的图像检测部4来获取待检测转子7顶面处的图像；即，检测过程中，转子旋转部3每将待检测转子7的齿形结构转动至顶面时，图像检测部4获取一次顶面的图像；然后，转子旋转部3再将待检测转子7的下一齿形解耦股转动至顶面，再通过图像检测部4获取一次待检测转子7顶面的图像，依次循环，直至得到待检测转子7的所有齿形结构位于顶面时的图像；对于两段式转子结构而言，本申请中进行转动时，可以依两段中任意一段的齿形结构为准。

进一步的，本申请提供的转子齿形对中检测装置还包括一字线激光器5，用于向待检测转子7的顶面发射一字线；一字线激光器5与转子放置部1相邻设置。

通过设置一字线激光器5，可以通过查看一字线激光与明暗条纹的相对位置关系来判断转子齿形的对中性。

由于转子外圆周上的齿形结构较多，导致在转子齿形对中检测过程中，转子每次转动的步距较小，且检测时间长，本申请进一步在转动过程中，采用转动到最高点，检测前的像素，用图像处理后的边界像素查表法确定大的旋转角度，一次性先转动到接近最高点，再在几个像素点范围内，小步查看与一字型激光的相对位置，进而判断转子齿形的对中性。具体的，在转子旋转部3的驱动下，待检测转子7旋转相应的角度，旋转停止后，图像检测部4接收到待检测转子7上的齿形与齿间相间分布的明暗条纹移动信息，通过图像处理两段上明暗相间条纹的对中性，在旋转过程中采用线图像处理得到各条纹边界信息，并存储在表格中，高速旋转接近最高检测点附近后，再用低速分割像素点的方法，旋转一圈360度后即可以得到整个转子上齿形和齿间的对中精度。

为便于检测，参见图3所示，本申请优选转子放置部1的顶端设置有V型槽11，通过将待检测转子7放置于该V型槽11内实现对待检测转子7的固定。

基于待检测转子7为圆柱形结构，将待检测转子7放置于V型槽11后，通过待检测转子7两侧的V型槽11的侧壁来对待检测转子7进行支撑，实现固定；本申请中V型槽11中的开口尺寸由下向上逐渐增加，从而使得该V型槽11能够对不同尺寸的转子进行固定，进而有利于扩大本申请提供的转子齿形对中检测装置的适用范围。

本申请中的转子顶紧部2包括第一顶头21，以及驱动第一顶头21运动的顶紧气缸22；检测过程中，第一顶头21与待检测转子7的第一端部相抵接，在顶紧气缸22的驱动下，通过第一顶头21实现对待检测转子7的顶紧。

本申请中的转子旋转部3包括第二顶头31、联轴器32以及伺服电机33；第二顶头31通过联轴器32与伺服电机33相连；检测过程中，第二顶头31与待检测转子7的第二端部相抵接，从而一方面通过第一顶头21与第二顶头31的共同作用，将待检测转子7夹紧，并在伺服电机33的驱动下，驱动待检测转子7进行旋转，进而在旋转过程中结合图像检测部4实现对待检测转子7的齿形对中检测。

进一步的，本申请优选第一顶头21、第二顶头31均为锥形结构。

本申请进一步优选第一顶头21水平方向的中心与第二顶头31水平方向的中心高度相同，均高于待检测转子7于转子放置部1上时水平方向的中心，即第一顶头21的轴心以及第二顶头31的轴心，均高于待检测转子7放置于转子放置部1上时轴心的高度，从而使得通过第一顶头21以及第二顶头31对待检测转子7进行夹紧时，使得待检测转子7的轴心与第一顶头21以及第二顶头32的轴心高度相同，进而使得被夹紧后的待检测转子7与V型槽11的内壁脱离，以避免待检测转子7在转动过程中与V型槽11的内壁接触而发生旋转运动摩擦。

为便于获取图像，本申请中图像检测部4包括位于转子放置部1上方的工业相机41，从而通过工业相机11来拍摄待检测转子7的图像。

为提高检测的精确度，本申请中的图像检测部4还包括电子显微镜42，该电子显微镜42连接于工业相机41的镜头外侧，从而在对待检测转子7最高点进行拍摄时，通过电子显微镜42先将图像像素放大，再通过工业相机41进行拍摄，从而实现高精度检测。

进一步的，本申请提供的图像检测部4还包括透射光源43，投射光源43套设于电子显微镜42的外侧，检测过程中，通过透射光源43发射的光线照射至待检测转子7上，从而在待检测转子7外圆周上齿形结构处产生亮条纹，同时在齿间的填充树脂处产生暗条纹。

本申请提供的转子齿形对中检测装置还包括底座6，该底座6用于对转子放置部1、转子顶紧部2、转子旋转部3以及图像检测部4进行固定，以使得各构件之间的相对位置保持恒定，保证检测结果的准确性以及稳定性。

具体的，转子放置部1连接于底座6的中部，同时，该底座6上设置有用于对转子顶紧部2进行固定的顶紧部支架23，用于对转子旋转部3中的伺服电机33进行固定的电极支架34，用于对联轴器32进行固定的轴承支架35，以及用于对图像检测部4中的工业相机41进行固定的图像检测支架44；一字线激光器5可以通过单独的支架连接于底座6上，本申请为简化结构，优选该一字线激光器5连接于图像检测支架4上，在简化结构的同时，还有利于保持一字线激光器5与工业相机41之间相对位置的稳定性，从而保证检测结果的准确性。

使用本申请提供的转子齿形对中检测装置进行检测时，将待检测转子7放置于转子放置部1中后，首先启动转子顶紧部2与转子旋转部3，使得第一顶头21与第二顶头31将待检测转子7夹紧顶起，待检测转子7的底端与V型槽11脱离；图像检测部4接收到待检测转子7被顶起的信号后，经电子显微镜42将待检测转子7外圆周上产生的明暗条纹信息放大，并将明暗条纹的边界点信息存储于表格中；通过伺服电机33带动待检测转子7先高速旋转至待检测的齿形接近最高点位置，再通过低速微角度旋转形影角度，使得对待检测齿形低速像素点放大切割旋转至一字线标定的最高点，同时得到计数器在高速段查表、低速分隔段自动加一的相加之和；图像处理查看一字线与明暗条纹的相对位置，并分别记录左段明条纹(或暗条纹)与右段暗条纹(或明条纹)边界经过一字线所相差的计数次数；利用两次齿形与齿间计数次数差是否相等，即可得到对中次数差值，连续不断旋转一周360度即可得到整个转子两段之间齿形与齿间的对中性，最后将计数次数标定为旋转角度，完成整个检测工作。

本发明提供的转子齿形对中检测装置，为了克服景深对图像检测的影响，采用对待检测转子7的齿形转动至最高点时进行检测，结合图像像素放大检测与伺服转动结合，先将图像像素放大，再进行单像素伺服细分计数，完成高精度对中性检测。

本申请采用待检测的齿形转动到最高点检测前的像素用图像处理后的边界像素查表法确定大的旋转角度，一次性先转动到接近最高点，再在几个像素点范围内，小步查看与一字线的相对位置，进而判断对中性。

本申请通过投射光源后转子齿形反光变亮，同时齿间无反光变暗，得到明暗条纹移动信息，通过图像处理两段上明暗条纹的对中性来判断转子齿形的对中性。

本发明的另一目的在于提供一种转子齿形对中检测方法，通过如上所述的转子齿形对中检测装置进行检测；该转子齿形对中检测方法包括如下步骤：

S1：将待检测转子7放置于转子放置部1上；

S2：通过转子顶紧部2以及转子旋转部3对待检测转子7进行夹紧，并通过转子旋转部3驱动待检测转子7旋转；

S3：待检测转子7每旋转一次，均通过图像检测部4获取待检测转子7顶面处的图像；

S4：根据图像判断待检测转子7中齿形的对中性。

该转子齿形对中检测方法的具体过程，详见上文转子齿形对中检测装置中的相关描述。

本发明提供的转子齿形对中检测方法，将位置固定的图像检测部4与转子转动相结合，通过旋转待检测转子7，获取待检测转子7转动至不同角度时的图像，再根据待检测转子7处于不同角度时图像中两段明暗相间条纹的对中性来判断该待检测转子7齿形的对中性，结构简单，实现了对转子全周进行高精度齿形对中检测。

虽然本公开披露如上，但本公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员，在不脱离本公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种转子齿形对中检测装置，其特征在于，包括：

转子放置部（1），用于放置待检测转子（7）；

转子顶紧部（2），用于对所述待检测转子（7）进行顶紧；

转子旋转部（3），用于驱动所述待检测转子（7）进行旋转；

所述转子顶紧部（2）以及所述转子旋转部（3）分别位于所述待检测转子（7）的两端；

图像检测部（4），用于获取所述待检测转子（7）顶面处的图像，并根据所述图像判断所述待检测转子（7）齿形的对中性；所述图像检测部（4）位于所述转子放置部（1）的上方；

所述图像检测部（4）包括位于所述转子放置部（1）上方的工业相机（41），以及连接于所述工业相机（41）的镜头外侧的电子显微镜（42）；

所述图像检测部（4）还包括透射光源（43），所述透射光源（43）套设于所述电子显微镜（42）的外侧；

还包括一字线激光器（5），用于向所述待检测转子（7）的顶面发射一字线；所述一字线激光器（5）与所述转子放置部（1）相邻设置；

通过设置所述一字线激光器（5），通过查看一字线激光与明暗条纹的相对位置关系来判断所述待检测转子（7）齿形的对中性。

2.如权利要求1所述的转子齿形对中检测装置，其特征在于，所述转子放置部（1）的顶端设置有V型槽（11）。

3.如权利要求1所述的转子齿形对中检测装置，其特征在于，所述转子顶紧部（2）包括第一顶头（21），以及驱动所述第一顶头（21）运动的顶紧气缸（22）；检测过程中，所述第一顶头（21）与所述待检测转子（7）的第一端部相抵接。

4.如权利要求3所述的转子齿形对中检测装置，其特征在于，所述转子旋转部（3）包括第二顶头（31）、联轴器（32）以及伺服电机（33）；所述第二顶头（31）通过所述联轴器（32）与所述伺服电机（33）相连；检测过程中，所述第二顶头（31）与所述待检测转子（7）的第二端部相抵接。

5.如权利要求4所述的转子齿形对中检测装置，其特征在于，所述第一顶头（21）、所述第二顶头（31）均为锥形结构。

6.如权利要求5所述的转子齿形对中检测装置，其特征在于，所述第一顶头（21）水平方向的中心、所述第二顶头（31）水平方向的中心，均高于所述待检测转子（7）于所述转子放置部（1）上时水平方向的中心。

7.一种转子齿形对中检测方法，其特征在于，通过如权利要求1~6任一项所述的转子齿形对中检测装置进行检测；所述转子齿形对中检测方法包括如下步骤：

S1：将待检测转子（7）放置于转子放置部（1）上；

S2：通过转子顶紧部（2）以及转子旋转部（3）对所述待检测转子（7）进行夹紧，并通过所述转子旋转部（3）驱动所述待检测转子（7）旋转；

S3：所述待检测转子（7）每旋转一次，均通过图像检测部（4）获取所述待检测转子（7）顶面处的图像；

S4：根据所述图像判断所述待检测转子（7）中齿形的对中性。

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