CN113395032A - 基于云计算的直线电机高效运行的控制方法及系统 - Google Patents
基于云计算的直线电机高效运行的控制方法及系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及人工智能技术领域,具体涉及一种基于云计算的直线电机高效运行的控制方法及系统。该方法通过获取直线电机及轨道的模拟图像,模拟图像是直线电机在理想运动状态下的图像;采集直线电机在运动状态下的轨道的实际图像,根据同一位置成像点的实际图像和模拟图像中轨道的成像特征得到最优线扫描速率;利用最优线扫描速率采集直线电机运动的实时图像,根据实时图像与模拟图像之间的位置偏移量获取直线电机的瞬时速率,从而定位到故障点;将所有的直线电机位置成像点进行轮廓线拟合,获取轮廓线与标准轮廓线的相似度,根据相似度和故障点对直线电机进行调速控制,能够有效避免误差积累的问题,有针对性的对直线电机进行调速控制。
Description
技术领域
本发明涉及人工智能技术领域,具体涉及一种基于云计算的直线电机高效运行的控制方法及系统。
背景技术
双轴直线电机,是一种将电能直接转换成直线运动机械能的电力传动装置,现有的双轴直线电机的耦合控制通常通过传感器对两轴进行跟踪获取位置误差进而获取轮廓误差进行补偿调节。
但是传感器方式的精度不够,并且存在误差积累的情况导致误差识别不够准确,难以提供自证机制提高判断的有效性。另外,由于现有磁悬浮电机应用较少,对于接触式电机而言,存在轨道磨损等情况的发生,现有方法难以判断出轨道故障情况,导致直线电机运行过程中需要重复补偿,无法通过速度控制来消除影响,增加了直线电机运行的冗余功率。
发明内容
为了解决上述技术问题,本发明的目的在于提供一种基于云计算的直线电机高效运行的控制方法及系统,所采用的技术方案具体如下:
第一方面,本发明一个实施例提供了一种基于云计算的直线电机高效运行的控制方法,该方法包括以下具体步骤:
获取直线电机及轨道的模拟图像,模拟图像是直线电机在运动状态下无果冻效应的图像;采集直线电机在运动状态下的轨道的实际图像,根据同一位置成像点获取实际图像和模拟图像中轨道的成像特征调节线扫描速率,得到最优线扫描速率;利用最优线扫描速率采集直线电机在运动状态下的实时图像,根据实时图像与模拟图像之间直线电机的位置偏移量获取直线电机的瞬时速率,根据瞬时速率得到故障点;对所有的直线电机位置成像点进行轮廓线拟合,获取轮廓线与标准轮廓线的相似度,根据相似度和故障点对直线电机进行调速控制。
优选的,所述获取直线电机及轨道的模拟图像的步骤,包括:获取所述直线电机静止状态下的轨道区域作为线阵图像;在所述线阵图像中选取等分点进行定点图像采集,从而拟合出轨道长边和轨道宽边在所述线阵图像中成像长度的映射函数;根据所述直线电机的运行速度,获取所述直线电机与起始点的实时距离,结合所述映射函数确定所述直线电机运动状态下的初始轨道成像,根据轨道位置成像点的所述初始轨道成像得到所述直线电机的轨道成像;基于相同的原理,获取直线电机成像,根据所述轨道成像和所述直线电机成像得到所述模拟图像。
优选的,所述成像特征包括所述轨道的成像尺寸和轨道的成像位置。
优选的,所述根据同一位置成像点获取所述实际图像和所述模拟图像的成像特征调节线扫描速率的步骤,包括:若存在所述实际图像中与所述模拟图像中轨道成像宽度不一致时,通过调节所述线扫描速率使得所述实际图像中与所述模拟图像中的轨道成像宽度一致。
优选的,所述根据同一位置成像点获取所述实际图像和所述模拟图像的成像特征调节线扫描速率的步骤,包括:若存在所述实际图像中与所述模拟图像中轨道成像宽度一致,但所述轨道成像位置不一致时,通过调节所述线扫描的起始时刻使得所述实际图像中与所述模拟图像中轨道成像位置一致。
优选的,所述根据同一位置成像点获取所述实际图像和所述模拟图像的成像特征调节线扫描速率的步骤,包括:若所述实际图像的成像尺寸和成像位置,与基于所述线扫描速率和所述直线电机运行的速度的所述模拟图像一致时,所述线扫描速率进行增加一倍的操作,直至所述实际图像与所述模拟图像不一致,以最后一次操作之前的所述线扫描速率作为所述最优线扫描速率。
优选的,所述根据所述实时图像的所述果冻效应获取所述直线电机的瞬时速率的步骤,包括:获取所述实时图像的成像高度,将所述模拟图像的一个底边与所述实时图像的一个底边固定,调整所述模拟图像的高度使之与所述实时图像的高度一致,得到中间图像;获取所述中间图像与所述实时图像之间的横向偏移量,结合所述最优线扫描速率获取所述直线电机的横向移动速度,进而映射出所述直线电机的瞬时速率。
优选的,所述根据所述瞬时速率得到故障点的步骤,包括:当所述瞬时速率与所述直线电机的运行速度不一致时,所述直线电机位置成像点标记为异常点,取连续的一组异常点的中点为故障点;若存在唯一一个异常点,则将所述异常点作为故障点。
优选的,所述根据所述相似度和所述故障点对所述直线电机进行调速控制的步骤,包括:将所述相似度与设定的相似度阈值进行比较,若小于所述相似度阈值,则进行电机调速控制;利用所述故障点进行调速点的确认,对所述调速点进行所述调速控制。
第二方面,本发明另一个实施例提供了一种基于云计算的直线电机高效运行的控制系统,该系统包括:存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序,其特征在于,所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法的步骤。
本发明实施例的有益效果在于:通过对线阵相机采集直线电机的轨道的静止状态下的图像的分析,能够获取直线电机轨道在任意一个位置成像点的图像,从而对理想状态下直线电机轨道运动状态的轨道成像以及直线电机成像进行拼接得到模拟图像,将模拟图像与直线电机在运动状态下的实际图像进行对比分析,得到可以忽略直线电机振动影响的最优线扫描速率,利用最优线扫描速率采集直线电机运动的实时图像,得到直线电机的瞬时速率,对直线电机进行视觉定位得到故障点,解决了误差积累的问题,有针对性的对直线电机进行调速控制。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案和优点,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其它附图。
图1为本发明一个实施例所提供的一种基于云计算的直线电机高效运行的控制方法流程图;
图2为本发明一个实施例所提供的一种获取直线电机轨道的方法流程图;
图3为本发明一个实施例所提供的直线电机轨道与线阵相机摆放位置示意图;
图4为本发明一个实施例所提供的获取横向偏移量的示意图。
具体实施方式
为了更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例,对依据本发明提出的一种基于云计算的直线电机高效运行的控制方法及系统,其具体实施方式、结构、特征及其功效,详细说明如下。在下述说明中,不同的“一个实施例”或“另一个实施例”指的不一定是同一实施例。此外,一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。
除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。
本发明实施例应用的具体场景为精密仪器加工场景时,通过对线阵相机采集直线电机及其轨道的静止状态下的图像的分析,能够获取直线电机及其轨道在任意一个位置成像点的图像,从而对运动状态下的直线电机成像及其轨道成像进行拼接得到理想状态下的模拟图像,将模拟图像与直线电机在运动状态下的轨道的实际图像进行对比分析,得到可以忽略直线电机振动影响的最优线扫描速率,利用最优线扫描速率采集直线电机运动的实时图像,得到直线电机的瞬时速率,对直线电机进行视觉定位得到故障点,解决了误差积累的问题,达到了有针对性的对直线电机进行调速控制的目的。
下面结合附图具体的说明本发明所提供的一种基于云计算的直线电机高效运行的控制方法及系统的具体方案。
请参阅图1,其示出了本发明一个实施例提供的一种基于云计算的直线电机高效运行的控制方法流程图,该方法包括以下步骤:
步骤S100,获取直线电机及其轨道的模拟图像,模拟图像是直线电机在运动状态下无果冻效应的图像。请参阅图2,具体过程为:
步骤S101,获取直线电机静止状态下的轨道区域作为线阵图像。
本发明实施例中通过工业线阵相机进行图像采集处理,工业线阵相机所采集到的图像特点:具有极长的长度和较短的宽度,适用于采集细长型形状的物体,一般应用于需要极大视野和极高精度的场景,所以利用工业线阵相机可以对不同型号的直线电机进行图像采集;
首先,默认直线电机在静止状态下自身无振动,采集直线电机静止状态下的轨道区域,用于对后续轨道区域图像定位的分析。
作为优选,本发明实施例中以双轴直线电机为例,将双轴直线电机所在的两个轴设置为轴和轴,将两个线阵相机分别放置于双轴直线电机的轴和轴上,放置于轴上的线阵相机拍摄双轴直线电机轴得轨道区域,放置于轴上的线阵相机拍摄双轴直线电机轴的轨道区域,则第帧所采集的图像可以表示为和,其中,为轴直线电机上方线阵相机所采集图像,为轴直线电机上方线阵相机所采集图像,最终获得线阵图像。
步骤S102,在线阵图像中选取等分点进行定点图像采集,从而拟合出轨道长边和轨道宽边在线阵图像中成像长度的映射函数。
具体的,为了获取线扫描相机在不同位置所采集图像中双轴直线电机轨道大小的变化,因此在直线电机上任意一个单轴轨道上选取等分点进行定点图像采集。
本发明实施例建议采用24等分点或者更多的等分点,以获取足够多组的数据;通过获取到的不同等分点的图像数据进行函数拟合,函数可以利用最小二乘法或线性拟合方式实现,具体手段不作赘述。
函数自变量为相机采集图像位置与直线电机轨道起始点的距离,因变量分别为轨道长边在图像中的成像长度和轨道宽边在图像中的成像长度。
对于相机采集图像位置与直线电机轨道起始点的距离,可以根据实际轨道长度和定位时对应的等分点位置获取。
对于轨道长边和轨道宽边的成像长度的获取,需要提取线阵图像中的轨道信息,本发明实施例中采取语义分割网络实现该功能,利用编码-解码模型架构的DNN网络,具体的训练过程为:
将线阵图像作为语义分割网络的输入;对线阵图像中所有的像素点标注对应标签,电机像素点标记为0,轨道像素点标记为1,无关像素点标记为2;DNN网络所用的损失函数为交叉熵损失函数;输出的为语义分割图像,语义分割图像与线阵图像的尺寸大小一致。
需要说明的是,本发明实施例默认所采集到的图像中,轨道成像为矩形,并且轨道长边均平行于图像坐标系的轴,轨道宽边均平行于图像坐标系的轴,则提取出轨道像素点后对任意一行轨道像素点进行数量统计即可获取轨道长边或者轨道宽边的成像长度。
综上,获取到相机采集位置与直线电机轨道起始点的距离以及轨道长边和轨道短边的成像长度后,对所有等分点的图像数据进行函数拟合,则轨道长边的映射函数表示为:
轨道宽边的映射函数表示为:
步骤S103,根据直线电机的运行速度,获取直线电机与轨道起始点的实时距离,结合映射函数确定直线电机运动状态下的初始轨道成像和初始直线电机成像,根据不同位置成像点的初始轨道成像和初始直线电机成像得到直线电机的模拟图像。
根据直线电机的运行速度获取理想状态下相机采集到的轨道成像位置,进而得到该成像位置与轨道起始点的距离,结合步骤S102中的映射函数可以得到此时的轨道长边和轨道宽边的成像长度。
但此时的轨道成像只能确定图像的尺寸,在图像坐标系中的位置并不能唯一确定,因此需要选取轨道成像上的一点作为参考点,以此来确定轨道成像具体的位置成像点,具体过程为:
由轨道长边和轨道宽边的成像长度以及参考点的位置可以模拟出线阵相机在轨道上任意一个位置所采集的图像中轨道的成像位置及尺寸。根据直线电机的运行速度确定轨道位置成像点,每个轨道位置成像点可以生成一个初始轨道成像。基于相同原理,根据直线电机的运行速度确定直线电机位置成像点,每个直线电机位置成像点可以生成一个初始直线电机成像;根据相机的线扫描速率对初始轨道成像和初始直线电机成像进行融合拼接得到轨道成像和直线电机成像,最终获取直线电机运动状态下的模拟图像。
进一步的,以轨道成像融合拼接为例,本发明实施例中基于初始的线扫描速率选择每个轨道成像的对应行数进行拼接,具体的,选择第一个轨道成像的第一行,第二个轨道成像的第二行,…,以此类推,最终将第一个轨道成像的第一行,第二个轨道图像的第二行以及后续轨道成像的对应行拼接在一起获取完整的轨道图像。
步骤S200,采集直线电机在运动状态下的轨道的实际图像,根据同一位置成像点获取实际图像和模拟图像的成像特征调节线扫描速率,得到最优线扫描速率。
在实际加工场景中,相机随着直线电机移动并采集图像,成像结果会受到来自直线电机自身振动的影响,因此需要对振动现象进行处理。
本发明实施例中采用的方式为固定双轴直线电机的一个被拍摄轴,令直线电机的拍摄轴匀速运动,成像特征为轨道成像的尺寸和轨道成像的位置。
需要说明的是,本发明实施例中线阵相机的线扫描速率应该满足直线电机在运动一个轨道长度时至少扫描到一帧完整的图像。
通过调节线扫描速率得到无需考虑直线电机振动因素的最优线扫描速率的具体过程为:
1)若存在实际图像中与模拟图像中轨道成像宽度不一致的情况,此时直线电机振动频率与线扫描速率不吻合,通过调节线扫描速率使得实际图像中与模拟图像中轨道成像宽度一致。
2)若存在实际图像中与模拟图像中轨道成像宽度一致,但轨道成像位置不一致的情况,此时直线电机的振动相位与线扫描时刻不吻合,通过调节线扫描的起始时刻使得实际图像中与模拟图像中轨道成像位置一致。
3)若要使得实际图像与基于相机的线扫描速率和所在直线电机运行的速度得到的模拟图像一致时,此时需要确保线扫描速率与直线电机振动周期的一致性,对线扫描速率进行增加一倍的操作,直至实际图像与模拟图像不一致,以最后一次操作之前的线扫描速率作为最优线扫描速率。
进一步的,本发明实施例中进行调节线扫描速率采用遍历的方式,每次调节当前线扫描速率的1/100。
步骤S300,利用最优线扫描速率采集直线电机在运动状态下的轨道的实时图像,根据实时图像的果冻效应获取直线电机的瞬时速率,根据瞬时速率得到故障点。
由步骤S200得到最优线扫描速率,利用最优线扫描速率采集运动状态下的直线电机的图像,被摄直线电机成像时可能会存在果冻效应,一方面表现为在图像中存在纵向拉伸或者压缩,另一方面表现为在图像中出现倾斜。
请参阅图4,被摄直线电机成像002代表直线电机理想状态下运动的直线电机成像,实时图像003代表直线电机实际运动中产生果冻效应的图像,对被摄直线电机成像002进行截取使之与实时图像003高度一致得到中间图像005,将截取后的图像上底与实时图像003的上底固定一起得到拼接图像004,进一步得到图像的下底位置的横向偏移量。
进一步的,利用最优线扫描速率采集运动状态下直线电机的实时图像的成像高度,对于模拟图像中被摄电机的成像特点,将模拟图像的一个底边与实时图像的一个底边固定,调整模拟图像的高度使之与实时图像的高度一致,得到中间图像;
获取中间图像与实时图像之间的横向偏移量,结合最优线扫描速率获取直线电机的横向移动速度,从而获取直线电机的瞬时速率。
作为优选,本发明实施例中获取中间图像与实时图像之间的横向偏移量的步骤为:将中间图像与实时图像的上底位置固定一致,获取下底位置的横向偏移量。
利用获取到的瞬时速率进行定位验证,当瞬时速率与直线电机的运行速度的大小不一致时,直线电机位置成像点标记为异常点,取连续的一组异常点的中点为故障点,若存在唯一一个异常点,将该点作为故障点。
具体的,当图像感知获取的瞬时速率和所设定的被摄直线电机运行速度的大小一致时,直接进行定位,并标记为正常点;否则,直线电机位置成像点标记为异常点。具体定位的方法是基于直线电机上底的中心点为直线电机位置成像点,根据直线电机位置成像点到直线电机轨道起始点距离与轨道两端的总距离的比值确定直线电机的定位信息。
需要说明的是,本发明实施例中采集的图像均已进行光学畸变校正;
步骤S400,对所有的直线电机位置成像点进行轮廓线拟合,获取轮廓线与标准轮廓线的相似度,根据相似度和故障点对直线电机进行调速控制。
具体过程为:通过线阵相机获取的多帧直线电机位置成像点的定位坐标,对其进行轮廓线拟合。获取到的轮廓线与标准轮廓线通过欧式距离进行相似度的计算。将获取到的轮廓相似度与设定的相似度阈值进行比较,若轮廓相似度小于设定的相似度阈值,则直线电机需要进行调速控制,对需要进行调速控制的调速点进行定位。
进一步的,本发明实施例中通过步骤S300获取的故障点确定调速点,再基于现有的调速策略进行电机耦合控制。
综上所述,本发明实施例通过对直线电机及其轨道的运动图像和静止图像的采集分析,得到可以忽略直线电机振动影响的最优线扫描速率,采集利用最优线扫描速率进行运动的直线电机的实时图像,与理想运动状态下直线电机的模拟图像进行比较分析,得到直线电机视觉定位到的故障点,从而有针对性的对直线电机进行调速控制,提高了电机的运行精度以及功效。
基于与上述方法实施例相同的发明构思,本发明实施例还提供了一种基于云计算的直线电机高效运行的控制系统,该系统包括:处理器、存储器以及存储在所述存储器中并可在处理器上运行的计算机程序。处理器执行所述计算机程序时实现上述一种基于云计算的直线电机高效运行的控制方法实施例中的步骤,例如图1所示的步骤,一种基于云计算的直线电机高效运行的控制方法在上述实施例已经详细说明,不再赘述。
需要说明的是:上述本发明实施例先后顺序仅仅为了描述,不代表实施例的优劣。且上述对本说明书特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下,在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外,在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中,多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述,各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于云计算的直线电机高效运行的控制方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:
获取直线电机及其轨道的模拟图像,所述模拟图像是所述直线电机在运动状态下无果冻效应的图像;
采集所述直线电机在运动状态下的轨道的实际图像,根据同一位置成像点获取所述实际图像和所述模拟图像中轨道的成像特征调节线扫描速率,得到最优线扫描速率;
利用所述最优线扫描速率采集所述直线电机在运动状态下的实时图像,根据所述实时图像与所述模拟图像之间所述直线电机的位置偏移量获取所述直线电机的瞬时速率,根据所述瞬时速率得到故障点;
对所有的直线电机位置成像点进行轮廓线拟合,获取所述轮廓线与标准轮廓线的相似度,根据所述相似度和所述故障点对所述直线电机进行调速控制。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述获取直线电机及轨道的模拟图像的步骤,包括:
获取所述直线电机静止状态下的轨道区域作为线阵图像;
在所述线阵图像中选取等分点进行定点图像采集,从而拟合出轨道长边和轨道宽边在所述线阵图像中成像长度的映射函数;
根据所述直线电机的运行速度,获取所述直线电机与起始点的实时距离,结合所述映射函数确定所述直线电机运动状态下的初始轨道成像,根据轨道位置成像点的所述初始轨道成像得到所述直线电机的轨道成像;
基于相同的原理,获取直线电机成像,根据所述轨道成像和所述直线电机成像得到所述模拟图像。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述成像特征包括所述轨道的成像尺寸和轨道的成像位置。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述根据同一位置成像点获取所述实际图像和所述模拟图像的成像特征调节线扫描速率的步骤,包括:
若存在所述实际图像中与所述模拟图像中轨道成像宽度不一致时,通过调节所述线扫描速率使得所述实际图像中与所述模拟图像中的轨道成像宽度一致。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述根据同一位置成像点获取所述实际图像和所述模拟图像的成像特征调节线扫描速率的步骤,包括:
若存在所述实际图像中与所述模拟图像中轨道成像宽度一致,但所述轨道成像位置不一致时,通过调节所述线扫描的起始时刻使得所述实际图像中与所述模拟图像中轨道成像位置一致。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述根据同一位置成像点获取所述实际图像和所述模拟图像的成像特征调节线扫描速率的步骤,包括:
若所述实际图像的成像尺寸和成像位置,与基于所述线扫描速率和所述直线电机运行的速度的所述模拟图像一致时,所述线扫描速率进行增加一倍的操作,直至所述实际图像与所述模拟图像不一致,以最后一次操作之前的所述线扫描速率作为所述最优线扫描速率。
7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述根据所述实时图像的所述果冻效应获取所述直线电机的瞬时速率的步骤,包括:
获取所述实时图像的成像高度,将所述模拟图像的一个底边与所述实时图像的一个底边固定,调整所述模拟图像的高度使之与所述实时图像的高度一致,得到中间图像;
获取所述中间图像与所述实时图像之间的横向偏移量,结合所述最优线扫描速率获取所述直线电机的横向移动速度,进而映射出所述直线电机的瞬时速率。
8.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述根据所述瞬时速率得到故障点的步骤,包括:
当所述瞬时速率与所述直线电机的运行速度大小不一致时,所述直线电机位置成像点标记为异常点,取连续的一组异常点的中点为故障点;若存在唯一一个异常点,则将所述异常点作为故障点。
9.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述根据所述相似度和所述故障点对所述直线电机进行调速控制的步骤,包括:
将所述相似度与设定的相似度阈值进行比较,若小于所述相似度阈值,则进行电机调速控制;
利用所述故障点进行调速点的确认,对所述调速点进行所述调速控制。
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CN114745503A (zh) * | 2022-04-08 | 2022-07-12 | 陕西科技大学 | 一种扫描控制方法及线扫相机 |
CN114745503B (zh) * | 2022-04-08 | 2024-01-12 | 陕西科技大学 | 一种扫描控制方法及线扫相机 |
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Publication number | Publication date |
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CN113395032B (zh) | 2021-11-16 |
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