CN117739869A - 一种电机铁芯同轴度在线测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电机铁芯同轴度在线测量方法，属于电机技术领域，包括以下步骤：计算电机铁芯外圆面的拟合圆心坐标；计算电机铁芯内圆面的拟合圆心坐标；沿Z轴上下移动电机铁芯，以获得电机铁芯在不同层叠片处的外圆面的拟合圆心坐标、内圆面的拟合圆心坐标；计算电机铁芯外圆面的拟合直线L1的直线方程或者内圆面的拟合直线L2的直线方程；计算电机铁芯的每层内圆面的圆心到外圆面拟合直线L1的距离或者每层外圆面的圆心到内圆面拟合直线L2的距离。本申请只需采集电机铁芯外圆面、内圆面的坐标数据点，再进行数据处理，就可以得到电机铁芯的同轴度，且准确性高、稳定性高、精度高、节约了人工成本，提高了检测效率和检测数据的准确性。
Description
技术领域
本发明涉及电机技术领域，尤其是涉及一种电机铁芯同轴度在线测量方法。
背景技术
电机铁芯同轴度检测一般是手动或半自动检测方式，由人工上料，工件手动或半自动式定位测量，测量完成后，对应显示终端上显示工件尺寸检测数值，并判定合格或者不合格，再人工取下工件，根据判定结果将工件放置在合格品料箱或不合格品料箱，操作人员工作强度大，极易造成误判且大多时候都会在生产出一批工件后再拿到测量台上进行检测，若发生崩刀等生产事故，待检验发现问题时往往会造成已经加工完成的零件批量报废，浪费材料和时间。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种高效且测量精度较高的电机铁芯同轴度在线测量方法。
本发明的目的采用如下技术方案实现：
一种电机铁芯同轴度在线测量方法，包括以下步骤：
计算电机铁芯外圆面的拟合圆心坐标：通过第一激光位移传感器扫描电机铁芯的外圆面，以获取n(n≥2)个坐标数据点(xn，yn)，利用最小二乘法拟合出外圆面M1的圆方程为：
(x-x0)2+(y-y0)2＝r1 2 (1)
其中，
其中，
电机铁芯外圆面的拟合圆心坐标为(x0，y0，z0)，其中z0为已知值；
计算电机铁芯内圆面的拟合圆心坐标：通过第二激光位移传感器扫描电机铁芯的内圆面，以获取i(i≥2)个坐标数据点(xi，yi)，利用最小二乘法拟合出内圆面M2的圆方程为：
(x-xt)2+(y-yt)2＝r2 2 (9)
其中，
其中，
电机铁芯内圆面的拟合圆心坐标为(xt，yt，zt)，其中zt为已知值；
沿Z轴上下移动电机铁芯，以获得电机铁芯在不同层叠片处的外圆面的拟合圆心坐标、内圆面的拟合圆心坐标；
计算电机铁芯外圆面的拟合直线L1的直线方程或者内圆面的拟合直线L2的直线方程：利用最小二乘法拟合出空间直线L1或者L2，拟合直线L1的直线方程的标准式为：
对方程(17)进行等价转换，得：其中，
(xs，ys，zs)为拟合直线L1上任意一点；
拟合直线L2的直线方程的标准式为：
对方程(24)进行等价转换，得：其中，
(xp，yp，zp)为拟合直线L2上任意一点；
计算电机铁芯的每层内圆面的圆心到外圆面拟合直线L1的距离di或者每层外圆面的圆心到内圆面拟合直线L2的距离dn：
计算电机铁芯的同轴度φ：从若干个所述距离中确定出最大值，所述电机铁芯的同轴度φ为所述最大值的2倍，
φ＝2max(di)或者φ＝2max(dn)。
进一步的，所述沿Z轴上下移动电机铁芯，以获得电机铁芯在不同层叠片处的外圆面的拟合圆心坐标、内圆面的拟合圆心坐标具体包括以下步骤：
通过沿电机铁芯径向方向设置的两个第一激光位移传感器与电机铁芯的第一层外圆面相抵触，从而获得第一层外圆面的拟合圆心坐标；
驱动电机铁芯沿Z轴方向运动的距离为u1，两个第一激光位移传感器与电机铁芯的第v1层外圆面相抵触，从而获得第v1层外圆面的拟合圆心坐标，其中，h为电机铁芯的叠片厚度，u1为h的整数倍；
通过沿电机铁芯径向方向设置的两个第二激光位移传感器与电机铁芯的第一层内圆面相抵触，从而获得第一层内圆面的拟合圆心坐标；
驱动电机铁芯沿Z轴方向运动的距离为u2，两个第二激光位移传感器与电机铁芯的第v2层内圆面相抵触，从而获得第v2层内圆面的拟合圆心坐标，其中，h为电机铁芯的叠片厚度，u2为h的整数倍。
进一步的，在所述计算电机铁芯外圆面拟合直线L1的直线方程或者内圆面拟合直线L2的直线方程步骤中，
进一步的，所述计算电机铁芯外圆面拟合直线L1的直线方程具体包括以下步骤：
任意取一个zs值，根据k1，k2，b1，b2求出xs、ys；
任意取一个C1值，根据k1，k2，求出A1、B1的值，从而获得拟合直线L1的直线方程。
进一步的，在所述计算电机铁芯外圆面拟合直线L1的直线方程或者内圆面拟合直线L2的直线方程步骤中，
进一步的，所述计算电机铁芯外圆面拟合直线L2的直线方程具体包括以下步骤：
任意取一个zp值，根据k3，k4，b3，b4求出xp、yp；
任意取一个C2值，根据k3，k4，求出A2、B2的值，从而获得拟合直线L2的直线方程。
进一步的，在所述计算电机铁芯外圆面的拟合圆心坐标步骤中，r1为电机铁芯外圆面的拟合圆面的半径，
其中，
进一步的，在所述计算电机铁芯内圆面的拟合圆心坐标步骤中，r2为电机铁芯内圆面的拟合圆面的半径，
其中，
进一步的，所述电机铁芯同轴度在线测量方法还包括校验步骤，所述校验步骤位于所述计算电机铁芯的同轴度φ步骤之后，具体包括以下步骤：
通过测量仪测量电机铁芯的实际同轴度φ’；
计算电机铁芯的同轴度φ与实际同轴度φ’之间的误差；
若误差在预设范围内，则说明电机铁芯合格；若误差不在预设范围内，对公式(4)-(8)以及公式(12)-(16)进行修正。
进一步的，在所述计算电机铁芯的同轴度φ步骤中，所述同轴度φ的大小为0～0.1mm。
相比现有技术，本发明电机铁芯同轴度在线测量方法包括以下步骤：计算电机铁芯外圆面的拟合圆心坐标；计算电机铁芯内圆面的拟合圆心坐标；沿Z轴上下移动电机铁芯，以获得电机铁芯在不同层叠片处的外圆面的拟合圆心坐标、内圆面的拟合圆心坐标；计算电机铁芯外圆面的拟合直线L1的直线方程或者内圆面的拟合直线L2的直线方程；计算电机铁芯的每层内圆面的圆心到外圆面拟合直线L1的距离或者每层外圆面的圆心到内圆面拟合直线L2的距离；计算电机铁芯的同轴度。本申请中，以电机铁芯内圆面为基准，通过第二激光位移传感器对电机铁芯的每一层内圆面进行取点，并计算出多个拟合圆心坐标，然后再拟合得到空间直线L2；通过第一激光位移传感器对电机铁芯的每一层外圆面进行取点，并计算出多个拟合圆心坐标，然后计算出电机铁芯每一层外圆面的拟合圆心到拟合直线L2的距离，再选取最大的距离值进行计算，即可得到最终的电机铁芯同轴度φ。本申请只需采集电机铁芯外圆面、内圆面的坐标数据点，再进行数据处理，就可以得到电机铁芯的同轴度，且得到的电机铁芯的同轴度的准确性很高，相比人工检测方式，其稳定性高、精度高、节约了人工成本，大大提高了检测效率和检测数据的准确性，有助于提升电机铁芯制造质量的管控，满足客户的使用需求；本申请通过设置若干组第一激光位移传感器、若干组第二激光位移传感器，对电机铁芯能够进行快速、准确地测量，提高了工件检测的自动化程度，同时避免由于接触式测量带来的损伤，整个操作更为简单、灵活。
附图说明
图1为本发明电机铁芯同轴度在线测量方法的步骤流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。
需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在另一中间组件，通过中间组件固定。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在另一中间组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在另一中间组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
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。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
如图1所示，本发明提供一种电机铁芯同轴度在线测量方法，包括以下步骤：
计算电机铁芯外圆面的拟合圆心坐标：通过第一激光位移传感器扫描电机铁芯的外圆面，以获取n(n≥2)个坐标数据点(xn，yn)，利用最小二乘法拟合出外圆面M1的圆方程为：
(x-x0)2+(y-y0)2＝r1 2 (1)
其中，
其中，
电机铁芯外圆面的拟合圆心坐标为(x0，y0，z0)，其中z0为已知值；
计算电机铁芯内圆面的拟合圆心坐标：通过第二激光位移传感器扫描电机铁芯的内圆面，以获取i(i≥2)个坐标数据点(xi，yi)，利用最小二乘法拟合出内圆面M2的圆方程为：
(x-xt)2+(y-yt)2＝r2 2 (9)
其中，
其中，
电机铁芯内圆面的拟合圆心坐标为(xt，yt，zt)，其中zt为已知值；
沿Z轴上下移动电机铁芯，以获得电机铁芯在不同层叠片处的外圆面的拟合圆心坐标、内圆面的拟合圆心坐标；
计算电机铁芯外圆面的拟合直线L1的直线方程或者内圆面的拟合直线L2的直线方程：利用最小二乘法拟合出空间直线L1或者L2，
拟合直线L1的直线方程的标准式为：
对方程(17)进行等价转换，得：其中，
(xs，ys，zs)为拟合直线L1上任意一点；
拟合直线L2的直线方程的标准式为：
对方程(24)进行等价转换，得：
其中，
(xp，yp，zp)为拟合直线L2上任意一点；
计算电机铁芯的每层内圆面的圆心到外圆面拟合直线L1的距离di或者每层外圆面的圆心到内圆面拟合直线L2的距离dn：
计算电机铁芯的同轴度φ：从若干个距离中确定出最大值，电机铁芯的同轴度φ为最大值的2倍，
φ＝2max(di)或者φ＝2max(dn)。
在计算电机铁芯外圆面的拟合圆心坐标步骤中，对于电机铁芯的每一层外圆面来说，外圆面上的取点坐标、外圆面的拟合圆心坐标在Z轴方向上是一样的，因此，可以通过第一位移传感器对每一层外圆面进行二维平面的取点。另外，还可以根据拟合圆心坐标，计算电机铁芯外圆面的拟合圆面的半径r1，
其中，
在计算电机铁芯内圆面的拟合圆心坐标步骤中，对于电机铁芯的每一层内圆面来说，内圆面上的取点坐标、内圆面的拟合圆心坐标在Z轴方向上是一样的，因此，可以通过第二位移传感器对每一层内圆面进行二维平面的取点，由于电机铁芯的内径较小，普通传感器无法伸入到电机铁芯内部，因此第二位移传感器中包括侧头延长杆，需要借助侧头延长杆来进行测量。另外，还可以根据拟合圆心坐标，计算电机铁芯内圆面的拟合圆面的半径r2，
其中，
沿Z轴上下移动电机铁芯，以获得电机铁芯在不同层叠片处的外圆面的拟合圆心坐标、内圆面的拟合圆心坐标具体包括以下步骤：
通过沿电机铁芯径向方向设置的两个第一激光位移传感器与电机铁芯的第一层外圆面相抵触，从而获得第一层外圆面的拟合圆心坐标；
驱动电机铁芯沿Z轴方向运动的距离为u1，两个第一激光位移传感器与电机铁芯的第v1层外圆面相抵触，从而获得第v1层外圆面的拟合圆心坐标，其中，h为电机铁芯的叠片厚度，u1为h的整数倍；由此保证第一激光位移传感器与每一电机铁芯叠片的外圆面的中间位置抵接，此时测量精度较高。
通过沿电机铁芯径向方向设置的两个第二激光位移传感器与电机铁芯的第一层内圆面相抵触，从而获得第一层内圆面的拟合圆心坐标；
驱动电机铁芯沿Z轴方向运动的距离为u2，两个第二激光位移传感器与电机铁芯的第v2层内圆面相抵触，从而获得第v2层内圆面的拟合圆心坐标，其中，h为电机铁芯的叠片厚度，u2为h的整数倍。由此保证第二激光位移传感器与每一电机铁芯叠片的内圆面的中间位置抵接，此时测量精度较高。
在计算电机铁芯外圆面拟合直线L1的直线方程或者内圆面拟合直线L2的直线方程步骤中，
计算电机铁芯外圆面拟合直线L1的直线方程具体包括以下步骤：
任意取一个zs值，根据k1，k2，b1，b2求出xs、ys；
任意取一个C1值，根据k1，k2，求出A1、B1的值，从而获得拟合直线L1的直线方程。
在计算电机铁芯外圆面拟合直线L1的直线方程或者内圆面拟合直线L2的直线方程步骤中，
计算电机铁芯外圆面拟合直线L2的直线方程具体包括以下步骤：
任意取一个zp值，根据k3，k4，b3，b4求出xp、yp；
任意取一个C2值，根据k3，k4，求出A2、B2的值，从而获得拟合直线L2的直线方程。
电机铁芯同轴度在线测量方法还包括校验步骤，校验步骤位于计算电机铁芯的同轴度φ步骤之后，具体包括以下步骤：
通过测量仪测量电机铁芯的实际同轴度φ’；
计算电机铁芯的同轴度φ与实际同轴度φ’之间的误差；
若误差在预设范围内，则说明电机铁芯合格；若误差不在预设范围内，对公式(4)-(8)以及公式(12)-(16)进行修正。
在计算电机铁芯的同轴度φ步骤中，同轴度φ的大小为0～0.1mm。
本申请中，以电机铁芯内圆面为基准，通过第二激光位移传感器对电机铁芯的每一层内圆面进行取点，并计算出多个拟合圆心坐标，然后再拟合得到空间直线L2；通过第一激光位移传感器对电机铁芯的每一层外圆面进行取点，并计算出多个拟合圆心坐标，然后计算出电机铁芯每一层外圆面的拟合圆心到拟合直线L2的距离，再选取最大的距离值进行计算，即可得到最终的电机铁芯同轴度φ。本申请只需采集电机铁芯外圆面、内圆面的坐标数据点，再进行数据处理，就可以得到电机铁芯的同轴度，且得到的电机铁芯的同轴度的准确性很高，相比人工检测方式，其稳定性高、精度高、节约了人工成本，大大提高了检测效率和检测数据的准确性，有助于提升电机铁芯制造质量的管控，满足客户的使用需求；本申请通过设置若干组第一激光位移传感器、若干组第二激光位移传感器，对电机铁芯能够进行快速、准确地测量，提高了工件检测的自动化程度，同时避免由于接触式测量带来的损伤，整个操作更为简单、灵活。
以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出多个变形和改进演变，都是依据本发明实质技术对以上实施例做的等同修饰与演变，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种电机铁芯同轴度在线测量方法，其特征在于：包括以下步骤：
计算电机铁芯外圆面的拟合圆心坐标：通过第一激光位移传感器扫描电机铁芯的外圆面，以获取n(n≥2)个坐标数据点(xn，yn)，利用最小二乘法拟合出外圆面M1的圆方程为：
(x-x0)2+(y-y0)2＝r1 2 (1)
其中，
其中，
电机铁芯外圆面的拟合圆心坐标为(x0，y0，z0)，其中z0为已知值；
计算电机铁芯内圆面的拟合圆心坐标：通过第二激光位移传感器扫描电机铁芯的内圆面，以获取i(i≥2)个坐标数据点(xi，yi)，利用最小二乘法拟合出内圆面M2的圆方程为：
(x-xt)2+(y-yt)2＝r2 2 (9)
其中，
其中，
电机铁芯内圆面的拟合圆心坐标为(xt，yt，zt)，其中zt为已知值；
沿Z轴上下移动电机铁芯，以获得电机铁芯在不同层叠片处的外圆面的拟合圆心坐标、内圆面的拟合圆心坐标；
计算电机铁芯外圆面的拟合直线L1的直线方程或者内圆面的拟合直线L2的直线方程：利用最小二乘法拟合出空间直线L1或者L2，
拟合直线L1的直线方程的标准式为：
对方程(17)进行等价转换，得：其中，
(xs，ys，zs)为拟合直线L1上任意一点；
拟合直线L2的直线方程的标准式为：
对方程(24)进行等价转换，得：其中，
(xp，yp，zp)为拟合直线L2上任意一点；
计算电机铁芯的每层内圆面的圆心到外圆面拟合直线L1的距离di或者每层外圆面的圆心到内圆面拟合直线L2的距离dn：
计算电机铁芯的同轴度φ：从若干个所述距离中确定出最大值，所述电机铁芯的同轴度φ为所述最大值的2倍，
φ＝2max(di)或者φ＝2max(dn)。
2.根据权利要求1所述的电机铁芯同轴度在线测量方法，其特征在于：所述沿Z轴上下移动电机铁芯，以获得电机铁芯在不同层叠片处的外圆面的拟合圆心坐标、内圆面的拟合圆心坐标具体包括以下步骤：
通过沿电机铁芯径向方向设置的两个第一激光位移传感器与电机铁芯的第一层外圆面相抵触，从而获得第一层外圆面的拟合圆心坐标；
驱动电机铁芯沿Z轴方向运动的距离为u1，两个第一激光位移传感器与电机铁芯的第v1层外圆面相抵触，从而获得第v1层外圆面的拟合圆心坐标，其中，h为电机铁芯的叠片厚度，u1为h的整数倍；
通过沿电机铁芯径向方向设置的两个第二激光位移传感器与电机铁芯的第一层内圆面相抵触，从而获得第一层内圆面的拟合圆心坐标；
驱动电机铁芯沿Z轴方向运动的距离为u2，两个第二激光位移传感器与电机铁芯的第v2层内圆面相抵触，从而获得第v2层内圆面的拟合圆心坐标，其中，h为电机铁芯的叠片厚度，u2为h的整数倍。
3.根据权利要求1所述的电机铁芯同轴度在线测量方法，其特征在于：在所述计算电机铁芯外圆面拟合直线L1的直线方程或者内圆面拟合直线L2的直线方程步骤中，
4.根据权利要求3所述的电机铁芯同轴度在线测量方法，其特征在于：所述计算电机铁芯外圆面拟合直线L1的直线方程具体包括以下步骤：
任意取一个zs值，根据k1，k2，b1，b2求出xs、ys；
任意取一个C1值，根据k1，k2，求出A1、B1的值，从而获得拟合直线L1的直线方程。
5.根据权利要求1所述的电机铁芯同轴度在线测量方法，其特征在于：在所述计算电机铁芯外圆面拟合直线L1的直线方程或者内圆面拟合直线L2的直线方程步骤中，
6.根据权利要求5所述的电机铁芯同轴度在线测量方法，其特征在于：所述计算电机铁芯外圆面拟合直线L2的直线方程具体包括以下步骤：
任意取一个zp值，根据k3，k4，b3，b4求出xp、yp；
任意取一个C2值，根据k3，k4，求出A2、B2的值，从而获得拟合直线L2的直线方程。
7.根据权利要求1所述的电机铁芯同轴度在线测量方法，其特征在于：在所述计算电机铁芯外圆面的拟合圆心坐标步骤中，r1为电机铁芯外圆面的拟合圆面的半径，
其中，
8.根据权利要求1所述的电机铁芯同轴度在线测量方法，其特征在于：在所述计算电机铁芯内圆面的拟合圆心坐标步骤中，r2为电机铁芯内圆面的拟合圆面的半径，
其中，
9.根据权利要求1所述的电机铁芯同轴度在线测量方法，其特征在于：所述电机铁芯同轴度在线测量方法还包括校验步骤，所述校验步骤位于所述计算电机铁芯的同轴度φ步骤之后，具体包括以下步骤：
通过测量仪测量电机铁芯的实际同轴度φ’；
计算电机铁芯的同轴度φ与实际同轴度φ’之间的误差；
若误差在预设范围内，则说明电机铁芯合格；若误差不在预设范围内，对公式(4)-(8)以及公式(12)-(16)进行修正。
10.根据权利要求1所述的电机铁芯同轴度在线测量方法，其特征在于：在所述计算电机铁芯的同轴度φ步骤中，所述同轴度φ的大小为0～0.1mm。
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