CN206832833U - 电机转速自动测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种电机转速自动测量装置，其中，装置包括：相机，以预设帧率采集电机转动过程中主轴的n个图像；图像处理单元，为与相机相连的计算机或嵌入式系统，用于提取每两帧相邻的图像的角度差，根据角度差获得转速，以获得电机的实际转速；通信单元，用于在图像处理单元得到实际转速后将实际转速发送至外部设备。还包括LED补光灯及显示器，LED补光灯在相机采集图像时，在图像处理单元的控制下以与相机采集图像的帧率相同的频率进行频闪补光，显示器用于显示拍摄到的电机主轴的转动状态。该装置采用相机捕捉电机转轴转动瞬间图像，从而获得电机的状态，得到电机转速，可实现自动测量电机转速，装置结构简单，易于实现。

Description

电机转速自动测量装置

技术领域

本实用新型涉及电机转速测量技术领域，特别涉及一种电机转速自动测量装置。

背景技术

电机转速的测量方法很多，目前应用广泛的是接触式电机转速测量方法，反射式电机转速测量方法，频闪仪电机转速测量方法等。

接触式电机转速测量采用测量头(传感器)与电机主轴(或者是主轴上外加的某个旋转的部件)接触，电机转动带动测量头转动，通过测量在一定时间内的测量头转动产生的脉冲数，得到电机的转数。

反射式电机转速测量采用红外或激光发射信号，在电机主轴(或者是主轴上外加的某个旋转的部件)上贴一个反光标签，红外或激光传感器通过感应反光标签的反射信号，在一定时间内的计产生的脉冲数，得到电机的转数。

频闪仪测量电机转速利用人眼的视觉残留现象，当频闪仪的闪光频率和电机转速一致时，可以看到电机的主轴是静止或者是非常缓慢的转动。利用这一原理，可以通过调节频闪仪的闪光频率，直到电机静止或者是非常缓慢的转动。此时显示的闪光频率即为电机的转数。

接触式电机转速测量方法，因测量头要与电机主轴接触，故无法应用于高转速的测量。反射式电机转速测量方法，必须在主轴上贴一个标签，无法适用于某些电机封闭的场合。接触式和反射式电机转速测量，要求测试人员与电机距离比较近才可以，对人员安全会产生影响。这三种测量方法必须有测试人员进行操作才能进行。对于某些现场，例如屏蔽泵的生产调试现场，人员无法靠近但又必须测量转速的情况下，前面三种测量方法并不能满足测量需求。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种电机转速自动测量装置，以解决现有的测量方法所存在的在测量高速旋转的电机时无法自动测量电机转速的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种电机转速自动测量装置，包括：

相机，用于以预设帧率采集电机转动过程中主轴的n个图像，n为大于1 的整数；

图像处理单元，为与所述相机相连的计算机或嵌入式系统，用于提取每两帧相邻的图像的角度差，根据角度差获得转速，以获得电机的实际转速。

通信单元，用于在所述图像处理单元得到所述实际转速后将所述实际转速发送至与该装置相连的外部设备。

较佳地，所述图像处理单元进一步还包括：

相机控制模块，用于控制所述相机按目标的帧率采集电机主轴的图像；

图像处理模块，用于对所述图像进行处理并提取每两帧相邻的图像的角度差；

转速计算模块，用于根据所述角度差计算预测转速、帧率h及验证转速；

中心控制模块，用于控制相机控制模块进行采集图像，并判断当前的验证转速是否为电机的实际转速，如是，将当前的验证转速作为预测转速，如否继续执行新的验证转速的获取及比较，直至得到实际转速。

较佳地，还包括LED补光灯，用于在相机采集图像时，在图像处理单元的控制下以与相机采集图像的帧率相同的频率进行频闪补光。

较佳地，还包括显示器，用于显示拍摄到的电机主轴的转动状态。

本实用新型的装置具有以下有益效果：

(1)采用相机捕捉电机转轴转动瞬间图像，从而获得电机的状态，从而根据相机捕捉的频率及电机转轴状态得到电机转速，可以实现系统自动的测量电机转速，装置结构简单，易于实现；

(2)采用频闪光源进行补光，使得相机捕捉的图像更加清晰，而相机对电机主轴进行采样，计算出电机主轴的转动速度，并可以使电机的转动状态在显示器上显示出来，便于观察电机的运动状态；

(3)采用基于图像计算转速的频闪电机转速测量方法为非接触式测量，适合远距离的测量，特别适合应用于人员无法靠近但又必须测量转速的情况，测量精度较高。

附图说明

图1为优选实施例提供的电机转速自动测量装置组成结构图；

图2为本实用新型优选实施例装置测量转速的总体流程图；

图3为本实用新型优选实施例的图像识别的过程流程图；

图4A为对图像加载的掩膜；

图4B为对H通道图像处理得到的最终图像；

图5A为对图4B的最终图像提取得到的图像外接矩图像；

图5B为对图5A的外接矩图像转正后的图像；

图5C为对图5B的转正后的图像的外接矩ROI；

具体实施方式

为更好地说明本实用新型，兹以一优选实施例，并配合附图对本实用新型作详细说明，具体如下：

如图1所示，本实用新型还提供了一种电机转速自动测量装置，其特征在于，包括：

相机101，用于采集电机转动过程中主轴的图像；

图像处理单元102，可以根据需要设置为计算机或嵌入式控制系统，用于对所述图像进行处理并提取每两帧相邻的图像的角度差，计算预测转速以及以预测转速计算帧率h，并控制相机以帧率h进行重新采集图像，根据重新采集的图像计算得到当前的验证转速，判断所述预测转速与所述验证转速之差是否在预设误差范围内，如是，则验证转速为电机的实际转速，将当前的验证转速作为预测转速，并继续执行新的验证转速的获取及比较，直至得到实际转速。

通信单元103，用于在所述图像处理单元得到所述实际转速后将所述实际转速发送至与该装置相连的外部设备。

LED补光灯104，与图像处理单元相连，用于在相机采集图像时，在图像处理单元的控制下以与相机采集图像的帧率相同的频率进行频闪补光。

显示器105，具体为与图像处理单元相连的显示屏，用于显示拍摄到的电机主轴的转动状态。

该装置用于执行电机转速的获取，从而实现电机转速的自动测量。其中， LED补光是在相机拍摄图像时瞬间闪光，可以缩短相机的曝光时间。当闪光频率和转速同步时，可以用人眼清晰看到电机转动的情况。也可以通过人眼来进一步验证测试结果的准确性。

其中，上述的图像处理单元具体还包括：

相机控制模块，用于控制所述相机按目标的帧率采集电机主轴的图像；

图像处理模块，用于对所述图像进行处理并提取每两帧相邻的图像的角度差；

转速计算模块，用于根据所述角度差计算预测转速、帧率h及验证转速；

中心控制模块，用于控制相机控制模块进行采集图像，并判断当前的验证转速是否为电机的实际转速，如是，将当前的验证转速作为预测转速，如否继续执行新的验证转速的获取及比较，直至得到实际转速。同时，本实施例中的中心控制模块还控制LED补光灯在相机拍摄图像时进行补光。

如图2所示，本实用新型中提供了一种电机转速自动测量方法，包括以下步骤：

S1：控制相机以预设帧率连续采集电机转动过程中主轴的n帧图像，n 为大于1的整数；

S2：根据采集的n帧图像识别并计算每两帧相邻的图像的角度差，对所述角度差取平均值，根据所述平均值计算预测转速；

S3：以预测转速计算帧率h，并控制相机以帧率h进行重新采集n帧图像，根据重新采集的n帧图像按步骤S2计算得到当前的验证转速；

S4：判断所述预测转速与所述验证转速之差是否在预设误差范围内，如是，则将验证转速作为电机的实际转速并输出，如否进入步骤S5；

S5：将当前的验证转速作为预测转速，并返回步骤S3继续执行。

其中，在相机采集图像时，本实施例方法同时采用LED补光灯以与相机采集图像的帧率相同的频率进行频闪补光，以使相机对电机主轴进行采样的图像更加清晰，更加利于提取主轴角度。LED频闪补光的具体过程：控制系统给出LED频闪补光信号，LED灯亮，系统采集图像，LED灯灭，图像采集结束。

上述的步骤S1进一步包括：在电机的主轴上设置标志点或选取主轴上的键槽作为标志点，标志点作为对采集的图像进行识别的参考点。一般电机主轴上都会有一个键槽(而没有时也可做一个标志作为标志点)，以此作为在主轴上的识别的参考点。

下面具体以带键槽的电机主轴为例进行说明本实施例的方法的具体转速计算过程：

本实施例的步骤S1中，相机初始的预设帧率为高帧率，以该高帧率进行连续采集3帧图像。

然后通过上述的步骤S2进行对原始图像的处理，图像识别的过程如图3 所示，具体包括：

S21：对采集的原始图像加载掩膜后，提取ROI；

其中，掩膜大小为与采集原始图像中的主轴外径相匹配，以便获取仅包含主轴部分的图像，掩膜如图4A所示，提取得到的ROI(Region Of Interest-ROI)。

S22：对得到的ROI在HSV空间进行通道分离，分别得到H通道图像、 S通道图像及V通道图像，取用H通道图像；

S23：对H通道图像进行二值化处理、经膨胀、腐蚀得到要处理的最终图像，如图4B所示；

S24：从该最终图像中提取该帧图像的角度。

这里的步骤S24进一步包括：

(1)从所述最终图像中提取连通域轮廓，并获取最小外接矩，从所述最小外接矩中提取得到倾斜角度；

本实施例中利用OpenCV中函数findContours()从二值图像中找出所有连通域轮廓，使用函数minAreaRect()函数获取最小外接矩，该函数可以返回外接矩的中心坐标，大小尺寸，倾斜角度，倾斜角度为0°到-90°，水平角度为0°，逆时针方向最大为-90°。本实施例中的最终得到的图像外接矩如图 5A，见图5A中的浅色矩形边框。

(2)确定主轴当前的角度，依据预先设置在主轴上并显示在图像中的标志点，将所述图像转正；

本实施例中确定主轴缺口所在边的角度，即图5A外接矩的下边倾斜边 601，将该倾斜边的角度调整为水平，从而将图像转正，方便判断缺口，转正后的图像如图5B所示。

(3)获取转正后的图像的外接矩ROI，如图5C所示；

(4)判断外接矩ROI的缺口方向，根据缺口方向计算图像的角度。

这里判断缺口方向，在中心线上取点，黑色像素多的即缺口位置。得到缺口位置后，计算图像的角度时，还需进行角度的转换：

以水平方向为起点，顺时针旋转一周为360度，以ROI的中心为原点，向量OA指向缺口边，角度α即为转换以后的角度。

角度w(负角度)已经在获得外接距的时候得到了，则当确定了缺口方向后，就可以计算角度α。

当缺口朝下，α＝90+w

当缺口朝下，α＝180+w

当缺口朝上，α＝270+w

当缺口超右，α＝360+w

则根据不同帧图像的角度即可计算两个相邻图像的角度分别为α1、α2，则计算转速r为：

其中，r为转速，单位为：转/分钟；Δt-连续两个角度采集的时间差，第一次采集时的该计算转速已经非常接近真实转速了，后面的验证转速可以根据这个计算结果进一步进行采集验证，从而得到更为精确的实际转速。这种机器视觉的方式进行电机转速的方法适合应用于远程的或自动的转速测量，无需人员靠近，使用方便。

其中，上述步骤S3的帧率h＝r1/60，即计算机的采集图像频率为r1/60。固定了h，也就是固定了采集的时间周期Δt为1/h，每采样一次图像后就可以进行转速计算，将该计算值和前一次计算结果进行比较，在误差允许范围内即得到电机的测试结果。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何本领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，对本实用新型所做的变形或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述的权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种电机转速自动测量装置，其特征在于，包括：

相机，用于以预设帧率采集电机转动过程中主轴的n个图像，n为大于1的整数；

图像处理单元，为与所述相机相连的计算机或嵌入式系统，用于提取每两帧相邻的图像的角度差，根据角度差获得转速，以获得电机的实际转速；

通信单元，用于在所述图像处理单元得到所述实际转速后将所述实际转速发送至与该装置相连的外部设备。

2.根据权利要求1所述的电机转速自动测量装置，其特征在于，所述图像处理单元进一步还包括：

相机控制模块，用于控制所述相机按目标的帧率采集电机主轴的图像；

图像处理模块，用于对所述图像进行处理并提取每两帧相邻的图像的角度差；转速计算模块，用于根据所述角度差计算预测转速、帧率h及验证转速；

中心控制模块，用于控制相机控制模块进行采集图像，并判断当前的验证转速是否为电机的实际转速，如是，将当前的验证转速作为预测转速，如否继续执行新的验证转速的获取及比较，直至得到实际转速。

3.根据权利要求1所述的电机转速自动测量装置，其特征在于，还包括LED补光灯，用于在相机采集图像时，在图像处理单元的控制下以与相机采集图像的帧率相同的频率进行频闪补光。

4.根据权利要求1所述的电机转速自动测量装置，其特征在于，还包括显示器，用于显示拍摄到的电机主轴的转动状态。