阅读说明：本技术 一种基于视觉定位的磁转子磁通量检测装置及检测方法 (Magnetic rotor magnetic flux detection device and detection method based on visual positioning ) 是由 林明星 徐萌 代成刚 于 2019-09-30 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于视觉定位的磁转子磁通量检测装置及检测方法,包括作业平台,作业平台上设置三轴移动装置,三轴移动装置与气动机械手连接；所述作业平台上固定设置待检测磁转子托盘、合格磁转子托盘、不合格磁转子输送通道,所述待检测磁转子托盘上方对应设置相机组件以采集待检测磁转子托盘的图像,相机组件将图像传输给控制器,控制器对图像进行处理得出待检测磁转子的像素坐标以对磁转子进行定位；所述作业平台上还设置感应线圈以检测磁转子磁通量。该检测装置能够实现磁转子磁通量检测的自动化,并且通过视觉定位可以有效避免因前序工步失误而造成的检测过程误操作,提高检测效率。(The invention discloses a magnetic rotor magnetic flux detection device and a magnetic rotor magnetic flux detection method based on visual positioning, wherein the magnetic rotor magnetic flux detection device comprises an operation platform, a three-axis moving device is arranged on the operation platform, and the three-axis moving device is connected with a pneumatic manipulator; the operation platform is fixedly provided with a magnetic rotor tray to be detected, a qualified magnetic rotor tray and an unqualified magnetic rotor conveying channel, a camera assembly is correspondingly arranged above the magnetic rotor tray to be detected to collect an image of the magnetic rotor tray to be detected, the camera assembly transmits the image to the controller, and the controller processes the image to obtain a pixel coordinate of the magnetic rotor to be detected so as to position the magnetic rotor; and the work platform is also provided with an induction coil for detecting the magnetic flux of the magnetic rotor. The detection device can realize the automation of magnetic rotor magnetic flux detection, and can effectively avoid detection process misoperation caused by preorder step errors through visual positioning, thereby improving the detection efficiency.)

一种基于视觉定位的磁转子磁通量检测装置及检测方法

技术领域

本公开属于磁转子的磁通量检测领域，具体涉及一种基于视觉定位的磁转子磁通量检测装置及检测方法。

背景技术

永磁转子是一种用于电动机的转子，但天然永磁体内外部磁场均匀性差，不易直接应用在工业场合。目前，永磁转子多采用注塑成型方式进行人工制备，其产品在市场上应用广泛。但人工制造的永磁体，务必要对其产品质量进行严格检验，合格后才可投放市场。其中磁转子的最大磁通量是否超过许用限值，是磁转子产品是否合格的重要指标。又因为磁转子类产品应用领域多样，导致其形状与尺寸差异较大，在进行磁通量检测时很难用某种通用设备进行检测。因此在检测时需要耗费大量人力，检测效率低下，难于进行自动化生产。

发明内容

本公开目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种基于视觉定位的磁转子磁通量检测装置及检测方法；该检测装置能够实现磁转子磁通量检测的自动化，并且通过视觉定位可以有效避免因前序工步失误而造成的检测过程误操作，提高检测效率。

本公开的第一发明目的是提出一种基于视觉定位的磁转子磁通量检测装置，为实现上述目的，本公开采用下述技术方案：

一种基于视觉定位的磁转子磁通量检测装置，包括作业平台，作业平台上设置三轴移动装置，三轴移动装置与气动机械手连接；所述作业平台上固定设置待检测磁转子托盘、合格磁转子托盘、不合格磁转子输送通道，所述待检测磁转子托盘上方对应设置相机组件以采集待检测磁转子托盘的图像，相机组件将图像传输给控制器，控制器对图像进行处理得出待检测磁转子的像素坐标以对磁转子进行定位；所述作业平台上还设置感应线圈以检测磁转子磁通量。

作为进一步的技术方案，所述相机组件包括工业相机，工业相机底部带有镜头，镜头下方设置环形光源，镜头和环形光源均对准设置于待检测磁转子托盘上方。

作为进一步的技术方案，所述工业相机与可调长度的相机悬臂连接，所述相机悬臂横向设置，相机悬臂与竖向的相机组件支柱连接，且相机悬臂可沿相机组件支柱上下滑动并固定，相机组件支柱固定于作业平台。

作为进一步的技术方案，所述环形光源与可调长度的光源悬臂连接，所述光源悬臂横向设置，光源悬臂与竖向的相机组件支柱连接，且光源悬臂可沿相机组件支柱上下滑动并固定。

作为进一步的技术方案，所述待检测磁转子托盘上均匀布置多排多列磁转子放置沉孔，待检测磁转子托盘还设置多个定位孔以与作业平台通过紧固件连接。

作为进一步的技术方案，所述合格磁转子托盘上设置多排多列磁转子放置沉孔。

作为进一步的技术方案，所述气动机械手包括旋转电机，旋转电机底部与气动部件连接，气动部件底部通过气动手指连接器与气动手指连接。

作为进一步的技术方案，所述待检测磁转子托盘、合格磁转子托盘、不合格磁转子输送通道分别设置于感应线圈周边。

本公开的第二发明目的提出一种采用如上所述的磁通量检测装置的检测方法，包括以下步骤：

相机组件采集待检测磁转子托盘及其上待检测磁转子的图像，将图像进行处理得出待检测磁转子的像素坐标；

将待检测磁转子的像素坐标转换为气动机械手坐标系下的定位坐标；

三轴移动装置和气动机械手配合运作，将待检测磁转子置于感应线圈处进行磁通量检测；

将磁通量合格的磁转子放置于合格磁转子托盘上，将磁通量不合格的磁转子运送至不合格磁转子输送通道；

重复以上步骤过程，完成全部磁转子磁通量的自动化检测。

作为进一步的技术方案，判定磁转子磁通量是否合格的步骤为：

将磁转子的磁通量与许用磁通量进行比对，若不符合许用磁通量要求，则转动气动机械手带动磁转子调整角度再次检测，直至达到三次检测的磁通量均不符合许用磁通量要求，则判定该磁转子磁通量不合格；反之则合格。

作为进一步的技术方案，对图像进行处理的步骤为：

将采集的图像进行预处理，将图像进行灰度化处理，再将灰度化的图像进行二值化处理，再对图像进行平滑处理，而后对图像进行孔洞填充操作，对孔洞填充后的图像检测边缘，查找轮廓，并通过计算各轮廓的力矩，计算出各轮廓的质心坐标，即待检测磁转子的像素坐标；

孔洞填充操作的具体过程为：通过遍历图像来检测边缘像素，从而找到各轮廓并编号；在填充内轮廓之前计算各内轮廓面积并且与预设的面积阈值相比较，在内轮廓面积小于面积阈值时进行填充操作；然后，将图像取反后进行孔洞填充，用来去除图像中存在的椒盐噪声，之后再将图像进行取反操作。

作为进一步的技术方案，将像素坐标转换为定位坐标的步骤为：

待检测磁转子托盘的定位孔位于相邻四个磁转子放置沉孔的中心处，且多个定位孔连接成矩形，由多个定位孔将待检测磁转子托盘划分为多个区域，每个磁转子放置沉孔位于一个区域；

由定位孔内紧固件的质心坐标确定每一区域的边界值，每一区域的边界值对应气动机械手的一个抓取点坐标。

本公开的有益效果为：

本公开的磁转子磁通量检测装置，通过相机组件的设置，可以采集待检测磁转子托盘及其上磁转子的图像，通过控制器对图像的识别处理得出待检测磁转子的像素坐标进而对磁转子进行定位，可以实现对待检测磁转子进行视觉定位，可以有效避免因前序工步失误而造成的检测过程误操作，提高检测效率。

本公开的磁转子磁通量检测装置，通过三轴移动装置和气动机械手的配合，可以自动夹持移动磁转子进行磁通量检测，其能实现对磁转子的自动检测，并将已检测产品按其结果归类输送到指定区域。因此，该装置能够提高磁转子磁通量检测作业的效率以及稳定性，满足生产要求。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为一个实施例中公开的磁转子磁通量检测装置整体结构示意图；

图2为气动机械手的结构示意图；

图3为相机组件的结构示意图；

图4为待检测磁转子托盘示意图；

图5为一个实施例中公开的磁转子磁通量检测流程示意图；

图6为一个实施例中公开的待检测磁转子托盘平面直角坐标系图；

图中，1.控制器，2.X轴进给装置，3.作业平台，4.Y轴进给装置，5.Z轴进给装置，6.相机组件，7.气动机械手，8.待检测磁转子托盘，9.感应线圈，10.不合格磁转子输送通道，11.合格磁转子托盘；

1-1.Z轴连接座，1-2.旋转电机，1-3.进气口，1-4.排气口，1-5.气动手指连接器，1-6.气动手指；

2-1.工业相机，2-2.镜头，2-3.环形光源，2-4.相机悬臂，2-5.光源悬臂，2-6.相机组件支柱，2-7.相机组件底座；

3-1.磁转子放置沉孔，3-2.定位孔。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；

为了方便叙述，本公开中如果出现“上”、“下”、“左”“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅仅是为了便于描述本公开和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。

正如背景技术所介绍的，发明人发现，磁转子的磁通量检测需要耗费大量人力，检测效率低下，难于进行自动化生产，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种基于视觉定位的磁转子磁通量检测装置及检测方法。

本申请提供了一种基于视觉定位的磁转子磁通量检测装置，包括作业平台，作业平台上设置三轴移动装置，三轴移动装置与气动机械手连接；所述作业平台上固定设置待检测磁转子托盘、合格磁转子托盘、不合格磁转子输送通道，所述待检测磁转子托盘上方对应设置相机组件以采集待检测磁转子托盘的图像，相机组件将图像传输给控制器，控制器对图像进行处理得出待检测磁转子的像素坐标以对磁转子进行定位；所述作业平台上还设置感应线圈以检测磁转子磁通量。

实施例1

下面结合附图1-附图5对本实施例公开的磁转子磁通量检测装置做进一步的说明；

参照附图1所示，基于视觉定位的磁转子磁通量检测装置，包括作业平台3、控制器1、X轴进给装置2、Y轴进给装置4、Z轴进给装置5、气动机械手7、相机组件6；

主体结构中，作业平台3下方设有控制器1，其中布置了配电盘、驱动版等硬件。而且作业平台3又作为本装置的各组件支撑与定位结构，其上安装有成对布置在两侧的X轴进给装置2。Y轴进给装置4与X轴进给装置2垂直架设，Z轴进给装置5架设在Y轴进给装置4的竖直方向上。X轴进给装置2、Y轴进给装置4、Z轴进给装置5均由电机驱动丝杠来控制进给量，各电机由控制器1进行控制。X轴进给装置2、Y轴进给装置4、Z轴进给装置5组成三轴移动装置。

作业平台3的中心区域，设有用于检测磁转子磁通量的感应线圈9，感应线圈9两侧安装着待检测磁转子托盘8与合格磁转子托盘11。感应线圈9为具有内孔的环形形式，感应线圈9和磁通计连接，磁通计和控制器连接；感应线圈9后方设置了不合格磁转子输送通道10，用于将检测不合格的磁转子排除。待检测磁转子托盘8上方安装有相机组件6。

在Z轴进给装置5的末端通过Z轴连接座1-1安装了气动机械手7。如图2所示，气动机械手7的Z轴连接座1-1下方通过旋转电机1-2连接机械手夹持机构，夹持机构侧面通过进气口1-3、排气口1-4与气缸相连，用气动方式控制成对布置的气动手指连接器1-5的开合，气动手指连接器1-5成对布置，每个气动手指连接器1-5上又安装有气动手指1-6。在进行磁转子工件夹持操作时，闭合的气动手指1-6伸入环形磁转子内部中心位置处，再控制气动手指1-6张开起到夹持作用。

如图3所示，相机组件6通过相机组件底座2-7与作业平台3连接固定，相机组件底座2-7上竖直安装相机组件支柱2-6。相机组件支柱2-6上又分别安装有可调节伸出长度的相机悬臂2-4与光源悬臂2-5，两个悬臂可在组件支柱2-6上滑动至适当高度后固定；两悬臂的滑动以及长度调节，可通过以下方式实现：两悬臂均与块状结构相配合，块状结构分别设置供悬臂穿过的孔和供相机组件支柱穿过的孔，在块状结构移动至需求位置后可通过螺栓等紧固件将其固定。其中，光源悬臂2-5前端连接环形光源2-3，相机悬臂2-4前端连接工业相机2-1，相机下方安装有镜头2-2，使得工业相机2-1可以在环形光源2-3的照射条件下采集下方区域的图像。环形光源是采用现有照明LED光源，在此不再赘述。

工业相机2-1将采集的图像传输给控制器1，控制器1对图像进行处理得出待检测磁转子的像素坐标以对磁转子进行定位。

如图4所示，待检测磁转子托盘8上均布阵列有5×4个等直径的磁转子放置沉孔3-1，并通过4个定位孔3-2，用螺栓使待检测磁转子托盘8与作业平台3连接，保证了托盘在机械手坐标系中位置的确定性；根据磁转子放置沉孔3-1的数量，可将待检测磁转子托盘8分成5×4个区域，每个磁转子放置沉孔3-1位于一个区域中心，4个定位孔3-2的中心分别置于待检测磁转子托盘8四个边角的2×2区域的中心点。因此本系统在视觉定位环节，只需要定位待检测磁转子托盘上磁转子的机械手坐标系下坐标即可。通过机器视觉方式对磁转子进行定位，则可以避免因前序工步的疏漏导致托盘中沉孔出现空位而造成的检测环节废操作，能够提高检测效率与可靠性。

合格磁转子托盘11上也设置多排多列磁转子放置沉孔。

本公开的基于视觉定位的磁转子磁通量检测装置，其针对的磁转子为环形注塑永磁体。可以实现对待检测磁转子进行视觉定位，自动检测，并将已检测产品按其结果归类输送到指定区域。因此，该装置能够提高磁转子磁通量检测作业的效率以及稳定性，满足生产要求。

如图5所示，采用上述检测装置对磁转子磁通量进行检测的流程，步骤如下：

1)进行磁转子磁通量检测作业之前，首先将气动机械手的进气口1-3、排气口1-4连接好气缸，再调整工业相机2-1与环形光源2-3的位置，使其能够对下方待检测磁转子托盘8中放置的磁转子进行图像采集操作；

2)开始图像采集，并对采集到的图像数据进行预处理操作；对原始的RAW图像进行转换，转换为RGB图像后调整图像白平衡，使图像各区域颜色分量趋于平衡；

3)对图像进行灰度化处理，因所采集的磁转子图像数据各分量占比较为均匀，灰度走势也趋同，所以用平均值法执行灰度化操作：

‘Gray’为图像灰度值；‘R’为图像红色分量；‘G’为图像绿色分量；‘B’为图像蓝色分量；

4)再将灰度化后的图像运用大津法(OTSU)对图像进行二值化处理(OTSU N,“Athreshold selection method from gray-level histogram,”IEEE Trans on Systems,Man and Cybernetics,1979,9(1),62-66.)。该方法根据图像灰度特性，将图像分为前景与背景两部分，然后找出使前景与背景方差最大的阈值；

u＝w₀×u₀+w₁×u₁ (2)

‘u’为图像平均灰度；‘w₀’为前景像素占整幅图像的比例；‘u₀’为前景像素平均灰度；‘w₁’为背景像素占整幅图像的比例；‘u₁’为背景像素平均灰度；

进而通过公式(3)求出方差，当方差最大时，可以认为此时的前景和背景差异最大，此时的分割阈值为最佳阈值，通过该阈值将图像进行二值化：

g＝w₀×(u₀-u)²+w₁×(u₁-u)² (3)

5)接下来对图像进行平滑处理；将二值图像取反，使磁转子像素值为1，背景像素值为0；平滑处理时先去除边缘凸起，设定所需去除凸起部位相应的像素长度阈值，然后再逐行与逐列遍历整幅图像2次，将超出阈值部分像素置0。最后通过中值滤波对图像进行进一步的平滑处理，消除锯齿；

6)得到平滑处理后的二值图像之后，对其进行孔洞填充操作；通过遍历图像来检测边缘像素，从而找到各轮廓并编号；在填充内轮廓之前需要计算各内轮廓面积并且与预设的面积阈值相比较，只有内轮廓面积小于面积阈值时才进行填充操作；然后，再次将图像取反后进行孔洞填充，用来去除图像中可能存在的椒盐噪声，之后再将图像进行取反操作；

7)然后对处理后的图像再次遍历，利用Canny算法检测边缘(Canny John.“AComputational Approach to Edge Detection,”PAMI,1986,8(6):679-698.)，查找轮廓并逐一编号；并通过计算各轮廓的力矩，计算出各轮廓的质心坐标，即待检测磁转子的像素坐标。

8)接下来需要将磁转子的像素坐标转换为机械手坐标系下的定位坐标；因为待检测磁转子托盘8，通过4个定位孔3-2中的螺栓与作业平台3固定，从而确定了待检测磁转子托盘8上阵列的5×4个磁转子放置沉孔3-1在机械手坐标系下的定位坐标。所以，可以通过定位图像中的4颗定位孔3-2中的螺栓的质心像素坐标，以这4点坐标将托盘划分为5×4个四边形区域；

如图6所示，4个定位孔3-2中的螺栓在平面直角坐标系中的质心坐标分别为O₁(O_1x，O_1y)、O₂(O_2x，O_2y)、O₃(O_3x，O_3y)与O₄(O_4x，O_4y)，X轴上的x₀、x₁、x₂、x₃、x₄、x₅和Y轴上的y₀、y₁、y₂、y₃、y₄分别是将托盘划分为5×4个四边形区域的边界值。因为托盘上沉孔是均布设置，所以可以根据O₁、O₂、O₃与O₄的坐标值计算出X轴与Y轴上的边界值。其中，X轴上边界间距为：

Y轴上边界间距为：

则X轴上边界值分别为：

则y轴上边界值分别为：

这样由边界值确定的5×4个四边形区域直接对应一处在机械手坐标系下的磁转子放置沉孔3-1中心坐标，这样只要判断所识别的磁转子像素坐标在哪个四边形区域，就可以唯一对应一个机械手坐标系下的抓取点坐标，完成坐标的转换；

9)得到磁转子的定位坐标后，通过X轴进给装置2与Y轴进给装置4相配合，使气动机械手7运动至待检测磁转子的定位坐标上方后停止。这时，Z轴进给装置5动作，将气动机械手7下方的闭合状态下的气动手指1-6伸入磁转子内孔合适位置处；然后气缸动作，气动手指1-6向外撑开将磁转子夹起；然后再通过各进给装置配合，运送磁转子至感应线圈9内孔中心上方后下探进行磁通量检测；

10)运用电子积分原理，通过感应线圈9与磁通计配合，检测磁转子磁通量的大小；根据法拉第电磁感应定律，可以得到线圈中产生的感应电压。

‘N’为感应线圈匝数；

再通过感应电压对积分电容冲电后，得到末端输出电压；

最后，通过用公式(4)和(5)可以推导出磁通量的表达式：

磁通量检测的初始时刻，磁转子距离感应线圈9较远，可以忽略残余磁场的影响，所以此时感应电路的输入电压为零；随着磁通量检测的进行，磁转子与感应线圈9相对运动，则可得出磁转子最大的磁通量：

判断检测结果是否符合许用磁通量要求，以本次测量的磁转子磁通量值是否超过许用磁通量的值，判断是否符合许用磁通量要求，许用磁通量的值是判断磁转子磁通量是否合格的最小值，只有当测量值大于许用值时才判断磁转子合格，若超过许用磁通量的值则符合许用磁通量要求，若未超过许用磁通量的值则不符合许用磁通量要求，若不符合要求则将磁转子远离感应线圈9后，通过旋转电机1-2随机旋转一定角度后再次检验。直到达到3次检测值均不符合要求，则判断该磁转子为不合格品，反之则合格。

11)最后，根据检测结果将已检测磁转子分类输送出去：合格磁转子放置到合格磁转子托盘11中，不合格磁转子运送至不合格磁转子输送通道10进行废弃操作；然后气动机械手7继续运动至下一个待检测磁转子定位坐标处，准备下一轮检测工作，直至完成所有磁转子磁通量的检测；

12)重复2)—11)过程，实现磁转子磁通量的检测自动化。

上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。