專利名稱：一種基于圖像相位相關(guān)算法的電機(jī)轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電機(jī)轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)方法，尤其涉及一種基于圖像相位相關(guān)算法的電機(jī)轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)方法。
背景技術(shù)：
電機(jī)轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)是通過測(cè)量轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)角度得出的，目前電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)角度的測(cè)量系統(tǒng)主要有以下幾種霍爾元件，光電編碼器。這些器件的響應(yīng)速度和測(cè)量精度不是很高，而且是接觸性的測(cè)量，不適合在惡劣的工作環(huán)境中操作。因此需要克服上述測(cè)量器件的不便之處，現(xiàn)提出了新的測(cè)量方法，即基于圖像相位相關(guān)算法的電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角測(cè)量，該方法能實(shí)現(xiàn)測(cè)量精度高、實(shí)時(shí)性好、可以進(jìn)行非接觸測(cè)量。原因在于1、該方法利用圖像信息進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算精度能達(dá)到像素級(jí)，從而可以實(shí)現(xiàn)精密測(cè)量。2、采用DSP642和FPGA芯片能快速、準(zhǔn)確地對(duì)圖像進(jìn)行處理、計(jì)算，為測(cè)量的實(shí)時(shí)性提供了保障。3、通過拍攝電機(jī)端面圖像來達(dá)到精密測(cè)量的目的，顯然該方式為非接觸式測(cè)量。這些優(yōu)點(diǎn)使得該檢測(cè)方法利于電機(jī)的精密控制，利于在惡劣環(huán)境下工作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于圖像相位相關(guān)算法的電機(jī)轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中的檢測(cè)裝置在對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)時(shí)精度不高，安裝使用不方便，且操作不安全的問題。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為
一種基于圖像相位相關(guān)算法的電機(jī)轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)方法，包括電機(jī)和面陣CCD相機(jī)，其特征在于檢測(cè)包括以下主要步驟
①、所述面陣CCD相機(jī)的鏡頭對(duì)準(zhǔn)電機(jī)轉(zhuǎn)子的端面；
②、所述電機(jī)處于轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)；
③、所述面陣CCD相機(jī)對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的電機(jī)轉(zhuǎn)子連續(xù)拍攝其端面圖像；
④、根據(jù)所拍攝的相鄰兩幅端面圖像的信息計(jì)算出轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度，再結(jié)合拍攝該相鄰兩幅端面圖像的間隔時(shí)間確定電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置。所述的一種基于圖像相位相關(guān)算法的電機(jī)轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)方法，其特征在于選取信息豐富的圖像附著于電機(jī)端面上，用高速攝像頭連續(xù)拍攝端面圖像，并對(duì)圖像進(jìn)行極坐標(biāo)變換，再利用相位相關(guān)算法找出變換后的相鄰兩幅端面圖像的互功率譜峰值，通過互功率譜峰值確定相鄰兩幅圖像的角度差，該角度差即為電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)角度。所述的一種基于圖像相位相關(guān)算法的電機(jī)轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)方法，其特征在于對(duì)于高速運(yùn)轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子，拍攝的圖像會(huì)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)模糊，影響檢測(cè)精度，采用微型精密減速裝置，弓丨出一個(gè)低速轉(zhuǎn)軸，通過拍攝低速轉(zhuǎn)軸的端面，測(cè)量低速轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)角，再根據(jù)微型轉(zhuǎn)速箱低速轉(zhuǎn)軸與電機(jī)轉(zhuǎn)子的角速度比率折算成電機(jī)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)高速轉(zhuǎn)子的位置檢測(cè)。
所述的一種基于圖像相位相關(guān)算法的電機(jī)轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)方法，其特征在于對(duì)于低速轉(zhuǎn)子端面的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)也會(huì)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)圖像模糊，對(duì)檢測(cè)精度也會(huì)產(chǎn)生一定的影響，可以采用維納算法使圖像清晰復(fù)原后，再進(jìn)行相位相關(guān)轉(zhuǎn)角測(cè)量。
本發(fā)明的有益效果為
本發(fā)明性能穩(wěn)定，精度較高，成本較低，采用非接觸測(cè)量方式，在使用操作時(shí)不受惡劣工作環(huán)境的影響，適用范圍廣。


圖I為本發(fā)明的原理框圖。圖2為本發(fā)明中面陣(XD相機(jī)的原理框圖。
具體實(shí)施例方式結(jié)合圖I所示，說明本發(fā)明的具體實(shí)施步驟
①、選取信息豐富的圖像附著于電機(jī)端面；
②、面陣CCD相機(jī)的鏡頭對(duì)準(zhǔn)電機(jī)轉(zhuǎn)子的端面；
③、電機(jī)處于轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)；
④、面陣CCD相機(jī)對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的電機(jī)轉(zhuǎn)子連續(xù)拍攝其端面圖像；如果是高速運(yùn)轉(zhuǎn)的電機(jī)，則采取微型減速箱，使面陣CCD相機(jī)拍攝到減速箱低軸的端面圖像；
⑤、對(duì)采集到的圖像采用維納算法使得圖像復(fù)原；
⑥、對(duì)復(fù)原后的圖像進(jìn)行極坐標(biāo)變換，再利用相位相關(guān)算法找出變換后的兩幅端面圖像的互功率譜峰值，通過互功率譜峰值確定兩幅圖像的角度差；
⑦、結(jié)合拍攝該相鄰兩幅端面圖像的間隔時(shí)間確定電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置。結(jié)合圖2所示，說明本發(fā)明的硬件結(jié)構(gòu)。圖中CCD為高速攝像頭，對(duì)旋轉(zhuǎn)電機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)行拍攝。拍攝到的光信號(hào)傳送至高速CCD芯片，高速CCD芯片將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，并將電信號(hào)傳送到圖像采集模塊中得到圖像，圖像由存儲(chǔ)器進(jìn)行緩存，再由DSP642進(jìn)行消旋處理，把消旋處理后的圖像信息值傳入FPGA并行相關(guān)運(yùn)算陣列進(jìn)行相位相關(guān)運(yùn)算，運(yùn)算所得的數(shù)據(jù)送入DSP峰值搜索和速度計(jì)算模塊進(jìn)行最后的角度和速度計(jì)算，并通過通訊接口向外顯示輸出。高速CCD芯片由驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，圖像采集模塊也由CPLD時(shí)序控制模塊進(jìn)行控制。本發(fā)明中的安裝方法選取信息豐富的圖像附著于電機(jī)轉(zhuǎn)子端面上，面陣CCD相機(jī)的鏡頭對(duì)準(zhǔn)電機(jī)轉(zhuǎn)子的端面即可，對(duì)高速運(yùn)轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子，電機(jī)轉(zhuǎn)子連接微型減速箱轉(zhuǎn)子，選取信息豐富的圖像附著于減速箱低軸上，用CCD相機(jī)的鏡頭對(duì)準(zhǔn)減速箱低軸進(jìn)行拍攝。本發(fā)明的算法原理面陣CCD相機(jī)對(duì)采集到的兩幅端面圖像進(jìn)行消旋處理，維納濾波對(duì)旋轉(zhuǎn)模糊圖像的復(fù)原的效果較好，因此我們采用維納濾波算法進(jìn)行消旋。設(shè)消旋前后的兩幅端面圖像分別為f I (X，y)和f 2 (X，y)。設(shè)圖像f(x，y)變換為極坐標(biāo)表不的圖像為f(P，Θ)，其中P為極徑，Θ為極角，則變換關(guān)系如下
P = φχ- x0)A +(y-y0)2⑴
權(quán)利要求
1.一種基于圖像相位相關(guān)算法的電機(jī)轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)方法，包括電機(jī)和面陣CCD相機(jī)，其特征在于檢測(cè)包括以下主要步驟 ①、所述面陣CCD相機(jī)的鏡頭對(duì)準(zhǔn)電機(jī)轉(zhuǎn)子的端面； ②、所述電機(jī)處于轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)； ③、所述面陣CCD相機(jī)對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的電機(jī)轉(zhuǎn)子連續(xù)拍攝其端面圖像； ④、根據(jù)所拍攝的相鄰兩幅端面圖像的信息計(jì)算出轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度，再結(jié)合拍攝該相鄰兩幅端面圖像的間隔時(shí)間確定電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于圖像相位相關(guān)算法的電機(jī)轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)方法，其特征在于選取信息豐富的圖像附著于電機(jī)端面上，用高速攝像頭連續(xù)拍攝端面圖像，并對(duì)圖像進(jìn)行極坐標(biāo)變換，再利用相位相關(guān)算法找出變換后的相鄰兩幅端面圖像的互功率譜峰值，通過互功率譜峰值確定相鄰兩幅圖像的角度差，該角度差即為電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)角度。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于圖像相位相關(guān)算法的電機(jī)轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)方法，其特征在于對(duì)于高速運(yùn)轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子，拍攝的圖像會(huì)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)模糊，影響檢測(cè)精度，采用微型精密減速裝置，引出一個(gè)低速轉(zhuǎn)軸，通過拍攝低速轉(zhuǎn)軸的端面，測(cè)量低速轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)角，再根據(jù)微型轉(zhuǎn)速箱低速轉(zhuǎn)軸與電機(jī)轉(zhuǎn)子的角速度比率折算成電機(jī)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)高速轉(zhuǎn)子的位置檢測(cè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于圖像相位相關(guān)算法的電機(jī)轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)方法，其特征在于對(duì)于低速轉(zhuǎn)子端面的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)也會(huì)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)圖像模糊，對(duì)檢測(cè)精度也會(huì)產(chǎn)生一定的影響，可以采用維納算法使圖像清晰復(fù)原后，再進(jìn)行相位相關(guān)轉(zhuǎn)角測(cè)量。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于圖像相位相關(guān)算法的電機(jī)轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)方法，對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子或?qū)﹄姍C(jī)轉(zhuǎn)子減速的減速箱低軸的對(duì)面架設(shè)一臺(tái)面陣CCD相機(jī)，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過面陣CCD相機(jī)連續(xù)拍攝并獲得不同時(shí)刻的相鄰兩幅電機(jī)轉(zhuǎn)子端面圖像，根據(jù)所拍攝的兩幅端面圖像的信息計(jì)算出在拍攝的這段時(shí)間電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，進(jìn)而測(cè)出其位置。本發(fā)明性能穩(wěn)定，精度較高，成本較低，采用非接觸測(cè)量方式，不受惡劣工作環(huán)境的影響，適用范圍廣。
文檔編號(hào)G01B11/26GK102645161SQ201210090920
公開日2012年8月22日 申請(qǐng)日期2012年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月31日
發(fā)明者趙吉文, 黃彪 申請(qǐng)人:安徽大學(xué)