[发明专利]一种非接触式直线电机推力波动测量方法

说明书

本发明公开了一种非接触式直线电机推力波动测量方法，其特征是：在与电机动子运动方向平行的竖直平面中通过投影形成一幅条纹方向呈竖直的正弦条纹图像作为目标图像；相机固定设置在电机动子上，随电机动子运动，实时采集获得序列条纹图像；通过ISEF滤波、Canny边缘提取和单行抽样获得序列整周期单行条纹，利用时间序列分析实时提取序列整周期单行条纹的位移信息；利用该位移信息求得直线电机的速度、加速度和推力波动。本发明采用时间序列分析测量动子位移信息获得直线电机的推力波动，具有抗干扰性、精确性和实时性，可用于直线电机推力波动和电机动态性能的非接触式测试。

技术领域

本发明涉及直线电机检测技术领域，更具体地说是涉及一种基于时间序列分析的非接触式直线电机推力波动测量方法。

背景技术

直线电机具有精度高、推力大、响应速度快等特点，在高速精密加工中得到广泛应用。但由于其初级电流存在高次谐波，气隙磁密波形非正弦等因素会使电机输出推力产生一定波动。推力波动是直线电机产生振动和噪声的主要原因，会恶化其伺服运行特性，使进给系统偏离目标位置，降低加工精度；因此直线电机的推力波动是直接影响其运动性能的重要因素，对推力波动进行精密测量是指导电机设计和运动控制的重要前提。

传统的直线电机推力波动测量方法大多是利用力传感器进行测量，采用滚珠丝杠连接旋转电机或两直线电机共轴对拖进行测试。但旋转电机本身会带来转矩波动、机械连接机构会降低传递效率并引进扰动，很大程度地影响了检测精度。直线电机共轴对拖是在同一导轨上采用两个同型号直线电机互为负载，这种连接方式会导致所测推力波动是两个电机推力波动的耦合，无法满足一些高精度测量的要求。且为测得较准确的推力波动数据,直线电机的动子需要往复运动进行多次测量,还需要额外的精确定位装置,否则易产生回程差,影响数据的准确性。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的问题，提供一种非接触式直线电机推力波动测量方法，以期实现直线电机推力波动的实时精确测量，用于指导直线电机本体设计及运动控制。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明非接触式直线电机推力波动测量方法的特点是按如下步骤进行：

步骤1：在与电机动子运动方向平行的竖直平面中通过投影形成一幅正弦条纹图像I(x,y)作为目标图像，所述正弦条纹图像的条纹方向呈竖直；

以电机动子的运动方向为X轴，以竖直方向为Y轴构建竖直平面中的平面坐标系，所述正弦条纹图像大小为M₀×N₀，所述正弦条纹图像I(x,y)在平面坐标系中的表达如(1)：

w为条纹周期，为条纹初始相位，a(x,y)为背景光强，b(x,y)为条纹幅值；x,y为所述正弦条纹图像的像素坐标，x＝1,2,…M₀；y＝1,2,…N₀；

步骤2：将相机固定设置在电机动子上，相机的光轴垂直于目标图像所在平面，设置相机放大倍数为k，采图时间间隔为Δt，电机工作在速度环模式，相机随电机动子运动，实时采集并保存大小为M×N的序列条纹图像ft，其中，t＝0,Δt,2Δt,…,nΔt；

步骤3：对所述序列条纹图像f_t进行预处理，得到序列整周期单行条纹g_t，利用时间序列分析实时提取所述序列整周期单行条纹的位移信息，所述序列整周期单行条纹的位移信息即为电机动子位移s(t)；

步骤4：根据所述电机动子位移s(t)和时间间隔Δt，结合质量m，获得电机动子的速度v(t)、加速度a(t)及推力波动F(t)，完成对直线电机推力波动的测量，所述质量m为电机动子、相机和负载的质量。