[发明专利]一种基于图像传感的磁悬浮球悬浮间隙检测方法

说明书

本发明公开一种基于图像传感的磁悬浮球悬浮间隙检测方法，先在拍摄范围内的电磁铁侧表面周围设置网格化区域，电磁铁下边界对应一条网格线，图像采集单元通过高速工业相机采集光源照射下悬浮球的悬浮间隙图像，所拍摄图像包含电磁铁上网格化区域和悬浮间隙区域，电磁铁下边界和底面成像为一条直线，并将图像信号传输到图像处理单元；图像处理单元参照所拍摄到的网格化区域对悬浮间隙图像进行处理和分析，得到悬浮球的悬浮间隙值.本发明的悬浮间隙检测方法通过网格化区域横纵网格线分布规律实现图像畸变情况下准确预测悬浮间隙值大小，该方法抗干扰能力强、无温度漂移且线性度高，成本低廉，安装工艺简单，对测量环境要求较低，且速度快，精度高。

技术领域

本发明涉及磁悬浮技术领域，具体为一种基于图像传感的磁悬浮球悬浮间隙检测方法。

背景技术

磁悬浮球系统主要由电磁铁、悬浮球、间隙传感器、悬浮控制电路以及斩波器组成。磁悬浮球控制系统只能在竖直方向进行单自由度的控制，系统是非线性、开环不稳定的，必须对悬浮球进行闭环控制提高鲁棒性。磁悬浮系统控制器大多都是以悬浮间隙偏差信号作为输入信号进行闭环控制，悬浮球作为磁悬浮系统的被控对象，悬浮间隙信号检测的精确度及实时性直接影响到控制器性能及整个控制系统的性能好坏。悬浮球控制系统通过间隙传感器检测计算出悬浮间隙距离进行反馈，根据反馈信号与参考信号的偏差使电磁绕组的电流大小适量变化改变电磁力，当电磁力与悬浮球重力平衡时，悬浮球能够稳定在平衡状态，间隙传感器的间隙检测精度直接影响了控制系统的控制性能。

常见的间隙检测传感器主要有：电涡流式传感器和光电传感器等。间隙传感器除具有非接触、灵敏度高、实时性强的特点，还存在抗干扰能力差、温度漂移和线性度低等缺点。如电涡流传感器测量精度受温度和被测物体表面粗糙度影响很大，使用成本高，安装工艺复杂，输出值为模拟量需要进行模数转换才能接入数字控制系统。光电传感器是根据被测对象阻挡光通量的多少来测量对象的位移，最大的缺点是对测量的环境条件要求较高，易受光源干扰，环境适应性差。

图像传感技术是一门以图像处理为基础涉及到人工智能、计算机科学、图像处理学、模式识别等诸多领域的新兴交叉学科，在交通、运输、农业、工业在线检测等领域得到广泛的应用。利用图像传感进行图像测量，是建立在机器视觉理论基础上的非接触式新型测量技术，是一种通过工业高速相机获取图像，然后进行相关图像处理与分析来获取测量结果的一种测量方法，其主要特点是灵敏度和测量精度高、速度快、噪声低、抗电磁干扰能力强及应用方便灵活，能够在恶劣环境下长时间工作，便于进行数字化处理和计算机连接。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种抗干扰能力强、无温度漂移且线性度高，成本低廉，安装工艺简单，对测量环境要求较低，且速度快，精度高的基于图像传感的磁悬浮球悬浮间隙检测方法。技术方案如下：

一种基于图像传感的磁悬浮球悬浮间隙检测方法，包括以下步骤：

步骤1：在电磁铁表面拍摄范围内设置一边与电磁铁下边界平齐网格区域，采集光源照射下悬浮球的悬浮间隙图像；

步骤2：对采集到的悬浮间隙图像进行预处理，得到包括网格化区域的待测区域的边缘图像；

步骤3：根据边缘图像通过霍夫变换圆弧检测定位悬浮球上顶点P₀，并通过霍夫变换检测确定网格区域的网格线；

步骤4：根据定位到的悬浮球上顶点P₀，在网格线中确定P₀点所在铅锤线左右两侧横向距离最近的竖直标线l_左和l_右，以及所有距P₀点由远至近的水平标线l₀，l₁，…，l_n；