基于视觉检测技术和仿形设计的导电滑环轴向接触位置测试方法

doi:10.3969/j.issn.1004-132X.2025.11.020

摘要/Abstract

摘要：

为解决导电滑环弹性合金丝接触位置和距离测量的难题，提出了一种基于视觉检测的轴向接触位置测试方法。设计等效仿形滑环及轴向位置测试装置，应用视觉检测提取弹性合金丝的张角、安装距离及轴向接触位置。试验中，以滑环直径和电刷板安装距离为边界条件，考察二者对轴向接触位置的影响。试验结果表明，直径与安装距离显著影响轴向接触位置距离与张角的变化规律。相较于传统方法，所提方法的测试误差和重复测试误差分别控制在0.03 mm和0.0065 mm，可精确提取接触位置数据，有效揭示接触状态变化的作用机制，实现对导电滑环接触特性的高精度测量与优化，为高精密设备提供了可靠的测量手段。

关键词: 导电滑环, 视觉检测, 位置测试, 仿形设计

Abstract:

To address the challenges of measuring the contact position and distance of elastic alloy wires in conductive slip rings， an axial contact position testing method was proposed based on visual detection. By designing an equivalent profiling slip ring and an axial position testing device， visual detection was applied to extract the angle， installation distance， and axial contact position of the elastic alloy wires. In the tests， the slip ring diameter and the installation distance of the brush plate were used as boundary conditions to investigate their influences on the axial contact position. The testing results show that the diameter and the installation distance significantly affect the variation laws of the axial contact position distance and the opening angle. Compared with the traditional methods， the proposed method achieves a testing error of 0.03 mm and a repeatability error of 0.0065 mm， accurately extracting contact position data. It effectively reveals the action mechanism of contact state changes， realizes high-precision measurement and optimization of the contact characteristics of conductive slip rings， and provides a reliable measurement means for high-precision equipment.

Key words: conductive slip ring, visual inspection, position testing, profilometric design

中图分类号:

TP206.1

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图/表 26

图1 等效仿形滑环设计示意图

Fig.1 Schematic diagram of equivalent profilometric slip ring design

图2 非对称V形槽设计示意图

Fig.2 Schematic diagram of asymmetric V-groove design

图3 等效仿形滑环触点直径计算示意图

Fig.3 Schematic diagram for calculating the contact diameter of equivalent profilometric slip ring

图4 等效仿形滑环实体图

Fig.4 Physical diagram of equivalent profilometric slip ring

图5 轴向接触位置测试装置设计

Fig.5 Design of axial contact position testing device

图6 轴向接触位置视觉测试装置

Fig.6 Axial contact position visual testing device

图7 直角坐标系转换过程

Fig.7 Cartesian coordinate system transformation process

图8 极坐标系转换过程

Fig.8 Polar coordinate system transformation process

图9 像素长度检测

Fig.9 Pixel length measurement

表1 像素当量测量结果

Tab.1 Measurement results of pixel equivalent

相邻角点	方格边长 D_G/mm	像素长度 L_P/pixel	像素当量 K/（mm·pixel^-1）
1	10	82.024	0.1219
2		81.056	0.1234
3		82.055	0.1219
4		80.002	0.1250
5		81.051	0.1234
6		82.018	0.1219
平均值	10	81.368	0.1229

图10 量块长度检测

Fig.10 Block length measurement

表2 标准量块测量结果

Tab.2 Measurement results of standard block

试验次数	标准量块长度D_B/mm	计算长度 L_C/mm	误差 ε/mm
1	20	20.016	0.016
2		20.020	0.020
3		20.025	0.025
4		20.018	0.018
5		20.033	0.033
6		20.028	0.028
平均值	20	20.023	0.023

图11 弹性合金丝张角提取原理图

Fig.11 Schematic diagram for extracting elastic alloy wire tension angle

图12 弹性合金丝张角测试图

Fig.12 Diagram of elastic alloy wire tension angle test

图13 电刷板安装距离提取原理图

Fig.13 Schematic diagram for extracting brush plate installation distance

图14 电刷板安装距离测试

Fig.14 Brush plate installation distance test

图15 轴向接触位置距离提取原理图

Fig.15 Schematic diagram for extracting axial contact position distance

图16 弹性合金丝与滑环装配示意图

Fig.16 Assembly diagram of elastic alloy wire and slip ring

图17 等效仿形滑环刚度和圆度误差测量图

Fig.17 Roundness error and stiffness of equivalent profilometric slip ring

图18 等效仿形滑环试验工件

Fig.18 Test workpiece of equivalent profilometric slip ring

图19 不同直径下的轴向接触位置测试结果图

Fig.19 Test result diagrams of axial contact positions under different diameters

图20 滑环直径影响轴向接触位置测试图

Fig.20 Diagram of axial contact position test results influenced by ring diameter

表3 正常工作状态下滑环直径对接触位置距离的影响

Tab.3 Influence of slip ring diameter on contact position distance under normal working condition

滑环直径D/mm	电刷板安装距离H/mm	轴向接触位置距离均值 $L ¯ A$ /mm	拟合直线位置距离均值 $L ¯$ /mm	合金丝张角均值 $θ ¯ W$ /（°）
63	40	20.538	29.127	114.754
64		19.802	29.988	117.229
65		21.034	32.077	121.213
66		21.649	32.446	121.376
67		20.545	33.060	122.576
68		20.056	33.675	125.568
69		19.566	33.920	125.821

表3 正常工作状态下滑环直径对接触位置距离的影响

Tab.3 Influence of slip ring diameter on contact position distance under normal working condition

滑环直径D/mm	电刷板安装距离H/mm	轴向接触位置距离均值 $L ¯ A$ /mm	拟合直线位置距离均值 $L ¯$ /mm	合金丝张角均值 $θ ¯ W$ /（°）
63	40	20.538	29.127	114.754
64		19.802	29.988	117.229
65		21.034	32.077	121.213
66		21.649	32.446	121.376
67		20.545	33.060	122.576
68		20.056	33.675	125.568
69		19.566	33.920	125.821

图21 不同安装距离的轴向接触位置测试结果图

Fig.21 Test result diagrams of axial contact positions at different installation distances

图22 电刷板安装距离影响轴向接触位置测试图

Fig.22 Diagram of axial contact position test results influenced by brush plate installation distance

表4 正常工作状态下电刷板安装距离对接触位置影响

Tab.4 Influence of brush plate installation distance on contact position in normal working condition

滑环直径D/mm	电刷板安装距离H/mm	安装距离的检测均值 $H ¯$ /mm	轴向接触位置距离均值 $L ¯ A$ /mm	拟合直线位置距离均值 $L ¯$ /mm	合金丝张角均值 $θ ¯ W$ /（°）
66	37	36.970	15.125	32.331	126.504
	38	38.039	17.835	32.456	124.465
	39	38.979	17.581	32.331	123.428
	40	40.038	22.263	32.581	122.434
	41	41.032	22.388	32.333	120.669
	42	42.035	22.260	32.085	119.432
	43	42.966	21.149	31.590	118.376

表4 正常工作状态下电刷板安装距离对接触位置影响

Tab.4 Influence of brush plate installation distance on contact position in normal working condition

滑环直径D/mm	电刷板安装距离H/mm	安装距离的检测均值 $H ¯$ /mm	轴向接触位置距离均值 $L ¯ A$ /mm	拟合直线位置距离均值 $L ¯$ /mm	合金丝张角均值 $θ ¯ W$ /（°）
66	37	36.970	15.125	32.331	126.504
	38	38.039	17.835	32.456	124.465
	39	38.979	17.581	32.331	123.428
	40	40.038	22.263	32.581	122.434
	41	41.032	22.388	32.333	120.669
	42	42.035	22.260	32.085	119.432
	43	42.966	21.149	31.590	118.376

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