[發明專利]高速面陣CCD軸系扭振解耦測量方法

無效

• 申請號: 200810064560.8
• 申請日: 2008-05-23
• 公開（公告）號: CN101281056A
• 公開（公告）日: 2008-10-08
• 發明（設計）人: 溫強;黃玉;李玩幽;王鋒;孫秋華;趙言誠;張天元;劉學廣;王桂強;桑楠
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G01H9/00
• 分類號: G01H9/00;G01H1/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

(一)技術領域

本發明涉及的是一種扭振測量方法，具體地說是一種基于高速面陣CCD攝像技術的機械軸系、可去除軸系橫振干擾的扭轉振動解耦測量方法。

(二)背景技術

各種機械軸系，在傳遞扭矩的同時，還會在干擾力作用下產生扭振，扭振的附加交變應力有時會在很短時間內造成軸系疲勞斷裂，與此同時還會由于軸系存在不可避免的不平衡質量及水平軸系必然承受重力作用等原因而產生橫振，并對扭振的測量造成一定影響。為了提高軸系運轉的安全性，準確測量軸系的扭振非常重要。

測量扭振的方法很多，有德國早期蓋格爾機械扭振儀和目前基于脈沖周期原理的扭振儀(利用軸端齒輪及磁電傳感器感應脈沖或光電碼盤產生脈沖)，此外還有利用激光多普勒效應的扭振儀和利用應變片進行扭振扭矩測量的儀器儀表，但這些方法各有利弊，如需要安裝齒輪和編碼器的軸端或無法消除橫振對扭振的耦合有的甚至價格比較昂貴等。

(三)發明內容

本發明的目的在于提供一種對光強或灰度不敏感，對光源要求不高，同時還可估算扭轉力矩的，去除了橫振干擾的，高速面陣CCD軸系扭振解耦測量方法。

本發明的目的是這樣實現的：

以被測軸上的一條螺旋標記線及被測軸上、下邊緣線為高速面陣CCD攝像機的被攝物，面陣CCD攝像機的水平掃描線與被測軸平行；當軸轉動時，攝取螺旋標記線的成像與面陣CCD攝像機的某一水平成像單元線陣的像斑在該水平線陣上的移動，像斑速度的變化攜帶了軸的扭振和橫振分量信息，同時觀察面陣CCD攝像機攝取到的上下交錯平移的兩條邊緣線圖像，圖像上這兩條邊緣線的中心線運動軌跡即為該被測軸段在與高速CCD攝像機主光軸正交面上的橫振分量；通過信息提取和分離方法，解耦上述像斑運動中的橫振分量和扭振，實現對軸系的扭振測量。

本發明的方法還包括：

1、在實現對軸系的扭振測量后獲得軸上各處的扭轉力矩。

2、所述的面陣CCD攝像機的某一水平成像單元線陣是指能對被測軸前凸沿成像的CCD任一水平成像單元線陣。

3、所述的信息提取和分離方法是指通過被測軸邊緣處的物像比例關系和面陣CCD攝像機上用于跟蹤像斑運動的水平線陣的物像比例關系確定橫振分量所造成的軸線上各點位移，并將這些位移從軸上螺旋線的像的各點位移中去除所得到的新的螺旋線的像，該像在水平線陣的像斑即為扭振位移產生的像斑，對該像斑與時間的關系曲線作離散傅立葉變換得軸系的扭振。

本發明的方法還可以通過高速面陣CMOS攝像機實現。

本發明將被測軸上的一條螺旋標記線及被測軸上、下邊緣線作為高速面陣CCD攝像機的被攝物，面陣CCD攝像機的水平掃描線與被測軸平行；當軸轉動時，螺旋標記線的成像與面陣CCD攝像機的某一水平成像單元線陣有一個(或多個)像斑，且像斑會在該水平線陣上移動，如果此時軸上沒有扭振，則像斑的運動是勻速的，如果此時軸上有扭振，則像斑的運動是非勻速的，像斑速度的變化攜帶了軸的扭振和橫振分量信息，同時觀察面陣CCD攝像機攝取到的上下交錯平移的兩條邊緣線圖像，圖像上這兩條邊緣線的中心線運動軌跡即為該被測軸段在與高速CCD攝像機主光軸正交面上的橫振分量；通過適當的信息提取和分離方法，就能夠解耦上述像斑運動中的橫振分量和扭振，進而實現對軸系的扭振測量，同時還能獲得軸上各處的扭轉力矩。其有益效果在于：只需在被測軸上標出一條螺旋線，而螺旋標記線的平面展開為直線，非接觸方式測量，所以便于實施；圖像信號相對簡單，是一個開關量，即只需判定像斑及被測軸上下邊緣線的中間線的位置即可，對光強或灰度不敏感，因而對光源要求不高，保證了測量精度；同時通過像斑及邊緣中心線運動狀態還可估算扭轉力矩。

(四)附圖說明

圖1是本發明的原理示意圖；

圖2高速面陣CCD攝像機扭振測量成像示意圖；

圖3僅有橫振時高速面陣CCD攝像機的某一水平成像單元線陣上移動像斑與時間關系示意圖；

圖4扭振與橫振同時存在時高速面陣CCD攝像機的某一水平成像單元線陣上移動像斑與時間關系示意圖，該圖應該是圖3與圖4的疊加僅有扭振時高速面陣CCD攝像機的某一水平成像單元線陣上移動像斑與時間關系示意圖；

圖5去除橫振造成的像斑位移效應后高速面陣CCD攝像機的某一水平成像單元線陣上移動像斑與時間關系示意圖。

(五)具體實施方式

下面結合附圖舉例對本發明做更詳細地描述：