[發明專利]一種圖像分析齒輪碰撞/損傷形變過程的方法及系統

有效

• 申請號: 201310550653.2
• 申請日: 2013-11-08
• 公開（公告）號: CN103543163A
• 公開（公告）日: 2014-01-29
• 發明（設計）人: 仲元紅;劉曉明;邵毅敏;韓術;葛克軍;查小東;劉世勇;楊萍
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G01N21/88
• 分類號: G01N21/88;H04N7/18;H04N5/225
• 代理公司: 重慶博凱知識產權代理有限公司 50212
• 代理人: 張先蕓

技術領域

本發明涉及圖像分析用高速攝像方法及設備，尤其涉及用圖像來分析齒輪碰撞或損傷形變發生過程的方法，以及一種同步觸發高速攝像系統。

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背景技術

在大型機械需要齒輪互相耦合帶動轉動時，由于材料、設計不合理等原因，齒輪用了一段時間就容易出現損傷或斷裂。目前分析齒輪碰撞或損傷形變發生過程的方法主要是用傳統的機械診斷技術或采用傳感器等采集信號進行分析的方法。

但是，傳統的機械診斷技術存在以下問題或缺陷：在對許多機械部件進行狀態檢測及故障診斷時，被檢測部件往往不是直接觀察和測量的，只能通過遠離待測部件的測點來測量帶有該部件狀態信息的相關信號，這樣在待測部件與測點之間就不可避免地存在著傳輸介質，即存在檢測點不精確的問題。故障信號的特征提取是機械診斷技術中的關鍵問題，而噪聲的干擾是影響故障信號特征正確識別的重要因素，機械系統因故障引起的異常信號一般都很微弱，通常被淹沒在很強的背景噪聲中，即存在的干擾噪聲嚴重影響有效信號識別。另外，從傳感器獲取的信號往往需要進行轉換，由于信號轉換或者信號處理產生的延時特性，也造成傳統的機械診斷技術的實時檢測的準確定和精確度不夠。

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發明內容

針對現有技術存在的上述不足，本發明解決常規方法檢測精度低，獲取的結果不直觀等問題，提供一種用圖像分析齒輪碰撞/損傷形變過程的方法。

本發明還提供實現上述方法的同步觸發高速攝像系統。

解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案：

一種圖像分析齒輪碰撞/損傷形變過程的方法，其特征在于，包括如下步驟：

1）在被測機械齒輪的齒根部設有應變片；在齒輪的齒部上設有對射孔洞，對射孔洞的正前方與正后方可接收信號的位置設有激光對射管；

2）在被測機械齒輪嚙合工作情況下，同步采集所述應變片受碰撞后的形變信號和激光對射管的激光信號，由處理器通過所述形變信號和激光信號的實時監測和同步觸發控制，控制高速攝像機進行實時攝像；

3）再根據高速攝像機攝取的圖像，分析齒輪碰撞/損傷形變的情況；

其中，應變片受碰撞后的形變信號設定閾值V，激光對射管的激光信號為穿過對射孔洞的信號。

進一步，所述形變信號和激光信號采用多通道、多激光對管的多路觸發信號方式。

進一步，所述應變片和對射孔洞的數量，為1~3個。即在被測齒輪的1~3個齒根部分別設有應變片，和/或在齒輪的1~3個齒部上分別設有對射孔洞，以獲取可靠的形變信號和激光信號。

本發明還提供一種同步觸發高速攝像系統，包括高速攝像設備，其特征在于，還包括應變片觸發電路、激光型光電開關和處理器；處理器同步采集設于被測機械齒輪齒根部的應變片受碰撞后的形變信號，和齒輪齒部兩側激光對射管的激光信號，對高速攝像設備進行攝像控制；

其中，所述應變片的觸發電路由依次電連接的應變片、橋電路、調理電路、A/D采樣電路、處理器和光耦控制電路構成；應變片碰撞形變的程度表現為其阻值的變化；

所述激光對射管通過機械齒輪孔洞對準后，即齒輪沒有發生碰撞，此時控制端為高電平，光耦開關不工作；發生碰撞后，對射激光信號被阻斷，此時控制端為低電平，光耦開關給處理器高輸出觸發信號。

所述高速攝像設備可以采用基恩士的VW6000高速攝像機或類似設備。

相比現有技術，本發明具有如下有益效果：

1、本發明通過同步采集的外部觸發系統控制高速攝像機，能夠適時地記錄機械齒輪工作形變的動態過程，通過對動態記錄中每幀圖片進行直觀的觀察分析，可以清楚、直觀地得到結論，可信度更高。

2、本發明通過應變片受碰撞后的形變信號是否到達設定的閾值，以及激光對射管的激光信號是否通過機械齒輪的對射孔洞信號，通過這兩種信號的實時監測和同步觸發控制，大大提高了本設計方案的可信可靠程度。

3、對于信號傳輸或者信號處理延時影響檢測系統實時性能的問題，本發明采用多次碰撞的平均間隔時間為平均碰撞時間間隔，設定的碰撞次數后經過延時時間校準，能夠實現高精度的實時跟蹤檢測性能。

4、將應變片傳感器貼于機械齒輪齒根處，信號檢測點就是損傷或者斷裂處，形變很明顯，同時不會受到碰撞的損壞，應變片的細微形變，都能被橋電路捕捉，通過調理放大，高達16位的高精度AD采樣，采集的信號可靠度高；因安裝點即為監測點，所以噪聲比較傳統方案降低很多，同時對采集的信號先進行LMS或者RLS相應的濾波處理，并取多次碰撞采樣值的平均值作為平均觸發閾值，這樣可以嚴格控制噪聲的影響。

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