[發明專利]一種基于視覺測振的全場景振動強度圖譜分析方法

在審

• 申請號: 202010111389.2
• 申請日: 2020-02-24
• 公開（公告）號: CN111353400A
• 公開（公告）日: 2020-06-30
• 發明（設計）人: 彭聰;周乾;陳力
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G06K9/34;G01M13/00;G01H9/00
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 陶得天

一種基于視覺測振的全場景振動強度圖譜分析方法。屬于機械振動的結構健康檢測的領域。本發明針對以上問題，提出了一種具備亞像素級振動測量精度且能反應機械全局振動強度的基于視覺測振的全場景振動強度圖譜分析方法。按以下步驟進行分析：A、利用局部相位變化提取運動信息；B、可視化全場景振動強度圖譜的圖像處理。本發明選取合適的濾波器通帶頻率可以得到不同頻率下的振動幅值強度圖，該可視化方法不僅解決了傳統接觸式檢測中傳感器安裝位置不確定的問題，而且不同頻率下的振動幅值強度圖也為基于視覺的結構件的模態振型分析以及健康監測提供了條件。

技術領域

本發明屬于機械振動的結構健康檢測的領域，這種方法涉及一種基于相位變化提取物體運動信息的視覺測振方法。

背景技術

旋轉機械在所有機械設備中占比最大，約占80％，是國民生產生活中的基礎性設施。機械的異常振動對機械的正常運轉狀態和正常工作壽命都會造成極大的負面影響。對于旋轉機械而言，異常振動始終是影響其可靠運行和工作壽命的一道難關。有文獻表明，約60％的旋轉機械故障是由異常振動造成，此類故障不僅會帶來經濟損失還有可能釀成重大事故。由此可見，振動監測和相應的故障檢測對保證各類大型機械尤其是旋轉動力機械的安全穩定運行至關重要。針對旋轉機械的振動監測和故障檢測，不管在大型動力機械，如航空發動機，汽輪機，壓縮機，還是在精密機械，如衛星飛輪，動量輪，高速分子泵，磁懸浮高速電機，振動信號始終是反映其運行狀態的重要參數，是其故障檢測的重要指征，所以可以基于振動信號對指定機械進行故障檢測。

基于振動信號的故障檢測方法主要有三種，分別是接觸式傳感器測量、非接觸式傳感器測量和視覺測量。接觸式加速度傳感器測量方法是一種傳統的基于振動信號的故障檢測方法。此類方法雖有較高響應速度。這種方法易于理解和實現，但只能提供單一方向的有限輸入，并且無法量化傳感器布置位置和數量，在特殊情況下，如存在高溫、高壓、油氣、腐蝕條件下，接觸式傳感器可能無法進行有效安裝，或是與待測機械距離過遠導致信號衰減大，造成大的測量誤差，此外對于輕型薄壁結構，接觸式振動測量會產生質量負載效應。考慮到接觸式傳感器測量的局限性，非接觸式傳感器測量以及多種非接觸式傳感器應運而生，這些傳感器包括激光多普勒測振儀，聲學測振儀等，雖然實現了非接觸式傳感器測量，但還是面臨全局多點檢測和環境噪聲的挑戰。與此同時，計算機視覺領域和工業視覺設備得到長足的發展，搭載CCD和CMOS成像元件的工業相機能夠獲得待測設備圖像，視覺測量方法的雛形由此顯現。視覺檢測方法在諸多如缺陷檢測，運動檢測，目標檢測的場合中有廣泛應用，國外視覺方案提供商如美國的康耐視，日本的基恩士都有較為成熟的解決方案，但都僅限于像素級的大運動，鮮有在振動檢測方面應用，因此針對振動檢測的視覺測量方法是有研究的必要和價值的。針對亞像素級的振動，傳統的視覺運動算法如光流法，數字圖像相關法等并無法有效檢測。針對故障檢測，傳統視覺方法多數僅適用于靜態對象。近年，隨著測量需求的提高，對微小運動的非接觸視覺測量發展迅速，國內外高校也進行了大量研究工作，如國內的華中科技大學、香港理工大學，美國的麻省理工學院都有課題組在進行相關課題研究。

針對旋轉機械故障檢測，基于視覺的非接觸測量技術具有能夠多點、多方向測量等先天優勢，圖像能夠全面反映設備運行狀態。因此，研究基于機器視覺的旋轉機械故障檢測對實現旋轉機械安全穩定運行的目標具有重要意義。

發明內容

本發明針對以上問題，提出了一種具備亞像素級振動測量精度且能反應機械全局振動強度的基于視覺測振的全場景振動強度圖譜分析方法。本發明中采用局部相位運動提取技術提取亞像素級的機械振動的運動信息，并采用可視化技術將全視場的機械振動以色譜圖的形式進行呈現出來。

本發明的技術方案為：按以下步驟進行分析：

A、利用局部相位變化提取運動信息；

A1、建立圖像強度的數學模型，得到圖像序列在時域和頻域內的數學模型，結合傅里葉變換的相關性質，從而尋求圖像強度隨時間變化的影響因素；