[發明專利]一種基于面陣相機的轉軸三維振動位移測量裝置和方法

有效

• 申請號: 202210178716.5
• 申請日: 2022-02-25
• 公開（公告）號: CN114543972B
• 公開（公告）日: 2023-04-11
• 發明（設計）人: 鐘劍鋒;鄭育江;鐘舜聰;劉東明
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: G01H9/00
• 分類號: G01H9/00;G01B11/02
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 張燈燦;蔡學俊

本發明涉及一種基于面陣相機的轉軸三維振動位移測量裝置和方法，該裝置包括：轉軸系統，用于安裝轉軸并驅動轉軸旋轉；面陣相機，用于對轉軸端面的輪廓特征進行連續的圖像采集，并將采集的轉軸端面輪廓特征圖像序列傳輸至計算機；計算機，通過數據線與面陣相機連接，用于對面陣相機進行控制，包括采樣的幀率、數量，以及對傳輸至計算機的轉軸端面輪廓特征圖像序列進行處理；所述計算機中設有數據處理模塊，用于處理轉軸端面輪廓特征圖像序列，得到轉軸的三維振動信息。該裝置和方法有利于提高測量效率，且裝置簡單，實現成本低。

技術領域

本發明屬于機器視覺測量領域，具體涉及一種基于面陣相機的轉軸三維振動位移測量裝置和方法。

背景技術

轉軸是各種旋轉機械的重要組成部分，在機械工作運轉的過程中，轉軸的振動監健康監測對于整個旋轉機械結構有這重要的意義。而對于轉軸而言，其故障特征常表現出軸系的竄動，使得轉軸出現三維振動位移，因此對于旋轉機械轉軸的三維位移檢測研究具有十分重要的現實意義。傳統的轉軸振動位移測量方法大多數是利用加速度傳感器、電渦流傳感器等，然而，當被測物體體積較小、重量較輕的時候，采用加速度傳感器會引入附加質量，對于物體振動的模態影響很大；而目前采樣電渦流傳感器測量轉軸的振動位移，大多數只能測量轉軸的兩個維度信息，如果需要測量轉軸三維的振動信息，大多數研究工作者則是利用在轉軸端面增加一定的結構特征，來獲取檢測轉的三維振動信息，但此種方法顯然對于一些不方便增加結構的轉軸系統，是難以實現的。同時以上方法大都需要在轉軸的不同的空間位置布置多個傳感器來采集信號，因此，采用傳統接觸式測量方法具有很大的局限性。

近年來，對于旋轉機械的故障診斷，許多研究人員提出引入基于機器視覺測量的旋轉機械故障診斷方法，即機器視覺的方法。與傳統測量方式相比，基于機器視覺的測量方法可以進行非接觸式測量，適用于機械結構復雜、高溫高壓工作環境下的診斷。

機器視覺測量技術不斷發展完善，其中二維圖像傳感器在成像精度、速度及數字圖像處理技術等方面的快速發展，相關研究者提出了多種基于機器視覺的非接觸式振動測量技術用于結構的動態測量。該類方法將不同的目標圖案附于被測結構表面，并采用相機對目標圖案進行連續成像，再采用不同的圖像處理技術提取結構的動態信息。但是以上的大多數測量技術主要采用單目視覺測量系統實現結構沿垂直于成像光軸平面的二維振動位移測量，并不能實現結構成像光軸方向位移的測量。

基于以上局限性，相關研究者采用類似于二維干涉位感條紋形式的非干涉式單密度位感條紋作為單目視覺測量系統中的特征目標圖案，實現了沿成像光軸方向位移和垂直于成像光軸方向二維位移的同步測量。將單密度位感條紋進一步應用于旋轉機械。但是目前利用位感條紋的機器視覺的方法測量旋轉機械振動信息，通常是在旋轉機械的軸的表面上安裝位感條紋，但其局限性在于有些應用場合，如齒輪箱結構、大型的旋轉機械的主軸等，因其旋轉的軸系在機械結構的內部，只有其端面部分展露出，因而這些應用旋轉機械結構特征不允許在軸的表面直接安裝傳感器以及粘貼上述的位感條紋，測量的范圍以及場合帶來不便。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于面陣相機的轉軸三維振動位移測量裝置和方法，該裝置和方法有利于提高測量效率，且裝置簡單，實現成本低。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：一種基于面陣相機的轉軸三維振動位移測量裝置，包括：

轉軸系統，用于安裝轉軸并驅動轉軸旋轉；

面陣相機，用于對轉軸端面的輪廓特征進行連續的圖像采集，并將采集的轉軸端面輪廓特征圖像序列傳輸至計算機；以及

計算機，通過數據線與面陣相機連接，用于對面陣相機進行控制，包括采樣的幀率、數量，以及對傳輸至計算機的轉軸端面輪廓特征圖像序列進行處理；所述計算機中設有數據處理模塊，用于處理轉軸端面輪廓特征圖像序列，得到轉軸的三維振動信息。

進一步地，所述轉軸系統包括支撐轉軸旋轉的軸承和軸承座，以及驅動轉軸旋轉的驅動電機。