CN110207970A - 一种基于视觉信息处理的叶片故障诊断试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于视觉信息处理的叶片故障诊断试验装置，由试验台架、运动组件、旋转叶片、信息采集***、固定台和计算机组成；试验台架通过底板与固定台固连。信息采集***位于试验台架相对的一端，息采集***通过支架沿固定台轴向可滑动调节；轴承架位于试验台架内侧通过螺栓和底板固定连接。息采集***通过高速摄像机作为视觉信号采集部件并获取视觉信息。高速摄像机拍摄旋转叶片转动状态下的图片，并将图片传输到计算机中进行故障诊断分析。伺服电机带动转动轴转动，转动轴通过叶片紧固件带动叶片旋转运动，其可模拟旋转叶片不同的工作状态。试验装置结构简单，加工精度高，为旋转叶片的故障诊断提供可靠的试验平台。

Description

一种基于视觉信息处理的叶片故障诊断试验装置

技术领域

本发明涉及视觉信息处理应用与故障诊断技术，具体地说，涉及应用视觉信息处理技术对旋转状态下的叶片进行故障诊断，对叶片表面状态的实时监测及故障信息的诊断和预测。

背景技术

随着现代工业技术发展，现代设备的结构越来越复杂，面临工况多变，对产品安全性和可靠性提出更高要求，因此故障诊断技术成为了保证现代化设备安全可靠运行的一种重要手段。故障诊断技术主要是判断故障的性质、类别、程度、原因、部位和后果以及对故障处理方法提出指导性意见。

叶片作为很多现代工业设备的关键性部件，对其安全状况进行实时监测极为必要，旋转状态下的叶片面临的工况比较复杂，因为离心力诸多原因而产生的裂纹和疲劳损伤等危险因素，其对设备的正常运行会造成极大的威胁，因此使用故障诊断技术对旋转状态下的叶片进行故障诊断就显得尤为必要。

视觉信息处理是对通过计算机视觉获取的图像信息和视频信息进行分析和处理，来获取所需要的特征信息，在工程科学领域有着很好的应用前景。如何将视觉信息处理技术与故障诊断相结合，是近年来的研究热点课题。

目前研究主要是集中在人工对叶片进行故障诊断和对静止的叶片进行故障诊断，但是针对叶片旋转状态下进行实时监测的研究较少。

发明内容

为了避免现有技术存在的不足，本发明提出一种基于视觉信息处理的叶片故障诊断试验装置；该装置可设定不同转速的旋转运动，模拟叶片在不同转速下的工作环境，通过高速摄像机来拍摄叶片在旋转状况下的图片，根据高速摄像机获取的图片，使用视觉信息处理技术对叶片进行故障诊断。该试验装置结构简单、操作方便，可精确控制其旋转速度，模拟叶片实际工作环境。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:包括试验台架、运动组件、旋转叶片、信息采集***、底板、固定台、计算机和导线；所述试验台架位于固定台上，并通过底板与固定台固连；信息采集***位于固定台上试验台架相对的一端，息采集***通过支架沿固定台轴向可滑动调节，轴承架位于试验台架内侧通过螺栓和底板固定连接；

息采集***包括高速摄像机和计算机，高速摄像机作为视觉信号采集部件，并通过该摄像机获取视觉信息，高速摄像机拍摄旋转叶片转动状态下的图片，并将图片信息传输到计算机中进行故障诊断分析；

所述运动组件包括伺服电机、联轴器、转动轴和轴承架，伺服电机固定在试验台架上部，伺服电机输出轴与转动轴一端通过联轴器连接，转动轴另一端与旋转叶片通过螺栓和叶片紧固件连接，转动轴穿过轴承架上的轴承并对转动轴定位，保证旋转叶片的平稳旋转，伺服电机带动转动轴转动，转动轴通过叶片紧固件带动旋转叶片转动；其故障诊断试验方法包括以下步骤:

步骤1.选取试验所需要的旋转叶片，并按照试验要求对叶片进行预处理；选取不同形状、尺寸和材质的旋转叶片，对旋转叶片进行裂纹、凹陷预处理；

步骤2.将旋转叶片通过叶片紧固件与转动轴连接，导线需用导线固定匝带固连，试验台架与固定台固定连接；控制器接收外部指令，并输出控制信号，运动组件接收对应信号后自动启动并调节；

步骤3.打开高速摄像机，启动伺服电机；设定伺服电机运转参数，伺服电机带动转动轴转动，通过高速摄像机获取旋转叶片表面视觉信息；

步骤4.采用计算机处理所获取的图片信息，对旋转叶片进行故障诊断；信息采集***以高速摄像机作为视觉信号采集部件，信息采集***将拍摄旋转叶片旋转状态下的图片，同时将图片信息传输到计算机中，计算机通过视觉信息采集***所拍摄的图片对旋转叶片进行故障诊断分析。

所述试验台架、轴承架和信息采集***的支架中心轴线位于同一平面内，且该平面垂直于固定台面轴线。

有益效果

本发明提出一种基于视觉信息处理的叶片故障诊断试验装置，可模拟旋转叶片在不同工况下的工作状态，使用可拆卸式的叶片,使得叶片的更换和处理简单方便，使用了高速摄像机作为视觉信息采集部件保证了所获取的视觉信息准确性，为叶片在旋转状态下的故障诊断提供了试验平台。

本发明提出的一种基于视觉信息处理的叶片故障诊断试验装置，由试验台架、运动组件、旋转叶片、信息采集***、底板、固定台、计算机和导线组成；试验台架位于固定台上部并通过底板与固定台固连；信息采集***位于试验台架相对的一端，息采集***通过支架沿固定台轴向可滑动调节，轴承架位于试验台架内侧通过螺栓和底板固定连接。息采集***通过高速摄像机作为视觉信号采集部件并获取视觉信息，高速摄像机拍摄旋转叶片旋转状态下的图片，并将图片传输到计算机中进行故障诊断。故障诊断试验装置利用伺服电机作为动力驱动源，伺服电机输出轴通过联轴器带动转动轴转动，转动轴通过叶片紧固件带动叶片实现旋转运动，可模拟旋转叶片不同的工作状态。同时使用高速摄像机作为视觉信号采集***，获取高清晰度的图片，实现视觉信号采集过程的准确性。该装置采用可拆卸、可更换的旋转叶片，根据不同的试验要求选取不同的旋转叶片，增加试验的试验范围。该试验台结构简单，操作方便，同时试验台设计加工精度高，保证此试验装置的可靠性。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明一种基于视觉信息处理的叶片故障诊断试验装置作进一步详细说明。

图1为本发明基于视觉信息处理的叶片故障诊断试验装置工作原理图。

图2为本发明基于视觉信息处理的叶片故障诊断试验装置示意图。

图3为本发明的旋转叶片、叶片紧固件及转动轴连接示意图。

图中:

1.试验台架 2.运动组件 3.旋转叶片 4.信息采集*** 21.伺服电机 22.联轴器23.转动轴 24.轴承架 25.叶片紧固件 26.底板 27.导线 28.连接螺栓 29.计算机 30.固定台

具体实施方式

本实施例是一种基于视觉信息处理的叶片故障诊断试验装置。

首先选取试验所需要的旋转叶片，并按照试验要求对其进行预处理。然后将旋转叶片通过叶片紧固件与转动轴连接，确认所有试验装置连接正确以及导线连接无误，试验装置与固定台连接牢固。打开高速摄像机并做好准备工作。启动伺服电机，设定伺服电机运转参数；伺服电机带动转动轴转动，通过高速摄像机获取旋转叶片表面视觉信息。最后,使用计算机处理高速摄像机所获取的图片信息，对旋转叶片进行故障诊断分析。

参阅图1～图3，本实施例基于视觉信息处理的叶片故障诊断试验装置，由试验台架1、运动组件2、旋转叶片3、信息采集***4、底板26、固定台30、计算机29和导线27组成；试验台架1安装在固定台30上部，并通过底板26与固定台30固定连接。信息采集***4位于试验台架1相对的一端，息采集***4通过支架沿固定台30轴向可滑动调节。轴承架位于试验台架1内侧通过螺栓和底板26固定连接。息采集***包括高速摄像机和计算机29，高速摄像机作为视觉信号采集部件并获取视觉信息；高速摄像机拍摄旋转叶片3旋转状态下的图片信息，并将图片信息传输到计算机中进行故障诊断分析。运动组件包括伺服电机21、联轴器22、转动轴23和轴承架24，伺服电机21固定在试验台架1上部，伺服电机21输出轴与转动轴23一端通过联轴器22连接，转动轴23另一端与旋转叶片3通过螺栓和叶片紧固件25连接；转动轴穿过轴承架上的轴承并对转动轴定位，同时保证旋转叶片3的平稳旋转；伺服电机21带动转动轴23转动，转动轴23通过叶片紧固件25带动旋转叶片3转动；其故障诊断试验方法包括以下步骤:

第一步.选取试验所需要的旋转叶片3并按照试验要求对叶片进行预处理；选取不同形状、尺寸和材质的旋转叶片，对旋转叶片3进行裂纹、凹陷预处理。

第二步.将旋转叶片3通过叶片紧固件25与转动轴23连接，导线27需用导线固定匝带固连，试验台架与固定台固定连接；控制器接收外部指令，并输出控制信号，运动组件接收对应信号后自动启动并调节。

第三步.打开高速摄像机，启动伺服电机；设定伺服电机21运转参数，伺服电机21带动转动轴23转动，通过高速摄像机获取旋转叶片3表面视觉信息。

第四步.采用计算机处理所获取的图片信息对旋转叶片进行故障诊断；信息采集***以高速摄像机作为视觉信号采集部件。信息采集***拍摄旋转叶片旋转状态下的图片，同时将图片信息传输到计算机中，计算机通过视觉信息采集***所拍摄的图片信息对旋转叶片进行故障诊断分析。

本实施例中，试验台架1、轴承架24和信息采集***4的支架中心轴线位于同一平面内，且该平面垂直于固定台面轴线。

操作过程

采用伺服电机21作为运动组件的驱动动力源，伺服电机输出轴通过联轴器22与转动轴23连接，转动轴23通过螺栓与叶片紧固件25连接，叶片紧固件25通过螺栓与旋转叶片3连接。伺服电机21输出轴通过联轴器22带动转动轴23转动，转动轴23通过叶片紧固件25带动旋转叶片3转动，伺服电机为转动轴的旋转提供动力，实现转动轴不同转速的旋转运动。

信息采集***4通过高速摄像机获取视觉信息，拍摄旋转叶片3在旋转状态下的高分辨率图片，同时将图片传输到计算机29中，计算机29通过信息采集***4所拍摄的图片对旋转叶片3进行故障诊断分析。

试验时，选取试验要求的旋转叶片3，根据试验要求进行预处理，预处理完成后将其通过螺栓与叶片紧固件25连接牢固。叶片紧固件25通过螺栓与旋转叶片3连接。底板26与固定台30通过螺栓连接，试验台架1与底板26连接，保证试验台架1与底板26之间不会松动。

旋转叶片通过叶片紧固件与转动轴连接，可拆卸、可更换，可根据不同的试验要求选取不同的旋转叶片，叶片紧固件连接转动轴与旋转叶片，旋转叶片应在旋转状况下的稳固以及方便更换旋转叶片。转动轴用于叶片紧固件与旋转叶片连接，转动轴的转动带动旋转叶片实现旋转运动。

将运动组件2固定安装在试验台架1上，伺服电机输出轴与转动轴23间的联轴器22连接，轴承架24与转动轴23配合，并确认轴承正常转动。把处理完成后的旋转叶片3通过叶片紧固件25安装在转动轴23上。

导线连接完成后，伺服电机21和信息采集***4通电，设置伺服电机21转速，设置信息采集***4参数，确认信息采集***4与计算机29之间数据传输正常。启动伺服电机21与信息采集***4，使伺服电机21输出轴通过联轴器22带动转动轴23作旋转运动，同时通过视觉信息采集***拍摄图片。

利用计算机29对信息采集***采集拍摄的图片数据并对旋转叶片3进行故障诊断分析,通过设定不同参数，可模拟对旋转叶片3在旋转状态下进行故障诊断。模拟旋转叶片在不同工况下的工作状态，可拆卸的旋转叶片使得叶片的更换和处理更加方便，通过高速摄像机作为视觉信息采集部件，保证其所获取的视觉信息的完整性和准确性，为叶片在旋转状态下的故障诊断提供试验平台。叶片故障诊断试验装置的试验台架，采用铝合金材质加工而成，试验台架主要用于支撑伺服电机和动力输出轴，该设计同心度较高。

轴承架与转动轴配合安装，对转动轴实现定位，试验时保证叶片的安全平稳的旋转状态。

Claims (2)

1.一种基于视觉信息处理的叶片故障诊断试验装置，其特征在于:包括试验台架、运动组件、旋转叶片、信息采集***、底板、固定台、计算机和导线；所述试验台架位于固定台上，并通过底板与固定台固连；信息采集***位于固定台上试验台架相对的一端，息采集***通过支架沿固定台轴向可滑动调节，轴承架位于试验台架内侧通过螺栓和底板固定连接；

息采集***包括高速摄像机和计算机，高速摄像机作为视觉信号采集部件，并通过该摄像机获取视觉信息，高速摄像机拍摄旋转叶片转动状态下的图片，并将图片信息传输到计算机中进行故障诊断分析；

所述运动组件包括伺服电机、联轴器、转动轴和轴承架，伺服电机固定在试验台架上部，伺服电机输出轴与转动轴一端通过联轴器连接，转动轴另一端与旋转叶片通过螺栓和叶片紧固件连接，转动轴穿过轴承架上的轴承并对转动轴定位，保证旋转叶片的平稳旋转，伺服电机带动转动轴转动，转动轴通过叶片紧固件带动旋转叶片转动；其故障诊断试验方法包括以下步骤:

步骤1.选取试验所需要的旋转叶片，并按照试验要求对叶片进行预处理；选取不同形状、尺寸和材质的旋转叶片，对旋转叶片进行裂纹、凹陷预处理；

步骤2.将旋转叶片通过叶片紧固件与转动轴连接，导线需用导线固定匝带固连，试验台架与固定台固定连接；控制器接收外部指令，并输出控制信号，运动组件接收对应信号后自动启动并调节；

步骤3.打开高速摄像机，启动伺服电机；设定伺服电机运转参数，伺服电机带动转动轴转动，通过高速摄像机获取旋转叶片表面视觉信息；

步骤4.采用计算机处理所获取的图片信息，对旋转叶片进行故障诊断；信息采集***以高速摄像机作为视觉信号采集部件，信息采集***将拍摄旋转叶片旋转状态下的图片，同时将图片信息传输到计算机中，计算机通过视觉信息采集***所拍摄的图片对旋转叶片进行故障诊断分析。

2.根据权利要求1所述的基于视觉信息处理的叶片故障诊断试验装置，其特征在于:所述试验台架、轴承架和信息采集***的支架中心轴线位于同一平面内，且该平面垂直于固定台面轴线。