CN206974541U - 一种转轴三维振动同步测量的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种转轴三维振动同步测量的装置，包括一用以感知转轴的三维空间位移信息的条纹传感器，安装于待测转轴圆周表面；一用以对所述待测转轴上的条纹传感器进行图像采集与记录的图像采集模块；一用以对所述图像采集模块进行控制的计算机；所述计算机与图像采集模块电性连接以及一用以对所述的条纹传感器图像信号进行处理和计算转轴的三维振动信息的图像处理模块。本实用新型只需要一个轻质条纹传感器即可实现对转动轴三维振动的同步测量，不需要如电涡流传感器那样在转轴的每个振动方向上都要布置一路传感器；条纹传感器对测量对象没有材质要求，可适用于任何材料的对象；成本低廉，采用普通的打印机和不干胶纸即可打印制作成功。

Description

一种转轴三维振动同步测量的装置

技术领域

本实用新型涉及机器视觉测量振动技术领域，特别是涉及一种转轴三维振动非接触式同步测量的装置。

背景技术

转轴的轴向振动和径向振动信号对于转轴的状态监测和缺陷检测具有非常重要的意义，因为这些振动信号与旋转机械的动态特性息息相关。例如，转轴不对中是旋转机械转轴的一种常见故障，引起转轴不对中的主要因素主要由装配误差，热变形或载荷不平衡等。过大的转轴不对中误差可能引起转轴的强烈振动，进而对旋转机械造成损伤和危害。因此对转轴的振动信号进行实时的监测对于转轴的健康状态和故障诊断具有非常重要的意义。

目前，转轴振动测量技术主要可分为接触式测量和非接触式测量两大类。接触式测量主要通过接触式传感器来获得振动数据。但是因为转轴在工作过程需要旋转，导致接触式传感器不能直接对转轴进行测量，往往通过对转轴的支撑架或者其他非旋转部件的振动进行测量来间接获得转轴的振动。通过间接测量方法测量转轴的振动往往受到其他因素的影响，比如受到转转部件和非旋转部件之间的传递效率的影响。因此采用非接触测量方法对转轴进行直接测量能够更加准确地获得转轴的振动参数。现在比较流行的非接触式转轴振动测量方法主要是采用电涡流传感器，但是电涡流传感器对转轴的材料有所要求，对于一些非金属材料的转轴可能并不适用。另一种非接触式的测量方法是激光多普勒测量仪，但是这种设备一般比较昂贵，并不经济。而且，对于电涡流传感器和激光多普勒测量仪而言，一个方向的振动就需要一个传感器或者探头，并不能实现一个传感器或者探头对多维振动的测量。

因此，在对现有转速测量方法进行了解和研究的基础上，本实用新型设计出一种精确、简单和高效的非接触式转轴三维振动同步测量的装置和方法，该方法只需要在转轴上设置一个条纹传感器就可以实现转轴三个维度的振动测量，相对于现有的测量方法而言，不仅降低了硬件成本，更加提高了转轴振动测量的测量效率。

发明内容

有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种转轴三维振动同步测量的装置法，该装置可以从一个条纹传感器中实现转轴三维振动的同步测量，测量装置简单，测量效率高。

本实用新型采用以下方案实现：一种转轴三维振动同步测量装置，其包括一条纹传感器，安装于待测转轴圆周表面，用以感知转轴的三维空间位移信息；一图像采集模块，用以对所述待测转轴上的条纹传感器进行图像采集与记录，并将采集到的条纹传感器图像信号通过数据传输线传输至计算机；一计算机，用以对所述图像采集模块进行控制；以及一图像处理模块，所述图像处理模块用于对所述的条纹传感器图像信号进行处理，计算转轴的三维振动信息。

在本实用新型一实施例中，所述条纹传感器制为轻质贴片式传感器；其正面为条纹图像，背面为粘性层；轻质贴片式传感器环贴设于待测转轴表面。

进一步的，轻质贴片式传感器正面为条纹图像的条纹为正弦条纹；条纹强度沿贴片式条纹传感器的长度方向成正弦变化，沿宽度方向条纹强度不变，其宽度与转轴的周长相等。

在本实用新型一实施例中，所述条纹传感器为轻质套筒式传感器；其内径与转轴一致，其外表面为条纹图像；轻质套筒式传感器套设于待测转轴需要测量的位置。

进一步的，轻质套筒外表面条纹图像沿套筒的轴向条纹强度成正弦变化，沿环周方向条纹强度不变。

在本实用新型一实施例中，所述图像采集模块包括控制电路及与其相连接的成像传感器、成像镜头。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：（1）本实用新型只需要一个轻质条纹传感器即可实现对转动轴三维振动的同步测量，不需要如电涡流传感器那样在转轴的每个振动方向上都要布置一路传感器。（2）本实用新型的条纹传感器对测量对象没有材质要求，可适用于任何材料的对象。（3）本实用新型的条纹传感器成本低廉，采用普通的打印机和不干胶纸即可打印制作成功。

附图说明

图1是本实用新型实施例的装置结构示意图。

图2是转轴在不同径向位移时图像传感器采集的条纹图。

图3为图2中不同条纹图的获得的转轴表面密度变化曲线，即转轴表面包络线。图4为图3中各条纹密度曲线的斜率曲线。

图中，1-计算机，2-数据传输线，3-图像采集模块，4-成像镜头，5-轴承座，6-条纹传感器，7-转轴，8-面阵图像传感器。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。

图1是本实用新型实施例的装置结构示意图。如图1所示，本实用新型提供一种转轴三维振动同步测量装置，包括计算机1、图像采集模块3、条纹传感器6。条纹传感器6安装于待测转轴7圆周表面，用以感知转轴7的三维空间位移信息。图像采集模块3用以对待测转轴7上的条纹传感器6进行图像采集与记录，并将采集到的条纹传感器图像信号通过数据传输线2传输至计算机1。计算机1用以对图像采集模块3进行控制，并对传输到计算机1的条纹图像信号进行处理分析以获得转轴的三维振动信息。

在本实用新型一实施例中，所述条纹传感器制为轻质贴片式传感器；其正面为条纹图像，背面为粘性层；轻质贴片式传感器环贴设于待测转轴表面。

进一步的，轻质贴片式传感器正面为条纹图像的条纹为正弦条纹；条纹强度沿贴片式条纹传感器的长度方向成正弦变化，沿宽度方向条纹强度不变，其宽度与转轴的周长相等。

在本实用新型另一实施例中，所述条纹传感器为轻质套筒式传感器；其内径与转轴一致，其外表面为条纹图像；轻质套筒式传感器套设于待测转轴需要测量的位置。

进一步的，轻质套筒外表面条纹图像沿套筒的轴向条纹强度成正弦变化，沿环周方向条纹强度不变。

在本实用新型一实施例中，所述图像采集模块包括控制电路及与其相连接的成像传感器、成像镜头。

以下简要阐述本实用新型一具体实施例转轴在不同径向位移时的采集的条纹图及其处理，说明图参见图2-4。图2中F1为参考帧条纹图，F2为转轴在垂直于成像光轴和转轴轴线方向上有正向位移时采集的条纹图，F3为转轴在垂直于成像光轴和转轴轴线方向上有负向位移时采集的条纹图。

如图2-4所示，所采集的条纹图像在待测转轴7表面不同位置沿轴心方向的条纹密度将发生变化，位于转轴轴心位置的条纹密度变化最小，往轴心两侧越远位置的条纹密度变化越大。因此可以根据变密度条纹图像的条纹密度变化规律求取转轴的表面包络线，并通过求得的转轴包络线确定转轴在图像中的待测转轴7轴线位置，通过求取不同帧条纹图像转轴轴线的中心位置即可获得转轴在垂直于成像光轴和转轴轴线方向的位移信息。转轴的表面包络线可以根据沿成像光轴方向每行条纹的条纹密度信息的提取。处理后的不同帧条纹图获得的转轴条纹密度变化曲线。对获得的包络线进行插值重采样，提高曲线的采样点数；再采用二次样条曲线对包络线进行拟合平滑；然后求取平滑后包络线的斜率曲线，再通过线性插值函数求取斜率曲线斜率值为零的坐标值。该斜率为零的坐标点即为转轴轴线位置。如果转轴7在垂直于成像光轴和转轴轴线的方向有位移，那么通过求取转轴轴线在成像传感器8垂直方向上相对于参考帧轴线位置的相对改变获得转轴7在垂直于成像光轴和转轴轴线方向的位移信号。通过样条曲线插值法求取平滑后的包络线在转轴轴线坐标处的条纹密度信息。如果转轴7沿成像光轴方向有位移，那么该条纹轴线处的条纹信号的条纹密度也随着转轴7在成像光轴方向的位移变化而变化，从该密度信息的变化即可获得转轴7在成像光轴方向的振动信息。

以上是本实用新型的较佳实施例，凡依本实用新型技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本实用新型技术方案的范围时，均属于本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种转轴三维振动同步测量装置，其特征在于：包括

一用以感知转轴的三维空间位移信息的条纹传感器，安装于待测转轴圆周表面；

一用以对所述待测转轴上的条纹传感器进行图像采集与记录的图像采集模块；

一用以对所述图像采集模块进行控制的计算机；所述计算机与图像采集模块电性连接

以及一用以对所述的条纹传感器图像信号进行处理和计算转轴的三维振动信息的图像处理模块。

2.根据权利要求1所述的转轴三维振动同步测量装置，其特征在于：所述条纹传感器为轻质贴片式传感器；其正面为条纹图像，背面为粘性层；轻质贴片式传感器环贴设于待测转轴表面。

3.根据权利要求2所述的转轴三维振动同步测量装置，其特征在于：轻质贴片式传感器正面为正弦条纹图像；条纹强度沿贴片式条纹传感器的长度方向呈正弦变化，沿宽度方向条纹强度不变，其宽度与转轴的周长相等。

4.根据权利要求1所述的转轴三维振动同步测量装置，其特征在于：所述条纹传感器为轻质套筒式传感器；其内径与转轴直径一致，其外表面为条纹图像；轻质套筒式传感器套设于待测转轴需要测量的位置。

5.根据权利要求4所述的转轴三维振动同步测量装置，其特征在于：轻质套筒外表面条纹图像沿套筒的轴向条纹强度呈正弦变化，沿环周方向条纹强度不变。

6.根据权利要求1所述的转轴三维振动同步测量装置，其特征在于：所述图像采集模块包括控制电路及与其相连接的成像传感器、成像镜头。