[发明专利]一种图像分析齿轮碰撞/损伤形变过程的方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及图像分析用高速摄像方法及设备，尤其涉及用图像来分析齿轮碰撞或损伤形变发生过程的方法，以及一种同步触发高速摄像系统。

 

背景技术

在大型机械需要齿轮互相耦合带动转动时，由于材料、设计不合理等原因，齿轮用了一段时间就容易出现损伤或断裂。目前分析齿轮碰撞或损伤形变发生过程的方法主要是用传统的机械诊断技术或采用传感器等采集信号进行分析的方法。

但是，传统的机械诊断技术存在以下问题或缺陷：在对许多机械部件进行状态检测及故障诊断时，被检测部件往往不是直接观察和测量的，只能通过远离待测部件的测点来测量带有该部件状态信息的相关信号，这样在待测部件与测点之间就不可避免地存在着传输介质，即存在检测点不精确的问题。故障信号的特征提取是机械诊断技术中的关键问题，而噪声的干扰是影响故障信号特征正确识别的重要因素，机械系统因故障引起的异常信号一般都很微弱，通常被淹没在很强的背景噪声中，即存在的干扰噪声严重影响有效信号识别。另外，从传感器获取的信号往往需要进行转换，由于信号转换或者信号处理产生的延时特性，也造成传统的机械诊断技术的实时检测的准确定和精确度不够。

 

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明解决常规方法检测精度低，获取的结果不直观等问题，提供一种用图像分析齿轮碰撞/损伤形变过程的方法。

本发明还提供实现上述方法的同步触发高速摄像系统。

解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种图像分析齿轮碰撞/损伤形变过程的方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）在被测机械齿轮的齿根部设有应变片；在齿轮的齿部上设有对射孔洞，对射孔洞的正前方与正后方可接收信号的位置设有激光对射管；

2）在被测机械齿轮啮合工作情况下，同步采集所述应变片受碰撞后的形变信号和激光对射管的激光信号，由处理器通过所述形变信号和激光信号的实时监测和同步触发控制，控制高速摄像机进行实时摄像；

3）再根据高速摄像机摄取的图像，分析齿轮碰撞/损伤形变的情况；

其中，应变片受碰撞后的形变信号设定阈值V，激光对射管的激光信号为穿过对射孔洞的信号。

进一步，所述形变信号和激光信号采用多通道、多激光对管的多路触发信号方式。

进一步，所述应变片和对射孔洞的数量，为1~3个。即在被测齿轮的1~3个齿根部分别设有应变片，和/或在齿轮的1~3个齿部上分别设有对射孔洞，以获取可靠的形变信号和激光信号。

本发明还提供一种同步触发高速摄像系统，包括高速摄像设备，其特征在于，还包括应变片触发电路、激光型光电开关和处理器；处理器同步采集设于被测机械齿轮齿根部的应变片受碰撞后的形变信号，和齿轮齿部两侧激光对射管的激光信号，对高速摄像设备进行摄像控制；

其中，所述应变片的触发电路由依次电连接的应变片、桥电路、调理电路、A/D采样电路、处理器和光耦控制电路构成；应变片碰撞形变的程度表现为其阻值的变化；

所述激光对射管通过机械齿轮孔洞对准后，即齿轮没有发生碰撞，此时控制端为高电平，光耦开关不工作；发生碰撞后，对射激光信号被阻断，此时控制端为低电平，光耦开关给处理器高输出触发信号。

所述高速摄像设备可以采用基恩士的VW6000高速摄像机或类似设备。

相比现有技术，本发明具有如下有益效果：

1、本发明通过同步采集的外部触发系统控制高速摄像机，能够适时地记录机械齿轮工作形变的动态过程，通过对动态记录中每帧图片进行直观的观察分析，可以清楚、直观地得到结论，可信度更高。

2、本发明通过应变片受碰撞后的形变信号是否到达设定的阈值，以及激光对射管的激光信号是否通过机械齿轮的对射孔洞信号，通过这两种信号的实时监测和同步触发控制，大大提高了本设计方案的可信可靠程度。

3、对于信号传输或者信号处理延时影响检测系统实时性能的问题，本发明采用多次碰撞的平均间隔时间为平均碰撞时间间隔，设定的碰撞次数后经过延时时间校准，能够实现高精度的实时跟踪检测性能。

4、将应变片传感器贴于机械齿轮齿根处，信号检测点就是损伤或者断裂处，形变很明显，同时不会受到碰撞的损坏，应变片的细微形变，都能被桥电路捕捉，通过调理放大，高达16位的高精度AD采样，采集的信号可靠度高；因安装点即为监测点，所以噪声比较传统方案降低很多，同时对采集的信号先进行LMS或者RLS相应的滤波处理，并取多次碰撞采样值的平均值作为平均触发阈值，这样可以严格控制噪声的影响。