[发明专利]基于圆周条纹和线阵相机的转轴径向振动测量方法

权利要求书

1.一种基于圆周条纹和线阵相机的转轴径向振动测量方法，其特征在于，使用一种基于圆周条纹和线阵相机的转轴径向振动测量系统，包括：

转轴系统，用于安装待测目标转轴并驱动其旋转，所述待测目标转轴上设有圆周条纹，用于表征出转轴的径向振动位移信息；

线阵相机，用于对所述待测目标转轴上的圆周条纹进行连续采集，并将采集到的带有振动信息的条纹图像信息传输至计算机；以及

计算机，用于控制线阵相机工作，并对传输到计算机的条纹图像信息进行存储和处理；

所述转轴径向振动测量方法包括以下步骤：

步骤S1：根据待测目标转轴确定圆周条纹参数，包括圆周条纹的长度、宽度和密度；

步骤S2：将圆周条纹附于待测目标转轴上，保证圆周条纹在转轴圆周方向上均匀分布；

步骤S3：使用支架将线阵相机的位置固定，启动计算机中的相机控制模块，调整好相关参数，包括采样频率和曝光时间；

步骤S4：控制线阵相机对待测目标转轴上的圆周条纹进行成像，将采集到的条纹图像信息传输至计算机中；

步骤S5：计算机采用图像处理软件对线阵相机采集到的每一帧图像进行处理，通过短时傅里叶变换原理和能量重心校正法算出t时刻条纹信号的频率曲线；

步骤S6：通过频率曲线的峰值频率值随时间变化关系获得转轴沿成像光轴方向的振动时域曲线；

步骤S7：通过频率曲线的峰值频率的位置随时间变化关系获得转轴沿垂直成像光轴方向的振动时域曲线；

将短时傅里叶变换原理运用到t时刻的条纹信号的位置与频率的关系分析中，求出t时刻条纹信号的频率曲线，所述位置与频率的关系分析，具体如下：

其中，STFT(n,f)为t时刻条纹信号在位置n处的频率，k为信号的长度，f为频率，N表示窗函数的宽度，x(m)为t时刻的条纹信号，m为窗函数w(n-m)中心的位置；

线阵相机成像系统的物距和相距的比定义为成像比例因子M_a：

其中，Z为物距，F为相距，r是待测目标转轴的半径，p′₂和p′₁为转轴静止时成像的一段条纹两端的坐标，a为条纹图像像素点的大小；

所述待测目标转轴沿着成像光轴方向的位移与频率曲线的峰值频率的数学关系式为：

其中，Δx(t)是t时刻转轴沿着成像光轴方向的振动位移，f是相机的焦距，d_i(t)是t时刻条纹信号频率曲线的峰值频率，d_r为第一帧条纹信号频率曲线的峰值频率；

所述待测目标转轴沿着垂直于成像光轴方向的位移与频率曲线峰值频率的相对坐标的数学关系式为：

其中，Δy(t)是t时刻转轴沿着垂直于成像光轴方向的振动位移；C_i(t)是t时刻条纹信号的峰值频率所在的相对坐标；C_r为参考位置条纹峰值频率所在的相对坐标。

2.根据权利要求1所述的基于圆周条纹和线阵相机的转轴径向振动测量方法，其特征在于，所述圆周条纹沿待测目标转轴的圆周均匀分布，条纹宽度方向与转轴轴线方向相同，条纹宽度大小根据待测目标转轴的大小而设定。

3.根据权利要求1所述的基于圆周条纹和线阵相机的转轴径向振动测量方法，其特征在于，所述线阵相机的成像光轴与待测目标转轴轴线保持在同一空间平面上，同时保证线阵传感器与轴线相垂直，所述线阵相机的采样频率和曝光时间根据实际测量环境进行调节。

4.根据权利要求1所述的基于圆周条纹和线阵相机的转轴径向振动测量方法，其特征在于，所述计算机中安装有图像处理软件，用以对采集到的条纹图像数据进行存储和处理。