專利名稱：高速線陣ccd扭振測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種扭振的測量方法，具體地說是一種測量機(jī)械軸系的一軸 段任意截面扭轉(zhuǎn)振動的方法。(二) 背景技術(shù)各種機(jī)械軸系，在傳遞扭矩的同時，還會在干擾力作用下產(chǎn)生扭振，扭振的附加交變應(yīng)力有時會在很短時間內(nèi)造成軸系疲勞斷裂。為了提高軸系運(yùn)轉(zhuǎn)的安全性，對軸系的扭振進(jìn)行測試分析和監(jiān)測是非常重要的。測量扭振的方法很多，有德國早期蓋格爾機(jī)械扭振儀和目前基于脈沖周期原理的扭振儀(利用軸端齒輪及磁電傳感器感應(yīng)脈沖或光電碼盤產(chǎn)生脈沖)，此外還有利用激光多普勒效應(yīng)得扭振儀和利用應(yīng)變片進(jìn)行扭振扭矩測量的儀器及表，但這些方法各有利弊，如需要安裝齒輪和編碼器的軸端或價格比較昂貴等。 2006年全國振動工程及應(yīng)用學(xué)術(shù)會議上，高欣等發(fā)表了《基于CCD攝像技術(shù)的汽輪發(fā)電機(jī)組扭振測量新方法》一文，介紹了一種利用CCD技術(shù)非接觸測量軸系扭振的方法，該方法的主要技術(shù)方案集中記載在專利申請?zhí)枮?00610010155.9的專利申請文件中。該方法將調(diào)制有扭振信息的黑白相間的條紋圖案作為測量信號，通過相關(guān)算法得出扭振信息。但該法對每條條紋的灰度值和線陣光源的光強(qiáng)均勻性要求相對苛刻，因此實(shí)現(xiàn)比較困難。(三) 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種對光強(qiáng)或灰度不敏感，對光源要求不高，可以保 證測量精度；同時還可估算扭轉(zhuǎn)力矩的高速線陣CCD扭振測量方法。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的在被測軸上的布設(shè)一條螺旋標(biāo)記線，將被測軸 上的螺旋標(biāo)記線作為高速線陣CCD攝像機(jī)的被攝物，調(diào)整線陣CCD攝像機(jī)的掃描 線與被測軸平行；當(dāng)軸轉(zhuǎn)動時，用高速線陣CCD攝像機(jī)拍攝被攝物，在高速線陣 CCD攝像機(jī)的成像線上形成一個或多個斑點(diǎn)移動；通過對斑點(diǎn)運(yùn)動過程的分析和 適當(dāng)?shù)男畔⑻崛》椒ǖ玫捷S上各截面的扭振狀態(tài)，同時獲得軸上的各處的扭轉(zhuǎn)力矩。本發(fā)明的方法還可以包括1、 所述的被測軸上的布設(shè)一條螺旋標(biāo)記線是先制作一個螺旋標(biāo)記線模板， 螺旋標(biāo)記線模板上有基線與直線槽，且基線與直線槽成一定度角，該角度可為 15度至45度，模板釆用有柔性的薄鋼片或塑料板加工而成，用借助螺旋標(biāo)記線 模板在被測軸上標(biāo)記出螺旋標(biāo)記線。2、 所述的通過適當(dāng)?shù)男畔⑻崛》椒ǖ玫捷S上各截面的扭振狀態(tài)，是釆用離 散傅立葉變換(DFT)的方法。3、 所述的通過斑點(diǎn)運(yùn)動狀態(tài)還可估算扭轉(zhuǎn)力矩，是由彈性力學(xué)理論推倒得 出的。本發(fā)明將被測軸上的一條螺旋標(biāo)記線作為高速線陣CCD攝像機(jī)的被攝物，線 陣CCD攝像機(jī)的掃描線與被測軸平行；當(dāng)軸轉(zhuǎn)動時，CCD攝像機(jī)的成像線上就有 一個(或多個)斑點(diǎn)移動，如果此時軸上沒有扭振，則斑點(diǎn)的運(yùn)動是勻速的，如 果此時軸上有扭振，則斑點(diǎn)的運(yùn)動是非勻速的，斑點(diǎn)速度的變化攜帶了軸的扭振 信息；通過適當(dāng)?shù)男畔⑻崛》椒?首選離散傅立葉變換DFT)，就能夠得到軸上 各截面的扭振狀態(tài)，同時還能獲得軸上的各處的扭轉(zhuǎn)力矩。其有益效果在于只 需在被測軸上標(biāo)出一條螺旋線，而螺旋標(biāo)記線的平面展開為直線，非接觸方式測 量，所以便于實(shí)施；圖像信號相對簡單，是一個開關(guān)量，即只需判定成像斑點(diǎn)的 位置即可，對光強(qiáng)或灰度不敏感，因而對光源要求不高，保證了測量精度；同時通過斑點(diǎn)運(yùn)動狀態(tài)還可估算扭轉(zhuǎn)力矩。(四)


圖l是本發(fā)明的原理示意圖；圖2是本發(fā)明的螺旋標(biāo)記線模板的平面圖；圖3是無扭振時高速線陣CCD扭振測量方法圖像斑點(diǎn)與時間關(guān)系圖；圖4是有扭振時高速線陣CCD扭振測量方法的連續(xù)運(yùn)動圖像斑點(diǎn)與時間關(guān)系示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖舉例對本發(fā)明做更詳細(xì)地描述制作一個螺旋標(biāo)記線模板，螺旋標(biāo)記線模板上有基線與直線槽，且基線與直線槽成一定度角，該角度可為15度至45度，模板采用有柔性的薄鋼片或塑料板 加工而成，在借助螺旋標(biāo)記線模板在被測軸上標(biāo)記出螺旋標(biāo)記線。將被測軸上的 螺旋標(biāo)記線作為高速線陣CCD攝像機(jī)的被攝物，調(diào)整線陣CCD攝像機(jī)的掃描線與 被測軸平行；當(dāng)軸轉(zhuǎn)動時，用高速線陣CCD攝像機(jī)拍攝被攝物，在高速線陣CCD 攝像機(jī)的成像線上形成一個或多個斑點(diǎn)移動；通過適當(dāng)?shù)男畔⑻崛》椒?首選離 散傅立葉變換DFT)得到軸上各截面的扭振狀態(tài)，同時還能獲得軸上的各處的扭 轉(zhuǎn)力矩。結(jié)合圖l及圖2，高速線陣CCD扭振測量方法的實(shí)現(xiàn)可以借助于一個螺旋標(biāo) 記線模板和一個測量儀。用螺旋標(biāo)記線模板在軸上標(biāo)記出螺旋標(biāo)記線(1)，測量 儀的組成包括LED線陣光源(2)、減震臺架(3)、高速線陣CCD攝像機(jī)及對準(zhǔn)機(jī) 構(gòu)(4 )、數(shù)據(jù)處理及控制單元(5 )和人機(jī)交互界面(6 )。螺旋標(biāo)記線模板(7) 上的基線(8)與直線槽(9)成一定度角，該模板可以薄鋼片或塑料板為加工材 料，并根據(jù)被測軸徑的尺寸不同而系列化。使用高速線陣CCD扭振測量方法時需首先確定被測軸與線陣CCD成像線的角 度關(guān)系，即通過通過手動或電動調(diào)整線陣CCD攝像機(jī)使被測軸的任一斷面完全進(jìn) 入攝像機(jī)中心視場，并轉(zhuǎn)動調(diào)整線陣CCD攝像機(jī)使成像線段長度最小，此時可認(rèn) 為攝像機(jī)成像線與被測軸軸線正交，從而確定了被測軸與線陣CCD成像線的角度 關(guān)系，并進(jìn)而找到被測軸軸線與線陣CCD成像線成平行關(guān)系時線陣CCD攝像機(jī)的 位置，然后以攝像機(jī)的成像線中心為軸，旋轉(zhuǎn)CCD攝像機(jī)90度，則被測軸軸線 與CCD攝像機(jī)成像線平行(為減小對準(zhǔn)誤差，可在此環(huán)節(jié)釆用成像線相互正交的 兩個CCD攝像機(jī)，其中與被測軸軸線正交的CCD攝像機(jī)的速度可相對較低)；在 此基礎(chǔ)上利用螺旋標(biāo)記線模板(7 ),調(diào)整其位置使基線在CCD攝像機(jī)成像線上多 點(diǎn)(兩點(diǎn)以上)成像，此時就確定了被側(cè)軸、螺旋標(biāo)記線及高速線陣CCD攝像機(jī) 的角度位置關(guān)系。當(dāng)被測軸上沒有扭振時高速線陣CCD扭振測量方法及測量儀能提供出螺旋 標(biāo)記線的圖像斑點(diǎn)與時間關(guān)系曲線，如圖3。當(dāng)被測軸上存在扭振時高速線陣CCD扭振測量方法及測量儀能提供出螺旋 標(biāo)記線的連續(xù)運(yùn)動圖像斑點(diǎn)與時間關(guān)系曲線，如圖4;對該曲線作去直流分量處 理(將圖4曲線與圖3曲線作差得到的新曲線)后，對分離出的新數(shù)據(jù)進(jìn)行信息 提取(首選離散傅立葉變換DFT)即可得到被測軸被測量段內(nèi)諸截面上的扭振振 幅、頻率及其相位關(guān)系，同時可由這些分離出的新數(shù)據(jù)得到被測軸被測量段內(nèi)諸 截面上的扭振力矩。本發(fā)明通過對螺旋標(biāo)記線在高速線陣CCD攝像機(jī)成像線上成像斑點(diǎn)的運(yùn)動 狀態(tài)的測量，得到了被測軸上某一區(qū)間的扭振信息，即4，通過對該曲線作信息 提取處理可以得出被測軸被測量段內(nèi)諸截面上的扭振振幅、頻率及其相位關(guān)系， 和扭振力矩。與現(xiàn)有方法比較具有數(shù)據(jù)穩(wěn)定、信息量大、精度高、可一次性多參 數(shù)多斷面測量、非接觸方式測量、實(shí)施方便等優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求
1、一種高速線陣CCD扭振測量方法，其特征是在被測軸上的布設(shè)一條螺旋標(biāo)記線，將被測軸上的螺旋標(biāo)記線作為高速線陣CCD攝像機(jī)的被攝物，調(diào)整線陣CCD攝像機(jī)的掃描線與被測軸平行；當(dāng)軸轉(zhuǎn)動時，用高速線陣CCD攝像機(jī)拍攝被攝物，在高速線陣CCD攝像機(jī)的成像線上形成一個或多個斑點(diǎn)移動；通過對斑點(diǎn)運(yùn)動過程的分析和適當(dāng)?shù)男畔⑻崛》椒ǖ玫捷S上各截面的扭振狀態(tài)，同時獲得軸上的各處的扭轉(zhuǎn)力矩。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速線陣CCD扭振測量方法，其特征是所述的 被測軸上布設(shè)一條螺旋標(biāo)記線是先制作一個螺旋標(biāo)記線模板，螺旋標(biāo)記線模板 上有基線與直線槽，且基線與直線槽成一定度角，該角度可為15度至45度， 模板釆用有柔性的薄鋼片或塑料板加工而成，用借助螺旋標(biāo)記線模板在被測軸 上標(biāo)記出螺旋標(biāo)記線。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高速線陣CCD扭振測量方法，其特征是所述的通過適當(dāng)?shù)男畔⑻崛》椒ǖ玫捷S上各截面的扭振狀態(tài)，是采用離散傅立葉 變換的方法。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高速線陣CCD扭振測量方法，其特征是所 述的通過斑點(diǎn)運(yùn)動狀態(tài)還可估算扭轉(zhuǎn)力矩，是由彈性力學(xué)理論推倒得出的。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的髙速線陣CCD扭振測量方法，其特征是所述的 通過斑點(diǎn)運(yùn)動狀態(tài)還可估算扭轉(zhuǎn)力矩，是由彈性力學(xué)理論推倒得出的。
全文摘要
本發(fā)明提供的是一種高速線陣CCD扭振測量方法。在被測軸上的布設(shè)一條螺旋標(biāo)記線，將被測軸上的螺旋標(biāo)記線作為高速線陣CCD攝像機(jī)的被攝物，調(diào)整線陣CCD攝像機(jī)的掃描線與被測軸平行；當(dāng)軸轉(zhuǎn)動時，用高速線陣CCD攝像機(jī)拍攝被攝物，在高速線陣CCD攝像機(jī)的成像線上形成一個或多個斑點(diǎn)移動；通過適當(dāng)?shù)男畔⑻崛》椒ǖ玫捷S上各截面的扭振狀態(tài)，同時還能獲得軸上的各處的扭轉(zhuǎn)力矩。本發(fā)明只需在被測軸上標(biāo)出一條螺旋線，而螺旋標(biāo)記線的平面展開為直線，非接觸方式測量，所以便于實(shí)施；圖像信號相對簡單，是一個開關(guān)量，即只需判定成像斑點(diǎn)的位置即可，對光強(qiáng)或灰度不敏感，因而對光源要求不高，保證了測量精度；同時通過斑點(diǎn)運(yùn)動狀態(tài)還可估算扭轉(zhuǎn)力矩。
文檔編號G01H1/10GK101216342SQ20081006382
公開日2008年7月9日 申請日期2008年1月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月8日
發(fā)明者劉學(xué)廣, 張?zhí)煸? 李玩幽, 強(qiáng) 溫, 鋒 王, 東 諶, 玉 黃 申請人:哈爾濱工程大學(xué)