CN100588918C - 基于高速面阵摄像机轴系横振测量装置的横振测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的是一种基于高速面阵摄像机轴系横振测量装置的横振测量方法。包括在被测轴上两高速面阵摄像机的公共视场内布设的一个初始标记，处于同一垂直面内、其主光轴互成一定角度的两高速面阵摄像机，两个高速面阵摄像机对准同一段被测轴且与被测轴大致平行，两高速面阵摄像机连接数据处理及控制单元和人机交互界面。当轴转动时，两个高速面阵摄像机的成像面上分别捕获一组不断变化的被测轴的上下边缘线，并通过上下边缘线的中间线可得到该段被测轴任意一处的两个横振分量；通过正交合成的方法可得到该段被测轴任意一处的横振状态和轴心轨迹。本发明便于实施，图像信号相对简单，对光强或灰度不敏感，对光源要求不高，测量精度高。

Description

基于高速面阵摄像机轴系横振测量装置的横振测量方法

(一)技术领域

本发明涉及的是一种结构部件的振动测试装置，具体地说是一种轴系横振的测量装置。本发明也涉及一种地说是一种轴系横振的测量方法。

(二)背景技术

各种机械轴系，在传递扭矩的同时，还会由于轴系存在不可避免的不平衡质量及水平轴系必然承受重力作用等原因而产生横振。横振与扭振一样，其附加交变应力会劣化轴系工况，对轴系和周围环境产生有害影响。为了提高轴系运转的安全性，对轴系的横振进行测试分析和监测是非常重要的。

目前主要有两种方法测量轴系横振：电涡流法和激光法，国内外都有这样的产品，这种方法的空间测量范围小，一组激光探头一次只能测量轴上某一点的横振。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种对椭圆度不敏感，对光源要求不高，在保证测量精度的同时还可提供轴线运动轨迹的基于高速面阵摄像机轴系横振测量装置的横振测量方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明的高速面阵摄像机轴系横振测量装置包括：在被测轴上两高速面阵摄像机的公共视场内布设的一个初始标记，处于同一垂直面内、其主光轴互成一定角度的两高速面阵摄像机，两个高速面阵摄像机对准同一段被测轴且与被测轴大致平行，两高速面阵摄像机连接数据处理及控制单元和人机交互界面。

本发明的高速面阵摄像机轴系横振测量装置还可以包括：

1、所述的两高速面阵摄像机主光轴互成一定角度的角度范围在45度至90度内。

2、所述的高速面阵摄像机是高速面阵CCD摄像机。

3、所述的高速面阵摄像机是高速面阵CMOS摄像机。

4、所述的被测轴上布设的初始标记为一与被测轴轴线基本正交的短弧线。

基于本发明的高速面阵摄像机轴系横振测量装置的轴系横振测量方法：

在被测轴上两高速面阵摄像机的公共视场内布设一初始标记，该标记为两高速面阵摄像机提供水平方向上的共同位置基准，两高速面阵摄像机处于同一垂直面内，其主光轴互成一定角度，所述的两高速面阵摄像机包括高速面阵摄像机I和高速面阵摄像机II，调整两高速面阵摄像机对准同一段被测轴，并与被测轴大致平行；当被测轴段出现横振时，两高速面阵摄像机分别摄取到一段上下交错平移的两条边缘线图像，图像上这两条边缘线的中心线运动轨迹即为该轴段在与高速面阵摄像机主光轴正交面上的横振分量，用X(z，t)表示高速面阵摄像机I摄取的横振分量，利用高速面阵摄像机II测得的横振分量以及两高速面阵摄像机主光轴的夹角、高速面阵摄像机II与被测轴轴线的夹角得出与X(z，t)横振分量正交的横向振动分量Y(z，t)，由X(z，t)和Y(z，t)正交合成出被测轴段内的横振方程或轴线运动轨迹。

本发明的方法还可以包括：

1、所述的两高速面阵摄像机主光轴互成一定角度的角度范围在45度至90度内。

2、所述的高速面阵摄像机选择高速面阵CCD摄像机。

3、所述的高速面阵摄像机选择高速面阵CMOS摄像机。

本发明采用两部高速面阵摄像机、特别是高速面阵CCD摄像机从不同角度(摄像机主光轴夹角在45度至90度之间)分别对同一被测轴进行连续拍照，并通过对所得图像中被测轴的上、下边缘动态跟踪的方法，实现对轴线运动状态的测量。其有益效果在于：该测量方法能够测量一轴段的横向振动及轴线运动轨迹，并在测量过程中对轴系的横振不敏感；图像信号相对简单，需要得到的是开关量，即只需判定轴像的上下边缘位置即可，对光强不敏感，因而对光源的均匀性要求不高。

(四)附图说明

图1是本发明的原理示意图；

图2是高速面阵CCD摄像机1摄取的被测轴上、下边缘图像示意图；

图3是高速面阵CCD摄像机2摄取的被测轴上、下边缘图像示意图。

(五)具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1，高速面阵摄像机轴系横振测量装置包括：在被测轴上两高速面阵摄像机的公共视场内布设的一个初始标记5，处于同一垂直面内、其主光轴互成一定角度的两高速面阵摄像机，即高速面阵CCD摄像机I 8和高速面阵CCD摄像机II 9，以及分别与两个高速面阵CCD摄像机配套的光源I 7和光源II 6，两个高速面阵摄像机对准同一段被测轴且与被测轴大致平行，两高速面阵摄像机连接数据处理及控制单元10和人机交互界面11。所述的两高速面阵摄像机主光轴互成一定角度的角度范围在45度至90度内。高速面阵摄像机还可以选择高速面阵CMOS摄像机。所述的被测轴上布设的初始标记为一与被测轴轴线基本正交的短弧线。

结合图1-图3，本发明的测量方法为：高速面阵CCD横振测量方法的实现借助于一个测量仪。测量仪的组成包括高速面阵CCD摄像机I及对准机构8、高速面阵CCD摄像机II及对准机构9、光源I 7、光源II 6、数据处理及控制单元10和人机交互界面11。初始标记5在两摄像机的公共视场中，并可只在测量过程的初始化阶段加入，当两摄像机完成位置定标后即可撤除；1与3分别是高速摄像机I可测得的被测轴上、下边缘线，2与4分别是高速摄像机II可测得的被测轴上、下边缘线；这四条线可分别为高速摄像机提供粗略的水平标志；12为摄像机I摄取的图像中被测轴的上边缘，13为摄像机I摄取的图像中被测轴的下边缘，14为摄像机I摄取的图像中被测轴的轴线，15为摄像机II摄取的图像中被测轴的上边缘，16为摄像机II摄取的图像中被测轴的下边缘，17为摄像机II摄取的图像中被测轴的轴线，由于两摄像机的主光轴可能与被测轴轴线非正交，所以在图2与如图3中，上下边缘线可能不与各自中间线平行。

在被测轴上布设一初始标记，该标记落入两高速CCD摄像机的公共视场，并作为两高速CCD摄像机的测量原点，两高速面阵CCD摄像机处于同一垂直面内，其主光轴互成一定角度(45度至90度)，该角度太小会给正交分解与合成造成一定的困难，如果该角度太大(大于90度)又会导致不能形成公共视场区域，调整两个高速面阵CCD摄像机对准同一段被测轴，并与被测轴大致平行；当被测轴段出现横振时，高速面阵CCD摄像机I可拍摄到一段上下交错平移的两条边缘线图像，如图2所示，图像上两条边缘线的中心线运动轨迹即为该轴段在与高速CCD摄像机I主光轴正交面上的横向振动分量，用X(z，t)表示，利用高速面阵CCD摄像机II测得的横振分量(如图3所示)以及两摄像机主光轴的夹角、高速面阵CCD摄像机II与被测轴轴线的夹角可在数据处理单元中算出与横振分量X(z，t)正交的横向振动分量Y(z，t)，由X(z，t)和Y(z，t)即可正交合成出被测轴段内的横振方程或轴线运动轨迹。

两高速面阵CCD摄像机可被两高速线阵CCD摄像机代替，由此而简化后的方法可测量轴系某一处的横振。

本发明通过两部高速面阵CCD摄像机测得轴系某区段上的两个正交横振分量后，通过正交合成得出被测轴段内的横振方程或轴线运动轨迹。与现有方法比较具有原理简单、数据稳定、可一次获取多处横振信息、对椭圆度不敏感、精度高、非接触方式测量、实施方便等优点。

Claims (3)

1、一种基于高速面阵摄像机轴系横振测量装置的轴系横振测量方法，其特征是：在被测轴上两高速面阵摄像机的公共视场内布设一初始标记，该标记为两高速面阵摄像机提供水平方向上的共同位置基准，两高速面阵摄像机处于同一垂直面内，其主光轴互成一定角度，所述的两高速面阵摄像机包括高速面阵摄像机I和高速面阵摄像机II，调整两高速面阵摄像机对准同一段被测轴，并与被测轴大致平行；当被测轴段出现横振时，两高速面阵摄像机分别摄取到一段上下交错平移的两条边缘线图像，图像上这两条边缘线的中心线运动轨迹即为该轴段在与高速面阵摄像机主光轴正交面上的横振分量，用X(z，t)表示高速面阵摄像机I摄取的横振分量，利用高速面阵摄像机II测得的横振分量以及两高速面阵摄像机主光轴的夹角、高速面阵摄像机II与被测轴轴线的夹角得出与X(z，t)横振分量正交的横向振动分量Y(z，t)，由X(z，t)和Y(z，t)正交合成出被测轴段内的横振方程或轴线运动轨迹。

2、根据权利要求1所述的基于高速面阵摄像机轴系横振测量装置的轴系横振测量方法，其特征是：所述的两高速面阵摄像机主光轴互成一定角度的角度范围在45度至90度内。

3、根据权利要求1或2所述的基于高速面阵摄像机轴系横振测量装置的轴系横振测量方法，其特征是：所述的高速面阵摄像机选择高速面阵CCD摄像机或高速面阵CMOS摄像机。

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