CN101458119B

CN101458119B - 图像分析实时检测轴瓦振动的方法

Info

Publication number: CN101458119B
Application number: CN2008102433384A
Authority: CN
Inventors: 陈英革; 王小英; 沈是; 项梦羽; 周蓓; 秦志刚; 尹震宇
Original assignee: Changshu Institute of Technology
Current assignee: JIANGSU TRIGIANT TECHNOLOGY Co.,Ltd.
Priority date: 2008-12-26
Filing date: 2008-12-26
Publication date: 2010-08-11
Anticipated expiration: 2028-12-26
Also published as: CN101458119A

Abstract

本发明公开了一种图像分析检测轴瓦振动的方法，包括以下步骤：(1)安装图像采集设备；(2)根据显示的图像对图像采集设备进行微调至图像效果最佳时止；(3)对保存的图像的失真参数进行矫正；(4)计算机通过实时识别和记录轴瓦的位置计算出轴瓦振动的幅度大小。本发明所提供的一种图像识别检测轴瓦振动幅度的方法，自动地对轴瓦振动的全过程进行记录，并在振动幅度超过安全范围时报警；使用图像采集设备对轴瓦进行拍摄，采用非接触测量方式，无须在原有的机械设备上进行较大的改动，不需要检测人员近距离的靠近设备；本发明相对传统的检测设备，结构简单，大大降低了成本，安装与管理也更加方便，自动生成图表，人员可以形象地观察出轴承的振动情况，便于维护。

Description

图像分析实时检测轴瓦振动的方法

一、技术领域

本发明涉及一种图像分析方法，尤其是一种图像分析实时检测轴瓦振动的方法。

二、背景技术

轴承是轴及其他旋转构件的重要支承，是最早采用专业化大批量生产方式的机械基础部件之一。轴承的应用领域很广泛，包括火车汽车、矿业机械、轧钢炼钢、航天航空和电力机械等方面。轴承分为滚动轴承和滑动轴承，目前应用最广泛的是滚动轴承，它具有很多方面的优点，例如：磨擦系数低、维护方便、结构简单。正是这些优点，使其应用在了工业传动的各个方面。

但是轴承不可能始终稳定地工作，受设计参数、制造误差、工作条件、安装参数等影响，轴承总会出现一定程度的振动，并且还会带动轴及其它部件的振动。当然在日常的工业使用中，小于一定振幅的振动是完全可以接受的。但是这个振动一旦超出了界限就会产生意想不到的后果：传动轴的断裂、轴瓦的损坏、附近机器的损坏、甚至会危及到操作工人的生命安全。所以针对轴瓦、轴承及主轴的振动检测已经成为工业生产中必不可少的部分。

现有类似的产品主要是基于磁敏传感器和激光的方法。

第一种方法采用磁敏传感器作为探测器件，把振动信号转换成为模拟的电信号再进行相应的处理。而基于激光的方法是仪器发出激光光束，光束被测量表面漫反射到位移传感器上，通过位移传感器所感应到光束位置的不同，测量被测物体位置的变化。

使用这两类方法制造的检测仪具有设计灵敏度高的优点，但由于实际使用环境非常复杂，磁敏传感器会受到旁边磁信号等噪声的干扰，会出现测量不准的情况。并且这类检测仪安装条件复杂，在安装时要求磁敏传感器距离被检测物体非常近，距离一般要求在毫米的级别，只有这样才能感测到微小的磁场的变化。这种安装要求会产生很大的危险，振幅过大或是人为的误操作都会对传感器造成致命的损坏。

使用激光的检测仪，虽然可以避免近距离测量，但操作专业性要求极高，且需要在轴上安装位移传感器，需要停机操作。

这两类仪器都不能做到实时监控和报警，需要人员实时操作。而且市场上的价格都非常高，平均售价都在数十万人民币。

三、发明内容

1、发明目的：本发明的主要目的是针对目前各种检测仪造价昂贵，难以进行多点检测并且安装复杂，操作专业性要求高，不能做到自动报警这些问题，提供了一种的图像分析在轴瓦振动检测上的应用方法，该方法可以大大的降低成本，可进行多点检测，并可在相对较远的距离进行检测，并且这一距离随着图像采集设备的成像效果可以成倍扩大。该方法将振动的记录以坐标轴的方式显示在显示屏上，并将记录写入数据库以便长期观察，克服了原来的检测仪的不足之处。

2、技术方案：(1)将图像采集设备安装在支架上，其镜头对准轴承的中心位置，并使镜头与轴承的横切面垂直，图像采集设备通过电缆与计算机接口连接；(2)在计算机显示器上显示出轴承的图像，根据显示的图像对图像采集设备进行微调至图像效果最佳时止，拍摄并保存轴承摆放位置的图像；(3)对失真矫正参数进行调整并保存，保存经过矫正的图像；(4)计算机通过识别不同时刻轴承位置，判断轴承振动的幅度大小并进行记录。

其中步骤(4)包括以下步骤：(40)起始，载入保存的失真矫正参数，并检查图像采集设备是否能正常工作，如不能正常工作则给出提示；(41)从图像采集设备上，采集一张图像；(42)计算出轴承的边缘位置，一般用轴承的图像边缘的纵坐标表示；(43)将当前记录到的边缘值与上一次循环执行时记录到的边缘值做运算，以计算出振动幅度，如果是第一次运算，则采用参数校正时记录的边缘值做运算；(44)根据振动的幅度在坐标轴上画上相应长度的竖线，以表示振动幅度的大小；(45)如果发现振动幅度过大，则执行步骤(46)，如果检测的结果是正常的，则执行步骤(47)；(46)计算机发出报警声，提示工作人员进行故障检修，并使整个系统停机。

3、有益效果：本发明所提供的一种图像分析在轴瓦振动进行实时检测的应用通过对软件和硬件的有效结合利用，自动实时地对轴承振动情况进行检测。相对各种昂贵的检测设备，不仅大大降低了成本，也允许增加大量的检测点，并使得检测距离可以相对较远，降低设备的安装复杂度。同时本方法使用图像采集设备对轴瓦本身不会造成任何损伤。不需要工作人员实时操作检测设备，提高了工作的效率。

四、附图说明

图1为安装有图像采集设备的支架结构示意图；

图2为对图像采集设备进行安装时的流程图；

图3为对图像进行边缘强化时的流程图；

图4为对图像进行水平校正时的流程图；

图5为图像采集设备进行正常的检测工作时的流程图。

五、具体实施方式

下面结合附图对最佳实施例进行详细的说明。

如图1所示，1是图像采集设备、2是固定支架、3是单色挡板；将图像采集设备固定在支架上，调整好合适的高度和距离，使其镜头垂直对准轴的中心位置，与轴的横截面垂直，再将单色挡板放在轴的后面来使轴便于与外部环境区分。图像采集设备通过电缆连接到计算机接口，用户正确连接硬件后，在计算机上安装图像采集设备的驱动。在系统运行后，图像采集设备将信号经通讯线传输到计算机，转化为计算机可识别的数字图像信号。其中图像采集设备可为CCD摄像头、CMOS摄像头或数码照相机。

图2详细描述了步骤2，即对图像采集设备进行安装时的流程图，步骤20开始，在计算机显示屏上显示出轴承的图像；步骤21调整摄像头直到消除偏斜；步骤22偏斜消除后固定好摄像头；步骤23将摄像头调整到水平状态；步骤24调整摄像头到清晰的状态，然后结束本步骤。

图3详细描述了步骤3，即对图像进行边缘强化时的流程图，步骤30开始，在计算机显示屏上显示出轴承的图像，并调整一个合适的亮度值；步骤31对图像进行边缘强化，使边缘部分和非边缘部分明显区分，并设置一个合适的阈值，将边缘和非边缘部分进行二值化。步骤32计算此时的轴承边缘值，记录并结束本步骤。

图4详细描述了步骤23，即对图像进行水平校正时的流程图，步骤230依据用户输入数值对图像进行旋转；步骤231将图像进行水平方向上的投影，并利用一个阈值，将轴承部分投影，忽略其他部分；步骤232对投影出来的图像进行求导，以观察图像的变化曲率，随时记录两个最大的导数的值及相应的旋转角度，和时间；步骤233判断是否旋转达到180度，未达到，则继续执行步骤230，如果达到，则按照记录下的旋转角度对图像进行旋转。

图5详细描述了步骤4，即图像采集设备进行正常的检测工作时的流程图，步骤40起始，载入保存的失真校正参数，并检查图像采集设备是否能正常工作，如不能正常工作则给出提示；步骤41从图像采集设备上，采集一帧图像；步骤42计算出轴承的边缘位置，一般采用它边缘的纵坐标表示；步骤43将最近两次记录的边缘值做运算，以计算出振动幅度，如果是第一次运算，则采用参数校正时记录的边缘做运算；步骤44根据振动的幅度在坐标轴上画上相应长度的竖线，以表示振动幅度的大小。步骤45如果发现振动幅度过大，则执行步骤46，如果检测的结果是正常的，则执行步骤47；步骤46计算机发出报警声，提示工作人员进行故障检测，并使整个系统停机。发出报警主要是因为振幅超过的警报值。步骤47计算机如果发现用户给停机的变量置了位，使整个系统停机，否则回到步骤41开始循环执行。

Claims

1.一种图像分析检测轴瓦振动的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

(1)将图像采集设备安装在支架上，其镜头对准轴承的中心位置，并使镜头与轴承的横切面垂直，图像采集设备通过电缆与计算机接口连接；

(2)在计算机显示器上显示出轴承的图像，根据显示的图像对图像采集设备进行微调至图像效果最佳时止，拍摄并保存轴承位置的图像；

(3)对失真矫正参数进行调整并保存，保存经过矫正的图像；

(4)计算机通过识别不同时刻轴承所在的位置，判断轴承振动的幅度大小并进行记录；

其中步骤(4)包括以下步骤：

(40)起始，载入保存的失真矫正参数，并检查图像采集设备是否能正常工作，如不能正常工作则给出提示；

(41)通过图像采集设备，采集一帧图像；

(42)计算出轴承的边缘位置，用轴承的图像边缘的纵坐标表示；

(43)将当前记录到的边缘值与上一次循环执行时记录到的边缘值做运算，以计算出振动幅度，边缘值的起始值与参数校正时记录的边缘值做运算；

(44)计算机程序自动以时间为横坐标，振动幅度为纵坐标，记录并显示出振动幅度的趋势图；

(45)如果发现振动幅度过大，则执行步骤(46)，如果检测的结果是正常的，则执行步骤(47)；

(46)计算机发出报警声，提示工作人员进行故障检修，并使整个系统停机；

(47)如果用户希望终止系统的运行，则在按下停机按钮后程序会将对系统变量复位，系统不会立即停止运行，当运行到这一步的时候，由程序检测变量的值，如果有停机指令，则使整个系统停机，如果没有停机指令，则回到步骤(41)开始循环执行。

2.根据权利要求1所述的图像分析检测轴瓦振动的方法，其特征在于步骤(1)中所述的图像采集设备为CCD、CMOS摄像头或数字相机。

3.根据权利要求1所述的图像分析检测轴瓦振动的方法，其特征在于步骤(2)包括以下步骤：

(20)起始，在计算机显示屏上显示出轴承的图像；

(21)调整图像采集设备直到消除偏斜；

(22)偏斜消除后，固定图像采集设备；

(23)将图像采集设备调整到水平状态；

(24)调整图像采集设备到清晰的状态，结束本步骤。

4.根据权利要求1所述的图像分析检测轴瓦振动的方法，其特征在于步骤(3)包括以下步骤：

(30)开始，在计算机显示屏上显示出轴承的图像，并调整到一个合适的亮度值；

(31)对图像进行边缘强化，以明显的区分边缘部分和其他非边缘部分，并设置一个合适的阈值，将边缘和非边缘部分进行二值化；

(32)计算此时的轴承边缘，记录并结束本步骤。

5.根据权利要求3所述的图像分析检测轴瓦振动的方法，其特征在于步骤(23)包括以下步骤：

(230)程序在对图像旋转处理时，可根据用户要求的精确值计算，程序依据用户输入的数值对图像进行旋转微调；

(231)将图像进行水平方向上的投影，并根据给定的阈值，将轴承部分投影，忽略轴承以外的东西；

(232)对投影出来的图像进行求导，以观察图像的变化曲率，同时记录两个靠近轴边缘最大的导数值及此时相应的旋转角度，如果这两个导数的值比以前记录过的最大的导数值还要大，就把这两个导数值的纵坐标作为当前最精确的轴的边缘值，把此时相应的旋转角度作为当前最精确的旋转角度；

(233)判断是否旋转达到180度，如果没有，则继续执行步骤(230)，如果满了，则按照记录下的旋转角度对图像进行旋转。