CN103983543B - 一种在线图像可视铁谱成像系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种在线图像可视铁谱成像系统，包括图像采集装置、镜头座、调焦机构、LED环形反射光源及双色超薄LED背光源，图像采集装置通过镜头座套接固定于调焦机构的上部，调焦机构的底部通过螺纹与铁谱中的油液流道相连，LED环形反射光源与调焦机构中的螺纹镜筒固定连接，双色超薄LED背光源与铁谱中油液流道的沉积玻片相粘结。本发明通过调焦机构分别调节物距和像距，校正镜头焦距误差，可实现1.8倍的固定倍率铁谱成像，同时，采用LED环形反射光源可以提供高亮度、均匀照明，双色超薄LED背光源作为透射光源，照明范围大，可以实现全视场铁谱成像，具有体积小，成像质量高，易于磨粒视觉特征信息提取的特点。

Description

一种在线图像可视铁谱成像系统
技术领域
本发明涉及一种设备磨损颗粒监测装置成像系统，具体涉及一种在线图像可视铁谱成像系统。
背景技术
铁谱技术通过对在用润滑油中的铁磁性磨粒进行有序沉积和分析，监测装备的运行状态与磨损趋势，判断磨损机理，实现装备早期故障预防，减小故障损失，具有性能稳定、可靠，抗干扰能力强等诸多优点。铁谱油液监测技术分为离线铁谱和在线铁谱监测技术，离线铁谱分析是一种非实时监测方式，需要将装备润滑油送到实验室，使用分析铁谱仪制成谱片后在铁谱显微镜下人工分析，或使用直读铁谱仪获取有序沉积磨粒的特征数值，油液损耗较大，油液取样过程控制严格、代表性油样获取难度大、分析周期长，各环节受到人的影响因素多，分析结果实时性，客观性和准确性难以保证。在线铁谱监测技术在不停机状态下，对润滑油中的磨粒进行连续自动取样，并进行相应的信号处理，在线实时有效地扑捉装备磨损信息，分析判断装备的工作状态，以克服人为因素影响和由此而产生的状态节点误判，磨损数据可信度高，其众多优势已使得该技术成为研究的重点，而备受关注。
已有的在线铁谱装置，通常是对铁磁性磨粒进行有序沉积并提取相关信息，而无需获取铁谱图像，类似于离线铁谱监测所用的直读铁谱仪。专利“在线数字图像型电磁永磁混合励磁铁谱传感器(200510041894.X)”和“短沉积距离图像型在线铁谱装置与方法(200610041773.X)”，实现了装备润滑油磨粒的在线有序沉积以及沉积磨粒谱图像的获取，但受到安装空间的限制，使得成像装置由于镜头焦距误差而放大倍率改变，导致成像模糊，同时反射光源和透射光源光强低，照度不均匀，影响铁谱成像的清晰度。另外，由于透射光源安装在沉积磁极的工作气隙正下方，限制了透射光下铁谱图像成像范围，使其仅能获得沉积磁极之间主工作气隙内的磨粒铁谱图像信息，而无法获得气隙两侧沉积磁极部位不透光区域的磨粒图像信息。因此，现有的在线图像可视铁谱成像范围小、质量差，导致图像处理难度大，磨粒特征信息提取困难，影响了磨粒百分覆盖面积指数(IPCA)计算与磨损状态监测的准确性和可靠性。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种在线图像可视铁谱成像系统，该系统体积小，成像质量高，易于磨粒视觉特征信息的提取。
为达到上述目的，本发明所述的在线图像可视铁谱成像系统包括图像采集装置、镜头座、调焦机构、LED环形反射光源及双色超薄LED背光源，图像采集装置通过镜头座套接固定于调焦机构的上部，调焦机构的底部通过螺纹与铁谱中的油液流道相连，LED环形反射光源与调焦机构中的螺纹镜筒固定连接，双色超薄LED背光源与铁谱中油液流道的沉积玻片相粘结。
所述图像采集装置为M12接口CCD或CMOS图像器件。
所述调焦机构包括套筒、光学调焦筒、物镜螺筒、螺纹镜筒及镜头，LED环形反射光源固定于螺纹镜筒内，螺纹镜筒的下端通过螺纹与铁谱中的油液流道相连接，螺纹镜筒的上端与物镜螺筒的下端密封固定连接，镜头下端安装于物镜螺筒内，镜头上端的侧面设有外螺纹，光学调焦筒的下端设有与所述外螺纹相配合的内螺纹，光学调焦筒的下端套接于物镜螺筒内，水晶滤光片粘接于镜头的上端，套筒的下端套接于光学调焦筒内，套筒的上端与图像采集装置通过镜头座固定连接。
还包括单片机控制电路及上位机，单片机控制电路与上位机相连接，图像采集装置的输出端与上位机相连接；
所述LED环形反射光源为圆形结构，LED环形反射光源包括陶瓷电路板，陶瓷电路板上印制有银浆电路及焊盘，焊盘上焊接有八个显色指数大于80、光通量大于10Lm的第一白光LED，其中，四个第一白光LED串联连接形成的串联电路与另外四个第一白光LED串联连接形成的串联电路并联连接后通过银浆电路及导线与单片机控制电路相连接。
所述双色超薄LED背光源包括第二白光LED、绿光LED以及表面带有均光扩散膜的导光板，导光板粘结固定于沉积玻片下方，油液流道下表面的中部开设有槽，双色超薄LED背光源内嵌于所述槽内，所述槽的两侧开设有导线槽，导线穿过所述导线槽将第二白光LED及绿光LED与单片机控制电路相连接。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的在线图像可视铁谱成像系统通过调焦机构分别调节物距和像距，校正镜头焦距误差，提高成像质量，可实现1.8倍的固定倍率铁谱成像，同时通过LED环形反射光源为磨粒铁谱成像提供高亮度、高均匀性的反射光，另外，以双色超薄LED背光源作为透射光源，这样不仅不增加沉积区域距沉积磁极的高度，又避免了沉积磁极的遮挡，增大了沉积区域照明范围，实现了全视场铁谱成像，增强了磨粒视觉特征信息的获取能力，在LED环形反射光源与双色超薄LED背光源的同时作用下，实现对磨粒形态、颜色等视觉特征信息的实时提取。
附图说明
图1为本发明的局部剖视图；
图2为本发明的调焦机构11装配图；
图3为本发明的陶瓷电路板13-1电路印刷板图；
图4为本发明的油液流道7底部结构图；
图5为本发明的铁谱图像采集系统原理图；
图6为本发明的大磨粒谱片；
图7为本发明的小磨粒谱片。
其中，1为单片机控制电路、2为图像采集装置、3为套筒、4为光学调焦筒、5为螺纹镜筒、6为物镜螺筒、7为油液流道、8为沉积玻片、9为沉积磁极、10为双色超薄LED背光源、11为调焦机构、12为镜头、13为LED环形反射光源、14为水晶滤光片、15为蠕动泵、16为上位机、7-1为通孔、7-2为导线槽、10-1为导光板、10-2为绿光LED、10-3为第二白光LED、13-1为陶瓷电路板、13-2为第一白光LED、13-11为银浆电路、13-12为焊盘。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参考图1，本发明所述的在线图像可视铁谱成像系统包括图像采集装置2、镜头座、调焦机构11、LED环形反射光源13及双色超薄LED背光源10，图像采集装置2通过镜头座套接固定于调焦机构11的上部，调焦机构11的底部通过螺纹与铁谱中的油液流道7相连，LED环形反射光源13与调焦机构11中的螺纹镜筒5固定连接，双色超薄LED背光源10与铁谱中油液流道7的沉积玻片8相粘结。
参考图2，需要说明的是，所述图像采集装置2为M12接口CCD或CMOS图像器件。所述调焦机构11包括套筒3、光学调焦筒4、物镜螺筒6、螺纹镜筒5及镜头12，LED环形反射光源13固定于螺纹镜筒5内，螺纹镜筒5的下端通过螺纹与铁谱中的油液流道7相连接，螺纹镜筒5的上端与物镜螺筒6的下端密封固定连接，镜头12下端安装于物镜螺筒6内，镜头12上端的侧面设有外螺纹，光学调焦筒4的下端设有与所述外螺纹相配合的内螺纹，光学调焦筒4的下端套接于物镜螺筒6内，水晶滤光片14粘接于镜头12的上端，套筒3的下端套接于光学调焦筒4内，套筒3的上端与图像采集装置2通过镜头座固定连接。
参考图3及图5，本发明还包括单片机控制电路1及上位机16，图像采集装置2的输出端与上位机16相连接；上位机16与单片机控制电路1通过RS232串口相连接，所述LED环形反射光源13为圆形结构，LED环形反射光源13包括陶瓷电路板13-1，陶瓷电路板13-1上印制有银浆电路13-11及焊盘13-12，焊盘13-12上焊接有八个显色指数大于80、光通量大于10Lm的第一白光LED13-2，其中，四个第一白光LED13-2串联连接形成的串联电路与另外四个第一白光LED13-2串联连接形成的串联电路并联连接后通过银浆电路13-11及导线与单片机控制电路1相连接。
参考图4，所述双色超薄LED背光源10包括第二白光LED10-3、绿光LED10-2以及表面带有均光扩散膜的导光板10-1，导光板10-1使用黑白或黑银双面胶粘结固定于沉积玻片8下方，叠加厚度为0.9-1.3mm，油液流道7下表面的中部开设有槽，双色超薄LED背光源10内嵌于所述槽内，所述槽的两侧开设有导线槽7-2，导线穿过所述导线槽7-2将第二白光LED10-3及绿光LED10-2与单片机控制电路1相连接。所述油液流道7的底部两端开设有通孔7-1，螺钉依次穿过所述通孔7-1将油液流道7与沉积磁极9固定连接。
本发明的具体工作过程为：
所述上位机16通过单片机控制电路1使双色超薄LED背光源10及LED环形反射光源13工作，蠕动泵15使油液流入到油液流道7的油腔内，当油液进入沉积磁极9上方的沉积区域时，油液中的铁磁性磨粒在高梯度磁场作用下产生有序沉积，双色超薄LED背光源10及LED环形反射光源13形成的透射或反射光照亮磨粒沉积区域，待油液中无气泡产生时，然后通过调节物镜螺筒6及光学调焦筒4来调节物距和像距，从而使图像采集装置2获得清晰、放大的磨粒铁谱图像信号，磨粒铁谱图像信号输入到上位机16上，用户即可通过上位机16来实时的查看所述磨粒铁谱图像。
所述调焦机构11可以分别调节物距和像距，保证镜头12焦距存在误差时放大倍率不变，为观测沉积磨粒，需要成像放大倍率大于1，1.8倍率铁谱成像的实现方法是：首先，顺时针调节光学调焦筒4直至不能继续转动为止，然后转动物镜螺筒6，使得螺纹镜筒5同时发生转动，以改变物距，使镜头12前缘与磨粒谱面之间的距离为16mm，此时铁谱图像较为模糊，需要逆时针调节光学调焦筒4，使得像距增大至30mm，由于调焦机构11中各部件加工与装配误差原因，这时铁谱图像的焦平面尚不在图像采集装置2的感光靶面上，需要对光学调焦筒4和物镜螺筒6继续进行微调，使图像焦平面与图像采集装置2的感光靶面重合，从而实现1.8倍的固定倍率铁谱成像。合理的光学调焦方法有利于增强铁谱图像成像质量，提高磨粒视觉特征信息提取的准确性与可靠性。
参考图6与图7，为本发明成像系统所获取的双色超薄LED背光源10作用下的大、小磨粒谱片，其图像清晰度高，图片中的磨粒清晰可辨，有利于磨粒特征信息的提取。

Claims (4)

1.一种在线图像可视铁谱成像系统，包括图像采集装置(2)、镜头座及调焦机构(11)，调焦机构(11)的底部通过螺纹与铁谱中的油液流道(7)相连，其特征在于，还包括LED环形反射光源(13)及双色超薄LED背光源(10)，图像采集装置(2)通过镜头座套接固定于调焦机构(11)的上部，LED环形反射光源(13)与调焦机构(11)中的螺纹镜筒(5)固定连接，双色超薄LED背光源(10)与铁谱中油液流道(7)的沉积玻片(8)相粘结；
所述的调焦机构(11)包括套筒(3)、光学调焦筒(4)、物镜螺筒(6)、螺纹镜筒(5)及镜头(12)，LED环形反射光源(13)固定于螺纹镜筒(5)内，螺纹镜筒(5)的下端通过螺纹与铁谱中的油液流道(7)相连接，螺纹镜筒(5)的上端与物镜螺筒(6)的下端密封固定连接，镜头(12)下端安装于物镜螺筒(6)内，镜头(12)上端的侧面设有外螺纹，光学调焦筒(4)的下端设有与所述外螺纹相配合的内螺纹，光学调焦筒(4)的下端套接于物镜螺筒(6)内，水晶滤光片(14)粘接于镜头(12)的上端，套筒(3)的下端套接于光学调焦筒(4)内，套筒(3)的上端与图像采集装置(2)通过镜头座固定连接。
2.根据权利要求1所述的在线图像可视铁谱成像系统，其特征在于，所述图像采集装置(2)为M12接口CCD或CMOS图像器件。
3.根据权利要求1所述的在线图像可视铁谱成像系统，其特征在于，还包括单片机控制电路(1)及上位机(16)，单片机控制电路(1)与上位机(16)相连接，图像采集装置(2)的输出端与上位机(16)相连接；所述LED环形反射光源(13)为圆形结构，LED环形反射光源(13)包括陶瓷电路板(13-1)，陶瓷电路板(13-1)上印制有银浆电路(13-11)及焊盘(13-12)，焊盘(13-12)上焊接有八个显色指数大于80、光通量大于10Lm的第一白光LED(13-2)，其中，四个第一白光LED(13-2)串联连接形成的串联电路与另外四个第一白光LED(13-2)串联连接形成的串联电路并联连接后通过银浆电路(13-11)及导线与单片机控制电路(1)相连接。
4.根据权利要求1所述的在线图像可视铁谱成像系统，其特征在于，所述双色超薄LED背光源(10)包括第二白光LED(10-3)、绿光LED(10-2)以及表面带有均光扩散膜的导光板(10-1)，导光板(10-1)粘结固定于沉积玻片(8)下方，油液流道(7)下表面的中部开设有槽，双色超薄LED背光源(10)内嵌于所述槽内，所述槽的两侧开设有导线槽(7-2)，导线穿过所述导线槽(7-2)将第二白光LED(10-3)及绿光LED(10-2)与单片机控制电路(1)相连接。
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