CN105352858A - 一种基于图像采集的润滑油磨粒在线监测装置及工作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于图像采集的润滑油磨粒在线监测装置及工作方法，装置包括油液分离系统和图像采集系统，所述油液分离系统将油液按照油液里所含磨粒颗粒尺寸大小进行分离，分离出两组油液：磨粒尺寸小于Num的油液和磨粒尺寸大于等于Num的油液，所述两组油液分别通过图像采集系统采集磨粒数量和磨粒形貌。本发明装置及方法有效的解决离线铁谱分析中的“磨粒成链”现象及解决了在线视频监测中大磨粒对小磨粒的遮挡现象，并且可以同时监测磨粒数量与形貌特征信息。

Description

一种基于图像采集的润滑油磨粒在线监测装置及工作方法
技术领域
本发明涉及一种润滑油磨粒在线监测方法与装置，涉及润滑油液中铁谱在线分析领域。
背景技术
在对机械装置运行状态监测时，分析式铁谱仪可以获得机器的磨损信息，根据对油液中磨粒的分析可以评价机器的工况并进行早期预测预警，根据磨粒的大小、形状、色泽、表面纹理等的观察，确定磨损部件、故障位置、磨损类型等信息。因此，通过分析式铁谱仪监测润滑系统中磨粒状况，能及时发现早期故障征兆，采取相应的措施以防止重大事故的发生。目前，对机械装置的监测主要是通过定期取样分析润滑油中磨粒的状态进行监测，但检测报告具有较大的滞后性，不能及时反映实际的工况。
随着工业界对监测与诊断技术需求的增加，能够对机械装置实时监测的在线式铁谱仪被广泛采用，现有的在线式铁谱监测的方法主要有电磁法、电容法、光电法以及超声波法，在线式磨粒检测技术采用的都是间接检测的方法，大部分只能监测磨粒的数量和尺寸信息，对故障定位起关键作用的形貌无能为力。
铁谱图像分析通过对磨粒图像的特征分析可以直观、准确给出设备的磨损机理和磨损部位，并利用磨粒浓度及力度分布判断机器的整体磨损状态，可以实现设备在全生命周期内的状态监测以及剩余寿命的有效估计。但是仍然存在三个问题：1)磨粒数量监测误差较大；2)由于磨粒与油液混合，油液透光性差时会造成分辨率低，只能给出模糊等效特征，而无法停机观察特定磨粒的精确特征；3)在油液流动的情况下，通过视频技术获得的磨粒尺寸特征存在误差。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于图像采集的润滑油磨粒在线监测装置及工作方法，可以有效的解决离线铁谱分析中的“磨粒成链”现象及解决了在线视频监测中大磨粒对小磨粒的遮挡现象，并且可以同时监测磨粒数量与形貌特征信息。
技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种基于图像采集的润滑油磨粒在线监测装置，包括油液分离系统和图像采集系统，所述油液分离系统将油液按照油液里所含磨粒颗粒尺寸大小进行分离，分离出两组油液：磨粒尺寸小于Num的油液和磨粒尺寸大于等于Num的油液，N为15，所述两组油液分别通过图像采集系统采集磨粒数量和磨粒形貌。按尺寸对磨粒的分类，保证流道不堵塞，降低了景深的同时提高了油液流动的稳定性；低倍显微度数的颗粒计数技术减少了计算机的数据处理量。
进一步的，所述油液分离系统包括第一进油嘴、分离装置、第一出油嘴、第二出油嘴、第一节流阀和第二节流阀，油液通过第一进油嘴进入分离装置，油液中磨粒尺寸小于Num的油液通过第一出油嘴进入第一节流阀，油液中磨粒尺寸大于等于Num的油液通过第二出油嘴进入第二节流阀；所述图像采集系统包括第一玻璃凹槽和第二玻璃凹槽，第一显微镜物镜和第二显微镜物镜，低倍CCD目镜、第一高倍CCD目镜和第二高倍CCD目镜；所述低倍CCD目镜和第一高倍CCD目镜分别设置在旋转台的台面上，所述第一显微镜物镜设置在旋转台下方，旋转旋转台，所述低倍CCD目镜和第一高倍CCD目镜可分别旋转至与第一显微镜物镜竖直方向对接，所述第一显微镜物镜下方设置有第一玻璃凹槽，所述第一玻璃凹槽的进油端与第一节流阀连接，所述第一玻璃凹槽的出油端与第三出油嘴连接；所述第二高倍CCD目镜与第二显微镜物镜竖直方向对接，所述第二显微镜物镜下方设置有第二玻璃凹槽，所述第二玻璃凹槽的进油端与第二节流阀连接，所述第二玻璃凹槽的出油端与第四出油嘴里连接。低倍CCD目镜拍摄磨粒图像上传至计算机分析系统统计磨粒颗粒数量，当计算机分析系统统计到油液的磨粒颗粒数量达到限定值时，间歇性关闭节流阀暂停玻璃凹槽中油液的流动，通过所述第一高倍CCD目镜拍摄磨粒图像上传至计算机分析系统分析确定磨损部位和磨损类型，与此同时，所述第二高倍CCD目镜拍摄磨粒形貌特征图像上传至计算机分析系统分析。
进一步的，所述第一玻璃凹槽或第二玻璃凹槽分别包括上玻璃片和下玻璃片，所述上玻璃片和下玻璃片均为高透光率玻璃；所述上玻璃片上表面一端刻蚀有通孔，构成进油端，所述下玻璃片上表面另一端刻蚀有另一通孔，构成出油端，且沿所述下玻璃片长度方向上刻蚀凹槽，所述上玻璃片与下玻璃片贴合设置，在所述上玻璃片与下玻璃片的凹槽之间的间隙固定微流体导流片，所述微流体导流片的厚度与凹槽的深度相同。所述第一玻璃凹槽的凹槽深度小于第二玻璃凹槽的凹槽深度；所述第一玻璃凹槽的凹槽深度为0.1mm，所述第二玻璃凹槽的凹槽深度为0.2mm。磨粒在0.1mm或0.2mm凹槽深度的微流体导流片中流动，不仅可以保证磨粒具有稳定的运动姿态，也保证了在特定景深下磨粒视频的清晰度。
进一步的，所述分离装置内设置有绞龙和15um孔径过滤网，所述分离装置从上方进油嘴进油，绞龙带动油液旋转，产生的离心力使磨粒离心运动，小于15um的磨粒通过过滤网，在磨粒积聚的滤筒底部边缘开出油嘴，分离出小于15um的磨粒的油液；大于15um的磨粒被阻隔下来，在绞龙纵向力作用下向下运动，最终磨粒积聚在底部靠近过滤网的位置，在磨粒积聚位置开出油嘴，分离出大于15um的磨粒的油液。
进一步的，所述低倍CCD目镜和第一高倍CCD目镜分别通过第一USB接口与计算机分析系统连接，所述第二高倍CCD目镜通过第二USB接口与计算机分析系统连接。
一种基于图像采集的润滑油磨粒在线监测装置的工作方法：
润滑油循环系统分油路的油液通过第一进油嘴进入至分离装置的滤筒，所述滤筒通过离心作用使磨粒产生背离圆心的运动趋势，使小于15um的磨粒通过滤网，大于15um的磨粒被滤网阻隔，分离出磨粒尺寸小于15um的油液和磨粒尺寸大于等于15um的油液；
磨粒尺寸小于15um的油液通过第一节流阀进入至第一玻璃凹槽，磨粒尺寸大于等于15um的油液通过第二节流阀进入至第二玻璃凹槽；
进入第一玻璃凹槽的油液，所述第一显微镜物镜与低倍CCD目镜对接，所述低倍CCD目镜拍摄磨粒图像上传至计算机分析系统统计磨粒颗粒数量；
计算机分析系统统计到油液的磨粒达到限定值时，间歇性关闭节流阀暂停玻璃凹槽中油液的流动，通过伺服电机带动旋转台旋转至第一高倍CCD目镜与第一显微镜物镜对接，所述第一高倍CCD目镜拍摄磨粒图像上传至计算机分析系统分析，确定磨损部位和磨损类型；
计算机分析系统统计到油液的磨粒达到限定值时，间歇性关闭节流阀暂停玻璃凹槽中油液的流动，与此同时，所述第二高倍CCD目镜拍摄磨粒形貌图像上传至计算机分析系统分析，得出磨粒的形貌、材质和大小。
有益效果：本发明有效的解决离线铁谱分析中“磨粒成链”现象及解决了在线视频监测中大磨粒对小磨粒的遮挡现象，并且可以同时监测磨粒数量与形貌特征信息。
附图说明
图1为本发明的工作流程图；
图2为本发明的结构示意图；
图3为本发明的玻璃凹槽的结构示意图；
图4为本发明的分离装置的结构示意图；
图5为本发明的微流体导流片的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如图1所示为一种基于图像采集的润滑油磨粒在线监测装置，包括油液分离系统和图像采集系统，所述油液分离系统将油液按照油液里所含磨粒颗粒尺寸大小进行分离，分离出两组油液：磨粒尺寸小于15um的油液和磨粒尺寸大于等于15um的油液，所述两组油液分别通过图像采集系统采集磨粒数量和磨粒形貌。按尺寸对磨粒的分类，保证流道不堵塞的情况下降低导流片的厚度，降低了景深的同时提高了油液流动的稳定性；同时，低倍显微度数的颗粒计数技术减少了计算机的数据处理量。
所述油液分离系统包括第一进油嘴1、分离装置2、第一出油嘴4、第二出油嘴3、第一节流阀5和第二节流阀14，油液通过第一进油嘴1进入分离装置2，油液中磨粒尺寸小于15um的油液通过第一出油嘴4进入第一节流阀5，油液中磨粒尺寸大于等于15um的油液通过第二出油嘴3进入第二节流阀14；所述图像采集系统包括第一玻璃凹槽(6)和第二玻璃凹槽15，第一显微镜物镜8和第二显微镜物镜17，低倍CCD目镜9、第一高倍CCD目镜10和第二高倍CCD目镜19；所述低倍CCD目镜9和第一高倍CCD目镜10分别设置在旋转台13的台面上，所述第一显微镜物镜8设置在旋转台13下方，旋转旋转台13，所述低倍CCD目镜9和第一高倍CCD目镜10可分别旋转至与第一显微镜物镜8竖直方向对接，所述第一显微镜物镜8下方设置有第一玻璃凹槽6，所述第一玻璃凹槽6的进油端与第一节流阀5连接，所述第一玻璃凹槽6的出油端与第三出油嘴7连接；所述第二高倍CCD目镜19与第二显微镜物镜17竖直方向对接，所述第二显微镜物镜17下方设置有第二玻璃凹槽15，所述第二玻璃凹槽15的进油端与第二节流阀14连接，所述第二玻璃凹槽15的出油端与第四出油嘴16里连接。低倍CCD目镜9拍摄磨粒图像上传至计算机分析系统统计磨粒颗粒数量，当计算机分析系统统计到油液的磨粒颗粒数量达到限定值时，即单位时间内的污染度等级达到ISO4406规定的危险等级7级时，间歇性关闭节流阀暂停玻璃凹槽中油液的流动，通过所述第一高倍CCD目镜10拍摄磨粒图像上传至计算机分析系统分析确定磨损部位和磨损类型，与此同时，所述第二高倍CCD目镜19拍摄磨粒形貌特征图像上传至计算机分析系统分析。循环系统的动力源为设置在滤筒中的绞龙，绞龙工作时油液不稳定且流速快，故在油路中设置了用于控制流速的第一节流阀5和第二节流阀14保证流速稳定且缓慢，从而获取到了稳定的视频与图像。
所述分离装置2内设置有绞龙和15um孔径过滤网，所述分离装置从上方进油嘴进油，电机21带动绞龙转动，绞龙搅动油液旋转，产生的离心力使磨粒离心运动，小于15um的磨粒通过过滤网，在磨粒积聚的滤筒底部边缘开出油嘴4；大于15um的磨粒被阻隔下来，在绞龙纵向力作用下向下运动，最终磨粒积聚在底部靠近过滤网的位置，在磨粒积聚位置开出油嘴3，分离出含不同尺寸磨粒的油液。所述第一玻璃凹槽6或第二玻璃凹槽15分别包括上玻璃片和下玻璃片，所述上玻璃片和下玻璃片均为高透光率玻璃；所述上玻璃片上表面一端刻蚀有通孔，构成进油端，所述下玻璃片上表面另一端刻蚀有另一通孔，构成出油端，且沿所述下玻璃片长度方向上刻蚀凹槽，在所述上玻璃片与下玻璃片的凹槽之间的间隙固定微流体导流片，所述微流体导流片的厚度与凹槽的深度相同，所述上玻璃片与下玻璃片贴合设置，通过光固化胶紧密贴合后形成密封的通道。所述第一玻璃凹槽6的凹槽深度构成的通道小于第二玻璃凹槽15的凹槽深度构成的通道；所述第一玻璃凹槽6的凹槽深度为0.1mm，所述第二玻璃凹槽15的凹槽深度为0.2mm。磨粒在0.1mm或0.2mm凹槽深度的微流体导流片中通道流动，不仅可以保证磨粒具有稳定的运动姿态，也保证了在特定景深下磨粒视频的清晰度。
所述低倍CCD目镜9和第一高倍CCD目镜10分别通过第一USB接口(11)与计算机分析系统连接，所述第二高倍CCD目镜19通过第二USB接口20与计算机分析系统连接。
一种基于图像采集的润滑油磨粒在线监测装置的工作方法：
润滑油循环系统分油路的油液通过第一进油嘴1进入至分离装置2的滤筒，所述滤筒通过离心作用使磨粒产生背离圆心的运动趋势，使小于15um的磨粒通过滤网，大于15um的磨粒被滤网阻隔，分离出磨粒尺寸小于15um的油液和磨粒尺寸大于等于15um的油液；
磨粒尺寸小于15um的油液通过第一节流阀5进入至第一玻璃凹槽6，磨粒尺寸大于等于15um的油液通过第二节流阀14进入至第二玻璃凹槽15；
进入第一玻璃凹槽6的油液，所述第一显微镜物镜8与低倍CCD目镜9对接，所述低倍CCD目镜9拍摄磨粒图像上传至计算机分析系统统计磨粒颗粒数量；
计算机分析系统统计到油液的磨粒达到限定值时，即单位时间内的污染度等级达到ISO4406规定的危险等级7级时，间歇性关闭节流阀暂停玻璃凹槽中油液的流动，通过伺服电机12带动旋转台13旋转至第一高倍CCD目镜10与第一显微镜物镜8对接，所述第一高倍CCD目镜10拍摄磨粒图像上传至计算机分析系统分析，确定磨损部位和磨损类型；与此同时，所述第二高倍CCD目镜19拍摄磨粒形貌图像上传至计算机分析系统分析，得出磨粒的形貌、材质和大小。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于图像采集的润滑油磨粒在线监测装置，其特征在于：包括油液分离系统和图像采集系统，所述油液分离系统将油液按照油液里所含磨粒颗粒尺寸大小进行分离，分离出两组油液：磨粒尺寸小于Num的油液和磨粒尺寸大于等于Num的油液，所述两组油液分别通过图像采集系统采集磨粒数量和磨粒形貌。
2.根据权利要求1所述一种基于图像采集的润滑油磨粒在线监测装置，其特征在于：N为15。
3.根据权利要求1或2所述一种基于图像采集的润滑油磨粒在线监测装置，其特征在于：所述油液分离系统包括第一进油嘴(1)、分离装置(2)、第一出油嘴(4)、第二出油嘴(3)、第一节流阀(5)和第二节流阀(14)，油液通过第一进油嘴(1)进入分离装置(2)，油液中磨粒尺寸小于Num的油液通过第一出油嘴(4)进入第一节流阀(5)，油液中磨粒尺寸大于等于Num的油液通过第二出油嘴(3)进入第二节流阀(14)；
所述图像采集系统包括第一玻璃凹槽(6)和第二玻璃凹槽(15)，第一显微镜物镜(8)和第二显微镜物镜(17)，低倍CCD目镜(9)、第一高倍CCD目镜(10)和第二高倍CCD目镜(19)；所述低倍CCD目镜(9)和第一高倍CCD目镜(10)分别设置在旋转台(13)的台面上，所述第一显微镜物镜(8)设置在旋转台(13)下方，旋转旋转台(13)，所述低倍CCD目镜(9)和第一高倍CCD目镜(10)可分别旋转至与第一显微镜物镜(8)竖直方向对接，所述第一显微镜物镜(8)下方设置有第一玻璃凹槽(6)，所述第一玻璃凹槽(6)的进油端与第一节流阀(5)连接，所述第一玻璃凹槽(6)的出油端与第三出油嘴(7)连接；
所述第二高倍CCD目镜(19)与第二显微镜物镜(17)竖直方向对接，所述第二显微镜物镜(17)下方设置有第二玻璃凹槽(15)，所述第二玻璃凹槽(15)的进油端与第二节流阀(14)连接，所述第二玻璃凹槽(15)的出油端与第四出油嘴(16)里连接。
4.根据权利要求3所述一种基于图像采集的润滑油磨粒在线监测装置，其特征在于：所述第一玻璃凹槽(6)或第二玻璃凹槽(15)分别包括上玻璃片和下玻璃片，所述上玻璃片和下玻璃片均为高透光率玻璃；所述上玻璃片上表面一端刻蚀有通孔，构成进油端，所述下玻璃片上表面另一端刻蚀有另一通孔，构成出油端，且沿所述下玻璃片长度方向上刻蚀凹槽，所述上玻璃片与下玻璃片贴合设置，在所述上玻璃片与下玻璃片的凹槽之间的间隙固定微流体导流片，所述微流体导流片的厚度与凹槽的深度相同。
5.根据权利要求4所述一种基于图像采集的润滑油磨粒在线监测装置，其特征在于：所述第一玻璃凹槽(6)的凹槽深度小于第二玻璃凹槽(15)的凹槽深度；所述第一玻璃凹槽(6)的凹槽深度为0.1mm，所述第二玻璃凹槽(15)的凹槽深度为0.2mm。
6.根据权利要求3所述一种基于图像采集的润滑油磨粒在线监测装置，其特征在于：所述分离装置(2)内设置有绞龙和15um孔径过滤网，所述分离装置从上方进油嘴进油，电机(21)带动绞龙转动，绞龙搅动油液旋转，产生的离心力使磨粒离心运动，小于15um的磨粒通过过滤网,在磨粒积聚的滤筒底部边缘开出油嘴(4)，分离出小于15um的磨粒的油液；大于15um的磨粒被阻隔下来，在绞龙纵向力作用下向下运动，最终磨粒积聚在底部靠近过滤网的位置，在磨粒积聚位置开出油嘴(3)，分离出大于15um的磨粒的油液。
7.根据权利要求3所述一种基于图像采集的润滑油磨粒在线监测装置，其特征在于：所述低倍CCD目镜(9)和第一高倍CCD目镜(10)分别通过第一USB接口(11)与计算机分析系统连接，所述第二高倍CCD目镜(19)通过第二USB接口(20)与计算机分析系统连接。
8.一种基于图像采集的润滑油磨粒在线监测装置的工作方法，其特征在于：
润滑油循环系统分油路的油液通过第一进油嘴(1)进入至分离装置(2)的滤筒，分离出磨粒尺寸小于15um的油液和磨粒尺寸大于等于15um的油液；
磨粒尺寸小于15um的油液通过第一节流阀(5)进入至第一玻璃凹槽(6)，磨粒尺寸大于等于15um的油液通过第二节流阀(14)进入至第二玻璃凹槽(15)；
进入第一玻璃凹槽(6)的油液，所述第一显微镜物镜(8)与低倍CCD目镜(9)对接，所述低倍CCD目镜(9)拍摄磨粒图像上传至计算机分析系统统计磨粒颗粒数量；
计算机分析系统统计到油液的磨粒达到限定值时，通过伺服电机(12)带动旋转台(13)旋转至第一高倍CCD目镜(10)与第一显微镜物镜(8)对接，节流阀(5)间歇性关闭，所述第一高倍CCD目镜(10)拍摄磨粒图像上传至计算机分析系统分析，确定磨损部位和磨损类型；
计算机分析系统统计到油液的磨粒达到限定值时，与此同时，节流阀(14)间歇性关闭，所述第二高倍CCD目镜(19)拍摄磨粒形貌图像上传至计算机分析系统分析，得出磨粒的形貌、材质和大小。
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