CN106443046B - 一种基于变密度正弦条纹的转轴转速测量装置及方法 - Google Patents

一种基于变密度正弦条纹的转轴转速测量装置及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106443046B
CN106443046B CN201611038242.5A CN201611038242A CN106443046B CN 106443046 B CN106443046 B CN 106443046B CN 201611038242 A CN201611038242 A CN 201611038242A CN 106443046 B CN106443046 B CN 106443046B
Authority
CN
China
Prior art keywords
rotating shaft
stripe
speed
image
variable
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201611038242.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106443046A (zh
Inventor
钟舜聪
钟剑锋
张秋坤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fuzhou University
Original Assignee
Fuzhou University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fuzhou University filed Critical Fuzhou University
Priority to CN201611038242.5A priority Critical patent/CN106443046B/zh
Publication of CN106443046A publication Critical patent/CN106443046A/zh
Priority to US16/075,689 priority patent/US11579162B2/en
Priority to PCT/CN2017/109514 priority patent/WO2018095213A1/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106443046B publication Critical patent/CN106443046B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P3/00—Measuring linear or angular speed; Measuring differences of linear or angular speeds
    • G01P3/36—Devices characterised by the use of optical means, e.g. using infrared, visible, or ultraviolet light
    • G01P3/38—Devices characterised by the use of optical means, e.g. using infrared, visible, or ultraviolet light using photographic means
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06V—IMAGE OR VIDEO RECOGNITION OR UNDERSTANDING
    • G06V10/00—Arrangements for image or video recognition or understanding
    • G06V10/20—Image preprocessing
    • G06V10/22—Image preprocessing by selection of a specific region containing or referencing a pattern; Locating or processing of specific regions to guide the detection or recognition
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06V—IMAGE OR VIDEO RECOGNITION OR UNDERSTANDING
    • G06V10/00—Arrangements for image or video recognition or understanding
    • G06V10/20—Image preprocessing
    • G06V10/24—Aligning, centring, orientation detection or correction of the image
    • G06V10/245—Aligning, centring, orientation detection or correction of the image by locating a pattern; Special marks for positioning
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06V—IMAGE OR VIDEO RECOGNITION OR UNDERSTANDING
    • G06V10/00—Arrangements for image or video recognition or understanding
    • G06V10/40—Extraction of image or video features
    • G06V10/42—Global feature extraction by analysis of the whole pattern, e.g. using frequency domain transformations or autocorrelation
    • G06V10/422—Global feature extraction by analysis of the whole pattern, e.g. using frequency domain transformations or autocorrelation for representing the structure of the pattern or shape of an object therefor
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06V—IMAGE OR VIDEO RECOGNITION OR UNDERSTANDING
    • G06V10/00—Arrangements for image or video recognition or understanding
    • G06V10/40—Extraction of image or video features
    • G06V10/42—Global feature extraction by analysis of the whole pattern, e.g. using frequency domain transformations or autocorrelation
    • G06V10/431—Frequency domain transformation; Autocorrelation
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S11/00—Systems for determining distance or velocity not using reflection or reradiation
    • G01S11/12—Systems for determining distance or velocity not using reflection or reradiation using electromagnetic waves other than radio waves
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06V—IMAGE OR VIDEO RECOGNITION OR UNDERSTANDING
    • G06V2201/00—Indexing scheme relating to image or video recognition or understanding
    • G06V2201/06—Recognition of objects for industrial automation
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Abstract

本发明涉及一种基于变密度正弦条纹的转轴转速测量装置及方法，该装置包括变密度正弦条纹、高速图像采集及传输模块、图像处理软件模块和计算机，该方法包括以下步骤：在待测转轴圆周表面粘贴好变密度正弦条纹传感器；高速图像采集模块对变密度条纹进行连续成像和记录；图像传输模块将条纹图像传输到计算机；图像处理软件模块对每帧图像中同一行像素位置的条纹信号进行傅立叶变换并采用峰值频率校正方法对峰值频率进行精确校正以获得精确的条纹密度信息，然后获得贴覆有条纹处转轴转动角速度的时域曲线，再通过转动角速度与相机的采样频率计算出转轴的转速信号。该装置及方法可实现对一定转速范围内转轴转速的非接触测量，测量速度快，精度高。

Description

一种基于变密度正弦条纹的转轴转速测量装置及方法
技术领域
本发明涉及光学测量转动技术领域，特别是涉及一种基于变密度正弦条纹的转轴转速测量装置及方法。
背景技术
转角和转速的测量在一些工程领域具有非常重要的作用和意义，如泵和电机等转动设备的转轴的转速测量；这些转动设备的状态信息可以通过测量的转动参数获得并可用于机器的状态监测和故障诊断。例如，轴承是转动机械中非常重要的一种零件，在长时间的运转下可能造成轴承局部的缺陷，如轴承内圈、外圈或者滚子的磨损，这些缺陷将会造成内部冲击或者脉冲振动，而这些缺陷信息可以通过对轴承瞬时转速的特征信号分析获得。
目前，转轴转速测量技术主要分为以下三种：机械式测量、电气式测量和光学测量。机械式测量方法中的机械式转速计将多齿轮盘安装在转轴上来测量转动机械的转角和转速，这种机械式测量方法一般要求将一些附加的结构安装在转动装置上，这样会造成测量不便并且增加设备的投入。电气式测量中可采用如基于磁阻效应的磁感应传感器或者静电传感器对转轴位置和转速进行测量，但是电气式测量方法可能会引入电磁干扰等。近年来，随着图像传感器制造工艺的进步，基于机器视觉的振动和转速测量技术也快速发展。这种技术具有高效率、非接触，并且不引入附加质量的特点。许多研究者提出的基于机器视觉的转速测量方法，这些方法主要是通过不同图像帧模板图像的特征匹配和跟踪算法来获得转轴的转速信息，测量速度和精度很大程度上取决于图像匹配算法的速度和准确度。而且在进行图像采集时需要将测量对象整个测量面内的图像信息进行采集，才能进行局部特征信号的跟踪匹配。大范围的图像采集不仅会使得采集系统负担加重，而且对图像信号的传输速率也提出了比较高的要求。
因此，在对现有转速测量方法进行了解和研究的基础上，设计出一种精确、简单和高效的非接触式转速测量装置和方法意义重大，该种方法可以在不增加基于机器视觉的测量系统硬件成本的情况下实现转轴转角和转速的实时测量。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种基于变密度正弦条纹的转轴转速测量装置及方法，该装置和方法可实现对一定转速范围内转轴转速的非接触测量，测量装置简单，速度快，精度高。
本发明采用以下方案实现：一种基于变密度正弦条纹的转轴转速测量装置，包括：
一变密度正弦条纹传感器，设置于待测转轴圆周表面，用以编码所述待测转轴的转角位置；
一高速图像采集及传输模块，用以对所述待测转轴上的变密度正弦条纹传感器进行连续成像与记录，并将采集到的条纹图像信号传输至计算机；
一计算机，用以对所述高速图像采集及传输模块进行控制，并对传输到计算机的条纹图像信号进行存储和处理；
一图像处理软件模块，安装于所述计算机中，用以对所述的条纹图像信号进行处理，计算转轴的转角和转速，并对采集的转速信号进行进一步的分析和处理以实现转动机械的状态监测和故障诊断。
进一步地，所述变密度正弦条纹传感器为专门设计并打印的轻质贴片，所述变密度正弦条纹传感器轻质贴片的正面为条纹图像，背面为粘性层，并黏贴于所述待测转轴结构圆周表面。
进一步地，所述变密度正弦条纹传感器的形状为长方形，所述变密度正弦条纹传感器的正面为沿传感器长度方向正弦条纹密度线性变化的条纹图像，所述变密度正弦条纹传感器的长度与所测转轴的周长相等；测量前，将所述长方形变密度正弦条纹传感器沿长度方向环贴于转轴圆周表面，以编码所测转轴的转动角度。
进一步地，粘贴于转轴表面的所述变密度正弦条纹传感器的不同条纹密度与转轴0-2π转角内的不同角度一一对应，通过计算条纹密度即可获得转轴转角信息。
进一步地，所述高速图像采集及传输模块包括高速图像采集模块与高速图像传输模块，所述高速图像采集模块包括成像传感器与光学成像镜头，所述高速图像传输模块包括数据传输模块，所述数据传输模块为数据线。
进一步地，所述高速图像采集模块的采集帧率和成像传感器采集像素范围可调，所述高速图像采集模块放置于所述贴覆有变密度正弦条纹传感器的待测转轴结构表面与转轴轴心垂直的正前方，以使所述变密度正弦条纹传感器能够清晰成像于所述高速图像采集模块的成像传感器中间位置。
进一步地，所述成像传感器还包括线阵成像传感器与面阵成像传感器；当所述成像传感器为线阵成像传感器时，能够节约装置的成本。
进一步地，所述成像传感器为面阵成像传感器时，所述面阵成像传感器为成像范围可调的面阵成像传感器，所述面阵成像传感器将成像宽度设置成适合于所述变密度正弦条纹传感器的宽度大小，并在成像长度方向设置成一行或者几行像素，以减小成像条纹图像的大小，提高传输帧率和降低存储的空间。
本发明还采用以下方法实现：一种基于变密度正弦条纹的转轴转速测量方法，包括以下步骤：
步骤S1：在待测转轴上布置好变密度正弦条纹传感器，并调整好高速图像采集模块的成像位置，使条纹成像于高速图像采集模块中成像传感器的中间位置；
步骤S2：随着待测转轴的转动，贴覆其表面的变密度正弦条纹传感器也随之转动，采用高速图像采集模块对条纹传感器进行连续成像和记录；所述高速图像采集模块的位置是固定的，在成像传感器中成像条纹的密度也随着转轴转动角度的变化而变化；
步骤S3：高速图像传输模块将采集到的条纹图像序列传输到计算机，再采用图像处理软件模块进行条纹信号的处理；
步骤S4：图像处理软件模块对每帧图像中同一位置的条纹信号进行傅立叶变换并采用峰值频率校正方法对峰值频率进行精确校正以获得每帧条纹图精确的条纹密度信息；
步骤S5：图像处理软件模块通过转角与条纹密度的数学关系获得贴覆有条纹处转轴转动角速度的时域曲线，再通过转动角速度与相机的采样频率计算出转轴转速信号；
步骤S6：通过计算机显示屏显示转动测量的转角及转速时域曲线，通过信号分析程序对得到的时域曲线作进一步的数据处理和分析，实现机器的状态监测。
进一步地，所述变密度正弦条纹传感器条纹密度由ds线性变化到de，第i帧条纹密度di与转角θi之间的数学关系式为：
Figure BDA0001160282980000051
在第i帧条纹图像时刻转轴瞬时角速度ωi的数学计算公式为：
Figure BDA0001160282980000052
在第i帧图像时刻转轴瞬时转速ni的数学计算公式为：
Figure BDA0001160282980000053
其中，Δt为高速图像采集模块的相邻两帧图像之间的时间间隔，fs为高速图像采集模块对应的采样频率。
进一步地，所述条纹信号的条纹密度通过得到的准确条纹频率和条纹实际宽度W相除得到，所述峰值频率校正方法为能量重心校正方法，计算时先对条纹信号加归一化Hanning窗函数，再通过求取加窗后的条纹信号的归一化功率谱的能量重心位置得到条纹的归一化频率信息，最终归一化的条纹频率计算公式为：
Figure BDA0001160282980000061
其中，fi 1为第i帧条纹图像的归一化频率，Gk为离散频谱的最大值，k表示对应第k条离散功率谱线，Gk+j为第(k+j)条谱线的值，z为用于能量重心计算所采用的谱线条数。第i帧条纹密度di与归一化条纹频率fi 1之间的计算公式为：
di＝fi 1N/W
其中，N为条纹图像在宽度方向上的像素点数，W为条纹的实际宽度。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：(1)可以实现对转轴转动参数进行快速测量，不需要进行如机械式测量系统那种复杂的传感器布置和系统参数调节，也不会产生电气式测量方法所带来的电磁干扰。(2)可实现非接触式转速测量，与现有的基于图像跟踪匹配算法的转轴测量方法相比，不需要进行大量的图像跟踪匹配运算，提高了系统测量的运算速度。(3)可实现采样数据的大幅减小，传输帧率的提高。现有的基于图像跟踪匹配算法的转轴测量方法，需要对整个测量轴的图像信息进行采集，才能进行局部特征信号的跟踪匹配。大范围的图像采集不仅会使得采集系统负担加重，而且对图像信号的传输也提出了比较高的要求。而本发明利用条纹密度信息进行转轴角度的编码，最少只需采集一行像素的条纹信息即可实现转轴的参数测量，可以提高图像传输速率和系统采样频率，减小图像的存储空间。
附图说明
图1是本发明实施例的装置结构示意图。
图2是本发明实施例中变密度正弦条纹示意图和条纹密度与转角之间的关系示意图。
图3是本发明实施例中高速图像采集模块的成像几何关系图及图像处理流程示意图。
图中，1-计算机，2-数据传输模块，3-高速图像采集模块，4-光学成像镜头，5-变密度正弦条纹传感器，6-待测转轴，7-图像采集位置及条纹，8-面阵图像传感器，9-成像正弦条纹信号。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
图1是本发明实施例的装置结构示意图。如图1所示，本实施例提供一种基于变密度正弦条纹的转轴转速测量装置，包括变密度正弦条纹传感器5、高速图像采集模块3、数据传输模块2、计算机1、图像处理软件模块和所测转轴6。变密度正弦条纹传感器5，设置于待测转轴6的圆周表面，用于编码待测转轴6的转角信息。高速图像采集模块3，用于对待测转轴6上的变密度正弦条纹传感器5进行连续成像和记录，并将采集到的条纹图像通过数据传输模块2传输到计算机1。安装于计算机1的图像处理软件模块对每帧图像中同一行像素的条纹信号进行傅立叶变换并采用峰值频率校正方法对峰值频率进行精确校正以获得每帧条纹图精确的条纹密度信息。图像处理软件模块再通过转角与条纹密度的线性关系获得转轴转动角速度的时域曲线，再通过转动角速度与相机的采样频率计算出转轴的转速信号；最后通过计算器1的显示屏显示转动测量的转角及转速时域曲线，通过信号分析程序对得到的时域曲线作进一步的数据处理和分析，实现转动机械的状态监测。
图2为本发明实施例中变密度正弦条纹传感器5的示意图和条纹密度与转角之间的关系示意图。本实施例中，变密度正弦条纹传感器5的形状为长方形，变密度正弦条纹传感器5的正面为沿传感器长度方向正弦条纹密度线性变化的条纹图像，变密度正弦条纹传感器5的长度与所测转轴6的周长相等。测量前，将所述长方形变密度正弦条纹传感器5沿长度方向环贴于所测转轴6的圆周表面，刚好使变密度正弦条纹传感器5完整地环贴于所测转轴6的表面。变密度正弦条纹传感器5的正弦条纹密度从ds线性变化到de，所以，粘贴于所测转轴6表面的变密度正弦条纹传感器不同条纹密度与转轴0-2π转角内的不同角度一一对应。
图2是本发明实施例中一种用于测量转轴转动参数的变密度正弦条纹传感器的示意图。在实际的工程测量中，可以根据结构的特点设计不同的条纹形式的传感器，或者采用在转轴上喷涂条纹等，本专利未列出所有各种不同的条纹形式或者粘贴形式，但是基于本发明的方法进行的测量均属于本发明的保护范围。
图3为本发明实施例中高速图像采集模块3的成像几何关系图及图像处理流程示意图。本实施例中，高速图像采集模块3其主要由光学成像镜头4和面阵图像传感器8组成。在待测转轴6上布置好变密度正弦条纹传感器5，并调整好高速图像采集模块3的成像位置和光学成像镜头4的焦距，使变密度正弦条纹传感器5左侧线标记位置的正弦条纹条纹信号7清晰成像于图像传感器8的中间位置。将图像传感器8的成像宽度设置成适合于变密度正弦条纹传感器5的宽度，并在成像长度方向设置成一行或者几行像素，以减小成像条纹图像的大小，提高传输帧率，减小数据存储的空间。随着待测转轴6的转动，贴覆其表面的变密度正弦条纹传感器5也随之转动，高速图像采集模块3对变密度正弦条纹传感器5左侧红色线条标记处成像位置进行连续成像和记录。成像正弦条纹信号9的密度也随着转轴转动而变化，通过计算成像正弦条纹信号9的条纹密度即可获得转轴转角信息；再通过获得的时域转角信号与相机的采样频率计算出所测转轴6的转速信号。
本实施例还提供了采用上述装置的转轴转速测量方法，如图1、2和3所示，包括以下步骤：
步骤S1：在待测转轴6上布置好变密度正弦条纹传感器5，并调整好高速图像采集模块3的成像位置，使条纹成像于高速图像采集模块3图像传感器8的中间位置；
步骤S2：随着待测转轴6的转动，贴覆其表面的变密度正弦条纹传感器5也随之转动，采用高速图像采集模块3对条纹传感器进行连续成像和记录；因为图像采集模块3的位置是固定的，所以在图像传感器8中成像条纹的密度9也随着转轴转动而变化；
步骤S3：图像传输模块3将采集到的条纹图像序列传输到计算机1，再采用图像处理软件模块进行成像条纹信号9的处理；
步骤S4：图像处理软件模块对每帧图像中同一行位置的条纹信号进行傅立叶变换并采用频率校正方法对峰值频率进行精确校正以获得每帧条纹图精确的条纹密度信息；
步骤S4：图像处理软件模块通过转角与条纹密度的线性关系获得贴覆有条纹处转轴转动角速度的时域曲线，再通过转动角速度与相机的采样频率计算出转轴的转速信号；
步骤S5：通过计算机1的显示屏显示转动测量的转角及转速时域曲线，通过信号分析程序对得到的转动参数时域曲线作进一步的数据处理和分析，实现机器的状态监测和故障诊断。
在本实施例中，如图3所述变密度正弦条纹传感器条纹密度由ds线性变化到de，第i帧条纹密度di与转角θi之间的关系为：
Figure BDA0001160282980000101
在本实施例中，在第i帧图像时刻转轴瞬时角速度ωi为：
Figure BDA0001160282980000102
在本实施例中，在第i帧图像时刻转轴瞬时转速ni为：
Figure BDA0001160282980000103
其中，Δt为高速图像采集模块的相邻两帧图像之间的时间间隔，fs为高速图像采集模块对应的采样频率。
在本实施例中，所述条纹信号的条纹密度通过得到的峰值频率和条纹实际宽度相除得到，所述峰值频率频谱校正方法为能量重心校正方法，计算时先对条纹信号加归一化Hanning窗函数，再通过求取加窗后的条纹信号的归一化功率谱的能量重心位置得到条纹的归一化频率信息，最终归一化的条纹频率计算公式为：
Figure BDA0001160282980000111
其中，fi 1为第i帧条纹图像的归一化频率，Gk为离散频谱的最大值，k表示第k条离散功率谱线，Gk+j为第(k+j)条谱线的值，z为用于能量重心计算所采用的谱线条数。第i帧条纹密度di与归一化条纹频率fi 1之间的计算公式为：
di＝fi 1N/W
其中，N为条纹图像在宽度方向上的像素点数，W为条纹的实际宽度。
以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于变密度正弦条纹的转轴转速测量方法，其特征在于：使用基于变密度正弦条纹的转轴转速测量装置，所述基于变密度正弦条纹的转轴转速测量装置包括：
一变密度正弦条纹传感器，设置于待测转轴圆周表面，用以编码所述待测转轴的转角位置；
一高速图像采集及传输模块，用以对所述待测转轴上的变密度正弦条纹传感器进行连续成像与记录，并将采集到的条纹图像信号传输至计算机；
一计算机，用以对所述高速图像采集及传输模块进行控制，并对传输到计算机的条纹图像信号进行存储和处理；
一图像处理软件模块，设置于所述计算机中，用以对所述的条纹图像信号进行处理，计算转轴的转角和转速，并对采集的转速信号进行进一步的分析和处理以进行转动机械的状态监测和故障诊断；
包括以下步骤：
步骤S1：在待测转轴上布置好变密度正弦条纹传感器，并调整好高速图像采集模块的成像位置，使条纹成像于高速图像采集模块中成像传感器的中间位置；
步骤S2：随着待测转轴的转动，贴覆其表面的变密度正弦条纹传感器也随之转动，采用高速图像采集模块对条纹传感器进行连续成像和记录；所述高速图像采集模块的位置是固定的，在成像传感器中成像条纹的密度也随着转轴转动角度的变化而变化；
步骤S3：高速图像传输模块将采集到的条纹图像序列传输到计算机，再采用图像处理软件模块进行条纹信号的处理；
步骤S4：图像处理软件模块对每帧图像中同一位置的条纹信号进行傅立叶变换并采用峰值频率校正方法对峰值频率进行精确校正以获得每帧条纹图精确的条纹密度信息；
步骤S5：图像处理软件模块通过转角与条纹密度的数学关系获得贴覆有条纹处转轴转动角速度的时域曲线，再通过转动角速度与相机的采样频率计算出转轴转速信号；
步骤S6：通过计算机显示屏显示转动测量的转角及转速时域曲线，通过信号分析程序对得到的时域曲线作进一步的数据处理和分析，实现机器的状态监测；
所述变密度正弦条纹传感器条纹密度由ds线性变化到de，第i帧条纹密度di与转角θi之间的数学关系式为：
Figure FDA0003999262000000021
在第i帧条纹图像时刻转轴瞬时角速度ωi的数学计算公式为：
Figure FDA0003999262000000022
在第i帧图像时刻转轴瞬时转速ni的数学计算公式为：
Figure FDA0003999262000000023
其中，Δt为高速图像采集模块的相邻两帧图像之间的时间间隔，fs为高速图像采集模块对应的采样频率；条纹信号的条纹密度通过得到的准确条纹频率和条纹实际宽度W相除得到，所述峰值频率校正方法为能量重心校正方法，计算时先对条纹信号加归一化Hanning窗函数，再通过求取加窗后的条纹信号的归一化功率谱的能量重心位置得到条纹的归一化频率信息，最终归一化的条纹频率计算公式为：
Figure FDA0003999262000000031
其中，fi 1为第i帧条纹图像的归一化频率，Gk为离散频谱的最大值，k表示对应第k条离散功率谱线，Gk+j为第(k+j)条谱线的值，z为用于能量重心计算所采用的谱线条数；第i帧条纹密度di与归一化条纹频率fi 1之间的计算公式为：
di＝fi 1N/W
其中，N为条纹图像在宽度方向上的像素点数，W为条纹的实际宽度。
2.根据权利要求1所述的一种基于变密度正弦条纹的转轴转速测量方法，其特征在于：所述变密度正弦条纹传感器为轻质贴片，所述变密度正弦条纹传感器轻质贴片的正面为条纹图像，背面为粘性层，并黏贴于所述待测转轴结构圆周表面。
3.根据权利要求2所述的一种基于变密度正弦条纹的转轴转速测量方法，其特征在于：所述变密度正弦条纹传感器的形状为长方形，所述变密度正弦条纹传感器的正面为沿传感器长度方向正弦条纹密度线性变化的条纹图像，所述变密度正弦条纹传感器的长度与所测转轴的周长相等；测量前，将所述长方形变密度正弦条纹传感器沿长度方向环贴于转轴圆周表面，以编码所测转轴的转动角度。
4.根据权利要求3所述的一种基于变密度正弦条纹的转轴转速测量方法，其特征在于：粘贴于转轴表面的所述变密度正弦条纹传感器的不同条纹密度与转轴0-2π转角内的不同角度一一对应，通过计算条纹密度获得转轴转角信息。
5.根据权利要求1所述的一种基于变密度正弦条纹的转轴转速测量方法，其特征在于：所述高速图像采集及传输模块包括高速图像采集模块与高速图像传输模块，所述高速图像采集模块包括成像传感器与光学成像镜头，所述高速图像传输模块包括数据传输模块，所述数据传输模块为数据线。
6.根据权利要求5所述的一种基于变密度正弦条纹的转轴转速测量方法，其特征在于：所述高速图像采集模块的采集帧率和成像传感器采集像素范围可调，所述高速图像采集模块放置于贴覆有所述变密度正弦条纹传感器的待测转轴结构表面与转轴轴心垂直的正前方，以使所述变密度正弦条纹传感器能够清晰成像于所述高速图像采集模块的成像传感器中间位置。
7.根据权利要求5所述的一种基于变密度正弦条纹的转轴转速测量方法，其特征在于：所述成像传感器还包括线阵成像传感器与面阵成像传感器。
8.根据权利要求7所述的一种基于变密度正弦条纹的转轴转速测量方法，其特征在于：所述成像传感器为面阵成像传感器时，所述面阵成像传感器为成像范围可调的面阵成像传感器，所述面阵成像传感器将成像宽度设置成适合于所述变密度正弦条纹传感器的宽度大小，并在成像长度方向设置成一行或者几行像素，以减小成像条纹图像的大小。
CN201611038242.5A 2016-11-23 2016-11-23 一种基于变密度正弦条纹的转轴转速测量装置及方法 Active CN106443046B (zh)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611038242.5A CN106443046B (zh) 2016-11-23 2016-11-23 一种基于变密度正弦条纹的转轴转速测量装置及方法
US16/075,689 US11579162B2 (en) 2016-11-23 2017-11-06 Apparatus and method for measuring rotational speed of rotary shaft based on variable density sinusoidal fringe
PCT/CN2017/109514 WO2018095213A1 (zh) 2016-11-23 2017-11-06 一种基于变密度正弦条纹的转轴转速测量装置及方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611038242.5A CN106443046B (zh) 2016-11-23 2016-11-23 一种基于变密度正弦条纹的转轴转速测量装置及方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106443046A CN106443046A (zh) 2017-02-22
CN106443046B true CN106443046B (zh) 2023-04-07

Family

ID=58220446

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201611038242.5A Active CN106443046B (zh) 2016-11-23 2016-11-23 一种基于变密度正弦条纹的转轴转速测量装置及方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US11579162B2 (zh)
CN (1) CN106443046B (zh)
WO (1) WO2018095213A1 (zh)

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3057840B1 (fr) * 2016-10-21 2018-12-07 Continental Automotive France Procede de traitement de donnees de position d'un moteur par un calculateur multi-cœurs
CN106443046B (zh) * 2016-11-23 2023-04-07 福州大学 一种基于变密度正弦条纹的转轴转速测量装置及方法
CN106680529B (zh) * 2017-03-09 2023-04-11 福州大学 一种基于双正弦变密度条纹的转速测量装置及方法
CN107271025B (zh) * 2017-06-20 2023-04-11 福州大学 一种转轴三维振动同步测量的装置及方法
TWI663577B (zh) * 2018-06-04 2019-06-21 宏碁股份有限公司 針對非平面螢幕之色不均瑕疵補償系統
CN109085374B (zh) * 2018-07-27 2020-06-16 江苏科技大学 基于kinect的用于低转速系统的多点测速装置及其测速方法
CN111385561B (zh) * 2018-12-29 2022-09-20 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 转鼓角速度自动修正方法及自动修正装置
CN110174523A (zh) * 2019-05-28 2019-08-27 福建省计量科学研究院（福建省眼镜质量检验站） 一种基于光电传感器的转速测量装置
DE102019211929A1 (de) * 2019-08-08 2021-02-11 Prüftechnik Dieter Busch GmbH Verfahren und System zur Drehzahlbestimmung mittels Videokamera
CN111487433B (zh) * 2020-04-22 2022-06-21 河南科技大学 轴承保持架打滑率测量方法及转速测量方法、装置、系统
US11694323B2 (en) * 2020-04-23 2023-07-04 Camx Power Llc Image-based sensor for measuring rotational position of a rotating shaft
CN112798813A (zh) * 2021-01-25 2021-05-14 河南科技大学 对滚摩擦副中公转从动件的转速测试方法
CN113340403B (zh) * 2021-05-31 2022-08-16 福州大学 基于圆周条纹和线阵相机的转轴径向振动测量方法
CN113447670B (zh) * 2021-06-25 2022-08-16 福州大学 一种单目线阵视觉追踪条纹编码标志的转速测量方法及系统
CN113758695B (zh) * 2021-08-30 2022-07-05 福州大学 采用视觉复合位感条纹实现旋转轴阶次分析的系统及方法
CN114509089A (zh) * 2021-12-31 2022-05-17 成都弓网科技有限责任公司 一种非接触式轨道交通列车速度方向里程检测方法及系统

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0323905A2 (en) * 1988-01-07 1989-07-12 Sharp Kabushiki Kaisha A speed detecting device
CN101629832A (zh) * 2009-07-28 2010-01-20 上海电力学院 基于颜色识别的旋转编码器
CN103760377A (zh) * 2014-01-10 2014-04-30 东北石油大学 一种轮式机器人行走电机转速的测定方法以及测量装置
CN103900639A (zh) * 2014-04-09 2014-07-02 福州大学 高速多尺度振动和形变检测装置及方法
CN104279980A (zh) * 2014-10-20 2015-01-14 电子科技大学 一种基于智能拍照手机的镜面三维面形测量系统
CN104614064A (zh) * 2015-02-13 2015-05-13 福州大学 一种基于条纹靶的高速多维度振动测量装置及方法

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2410643Y (zh) * 2000-03-02 2000-12-13 张力 光电测速码盘
US7322250B1 (en) * 2002-04-09 2008-01-29 Rockwell Automation Technologies, Inc. System and method for sensing torque on a rotating shaft
JP4380491B2 (ja) * 2004-09-30 2009-12-09 ブラザー工業株式会社 回転駆動機の評価装置及び方法、補正操作量設定装置及び方法、制御装置及び方法、並びにプログラム
CN201489014U (zh) * 2009-10-09 2010-05-26 湖南师范大学 非接触式转速测量系统
CN101986103A (zh) * 2010-10-19 2011-03-16 叶建丰 防中央干扰的旋转编码器
US10218292B2 (en) * 2013-10-18 2019-02-26 Shanghai Jiaotong University Active positioning encoder and operating method therefor
US9773190B2 (en) * 2013-12-10 2017-09-26 National Chung-Shan Institute Of Science And Technology Precision calibration method for high-precise rotary encoder
CN105841620B (zh) * 2016-03-22 2019-01-25 上海交通大学 基于投影云纹方法的离面位移测量系统及方法
CN205642604U (zh) * 2016-04-12 2016-10-12 中国人民解放军军事交通学院 动力装置旋转轴扭振测量系统
CN206583924U (zh) * 2016-11-23 2017-10-24 福州大学 一种基于变密度正弦条纹的转轴转速测量装置
CN106443046B (zh) * 2016-11-23 2023-04-07 福州大学 一种基于变密度正弦条纹的转轴转速测量装置及方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0323905A2 (en) * 1988-01-07 1989-07-12 Sharp Kabushiki Kaisha A speed detecting device
CN101629832A (zh) * 2009-07-28 2010-01-20 上海电力学院 基于颜色识别的旋转编码器
CN103760377A (zh) * 2014-01-10 2014-04-30 东北石油大学 一种轮式机器人行走电机转速的测定方法以及测量装置
CN103900639A (zh) * 2014-04-09 2014-07-02 福州大学 高速多尺度振动和形变检测装置及方法
CN104279980A (zh) * 2014-10-20 2015-01-14 电子科技大学 一种基于智能拍照手机的镜面三维面形测量系统
CN104614064A (zh) * 2015-02-13 2015-05-13 福州大学 一种基于条纹靶的高速多维度振动测量装置及方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Two-dimensional optical coherence tomography for real-time structural dynamical characterization;JianfengZhong 等;《Optics and Lasers in Engineering》;20050331;第66卷;第74-79页 *
编码器动态检测系统高实时性高精度角度基准设计;于海 等;《中国光学》;20150630;第8卷(第3期);第447-452页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN106443046A (zh) 2017-02-22
US11579162B2 (en) 2023-02-14
WO2018095213A1 (zh) 2018-05-31
US20190041420A1 (en) 2019-02-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106443046B (zh) 一种基于变密度正弦条纹的转轴转速测量装置及方法
CN107830813B (zh) 激光线标记的长轴类零件图像拼接及弯曲变形检测方法
CN107229930B (zh) 一种指针式仪表数值智能识别方法
CN106092057B (zh) 一种基于四目立体视觉的直升机旋翼桨叶动态轨迹测量方法
CN105423954B (zh) 一种基于视觉测量的柔壁喷管的测量方法
CN103323461B (zh) 一种非接触式的风力发电机叶片运动在线检测方法
CN105486289B (zh) 一种激光摄影测量系统及相机标定方法
CN105466334B (zh) 多镜头视觉采集装置的镜头位置校准方法
CN113447670B (zh) 一种单目线阵视觉追踪条纹编码标志的转速测量方法及系统
US11200714B2 (en) Virtual image distance measurement method, apparatus and device
CN104089586A (zh) 发动机曲轴轴颈形状误差的图像检测装置和图像检测方法
CN107817044B (zh) 基于机器视觉的板材振动的测量装置及方法
CN109357621A (zh) 基于线阵相机和位感条纹的三维振动位移测量装置与方法
Wang et al. Rotational speed measurement through image similarity evaluation and spectral analysis
CN106197292A (zh) 一种建筑物位移监测方法
CN113554697A (zh) 基于线激光的舱段轮廓精确测量方法
CN112414324A (zh) 一种基于双目立体视觉的直升机旋翼桨叶扭转角测量方法
CN106680529B (zh) 一种基于双正弦变密度条纹的转速测量装置及方法
CN114862809A (zh) 一种基于移动终端与图像处理的振动监测方法和装置
CN206583924U (zh) 一种基于变密度正弦条纹的转轴转速测量装置
CN111273439A (zh) 一种全场景三维光学扫描系统及优化方法
CN113340403B (zh) 基于圆周条纹和线阵相机的转轴径向振动测量方法
CN113758695B (zh) 采用视觉复合位感条纹实现旋转轴阶次分析的系统及方法
CN113483879B (zh) 一种小卫星颤振高速视频测量方法
CN110044292A (zh) 一种基于线结构光的三维测量方法和系统

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant