CN106989831B - 一种滚动轴承温度分布在线测试报警装置及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种滚动轴承温度分布在线测试报警装置及其使用方法，包括：试验箱体，所述试验箱体具有一测试窗，所述滚动轴承放置于所述试验箱体内；红外测温仪，所述红外测温仪对准所述测试窗以采集所述滚动轴承的红外辐射图片，并且所述滚动轴承、所述测试窗和所述红外测温仪位于同一直线上；图像处理器，所述图像处理器读取所述红外测温仪采集的红外辐射图片并存储为热成像数据；上位机，所述上位机接收所述图像处理器的热成像数据进行处理并判断是否发出报警信号；以及报警组件，所述报警组件接收所述上位机的报警信号以发出警报。本发明的滚动轴承温度分布在线测试报警装置可以直观、快速、全面的呈现滚动轴承的温度分布情况。

Description

一种滚动轴承温度分布在线测试报警装置及使用方法

技术领域

本发明涉及轴承检测领域，特别涉及一种滚动轴承温度分布在线测试报警装置及测试方法。

背景技术

滚动轴承在试验时，轴承温度反映了轴承的质量、润滑情况、安装条件以及试验转子的动态特性等，轴承在高速运转过程中，一旦轴承出现损伤、缺油、安装偏斜、试验转速接近临界转速等情况，轴承温度会迅速升高，若未及时发现，影响轴承的工作性能和寿命，因此轴承温度是轴承试验时最为重要的监视参数，直接关系到轴承试验的成败。

滚动轴承包括外环、内环、保持架、滚动体等4种部件，轴承工作时一般是内环旋转，外环固定，保持架和滚动体在内环带动下旋转。目前，一般只测试外环温度和内环温度，外环温度通过压接或焊接热电偶线获得，内环温度测试还需通过滑环引电器将测试信号引出，测试困难，而保持架和滚动体没有相关的测试方法。因此，轴承温度分布只能通过轴承外环和内环上的几个测点间接估计，准确度不高。报警值设置只是针对传感器测量数据设置高限报警。

内环测温需用到滑环引电器，存在引电器价格昂贵，安装困难，且使用次数有限等缺点，因此测试内环温度代价较高。另外，接触式的测温有延迟，温度变化不能实时被反映出来，影响判断。由于测量通道和传感器安装位置的受限，只能对少数几个测点进行测试，通过轴承外环和内环上某几个测点温度估计整个轴承温度分布是不可靠的，作为轴承故障判断的依据也是不充分的。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明提供一种滚动轴承温度分布在线测试报警装置及使用方法，可以直观、快速、全面的呈现滚动轴承的温度分布情况。

为了达到上述目的，一方面，本发明提供一种滚动轴承温度分布在线测试报警装置，包括：

试验箱体，所述试验箱体具有一测试窗，所述滚动轴承放置于所述试验箱体内；

红外测温仪，所述红外测温仪对准所述测试窗以采集所述滚动轴承的红外辐射图片，并且所述滚动轴承、所述测试窗和所述红外测温仪位于同一直线上；

图像处理器，所述图像处理器读取所述红外测温仪采集的红外辐射图片并存储为热成像数据；

上位机，所述上位机接收所述图像处理器的热成像数据进行处理并判断是否发出报警信号；以及

报警组件，所述报警组件接收所述上位机的报警信号以发出警报。

在本发明的滚动轴承温度分布在线测试报警装置的一个实施方式中，所述红外测温仪设置在一可调支架上。

在本发明的滚动轴承温度分布在线测试报警装置的另一个实施方式中，还包括一供气部件，所述测试窗的开口处具有一玻璃盖，所述测试窗上设有多个小孔，所述供气部件通过所述多个小孔吹扫所述玻璃盖。

在本发明的滚动轴承温度分布在线测试报警装置的另一个实施方式中，所述报警组件包括数字量输出模块、中间继电器、声光报警器，所述数字量输出模块接收所述上位机发出的报警信号，并通过所述中间继电器传递给所述声光报警器。

在本发明的滚动轴承温度分布在线测试报警装置的另一个实施方式中，当所述声光报警器接收到所述上位机发出的报警信号时，所述声光报警器发出警报。

在本发明的滚动轴承温度分布在线测试报警装置的另一个实施方式中，还包括多个热电偶和热电偶采集模块，所述多个热电偶设置在所述滚动轴承的外环上，所述热电偶采集模块采集所述多个热电偶的测量数据传输至所述上位机，以对所述红外测温仪测得温度值进行校准。

在本发明的滚动轴承温度分布在线测试报警装置的另一个实施方式中，所述多个热电偶为三个，其测得温度值为T_i，所述红外测温仪在所述热电偶安装处测得温度值为T′_i，校准后的温度值为T，其中T、T_i和T′_i满足以下关系：

在本发明的滚动轴承温度分布在线测试报警装置的另一个实施方式中，所述上位机包含测试软件、校准软件和报警软件。

另一方面，本发明提供上述滚动轴承温度分布在线测试报警装置的使用方法，包括：

对所述滚动轴承进行分区监控，针对各个分区设置温度报警上限；

通过所述上位机对所述红外测温仪测得的数据进行监控和分析，获得各个分区的温度最高值及所在位置；以及

当所述红外测温仪测得的任一分区的温度超过所述温度报警上限时，所述上位机输出报警信号。

本发明的滚动轴承温度分布在线测试报警装置可以直观、快速、全面的呈现滚动轴承的温度分布情况，解决了现有技术不能对保持架和滚动体进行温度测量的难题，也解决了现有技术中利用滑环引电器测试内环温度存在的安装困难、寿命有限等问题，提高了测试的可靠性。

附图说明

图1为本发明一个实施方式的滚动轴承温度分布在线测试报警装置的结构示意图；

图2为图1中滚动轴承的K向截面图；

图3为本发明一个实施方式的滚动轴承温度分布在线测试报警装置的测试、校准和报警原理框图。

其中，附图标记说明如下：

1：试验箱体

2：滚动轴承

3：玻璃盖

4：红外测温仪

5：支架

6：测试窗

7：内环

8：外环

9：热电偶

10：保持架

11：滚动体

12：图像处理器

13：热电偶

14：热电偶采集模块

15：上位机

16：数字输出模块

17：中间继电器

18：声光报警器

具体实施方式

下面根据具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明。本发明的保护范围不限于以下实施例，列举这些实例仅出于示例性目的而不以任何方式限制本发明。

图1为本发明一个实施方式的滚动轴承温度分布在线测试报警装置的结构示意图，图3为该装置的测试、校准和报警原理框图。如图1和图3所示，滚动轴承温度分布在线测试报警装置包括试验箱体1、红外测温仪4、图像处理器12、上位机15和报警组件。

滚动轴承在试验时需要有滑油进行润滑和冷却，由于轴承高速运转，会产生大量油雾，为了不使油雾外泄造成滑油浪费和环境污染，被测轴承处于封闭的试验箱体。

滚动轴承2放置于试验箱体1之内。试验箱体1具有一测试窗6，以便于红外测温仪通过其进行观察。测试窗6的开口处具有一玻璃盖3，以密封试验箱体1。

红外测温仪4设置于试验箱体1的外部，并对准测试窗6以采集滚动轴承2的红外辐射图片，并且滚动轴承2、测试窗6和红外测温仪4基本位于同一直线上。

红外测温技术具有非接触，响应快，使用安全等优点，相比于接触式测温，可以快速获取被测物体温度，解决了现有技术中利用滑环引电器测试内环温度存在的安装困难、寿命有限等问题。

红外测温仪4固定在可调支架5上，可调支架5采用360度旋转云台，可根据滚动轴承的安装位置，调整红外测温仪的高度和角度使其对准被测滚动轴承2。

红外测温仪4具有以太网通讯接口，可将探测到的红外辐射图像，经以太网送至图像处理器12。

图像处理器12读取红外测温仪4采集的红外辐射图片进行数据处理和存储，将其存储为热成像数据。

图像处理器12也具有以太网通讯接口，通过以太网将热成像数据传输至上位机15显示。

上位机15接收图像处理器12的热成像数据后进行处理并判断是否发出报警信号。上位机15中可包含测试软件、校准软件和报警软件。

报警组件接收上位机15的报警信号以发出警报。如图3所示，报警组件包括数字量输出模块16、中间继电器17和声光报警器18，数字量输出模块16接收上位机发出的报警信号，并通过中间继电器17传递给声光报警器18。当声光报警器18接收到上位机15发出的报警信号时，声光报警器发出警报。

所用的数字量输出模块16可为研华ADAM-4018模块。

在滚动轴承进行试验的高速运转时，试验箱体充满油雾，油雾对红外线有折射作用，影响其透射率。观察窗上也会附着油雾，几乎隔断红外线的透射，因此消除油雾对温度测试的影响成为关键之处。

为了保证测试精度，可采用气刀除油系统。如图1所示，可在测试窗6附件设置一供气部件，并在测试窗6的内壁上设置多个小孔与供气部件连通，供气部件输出压缩空气(0.3Mpa左右)，压缩空气通过多个小孔吹扫玻璃盖3上的油雾，保持玻璃盖3的清洁。玻璃盖3可为红外透射率良好的锗玻璃盖。

此外，还可利用测温热电偶对滚动轴承的温度进行在线校准，进一步消除试验箱体1中油雾的影响。

如图1和图3所示，滚动轴承温度分布在线测试报警装置可进一步包括多个热电偶13和热电偶采集模块14，多个热电偶设置在滚动轴承2的外环上，热电偶采集模块14采集多个热电偶13的测量数据传输至上位机15。

图2为图1中滚动轴承的K向截面放大图，如图2所示，滚动轴承2包括内环7、外环8、保持架10和滚动体11，在滚动轴承2的外环上均布四根热电偶9。

将其中三根热电偶测得温度值作为真实值T_i，红外测温仪在热电偶安装处测得温度值为T′_i，第四根热电偶测得温度值用于检验修正结果的准确性，校准后的温度值为T，其中T、T_i和T′_i满足以下关系：

T＝aT′_i+b，

其中采用最小二乘法确定修正系数a和b：

在进行修正校准时，先将三根热电偶的信号T_i读入上位机15，同时获取这三根热电偶安装处的红外测温值T′_i，采用最小二乘法进行曲线拟合，得到修正系数a和b。

之后，获取第四根热电偶的测量值T₄和其安装处的红外测温值T′₄，根据上面得到的修正系数a和b计算红外测温第四测点修正值T，T＝aT′₄+b。

最后比较修正值T与第四根热电偶测得温度T₄，验证修正的准确性。

经试验验证，该校准方法能够保证红外测温精度在±3℃以内。

通过以上方式，上位机15的校准软件可在线修正红外测温数据及图像，用于对红外测温结果进行在线校准，消除油雾对红外测温的影响，进一步提高测试精度。

热电偶13可选用精密级K分度热电偶，热电偶采集模块14可选用研华ADAM-4018带DO热电偶输入模块。另外该模块带DO功能，可以替代数字量输出模块。

现有技术只对滚动轴承的外环和内环个别点进行测试，由于测试点少，不能全面、准确地反映轴承的温度分布情况。本发明通过气刀去除观察窗油雾，并配合多点在线校准提高红外测温精度，通过红外图像比较直观获取轴承被测面上任意位置的温度值，解决了现有技术不能对保持架和滚动体进行温度测量的难题。

此外，本发明还提供上述滚动轴承温度分布在线测试报警装置的使用方法，包括：

对滚动轴承进行分区监控，例如分为内环、外环、保持架、滚动体等，在上位机的测温图像上中分别找出其所对应的区域，并将图像划分成对应区域；

针对每个分区设置温度报警上限；

通过上位机对红外测温仪测得的数据进行监控和分析，通过数据处理获得各个分区的温度最高值及所在位置；

当测得任何一个分区的温度超过温度报警上限时，上位机通过报警软件将输出报警信号至数字量输出模块，通过中间继电器启动声光报警器。

上述使用方法考虑了滚动轴承表面所有测点，可针对滚动轴承的特性分区设置报警上限，从而保证轴承滚动区域任意一点超限都能被反映出来，优化了轴承温度测试技术。

本发明的滚动轴承温度分布在线测试报警装置已用于航空发动机主轴轴承应用研究试验器的轴承温度测量，测试精度为±3℃。

综上所述，本发明的滚动轴承温度分布在线测试报警装置可以直观、快速、全面的呈现滚动轴承的温度分布情况，解决了现有技术不能对保持架和滚动体进行温度测量的难题，也解决了现有技术中利用滑环引电器测试内环温度存在的安装困难、寿命有限等问题，提高了测试的可靠性。

本领域技术人员应当注意的是，本发明所描述的实施方式仅仅是示范性的，可在本发明的范围内作出各种其他替换、改变和改进。因而，本发明不限于上述实施方式，而仅由权利要求限定。

Claims (9)

1.一种滚动轴承温度分布在线测试报警装置，包括：

试验箱体，所述试验箱体具有一测试窗，所述滚动轴承放置于所述试验箱体内；

红外测温仪，所述红外测温仪对准所述测试窗以采集所述滚动轴承的红外辐射图片，并且所述滚动轴承、所述测试窗和所述红外测温仪位于同一直线上；

图像处理器，所述图像处理器读取所述红外测温仪采集的红外辐射图片并存储为热成像数据；

上位机，所述上位机接收所述图像处理器的热成像数据进行处理并判断是否发出报警信号；以及

报警组件，所述报警组件接收所述上位机的报警信号以发出警报。

2.根据权利要求1所述的滚动轴承温度分布在线测试报警装置，其中所述红外测温仪设置在一可调支架上。

3.根据权利要求1所述的滚动轴承温度分布在线测试报警装置，还包括一供气部件，所述测试窗的开口处具有一玻璃盖，所述测试窗上设有多个小孔，所述供气部件通过所述多个小孔吹扫所述玻璃盖。

4.根据权利要求1所述的滚动轴承温度分布在线测试报警装置，其中所述报警组件包括数字量输出模块、中间继电器、声光报警器，所述数字量输出模块接收所述上位机发出的报警信号，并通过所述中间继电器传递给所述声光报警器。

5.根据权利要求4所述的滚动轴承温度分布在线测试报警装置，其中当所述声光报警器接收到所述上位机发出的报警信号时，所述声光报警器发出警报。

6.根据权利要求1所述的滚动轴承温度分布在线测试报警装置，还包括多个热电偶和热电偶采集模块，所述多个热电偶设置在所述滚动轴承的外环上，所述热电偶采集模块采集所述多个热电偶的测量数据传输至所述上位机，以对所述红外测温仪测得温度值进行校准。

7.根据权利要求6所述的滚动轴承温度分布在线测试报警装置，其中所述多个热电偶为三个，其测得温度值为T_i，所述红外测温仪在所述热电偶安装处测得温度值为T′_i，校准后的温度值为T，其中T、T_i和T′_i满足以下关系：

T＝aT′_i+b，

8.根据权利要求1至7中任一项所述的滚动轴承温度分布在线测试报警装置，其中所述上位机包含测试软件、校准软件和报警软件。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的滚动轴承温度分布在线测试报警装置的使用方法，包括：

对所述滚动轴承进行分区监控，针对各个分区设置温度报警上限；

通过所述上位机对所述红外测温仪测得的数据进行监控和分析，获得各个分区的温度最高值及所在位置；以及

当所述红外测温仪测得的任一分区的温度超过所述温度报警上限时，所述上位机输出报警信号。