CN109540029A - 一种射流管伺服阀的微射流现场测量装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种射流管伺服阀的微射流现场测量装置及方法，属于液压元件的性能检测领域。该装置包括基础框架以及安装在基础框架上的射流测量单元、射流管伺服阀的装夹单元、油雾处理单元和油液回收单元。该方法采用液压驱动与显微图像采集‑处理‑特征提取一体化的控制方案，即控制射流开关与图像采集触发同步，在射流过程中控制镜头和相机沿射流方向运动，采集伺服阀射流在不同位置的序列图像，再结合图像处理和特征提取技术，获得丰富的射流流动数据；该方法还考虑了液压油工质在射流状态产生油雾的自动处理和废油回收问题，提供射流观测环境处理的功能。最终实现了射流管伺服阀的射流观测。

Description

一种射流管伺服阀的微射流现场测量装置及方法
技术领域
本发明属于液压元件的性能检测领域，涉及一种射流管伺服阀的微射流现场测量装置及方法。
背景技术
射流管伺服阀是航空航天领域关键的精密电液伺服控制元件，它通过射流喷嘴喷射具有一定偏移角度的毫米级厚度高压射流，在两个接受孔之间产生压力差，驱动与接受孔连通的滑阀滑动，实现间接液压控制。射流管伺服阀的射流流动状态对液压控制有重要影响，迫切需要对此进行检测。
目前公开的毫米级宽度的微射流观测主要是利用流体可视化系统来实现的，需要双频激光器、高速相机、自动聚焦平台等高精度设备，占地面积大，此外伺服阀射流速度快(雷诺数可达5×106)、射流厚度仅在毫米～百微米量级，喷射过程会由于流体失稳产生大量油雾，导致上述方案很难在工业现场实施。现有射流管伺服阀与技术中，公开号CN201320797267.9的实用新型专利“一种射流阀马达射流形貌试验观测夹具”提供了射流阀马达射流形貌试验观测夹具，装置包含了矩形支架、进油口、射流阀的安装孔结构等。该专利采用目测比对的方法确定射流大致尺寸，其精度和稳定性难保证。公开号CN201210595658.2的发明专利“一种液体射流最外围边界的测量装置及方法”提供一种液体射流的测量装置及方法，装置包括计算机、相机、试验段、激光发生器等，其光源采用片光激光器，光源和摄像装置之间为正交结构。其光源类型、结构组成与本专利不同，也不涉及到射流环境的维护。
发明内容
本发明为了满足射流管伺服阀(以下简称伺服阀)生产和调试的实际需求，发明了伺服阀的射流测量方法与装置，采用液压驱动与显微图像处理相结合的控制方案，具有成本低、适合现场使用、操作简单等优点。
本发明采用液压驱动与显微图像采集-处理-特征提取一体化的控制方案，即控制射流开关与图像采集触发同步。在射流过程中，通过精密定位滑台带动相机与镜头由射流上游至下游方向运动，采集伺服阀射流在不同位置的序列图像，再结合图像拼接和像特征提取技术，获得丰富的射流实验数据；本发明还考虑了液压油工质在射流状态产生油雾的自动处理和废油回收问题，提供射流观测环境处理的功能。最终实现伺服阀的射流观测。
本发明的技术方案：
一种射流管伺服阀的微射流现场测量装置，该装置包括基础框架以及安装在基础框架上的射流测量单元、射流管伺服阀的装夹单元、油雾处理单元和油液回收单元。
所述的射流测量单元包括成像镜头1、工业相机2、自动精密定位滑台3、观测箱体4和平板光源5。观测箱体4上端相对的侧面开有左观察窗4a和右观察窗4b，两个观察窗通过透明玻璃密封，分别用于观察成像和照明；观测箱体4的箱体一侧的上端开设排气孔4c、下端开设进气孔4d，观测箱体4的底部开设第一排油孔4e。组合为一体的成像镜头1和工业相机2安装到自动精密定位滑台3上，并布置在观测箱体4的左观察窗4a外，平板光源5安装在右观察窗4b外侧，与成像镜头1相对布置，实现透射照明成像。
所述的射流管伺服阀的装夹单元包括开关阀6、液压阀块7、阀块安装板8、待测伺服阀9和密封板10。开关阀6和待测伺服阀9固定在液压阀块7上，液压阀块7安装在阀块安装板8上，射流管伺服阀的装夹单元整体通过阀块安装板8安装在观测箱体4顶部，并通过密封板10与阀块安装板8配合来密封观测箱体4；所述的液压阀块7开设2条通路，分别是第一液压阀块入口7a与第一液压阀块出口7b之间形成的第一通路、第二液压阀块入口7c与第二液压阀块出口7d之间形成的第二通路；外部液压站与液压阀块7的第一液压阀块入口7a相连，液压阀块7的第一液压阀块出口7b与开关阀6的开关阀入口6a相连；开关阀6的开关阀出口6b与液压阀块7的第二液压阀块入口7c相连,液压阀块7的第二液压阀块出口7d与待测伺服阀9的伺服阀入口9a相连，待测伺服阀9的伺服阀出口9b与观测箱体4相通；工作时，将第一密封孔7e和第二密封孔7f堵住，外部液压站的液压油先输送至液压阀块7中，然后通过开关阀6回流至液压阀块7，再通过待测伺服阀9输送至观测箱体4，为射流测量单元供油。
所述的油雾处理单元包括气泵11和油过滤器12，气泵11的气泵入口11a通过管路与观测箱体4的进气孔4d相连，气泵11的气泵出口11b与油过滤器12的油过滤器出口12a相连，油过滤器12的油过滤器入口12b与观测箱体4的排气孔4c相连。通过气泵11主动将观测箱体4中射流产生的大量油雾快速抽吸到油过滤器12中，油过滤器12净化后的空气送回观测箱体4中，以消除工作环境的污染。
所述的油液回收单元包括油箱13、液位开关板14和换油泵15。油箱13用于收纳射流排出的油液，安装在观测箱体4下部，油箱13上开有进油孔13a、第二排油孔13b和泄油孔13c，进油孔13a与观测箱体4的第一排油孔4e相通，第二排油孔13b通过管路与换油泵15的换油泵入口15a相连，换油泵15的换油泵出口15b与外部废液池相通，泄油孔13c用于确保清理油箱13时将油排放干净；高液位开关14a和低液位开关14b设置于油箱13内，并通过液位开关板14实现与油箱的固定，用于确定油箱内油位高低。
一种射流管伺服阀的微射流现场测量方法，步骤如下：
(1)将待测伺服阀9安装到液压阀块7上，打开平板光源5，启动自动精密控制滑台3带动成像镜头1和工业相机2移动到初始测量位置；
(2)启动外部油泵站，供油打开开关阀6；使液压油经过待测伺服阀9的喷嘴射入观测箱体4，同时向工业相机2发出图像采集的触发信号；工业相机2根据预设参数，采集一定数量的射流图像后，由自动精密定位滑台3带动成像镜头1和工业相机2移动到下一测量点进行图像序列采集，采集的图像自动保存在计算机内。
(3)当完成全部测量点的采图工作后，关闭开关阀6，停止供油，打开气泵11和油过滤器12，去除射流过程产生的油雾，加载存储的图像序列进行特征提取，获得射流流动的特征。
(4)当液位开关板14上的液位开关14a检测到液压油的液位高度达到极限时，自动启动换油泵15，将油箱13内的油液排出；当液位开关14上的液位开关14b检测到油液液位降级到最低点时，自动关闭换油泵15。
本发明的有益效果：能够填补微射流的工业现场测量的空白，满足小型射流管伺服阀的实际生产和现场调试的需求。系统成本低、操作简单、体积小、适合现场使用。
附图说明
图1为整体机械框架装配图。
图2为观测箱体轴测图。
图3为射流管伺服阀装夹单元俯视透视图。
图4为射流管伺服阀装夹单元侧视图。
图5为液压阀块中心横截面剖面图。
图6为油箱单元主视透视图。
图中：1成像镜头；2工业相机；3自动精密定位滑台；4观测箱体；4a左观察窗；4b右观察窗；4c排气孔；4d进气孔；4e第一排油孔；5平板光源；6开关阀；6a开关阀入口；6b开关阀出口；7液压阀块；7a第一液压阀块入口；7b第一液压阀块出口；7c第二液压阀块入口；7d第二液压阀块出口；7e第一密封孔；7f第二密封孔；8阀块安装板；9待测伺服阀；9a伺服阀入口；9b伺服阀出口；10密封板；11气泵；11a气泵入口；11b气泵出口；12油过滤器；12a油过滤器入口；12b油过滤器出口；13油箱；13a进油孔；13b第二排油孔；13c泄油孔；14液位开关板；14a高液位开关；14b低液位开关；15换油泵；15a换油泵入口；15b换油泵出口。
具体实施方式
下面结合技术方案和附图详细说明本发明的具体实施方法步骤如下：
以喷嘴直径1mm的射流管伺服阀的微射流观测为例，如图1为射流测量装置包括基础框架以及安装在基础框架上的射流测量单元、射流管伺服阀的装夹单元、油雾处理单元、油液回收单元组成。其中射流测量单元由成像镜头1、工业相机2、自动精密定位滑台3、观测箱体4、平板光源5组成。图2为观测箱体轴测图包含左观察窗4a、右观察窗4b、排气孔4c、进气孔4d和第一排油孔4e，为了增加透光性，左右观察窗均采用厚度1mm石英玻璃制成。组合为一体的成像镜头1和工业相机2安装到自动精密定位滑台3上，布置在观测箱体4的左观察窗4a外，为了避免射流偏移出成像景深范围，并考虑到测量分辨率和测量范围要求，实施方案采用具有宽景深3.3mm的1倍双远心成像镜头，高亮度的平板光源5安装在观测箱体4上的右观察窗4b外侧，与成像镜头1相对布置，实现透射照明成像。
图3为射流管伺服阀装夹单元俯视透视图，图4为射流管伺服阀装夹单元侧视图，由开关阀6、液压阀块7、阀块安装板8、待测伺服阀9、密封板10组成。图5为液压阀块7中心横截面的剖面图，液压阀块7开设3条通路，分别是第一液压阀块入口7a与第一液压阀块出口7b之间形成的第一通路、第二液压阀块入口7c与第一密封孔7e之间形成的第二通路、以及第二液压阀块出口7d与第二密封孔7f之间形成的第三通路，其中第二通路与第三通路相通。开关阀6和待测伺服阀9固定在液压阀块7上；液压阀块7的第一液压阀块入口7a通过耐油管路与外部液压站相连；液压阀块7的第一液压阀块出口7b与开关阀6的开关阀入口6a相连，通过耐油O型密封圈进行密封；液压阀块7的第二液压阀块入口7c与开关阀6的开关阀出口6b相连，通过耐油O型密封圈进行密封；液压阀块7的第二液压阀块出口7d与待测伺服阀9的伺服阀入口9a相连,通过耐油O型密封圈密封；待测伺服阀9的伺服阀出口9b与观测箱体4相通，液压阀块7安装在阀块安装板8上，并通过密封板10与阀块安装板8配合来密封观测箱体4。射流管伺服阀的装夹单元整体通过阀块安装板8安装在观测箱体4上部，通过耐油密封胶进行密封。工作时将第一密封孔7e和第二密封孔7f堵住，外部液压站的液压油先输送至液压阀块7中，然后通过开关阀6回流至液压阀块7，再通过待测伺服阀9输送至观测箱体4，为射流测量单元供油。
油雾处理模块由气泵11和油过滤器12组成，原理是通过气泵11主动将观测箱体4中射流产生的油雾快速抽吸到过滤器12中，再将净化的空气送回观测箱体4中，避免对工作环境的污染。气泵11的气泵入口11a通过管路连接在观测箱体4的进气孔4d上，气泵11的气泵出口11b通过管路连接在油过滤器12的油过滤器入口12a上，油过滤器12的油过滤器出口12b通过管路连接在观测箱体4的排气孔4c上。
油液回收模块由油箱13、液位开关14和换油泵15组成。图6为油箱单元主视透视图包含进油孔13a、第二排油孔13b和泄油孔13c。油箱13安装在观测箱体4下部，其上开有进油孔13a、第二排油孔13b和泄油孔13c，进油孔13a与观测箱体4的排油孔4e相通，两者通过耐油O型圈进行密封；换油泵15的入口15a通过管路与油箱13的排油孔14b相连，换油泵15的出口15b通过带法兰的管路连接与外部废液池相通，液位开关板14上有两个高低液位开关安装在油箱13内，用于确定液压油的液位高低。
以上的装置进行测量的方法如下：
将待测伺服阀4安装到液压阀块7上，堵住液压阀块7上的第一密封孔7e和第二密封孔7f，打开平板光源5，打开计算机上编制的程序进行初始化，过程包含自动精密定位滑台3带动成像镜头1和工业相机2移动到原点，完成初始化过程。通过计算机调节自动精密定位滑台3带动成像镜头1和工业相机2移动到接近伺服阀喷嘴4附近的初始测量位置；启动外部油站供油，供油压力为10～40MPa；打开开关阀6，使液压油经过伺服阀喷嘴射入观测箱体4，并同时向工业相机2发出图像采集信号；工业相机2根据预设参数采集一定数量的射流图像后，通过计算机调节自动精密定位滑台3带动成像镜头1和工业相机2移动到下一测量点进行图像采集，采集的图像会按照采集时间序列有序保存在电脑内。当完成全部测量点的采图工作后，关闭开关阀6，停止供油，打开油雾处理模块去除射流过程产生的油雾。
加载存储的图像序列进行特征提取，过程为打开界面上处理图像选项，选择已经保存的采集图像，程序会自动将射流宽度边界识别标出，将识别的射流长度根据需要进行分段，自动测量标出出每段射流宽度，然后将自动识别测量标出后的图像和测量数据进行保存。
当液位开关板14上的高液位开关14a检测到油液的液位高度接近油箱13顶部，自动启动换油泵15，将油箱13内的油液排出；当液位开关板14上的低液位开关14b检测到油液液位降级接近油箱13底部时，自动关闭换油泵15。

Claims (2)

1.一种射流管伺服阀的微射流现场测量装置，其特征在于，该装置包括基础框架以及安装在基础框架上的射流测量单元、射流管伺服阀的装夹单元、油雾处理单元和油液回收单元；
所述的射流测量单元包括成像镜头(1)、工业相机(2)、自动精密定位滑台(3)、观测箱体(4)和平板光源(5)；观测箱体(4)上端相对的侧面开有左观察窗(4a)和右观察窗(4b)，两个观察窗通过透明玻璃密封，分别用于观察成像和照明；观测箱体(4)的箱体一侧的上端开设排气孔(4c)、下端开设进气孔(4d)，观测箱体(4)的底部开设第一排油孔(4e)；组合为一体的成像镜头(1)和工业相机(2)安装到自动精密定位滑台(3)上，并布置在观测箱体(4)的左观察窗(4a)外，平板光源(5)安装在右观察窗(4b)外侧，与成像镜头(1)相对布置，实现透射照明成像；
所述的射流管伺服阀的装夹单元包括开关阀(6)、液压阀块(7)、阀块安装板(8)、待测伺服阀(9)和密封板(10)；开关阀(6)和待测伺服阀(9)固定在液压阀块(7)上，液压阀块(7)安装在阀块安装板(8)上，射流管伺服阀的装夹单元整体通过阀块安装板(8)安装在观测箱体(4)顶部，并通过密封板(10)与阀块安装板(8)配合来密封观测箱体(4)；所述的液压阀块(7)开设2条通路，分别是第一液压阀块入口(7a)与第一液压阀块出口(7b)之间形成的第一通路、第二液压阀块入口(7c)与第二液压阀块出口(7d)之间形成的第二通路；外部液压站与第一液压阀块入口(7a)相连，第一液压阀块出口(7b)与开关阀入口(6a)相连；开关阀出口(6b)与第二液压阀块入口(7c)相连,第二液压阀块出口(7d)与伺服阀入口(9a)相连，伺服阀出口(9b)与观测箱体(4)相通；工作时，将第一密封孔(7e)和第二密封孔(7f)堵住，外部液压站的液压油先输送至液压阀块(7)中，然后通过开关阀(6)回流至液压阀块(7)，再通过待测伺服阀(9)输送至观测箱体(4)，为射流测量单元供油；
所述的油雾处理单元包括气泵(11)和油过滤器(12)，气泵入口(11a)通过管路与观测箱体(4)的进气孔(4d)相连，气泵出口(11b)与油过滤器出口(12a)相连，油过滤器入口(12b)与观测箱体(4)的排气孔(4c)相连；通过气泵(11)主动将观测箱体(4)中射流产生的大量油雾快速抽吸到油过滤器(12)中，油过滤器(12)净化后的空气送回观测箱体(4)中，以消除工作环境的污染；
所述的油液回收单元包括油箱(13)、液位开关板(14)和换油泵(15)；油箱(13)用于收纳射流排出的油液，安装在观测箱体(4)下部，油箱(13)上开有进油孔(13a)、第二排油孔(13b)和泄油孔(13c)，进油孔(13a)与观测箱体(4)的第一排油孔(4e)相通，第二排油孔(13b)通过管路与换油泵(15)的换油泵入口(15a)相连，换油泵(15)的换油泵出口(15b)与外部废液池相通，泄油孔(13c)用于确保清理油箱(13)时将油排放干净；高液位开关(14a)和低液位开关(14b)设置于油箱(13)内，并通过液位开关板(14)实现与油箱的固定，用于确定油箱内油位高低。
2.采用权利要求1所述的一种射流管伺服阀的微射流现场测量装置的测量方法，其特征在于，步骤如下：
(1)将待测伺服阀(9)安装到液压阀块(7)上，打开平板光源(5)，启动自动精密控制滑台(3)带动成像镜头(1)和工业相机(2)移动到初始测量位置；
(2)启动外部油泵站，供油打开开关阀(6)；使液压油经过待测伺服阀(9)的喷嘴射入观测箱体(4)，同时向工业相机(2)发出图像采集的触发信号；工业相机(2)根据预设的参数，采集一定数量的射流图像后，由自动精密定位滑台(3)带动成像镜头(1)和工业相机(2)移动到下一测量点进行图像序列采集，采集的图像自动保存在计算机内；
(3)当完成全部测量点的采图工作后，关闭开关阀(6)，停止供油，打开气泵(11)和油过滤器(12)，去除射流过程产生的油雾，加载存储的图像序列进行特征提取，获得射流流动的特征；
(4)当液位开关板(14)上的液位开关(14a)检测到液压油的液位高度达到极限时，自动启动换油泵(15)，将油箱(13)内的油液排出；当液位开关(14)上的液位开关(14b)检测到油液液位降级到最低点时，自动关闭换油泵(15)。
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