CN110864629A - 一种应用于多摩擦片离合器的轴向位移测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及轴向位移检测测量领域，具体而言，涉及一种应用于多个摩擦片构成的离合器中摩擦片位移进行测量的装置及方法。一种应用于多摩擦片离合器的轴向位移测量装置，包括设置在离合器上的可视孔；还包括支撑结构、线阵相机和图像处理与计算模块，所述支撑结构设置在离合器上，所述线阵相机设置在支撑结构上，所述线阵相机通过可视孔对离合器中的摩擦片进行拍照；所述图像处理与计算模块用于发出指令控制线阵相机进行拍照，并对照片进行图像处理，特征提取等操作，进而计算出摩擦片的位移量。本发明通过非接触式的测量方式结合较为成熟的图像处理技术实现摩擦片数量多、空间受限等问题下的位移测量。

Description

一种应用于多摩擦片离合器的轴向位移测量装置及方法

技术领域

本发明涉及轴向位移检测测量领域，具体而言，涉及一种应用于多个摩擦片构成的离合器中摩擦片位移进行测量的装置及方法。

背景技术

在机械传动领域，摩擦片离合器利用摩擦面之间的机械摩擦力，把扭矩由主动轴传到从动轴，并且根据工作需要可以使主机与从动轴接合或脱离。其性能要求较高，需要做到接合平稳，脱离迅速。所以离合器在汽车、船舶、航空航天等领域均有着极其广泛的应用。

根据离合器中使用摩擦片(即从动盘)的数目可以将摩擦片式离合器分为单盘式、双盘式、多盘式。单盘摩擦离合器是由两个摩擦盘组成的，一个摩擦盘固定在主动轴上，另一个摩擦盘通过导向平键与从动轴构成动连接。操纵滑环，可使从动轴上的摩擦盘作轴向移动，以实现两摩擦盘的接合和分离。单盘摩擦离合器结构简单，但传递的转矩较小，故实际生产中常采用多盘摩擦离合器。在离合的预紧力相等的情况下，能传递的“最大转矩”越大。

但多片式离合器因为其结构与空间大小的限制，经常是制造成封闭的空间。人们对离合器的高性能的追求过程中，需要获取多个摩擦片在操纵力后的位移情况，片与片的接触情况直接决定了所传递扭矩的大小。所以我们需要在不可视、空间有限的情况下测量出摩擦片的位移参数。目前工业生产实践中，仍然依靠人为的肉眼观测估计其大概位移了多少，极不可靠且精度低，误差大。

针对上述的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明提出一种应用于多摩擦片离合器的轴向位移测量装置及方法，通过非接触式的测量方式结合较为成熟的图像处理技术实现摩擦片数量多、空间受限等问题下的位移测量。

本发明解决上述问题的技术方案是：一种应用于多摩擦片离合器的轴向位移测量装置，其特殊之处在于：

包括设置在离合器上的可视孔；

还包括支撑结构、线阵相机和图像处理与计算模块，所述支撑结构设置在离合器上，所述线阵相机设置在支撑结构上，

所述线阵相机通过可视孔对离合器中的摩擦片进行拍照；所述图像处理与计算模块用于发出指令控制线阵相机进行拍照，并对照片进行图像处理，特征提取等操作，进而计算出摩擦片的位移量。

进一步地，上述支撑结构包括支撑导杆一、支撑导杆二。

进一步地，上述支撑导杆一、支撑导杆二均为L型杆状结构，其一端固定在离合器上，另一端穿过线阵相机，线阵相机可沿支撑导杆一、支撑导杆二进行滑动。

进一步地，上述可视孔的数量为多个。

本发明还提出上述一种应用于多摩擦片离合器的轴向位移测量装置的测量方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

1)当离合器开始工作，摩擦片开始移动时，图像处理与计算模块5发出信号，线阵相机开始拍照；

2)图像处理与计算模块获取照片，首先对照片进行二值化处理，提取出摩擦片轮廓特征作二值化的1处理，对摩擦片之间的间隙作二值化的0处理；

3)离合器状态稳定后，若摩擦片均处于可视孔范围内，起始时的摩擦片沿轴向位置与稳定后的终了位置沿传动轴方向求差值，即得位移△s；若有的摩擦片若处在可视孔之间，相机无法拍到，可由摩擦片整体的位移减去精确测得的已知位移量，按均值估算出位移。

本发明的优点：

本发明通过非接触式的测量方式结合较为成熟的图像处理技术实现摩擦片数量多、空间受限等问题下的位移测量；利用线阵相机的高速拍摄与指定方向的高成像质量，将采集到的图像转化后，处理器可以将位移量的检测转化为简单的图像比对求差值获得摩擦片位移。

附图说明

图1是根据本发明安装于离合器的整体装配轴测图；

图2是本发明所采用技术的测量原理示意图；

图3是根据本发明实施例的轴向位移检测方法的流程图；

图4是根据本发明实施例的一种位移均匀情况检测的示意图；

图5是根据本发明实施例的一种位移均匀情况检测原理图；

图6是根据本发明实施例的一种位移不均匀检测状况的示意图；

图7是根据本发明实施例的一种位移不均匀情况检测原理图。

其中：1-离合器；2-可视孔；3-支撑导杆一；4-线阵相机；5-图像处理与计算模块；6-支撑导杆二。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。

参见图1，一种应用于多摩擦片离合器的轴向位移测量装置，包括离合器1、设置在离合器1上的可视孔2、支撑导杆一3、线阵相机4、图像处理与计算模块5、支撑导杆二6。

线阵相机4与图像处理和计算模块5固定在一起。支撑导杆一3、支撑导杆二6均为L型杆状结构，其一端固定在离合器1上，另一端穿过线阵相机4，线阵相机4可沿支撑导杆一3、支撑导杆二6进行滑动。

支撑导杆一3和支撑导杆二6的存在使得整个检测装置更加复合柔性生产理念，线阵相机4可沿支撑导杆一3和支撑导杆二6横向滑动从而实现水平移动，支撑导杆一3和支撑导杆二6之间的安装跨距可以跟随离合器1和可视孔2的大小、间距等因素的改变而改变，能够适应多个系列的离合器的摩擦片位移测量。当装置中正确安装在离合器1上后，即可开始工作。线阵相机4可以实现高速拍摄，沿指定方向成像质量高等特点，非常适合本发明所要测量对象的被测特点。当离合器工作，摩擦片开始移动，线阵相机4开始拍摄其初始位置，并于整个工作过程中按程序设定的定时进行拍照。图像处理与计算模块5是由一部分控制电路、存储器等组成的单片机模块，可以实现程序的存储，发出指令控制线阵相机4的工作，并对所拍摄的照片进行图像处理，特征提取等操作，进而计算出摩擦片的位移量。

具体的，图像处理与计算模块5中采用数字信号处理器DSP28335和电源接线组成，封装于模块5中。其中，DSP28335与线阵相机采用RS485串口通讯协议，完成相机拍摄照片传输到数字信号处理器DSP中，该单片机系统存储器ROM中已经烧录入编写好的程序，由此来控制相机的工作。在照片传输到DSP后，由程序所编矩阵公式对照片进行图像处理，进而达到特征提取的目的。电源接线外接24V直流电源。

图2为本发明装置进行摩擦片位移监测的工作原理。线阵相机4的拍摄特点决定了其成像范围沿某一方向可趋近于平行光成像，如图，线阵相机4垂直或者与离合器1的可视孔2平面成一定角度，都可以看作是一束平行光的反光成像。透过各个可视孔2，在可视范围内的摩擦片均可以被拍摄到，而在孔与孔之间，由于离合器壳体的遮挡，部分离合器无法被拍摄到。所以当离合器1工作时，各个摩擦片之间受力开始发生沿传动轴方向的移动，互相接触起到传递转矩的作用。要得到其位移△s，只需要知道其运动始末的两个位置，求差值即可得到位移量△s。

图3为本发明装置工作时的工作流程以及位移检测方法。可分为以下几步：

1)离合器1开始工作，摩擦片开始移动；

2)图像处理与计算模块5发出信号，线阵相机4开始拍照，拍摄频率由程序决定；

3)所得照片传送至图像处理与计算模块5，首先对照片进行二值化处理，提取出摩擦片轮廓特征作二值化的1处理，对摩擦片之间的间隙作二值化的0处理；

4)离合器1状态稳定后，起始时的摩擦片沿轴向位置与稳定后的终了位置沿传动轴方向求差值，即得位移△s；

5)有的摩擦片若处在可视孔之间，相机无法拍到，可由摩擦片整体的位移减去精确测得的已知位移量，按均值估算出位移。

下面以两个具体实施例为例进行阐述。

实施例1：

参见图4与图5，工况为各个摩擦片受压力大小基本相等，各片所产生的位移基本相同。如图5所示，a为初始位置各个摩擦片所处位置，下方黑色短线即为经图像处理与特征提取后的各个摩擦片厚度方向特征，即可等价于该摩擦片在轴向的位置。b为当离合器工作状态稳定时，设定摩擦片都向左移动互相挤压，接触终了各个摩擦片位置如b，下方黑色短线与a意义相同。c为开始工作时与运动结束时所提取的摩擦片特征所处位置的对比图，红色细实线表示由可视孔可观察到的范围。两线支架距离更大的部分为可观测(成像)区域。由这两张提取的特征对比图，沿轴向同一点的位置变化量，即为要求的位移量△s。

图5中具体描述了位移量△s的求解方法。由图，最左端的摩擦片始终与主动盘接触，固定不动，位移量△x1＝0。第二个摩擦片始终处于可观测区域内，以其最左端为参考，则位移为△x2。第三个摩擦片从开始到运动结束，始终处于盲区中，则无法拍摄计算。第四片可观测，得到位移△x3。第五片虽然移动结束时移动到了可拍摄区，但其初始位置未知，所以此摩擦片位移无法得知。第六个摩擦片开始时整体处于可观测区，结束时一部分处于盲区，右侧一部分留在可观测区，因此以其右端为特征即可得到位移量△x4。第七片同第二片，可得位移量△x5。第八片运动结束处于盲区内，无法求得位移。第九片始终处于成像范围内，可得位移△x6。后面同理，第十片无法求得。第十一个可得位移量△x7。第十二个也可以得到位移量△x8。

一共12片摩擦片，有8个摩擦片的位移是可以精确检测计算得到。其余4个摩擦片在此实施例下，受力分布均匀，所以各片位移基本相等，偏差不大。所以可以有△x2～△x8的几个数值求均值得到。可表示为

由此，至少解决了部分摩擦片位移量的精确测量，其余不可测的摩擦片位移的精确估计。

实施例2：

图6与图7。工况为各个摩擦片受压力大小不等，从动端也就是最右侧摩擦片直接与压紧机构连接，所受压紧力最大，位移量相应最大，依次传递至最左端主动盘处，各级摩擦片因为系统阻尼作用受力一次衰减，故相应的位移量由右至左也逐渐减小。如图7所示，a与图5的a完全相同，b中明显可见摩擦片整体位移明显，各部分所代表意义均与图4相同，此处不再赘述。c为始末摩擦片位置特征对比图。

图6中具体描述了位移量△s的求解方法。由图，最左端的摩擦片始终与主动盘接触，固定不动，位移量△x1＝0。第二个摩擦片始终处于可观测区域内，以其最左端为参考，则位移为△x2。第三个摩擦片初始时处于盲区中，故不可测。第四片初始位置整体可见，但是结束时左端进入盲区，仅留右侧一部分处于可拍摄区，故以该摩擦片右侧为特征点进行计算，可得位移△x3。第五片初始位置未知，所以无法得到位移。第六个摩擦片由第三个观测孔移动到了第二个观测孔，可以得到△x4。第七片初始位置左端处在可拍摄区，在结束时左端进入盲区，但右边处在可拍摄区，故以初始位置左端和结束右端为特征点，求差值再加上摩擦片厚度h即可得到位移量为△x5+h。第八片与第七片状况相反，开始时右端可观测，结束时左端可拍摄，则位移为差值再减去摩擦片厚度h即为△x6-h。第九片始终处于成像范围内，可得位移△x7。后面同理，第十片无法求得。第十一个可得位移量△x8。第十二个也可以得到位移量△x9。

在该实施例中，各个摩擦片位移不等，但一共十二个摩擦片，其中9个的位移量都可以精确测得，其余三个可按前9组数据得到规律，分析其受力情况，可按照位移量从右至左为等差数列递减处理。故可由已知数据，求出等差数列的差值：

由此，至少解决了在受力分布不均匀的情况下，各个摩擦片位移均不相等时，部分摩擦片位移量的精确测量，其余不可测的摩擦片位移的精确估计。

以上所述仅为本发明的实施例，并非以此限制本发明的保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的系统领域，均同理包括在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种应用于多摩擦片离合器的轴向位移测量装置，其特征在于：

包括设置在离合器(1)上的可视孔(2)；

还包括支撑结构、线阵相机(4)和图像处理与计算模块(5)，所述支撑结构设置在离合器(1)上，所述线阵相机(4)设置在支撑结构上，

所述线阵相机(4)通过可视孔(2)对离合器(1)中的摩擦片进行拍照；所述图像处理与计算模块(5)用于控制线阵相机(4)进行拍照，并对照片进行图像处理、特征提取，进而计算出摩擦片的位移量。

2.根据权利要求1所述的一种应用于多摩擦片离合器的轴向位移测量装置，其特征在于：

支撑结构包括支撑导杆一(3)、支撑导杆二(6)。

3.根据权利要求2所述的一种应用于多摩擦片离合器的轴向位移测量装置，其特征在于：

支撑导杆一(3)、支撑导杆二(6)均为L型杆状结构，其一端固定在离合器(1)上，另一端穿过线阵相机(4)，线阵相机(4)可沿支撑导杆一(3)、支撑导杆二(6)进行滑动。

4.根据权利要求1-3任一所述的一种应用于多摩擦片离合器的轴向位移测量装置，其特征在于：

可视孔(2)的数量为多个。

5.一种应用于多摩擦片离合器的轴向位移测量装置的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)当离合器(1)开始工作，摩擦片开始移动时，图像处理与计算模块(5)发出信号，线阵相机(4)开始拍照；

2)图像处理与计算模块(5)获取照片，首先对照片进行二值化处理，提取出摩擦片轮廓特征作二值化的1处理，对摩擦片之间的间隙作二值化的0处理；

3)离合器(1)状态稳定后，若摩擦片均处于可视孔范围内，起始时的摩擦片沿轴向位置与稳定后的终了位置沿传动轴方向求差值，即得位移△s；若有的摩擦片若处在可视孔之间，相机无法拍到，可由摩擦片整体的位移减去精确测得的已知位移量，按均值估算出位移。

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