CN110941024A - 一种基于干涉成像的风机内异物的检测装置及其方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于干涉成像的风机内异物的检测装置，其特征在于：包括设置在风机的机壳外的干涉成像组件、控制器和上位机，所述干涉成像组件包括设置在靠近机壳前侧的进风口处的光源、分光镜、第一反射镜、以及透镜组，所述透镜组包括第一透镜和第二透镜，所述干涉成像组件还包括设置在靠近机壳后侧的出风口处的第三透镜、第四透镜、第二反射镜、第三反射镜、孔板、第五透镜以及图像采集装置；所述风机的机壳内还设有与控制器电连接的温度检测装置、叶轮转速检测装置和叶轮位置检测装置，所述控制器与上位机通信连接。该基于干涉成像的风机内异物的检测装置可自动检测并直观显示异物进入情况。
Description
技术领域
本发明涉及风机技术领域，具体涉及一种风机内异物的检测装置及其方法。
背景技术
风机一般包括机壳、设置在机壳内的叶轮、以及用于驱动叶轮旋转的电机，所述机壳上且位于前后侧分别设有进风口和出风口。由于进风口和出风口的存在，使得风机在使用时很容易吸入异物，尤其是在作为吸风机使用时更为突出。而一旦异物进入到风机内，如果没有被发现而继续运转风机时，会对风机造成不同程度的损坏，例如叶片变形、轴承损坏，电机烧伤等等。但是目前还没有设计出一种可以自动检测并直观显示异物进入情况的装置，因此这是一个目前亟需解决的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种可自动检测并直观显示异物进入情况的基于干涉成像的风机内异物的检测装置。
本发明的技术解决方案是：一种基于干涉成像的风机内异物的检测装置，其特征在于：包括设置在风机的机壳外的干涉成像组件、控制器和上位机，所述干涉成像组件包括设置在靠近机壳前侧的进风口处的光源、分光镜、第一反射镜、以及透镜组，所述透镜组包括第一透镜和第二透镜，所述干涉成像组件还包括设置在靠近机壳后侧的出风口处的第三透镜、第四透镜、第二反射镜、第三反射镜、孔板、第五透镜以及图像采集装置；所述光源发出的光束经分光镜分为两束，其中一束经第一反射镜反射到透镜组中，透射过透镜组后的光束直径缩小并入射到风机的气流场，透射过风机的气流场后的光束再经第三透镜和第四透镜后汇聚到第四透镜的焦点上，经分光镜分出的另外一束光依次经第二反射镜和第三反射镜反射后，也入射到第三透镜上并经第三透镜和第四透镜汇聚到第四透镜的焦点上，汇聚到第四透镜焦点上的两束光产生干涉信号，该干涉信号经孔板和第五透镜汇聚到图像采集装置中；所述风机的机壳内还设有温度检测装置、叶轮转速检测装置和叶轮位置检测装置，所述风机、光源、图像采集装置、温度检测装置、叶轮转速检测装置和叶轮位置检测装置均与控制器电连接，所述控制器与上位机通信连接。
本发明工作原理如下：
本发明风机内异物的检测装置通过干涉成像组件实时采集风机内部的实际气流图像，并同时采集风机的运行状态参数，包括温度、叶轮的转速、以及叶轮的位置，来获取预先存储在上位机内的同等运行状态参数下且无异物扰动时的初始气流图像，由上位机比较实际气流图像与初始气流图像来判断风机内是否进入异物，有异物进入风机内时，异物会对风机内部的气流造成一定的干扰，会使实际气流图像与初始气流图像不同。
采用上述结构后，本发明具有以下优点：
本发明根据异物进入风机会对风机内部气流造成影响的原理，通过干涉成像组件来自动检测风机内部的这种气流变化，自动化水平较高；其次，干涉成像组件可以将这种气流变化通过图像的形式直观显示出来，直观性也较强；再次，干涉成像组件不与风机直接接触，对风机内部的气流影响较小，能够保证检测结果的准确性；最后，还通过采集风机的温度、叶轮的转速、以及叶轮的位置这些运行状态参数，来获取同等运行状态参数下且无异物扰动时的初始气流图像，从而可获得准确性和相关性较好的初始气流图像，而且采用与初始气流图像进行对比可方便快速准确地判断出是否有异物进入到风机内。
作为优选，所述机壳采用透明材料制成。该设置有利于干涉成像组件成像，从而可获得更为准确的检测结果。
作为优选，所述光源采用激光光源。激光光源可获得较佳的成像效果。
作为优选，还包括第一座体、第二座体、以及用于分别驱动第一座体和第二座体的第一XYZ位置调节装置和第二XYZ位置调节装置，所述光源、分光镜、第一反射镜、以及透镜组均安装在第一座体上，所述第三透镜、第四透镜、第二反射镜、第三反射镜、孔板、第五透镜以及图像采集装置均安装在第二座体上，所述第一座体和第二座体上分别设有第一位置检测装置和第二位置检测装置，所述第一XYZ位置调节装置、第二XYZ位置调节装置、第一位置检测装置和第二位置检测装置均与控制器电连接。该设置使得即使采用较小尺寸的光学元件无法在同一时刻观测到风机内部的整个观测面时，仍然可以通过移动光学元件的位置，来分时进行观测，只要移动速度和最大观测视角合理，仍然可以获得较为准确的检测效果，从而降低了对光学元件性能的要求；另外第一位置检测装置和第二位置检测装置的检测，也是为了获取准确性和相关性较好的初始气流图像。
作为优选，所述风机的机壳的上下左右均设有分贝计，所述分贝计与控制器电连接。该设置通过增设分贝计来辅助判断是否有异物进入以及异物进入的位置，从而能通过调节第一XYZ位置调节装置和第二XYZ位置调节装置的位置，而使光学元件可以调整到合适的位置而观测到异物。
本发明要解决的另一技术问题是：提供一种可快速准确地自动检测并直观显示异物进入情况的基于干涉成像的风机内异物的检测方法。
本发明的另一技术解决方案是：一种基于干涉成像的风机内异物的检测方法，其特征在于：它包括以下步骤：
(1)由上位机通过控制器控制风机机壳外的干涉成像组件开始工作，干涉成像组件的光源发出的光束经分光镜分为两束，其中一束经第一反射镜反射到透镜组中，透射过透镜组后的光束直径缩小并入射到风机的气流场，透射过风机的气流场后的光束再经第三透镜和第四透镜后汇聚到第四透镜的焦点上，经分光镜分出的另外一束光依次经第二反射镜和第三反射镜反射后，也入射到第三透镜上并经第三透镜和第四透镜汇聚到第四透镜的焦点上，汇聚到第四透镜焦点上的两束光产生干涉信号，该干涉信号经孔板和第五透镜汇聚到图像采集装置中；
(2)由图像采集装置实时采集并上传风机内部的实际气流图像，同时由设置在风机的机壳内的温度检测装置、叶轮转速检测装置和叶轮位置检测装置来实时采集风机内的温度、叶轮的转速、以及叶轮的位置这些状态运行参数，并据此获取预先存储在上位机内的同等运行状态参数下且无异物扰动时的初始气流图像；
(3)由上位机比较实际气流图像与初始气流图像来判断风机内是否有异物进入，若有，则由上位机通过控制器控制风机停止运行，若无，则忽略。
采用上述方法后，本发明具有以下优点：
本发明根据异物进入风机会对风机内部气流造成影响的原理，通过干涉成像组件来自动检测风机内部的这种气流变化，自动化水平较高；其次，干涉成像组件可以将这种气流变化通过图像的形式直观显示出来，直观性也较强；再次，干涉成像组件不与风机直接接触，对风机内部的气流影响较小，能够保证检测结果的准确性；最后，还通过采集风机的温度、叶轮的转速、以及叶轮的位置这些运行状态参数，来获取同等运行状态参数下且无异物扰动时的初始气流图像，从而可获得准确性和相关性较好的初始气流图像，而且采用与初始气流图像进行对比可方便快速准确地判断出是否有异物进入到风机内。
作为优选，所述步骤(1)中在由上位机通过控制器控制风机机壳外的干涉成像组件开始工作前，还先由设置在风机的机壳的上下左右位置处的分贝计采集声音响度并通过控制器上传上位机，上位机根据采集到的上下左右四个方向上的声音响度信息，来辅助判断是否有异物进入以及异物的进入位置，并通过控制器控制第一XYZ位置调节装置和第二XYZ位置调节装置运动来调节干涉成像组件的观测位置，所述步骤(2)中的状态运行参数还包括第一位置检测装置检测到的第一座体的位置、以及第二位置检测装置检测到的第二座体的位置。该设置使得即使采用较小尺寸的光学元件无法在同一时刻观测到风机内部的整个观测面时，仍然可以通过移动光学元件的位置，来分时进行观测，只要移动速度和最大观测视角合理，仍然可以获得较为准确的检测效果，从而降低了对光学元件性能的要求；另外第一位置检测装置和第二位置检测装置的检测，也是为了获取准确性和相关性较好的初始气流图像；除此之外，通过增设分贝计来辅助判断是否有异物进入以及异物的进入位置，从而能通过调节第一XYZ位置调节装置和第二XYZ位置调节装置的位置，来使光学元件可以调整到合适的位置而观测到异物。
附图说明：
图1为本发明风机内异物的检测装置的光路示意图；
图2为本发明风机内异物的检测装置的功能原理图；
图3为本发明风机内异物的检测装置的分贝计在机壳上的分布示意图；
图中：1-风机，2-机壳，3-叶轮，4-进风口，5-出风口，6-电机，7-控制器，8-上位机，9-光源，10-图像采集装置，11-分光镜，12-第一反射镜，13-透镜组，14-第一透镜，15-第二透镜，16-第三透镜，17-温度检测装置，18-叶轮转速检测装置，19-叶轮位置检测装置，20-第一座体，21-第二座体，22-第一XYZ位置调节装置，23-第二XYZ位置调节装置，24-第一位置检测装置，25-第二位置检测装置，26-分贝计，27-第四透镜，28-第二反射镜，29-第三反射镜，30-孔板，31-第五透镜。
具体实施方式
下面结合附图，并结合实施例对本发明做进一步的说明。
实施例1：
一种基于干涉成像的风机内异物的检测装置，风机1一般包括机壳2、设置在机壳2内的叶轮3、以及用于驱动叶轮3旋转的电机6，该基于干涉成像的风机1内异物的检测装置包括设置在风机1的机壳2外的干涉成像组件、控制器7和上位机8，所述干涉成像组件包括设置在靠近机壳2前侧的进风口4处的光源9、分光镜11、第一反射镜12、以及透镜组13，所述透镜组13包括第一透镜14和第二透镜15，所述干涉成像组件还包括设置在靠近机壳2后侧的出风口5处的第三透镜16、第四透镜27、第二反射镜28、第三反射镜29、孔板30、第五透镜31以及图像采集装置10；所述光源9发出的光束经分光镜11分为两束，其中一束经第一反射镜12反射到透镜组13中，透射过透镜组13后的光束直径缩小并入射到风机1的气流场，透射过风机1的气流场后的光束再经第三透镜16和第四透镜27后汇聚到第四透镜27的焦点上，经分光镜11分出的另外一束光依次经第二反射镜28和第三反射镜29反射后，也入射到第三透镜16上并经第三透镜16和第四透镜27汇聚到第四透镜27的焦点上，汇聚到第四透镜27焦点上的两束光产生干涉信号，该干涉信号经孔板30和第五透镜31汇聚到图像采集装置10中；所述风机1的机壳2内还设有温度检测装置17、叶轮转速检测装置18和叶轮位置检测装置19，所述风机1、光源9、图像采集装置10、温度检测装置17、叶轮转速检测装置18和叶轮位置检测装置19均与控制器7电连接，所述控制器7与上位机8通信连接；所述风机1、光源9、图像采集装置10、温度检测装置17、叶轮转速检测装置18、叶轮位置检测装置19、控制器7和上位机8采用现有技术即可，所述温度检测装置17例如热电偶，所述图像采集装置10例如相机，所述叶轮转速检测装置18和叶轮位置检测装置19可以分别采用速度传感器和位置传感器，也可以采用设置在电机6上的同一光电编码器进行相应的换算得到，所述控制器7的核心部件为单片机或DSP，所述上位机8例如电脑。
本发明工作原理如下：
本发明风机内异物的检测装置通过干涉成像组件实时采集风机1内部的实际气流图像，并同时采集风机1的运行状态参数，包括温度、叶轮3的转速、以及叶轮3的位置，来获取预先存储在上位机8内的同等运行状态参数下且无异物扰动时的初始气流图像，由上位机8比较实际气流图像与初始气流图像来判断风机1内是否进入异物，有异物进入风机1内时，异物会对风机1内部的气流造成一定的干扰，会使实际气流图像与初始气流图像不同。
本发明根据异物进入风机1会对风机1内部气流造成影响的原理，通过干涉成像组件来自动检测风机1内部的这种气流变化，自动化水平较高；其次，干涉成像组件可以将这种气流变化通过图像的形式直观显示出来，直观性也较强；再次，干涉成像组件不与风机1直接接触，对风机1内部的气流影响较小，能够保证检测结果的准确性；最后，还通过采集风机1的温度、叶轮3的转速、以及叶轮3的位置这些运行状态参数，来获取同等运行状态参数下且无异物扰动时的初始气流图像，从而可获得准确性和相关性较好的初始气流图像，而且采用与初始气流图像进行对比可方便快速准确地判断出是否有异物进入到风机1内。
作为优选，所述机壳2采用透明材料制成，所述叶轮3也可采用透明材料制成。该设置有利于干涉成像组件成像，从而可获得更为准确的检测结果。
作为优选，所述光源9采用激光光源9。激光光源9可获得较佳的成像效果。
作为优选，还包括第一座体20、第二座体21、以及用于分别驱动第一座体20和第二座体21的第一XYZ位置调节装置22和第二XYZ位置调节装置23，所述光源9、分光镜11、第一反射镜12、以及透镜组13均安装在第一座体20上，所述第三透镜16、第四透镜27、第二反射镜28、第三反射镜29、孔板30、第五透镜31以及图像采集装置10均安装在第二座体21上，所述第一座体20和第二座体21上分别设有第一位置检测装置24和第二位置检测装置25，所述第一XYZ位置调节装置22、第二XYZ位置调节装置23、第一位置检测装置24和第二位置检测装置25均与控制器7电连接，所述第一XYZ位置调节装置22、第二XYZ位置调节装置23、第一位置检测装置24和第二位置检测装置25采用现有技术即可。该设置使得即使采用较小尺寸的光学元件无法在同一时刻观测到风机1内部的整个观测面时，仍然可以通过移动光学元件的位置，来分时进行观测，只要移动速度和最大观测视角合理，仍然可以获得较为准确的检测效果，从而降低了对光学元件性能的要求；另外第一位置检测装置24和第二位置检测装置25的检测，也是为了获取准确性和相关性较好的初始气流图像。
作为优选，所述风机1的机壳2的上下左右均设有分贝计26，所述分贝计26与控制器7电连接，所述分贝计26采用现有技术即可。该设置通过增设分贝计26来辅助判断是否有异物进入以及异物进入的位置，从而能通过调节第一XYZ位置调节装置22和第二XYZ位置调节装置23的位置，而使光学元件可以调整到合适的位置而观测到异物。
实施例2：
一种基于干涉成像的风机内异物的检测方法，该方法基于实施例1中的基于干涉成像的风机1内异物的检测装置，它包括以下步骤：
(1)由设置在风机1的机壳2的上下左右位置处的分贝计26采集声音响度并通过控制器7上传上位机8，上位机8根据采集到的上下左右四个方向上的声音响度信息，来辅助判断是否有异物进入以及异物的进入位置，并通过控制器7控制第一XYZ位置调节装置22和第二XYZ位置调节装置23运动来调节干涉成像组件的观测位置，
(2)由上位机8通过控制器7控制风机1机壳2外的干涉成像组件开始工作，干涉成像组件的光源9发出的光束经分光镜11分为两束，其中一束经第一反射镜12反射到透镜组13中，透射过透镜组13后的光束直径缩小并入射到风机1的气流场，透射过风机1的气流场后的光束再经第三透镜16和第四透镜27后汇聚到第四透镜27的焦点上，经分光镜11分出的另外一束光依次经第二反射镜28和第三反射镜29反射后，也入射到第三透镜16上并经第三透镜16和第四透镜27汇聚到第四透镜27的焦点上，汇聚到第四透镜27焦点上的两束光产生干涉信号，该干涉信号经孔板30和第五透镜31汇聚到图像采集装置10中；
(3)由图像采集装置10实时采集并上传风机1内部的实际气流图像，同时由设置在风机1的机壳2内的温度检测装置17、叶轮转速检测装置18和叶轮位置检测装置19来实时采集风机1内的温度、叶轮3的转速、叶轮3的位置，以及由第一位置检测装置24和第二位置检测装置25来分别检测第一座体20和第二座体21的位置，所述温度、叶轮3的转速、叶轮3的位置、以及第一座体20和第二座体21的位置构成风机1的状态运行参数，并据此获取预先存储在上位机8内的同等运行状态参数下且无异物扰动时的初始气流图像；
(4)由上位机8比较实际气流图像与初始气流图像来判断风机1内是否有异物进入，若有，则由上位机8通过控制器7控制风机1停止运行，若无，则忽略。
Claims (7)
1.一种基于干涉成像的风机内异物的检测装置，其特征在于：包括设置在风机(1)的机壳(2)外的干涉成像组件、控制器(7)和上位机(8)，所述干涉成像组件包括设置在靠近机壳(2)前侧的进风口(4)处的光源(9)、分光镜(11)、第一反射镜(12)、以及透镜组(13)，所述透镜组(13)包括第一透镜(14)和第二透镜(15)，所述干涉成像组件还包括设置在靠近机壳(2)后侧的出风口(5)处的第三透镜(16)、第四透镜(27)、第二反射镜(28)、第三反射镜(29)、孔板(30)、第五透镜(31)以及图像采集装置(10)；所述光源(9)发出的光束经分光镜(11)分为两束，其中一束经第一反射镜(12)反射到透镜组(13)中，透射过透镜组(13)后的光束直径缩小并入射到风机(1)的气流场，透射过风机(1)的气流场后的光束再经第三透镜(16)和第四透镜(27)后汇聚到第四透镜(27)的焦点上，经分光镜(11)分出的另外一束光依次经第二反射镜(28)和第三反射镜(29)反射后，也入射到第三透镜(16)上并经第三透镜(16)和第四透镜(27)汇聚到第四透镜(27)的焦点上，汇聚到第四透镜(27)焦点上的两束光产生干涉信号，该干涉信号经孔板(30)和第五透镜(31)汇聚到图像采集装置(10)中；所述风机(1)的机壳(2)内还设有温度检测装置(17)、叶轮转速检测装置(18)和叶轮位置检测装置(19)，所述风机(1)、光源(9)、图像采集装置(10)、温度检测装置(17)、叶轮转速检测装置(18)和叶轮位置检测装置(19)均与控制器(7)电连接，所述控制器(7)与上位机(8)通信连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于干涉成像的风机内异物的检测装置，其特征在于：所述机壳(2)采用透明材料制成。
3.根据权利要求1所述的一种基于干涉成像的风机内异物的检测装置，其特征在于：所述光源(9)采用激光光源(9)。
4.根据权利要求1所述的一种基于干涉成像的风机内异物的检测装置，其特征在于：还包括第一座体(20)、第二座体(21)、以及用于分别驱动第一座体(20)和第二座体(21)的第一XYZ位置调节装置(22)和第二XYZ位置调节装置(23)，所述光源(9)、分光镜(11)、第一反射镜(12)、以及透镜组(13)均安装在第一座体(20)上，所述第三透镜(16)、第四透镜(27)、第二反射镜(28)、第三反射镜(29)、孔板(30)、第五透镜(31)以及图像采集装置(10)均安装在第二座体(21)上，所述第一座体(20)和第二座体(21)上分别设有第一位置检测装置(24)和第二位置检测装置(25)，所述第一XYZ位置调节装置(22)、第二XYZ位置调节装置(23)、第一位置检测装置(24)和第二位置检测装置(25)均与控制器(7)电连接。
5.根据权利要求4所述的一种基于干涉成像的风机内异物的检测装置，其特征在于：所述风机(1)的机壳(2)的上下左右均设有分贝计(26)，所述分贝计(26)与控制器(7)电连接。
6.一种基于干涉成像的风机内异物的检测方法，其特征在于：它包括以下步骤：
(1)由上位机(8)通过控制器(7)控制风机(1)机壳(2)外的干涉成像组件开始工作，干涉成像组件的光源(9)发出的光束经分光镜(11)分为两束，其中一束经第一反射镜(12)反射到透镜组(13)中，透射过透镜组(13)后的光束直径缩小并入射到风机(1)的气流场，透射过风机(1)的气流场后的光束再经第三透镜(16)和第四透镜(27)后汇聚到第四透镜(27)的焦点上，经分光镜(11)分出的另外一束光依次经第二反射镜(28)和第三反射镜(29)反射后，也入射到第三透镜(16)上并经第三透镜(16)和第四透镜(27)汇聚到第四透镜(27)的焦点上，汇聚到第四透镜(27)焦点上的两束光产生干涉信号，该干涉信号经孔板(30)和第五透镜(31)汇聚到图像采集装置(10)中；
(2)由图像采集装置(10)实时采集并上传风机(1)内部的实际气流图像，同时由设置在风机(1)的机壳(2)内的温度检测装置(17)、叶轮转速检测装置(18)和叶轮位置检测装置(19)来实时采集风机(1)内的温度、叶轮(3)的转速、以及叶轮(3)的位置这些状态运行参数，并据此获取预先存储在上位机(8)内的同等运行状态参数下且无异物扰动时的初始气流图像；
(3)由上位机(8)比较实际气流图像与初始气流图像来判断风机(1)内是否有异物进入，若有，则由上位机(8)通过控制器(7)控制风机(1)停止运行，若无，则忽略。
7.根据权利要求6所述的一种基于干涉成像的风机内异物的检测方法，其特征在于：所述步骤(1)中在由上位机(8)通过控制器(7)控制风机(1)机壳(2)外的干涉成像组件开始工作前，还先由设置在风机(1)的机壳(2)的上下左右位置处的分贝计(26)采集声音响度并通过控制器(7)上传上位机(8)，上位机(8)根据采集到的上下左右四个方向上的声音响度信息，来辅助判断是否有异物进入以及异物的进入位置，并通过控制器(7)控制第一XYZ位置调节装置(22)和第二XYZ位置调节装置(23)运动来调节干涉成像组件的观测位置，所述步骤(2)中的状态运行参数还包括第一位置检测装置(24)检测到的第一座体(20)的位置、以及第二位置检测装置(25)检测到的第二座体(21)的位置。
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