基于图像识别的高分辨率扭振测量方法及系统技术方案

本发明专利技术提出了一种基于图像识别的高分辨率扭振测量方法及系统。该方法为：于转子系统的传动轴上套设随传动轴同步转动的码盘，所述码盘的圆周上均匀分布有轮齿，设置任何时刻均可被轮齿部分遮挡或完全遮挡的固定视场；根据码盘转动转角求解出每个转角下被轮齿遮挡的视场面积，得到遮挡面积与转角的变化对应图；传动轴工作时，实时采集被轮齿遮挡的视场面积，得到实际的遮挡面积与时间的变化对应图；将实际的遮挡面积与时间的变化对应图映射到遮挡面积与转角的变化对应图中，得到两个时刻之间角度差，计算得到两个时刻中后一时刻的扭振信号。本方法对扭振测试精度的提高有重要作用，提高了扭振测试分辨率。提高了扭振测试分辨率。提高了扭振测试分辨率。

【技术实现步骤摘要】
基于图像识别的高分辨率扭振测量方法及系统


[0001]本专利技术涉及旋转机械相关领域，具体涉及一种基于图像识别的高分辨率扭振测量方法及系统。

技术介绍

[0002]转子系统广泛运用于汽轮机、燃气轮机、风力机等旋转机械，是汽车传动系统的核心。在转子系统运行过程中，扭转振动(扭振)对整个系统的振动与噪声具有重大影响，因此，扭振的测试不可或缺。目前，常用的扭振测试方法主要为脉冲计数方法，通过齿盘或栅格进行脉冲计数，受齿数或栅格数目的限制，分辨率不高，因此，如何提高扭振测试分辨率成为亟待解决的难题。

技术实现思路

[0003]为了克服上述现有技术中存在的缺陷，本专利技术的目的是提供一种基于图像识别的高分辨率扭振测量方法及系统。
[0004]为了实现本专利技术的上述目的，本专利技术提供了一种基于图像识别的高分辨率扭振测量方法，包括以下步骤：
[0005]于转子系统的传动轴上套设随传动轴同步转动的码盘，所述码盘的圆周上均匀分布有轮齿，设置任何时刻均可被轮齿部分遮挡或完全遮挡的固定视场；
[0006]根据码盘转动转角求解出每个转角下被轮齿遮挡的视场面积，得到遮挡面积与转角的变化对应图；
[0007]传动轴工作时，实时采集被轮齿遮挡的视场面积，得到实际的遮挡面积与时间的变化对应图；
[0008]将实际的遮挡面积与时间的变化对应图映射到遮挡面积与转角的变化对应图中，得到两个时刻之间角度差，计算得到两个时刻中后一时刻的扭振信号，其中两个时刻的时间差不大于被轮齿遮挡的视场面积的变化时间周期。
[0009]本方法通过被轮齿遮挡的视场面积来确定两个时刻之间的角度差，从而计算得到扭振，而现有的采集被轮齿遮挡的视场面积的设备(如图像采集器)的采样频率高，从而得到的扭振的精度也就高，因此本方法对扭振测试精度的提高有重要作用，提高了扭振测试分辨率。
[0010]该基于图像识别的高分辨率扭振测量方法的优选方案：根据码盘转动转角求解出每个转角下被轮齿遮挡的视场面积，得到遮挡面积与转角的变化对应图的步骤为：
[0011]根据轮齿个数计算得到被轮齿遮挡的视场面积的变化角度周期，计算一个角度周期内各个角度下被轮齿遮挡的视场面积，绘制出一个角度周期内遮挡视场面积与角度的变化曲线图，得到遮挡面积与转角的变化对应图。这样能更快的得到遮挡面积与转角的变化对应图。
[0012]该基于图像识别的高分辨率扭振测量方法的优选方案：一个角度周期内各个角度
下被轮齿遮挡的视场面积计算步骤为：
[0013]建立坐标系，确定一个角度周期内，各个角度下轮齿与视场相交时的各交点的坐标，再进行积分求出各个角度下的遮挡面积值。该计算被轮齿遮挡的视场面积的方法简单且有效。
[0014]该基于图像识别的高分辨率扭振测量方法的优选方案：当视场为圆形时，一个角度周期内各个角度下被轮齿遮挡的视场面积的计算步骤为：
[0015]以码盘中心为原点，原点到视场中心点的方向为Y轴，码盘上垂直于y轴的直线为X轴建立坐标系XOY；
[0016]则视场区域轮廓在XOY坐标系中表示为(x
‑
a)2+(y
‑
b)2＝r2；其中，a,b,r分别为视场的圆心坐标和半径；
[0017]码盘上的轮齿一与码盘的交点分别为A1(x
A1
,y
A1
)、B1(x
B1
,y
B1
)，轮齿一齿顶端点为C1(x
C1
,y
C1
)、D1(x
D1
,y
D1
)；与轮齿一相邻的轮齿二，其与码盘的交点分别为A2(x
A2
,y
A2
)、B2(x
B2
,y
B2
)，轮齿二齿顶端点为C2(x
C2
,y
C2
)、D2(x
D2
,y
D2
)；
[0018]码盘转动时，被轮齿遮挡的视场面积循环表示为：
[0019][0020]其中，此时，点C1、D1均在视场内，E1、F1为轮齿一与视场的两个交点，其坐标为E1(x
E1
,y
E1
)、F1(x
F1
,y
F1
)，P1、Q1为过点C1、D1作X轴的垂线与交视场圆的交点，其坐标为P1(x
P1
,y
P1
)、Q1(x
Q1
,y
Q1
)；
[0021]此时，点C1位于视场内，点D1位于视场外；
[0022]此时，点C1、点D1均位于视场外，其中，M1为视场圆与线段A1C1的另一交点，M1(x
M1
,y
M1
)；
[0023]此时，点C1、点D2均位于视场外，且视场两侧被相邻的轮齿一和轮齿二遮挡，其中，点D2与点C1相邻，点B2与与点A1相邻，点F2、N2为视场与线段D2B2的两个交点，F2(x
F2
,y
F2
),N2(x
N2
,y
N2
)；
[0024]此时，点C2、D2皆位于视场外且视场与轮齿一无交点；
[0025]此时，点C2位于视场外，点D2位于视场外且视场圆内时，其中，点E2为线段C2D2与视场的交点，E2(x
E2
,y
E2
)；
[0026]上述中所有点的坐标均为关于转角θ的函数，转角θ不于大η为轮齿个数，α为X轴与OB1之间的夹角，β为OB1与OA1之间的夹角，H为原点到C1D1中点的长度，L为C1D1的长度。
[0027]该基于图像识别的高分辨率扭振测量方法的优选方案：将实际的遮挡面积与时间的变化对应图映射到遮挡面积与转角的变化对应图中的步骤为：
[0028]以某一时刻的遮挡面积值在遮挡面积与转角的变化对应图中做水平线，交一个面积周期曲线于左右两点，根据实际的遮挡面积与时间的变化对应图中前一时刻与此时刻的面积的大小来判定转角的左右位置。这样能快速实现实际的遮挡面积与时间的变化对应图、遮挡面积与转角的变化对应图之间的映射。
[0029]本专利技术还提出了一种基于图像识别的高分辨率扭振测量系统，包括套设于转子系统的传动轴上随传动轴同步转动的码盘，所述码盘的圆周上均匀分布有轮齿；
[0030]还包括设置的任何时刻均可被轮齿部分遮挡或完全遮挡的固定视场以及用于实时采集被轮齿遮挡的视场图像的图像采集模块，所述图像采集模块输出端连接一处理模块；
[0031]所述处理模块根据被轮齿遮挡的视场图像计算出各个时刻下被轮齿遮挡的视场面积，并根据上述的基于图像识别的高分辨率扭振测量方法测量该传动轴的扭振。
[0032]该基于图像识别的高分辨率扭振测量系统具备上述基于图像识别的高分辨率扭振测量方法的所有优点。
[0033]优选的，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于图像识别的高分辨率扭振测量方法，其特征在于，包括以下步骤：于转子系统的传动轴上套设随传动轴同步转动的码盘，所述码盘的圆周上均匀分布有轮齿，设置任何时刻均可被轮齿部分遮挡或完全遮挡的固定视场；根据码盘转动转角求解出每个转角下被轮齿遮挡的视场面积，得到遮挡面积与转角的变化对应图；传动轴工作时，实时采集被轮齿遮挡的视场面积，得到实际的遮挡面积与时间的变化对应图；将实际的遮挡面积与时间的变化对应图映射到遮挡面积与转角的变化对应图中，得到两个时刻之间角度差，计算得到两个时刻中后一时刻的扭振信号，其中两个时刻的时间差不大于被轮齿遮挡的视场面积的变化时间周期。2.根据权利要求1所述的基于图像识别的高分辨率扭振测量方法，其特征在于，根据码盘转动转角求解出每个转角下被轮齿遮挡的视场面积，得到遮挡面积与转角的变化对应图的步骤为：根据轮齿个数计算得到被轮齿遮挡的视场面积的变化角度周期，计算一个角度周期内各个角度下被轮齿遮挡的视场面积，绘制出一个角度周期内遮挡视场面积与角度的变化曲线图，得到遮挡面积与转角的变化对应图。3.根据权利要求2所述的基于图像识别的高分辨率扭振测量方法，其特征在于，一个角度周期内各个角度下被轮齿遮挡的视场面积计算步骤为：建立坐标系，确定一个角度周期内，各个角度下轮齿与视场相交时的各交点的坐标，再进行积分求出各个角度下的遮挡面积值。4.根据权利要求2或3所述的基于图像识别的高分辨率扭振测量方法，其特征在于，当视场为圆形时，一个角度周期内各个角度下被轮齿遮挡的视场面积的计算步骤为：以码盘中心为原点，原点到视场中心点的方向为Y轴，码盘上垂直于y轴的直线为X轴建立坐标系XOY；则视场区域轮廓在XOY坐标系中表示为(x
‑
a)2+(y
‑
b)2＝r2；其中，a,b,r分别为视场的圆心坐标和半径；码盘上的轮齿一与码盘的交点分别为A1(x
A1
,y
A1
)、B1(x
B1
,y
B1
)，轮齿一齿顶端点为C1(x
C1
,y
C1
)、D1(x
D1
,y
D1
)；与轮齿一相邻的轮齿二，其与码盘的交点分别为A2(x
A2
,y
A2
)、B2(x
B2
,y
B2
)，轮齿二齿顶端点为C2(x
C2
,y
C2
)、D2(x
D2
,y
D2
)；码盘转动时，被轮齿遮挡的视场...

【专利技术属性】
技术研发人员：王利明，潘文超，邵毅敏，兰海，黄文彬，张万昊，丁晓喜，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：