一种基于齿轮箱的齿面在线监测成像装置和控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种基于齿轮箱的齿面在线监测成像装置和控制方法，包括高速相机、中继相机、高精度靶标和齿轮箱，齿轮箱的顶部设有玻璃视窗和高压气吹枪，高压气吹枪经输气软管与高压气泵连接，高速相机和中继相机设于齿轮箱的顶部上方，高精度靶标设于中继相机的视场内，中继相机获取高精度靶标的图像，高速相机通过玻璃视窗获取齿面图像，通过高压气体去除高速相机监测视场区域内的油雾及油液，抑制或消除油雾及油液导致的噪声和遮挡问题，恢复齿面区域的高分辨率图像。与现有技术相比，本发明专利技术具有实现高速相机直接获取齿面高分辨率图像，能极大地提高齿面损伤诊断的实时性和准确率，实现对齿面的在线监测等优点。实现对齿面的在线监测等优点。实现对齿面的在线监测等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于齿轮箱的齿面在线监测成像装置和控制方法


[0001]本专利技术涉及齿轮箱在线监测及故障诊断领域，尤其是涉及一种基于齿轮箱的齿面在线监测成像装置和控制方法。

技术介绍

[0002]随着工业水平的不断提升，现代机械工业设备朝着更加大型化、高速化、复杂化、集成化和智能化的方向发展，功能不断完善的同时内部结构愈加精密，这也导致设备的运维变得更加复杂和重要。设备发生故障或停机不仅会造成经济损失，还可能导致重大事故和人员伤亡，而在众多工业设备的零部件中，齿轮箱因其工作环境恶劣多变，往往最容易损坏，因此针对齿轮箱研究和开发在线监测技术具有十分重大的意义。
[0003]以下在先研究提出了几种典型的对齿轮箱进行状态监测的技术，包括振动监测、油液分析监测、声学监测、温度监测等方式：
[0004]现有技术(申请号：CN 201911183650.3，申请日：2019年11月27日“风电齿轮箱振动监测位置优化方法、系统、介质及设备”)提出一种风电齿轮箱振动监测位置优化方法及系统，该系统通过比较传感器和齿轮箱内部各部件的转速
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时域有效值的关系，若两者趋势相符，则选择与齿轮箱内部各部件的运动状态最接近的传感器所处位置作为最优监测点来测量零部件的运动状态。但在通常情况下，传感器只能布置在箱体表面，导致被测零部件的运动特征传递到传感器时，存在多次衰减，难以准确地测量齿轮箱内关键零部件的运动状态。
[0005]现有技术(申请号：CN201910706522.6，申请日：2019年8月1日“一种风力发电机齿轮箱油液在线监测系统”)提出一种风力发电机齿轮箱油液在线监测系统，该系统通过设计风电齿轮箱油液监测液压回路，以PLC及相关扩展模块为核心，全面监测油液磨粒、水分、粘度、温度、液位、压力等特征数据，并进行综合分析处理,但该系统安装传感器种类及数量过多，数据处理效率不高。
[0006]现有技术(申请号：CN 202110799918.7，申请日：2021年7月15日“一种行星齿轮箱断齿故障在线声学监测诊断方法”)提出一种行星齿轮箱断齿故障在线声学监测诊断方法，该方法通过剪切、滤波、归一化预处理方法截取行星齿轮箱多个工作循环的声压信号,根据行星齿轮箱的结构计算断齿理论故障特征频率构造参考信号，通过数据处理提取故障分量后与整个频谱谱线进行对比来判断是否发生断齿故障，该方法只需要采用一个声压传感器，但由于齿轮箱工作环境复杂恶劣，声学监测的方法受到外部影响干扰较大。
[0007]现有技术(申请号：CN 202010064327.0，申请日：2020年8月14日“一种基于温度参数的风机齿轮箱性能检测与健康评估方法”)提出一种基于温度参数的风机齿轮箱性能检测与健康评估方法，通过对风机状态检测数据的分析，结合风电机组运行的特点，采用KECA、GRNN结合建立的模型对齿轮箱温度和齿轮箱轴承温度进行状态检测与故障预测，并根据预测的残差，通过阈值判别和统计过程控制的思想对风机齿轮箱运行状态做出评估决策，同时采用综合模糊判别得出齿轮箱健康状态结果，但由于齿轮箱工作环境复杂，仅采用
温度这一项数据进行齿轮箱监测，故障诊断的可靠性不高。
[0008]因此，现有的齿轮箱在线监测技术面临易受环境干扰、灵敏度不高、对故障不敏感等问题，难以满足在线监测的要求。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于齿轮箱的齿面在线监测成像装置和控制方法，通过玻璃视窗及高压气体去除遮挡的方式，可实现高速相机直接获取齿面高分辨率图像，能极大地提高齿面损伤诊断的实时性和准确率，实现对齿面的在线监测。
[0010]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0011]一种基于齿轮箱的齿面在线监测成像装置，包括高速相机、中继相机、高精度靶标和齿轮箱，所述齿轮箱的顶部设有玻璃视窗和高压气吹枪，所述高压气吹枪经输气软管与高压气泵连接，所述高速相机和中继相机设于齿轮箱的顶部上方，所述高精度靶标设于中继相机的视场内，所述中继相机获取高精度靶标的图像，所述高速相机通过玻璃视窗获取齿面图像，具体的原理为通过高压气体去除高速相机监测视场区域内的油雾及油液，抑制或消除油雾及油液导致的噪声和遮挡问题，恢复齿面区域的高分辨率图像。
[0012]所述高速相机、中继相机与齿轮箱之间的位置相对固定。
[0013]所述高速相机获取的齿面图像包括齿轮运动状态和齿面形貌。
[0014]所述高压气吹枪设于齿轮箱的内部且位于玻璃视窗的下方，用于喷射高压气体去除玻璃视窗与齿轮齿面间的油雾及齿面上的残留油液，高压气泵和输气软管分别用于制造和输送高压气体。
[0015]进一步地，所述齿轮箱的顶部设有两个贯穿孔，所述高压气吹枪的数量为两个，所述输气软管穿过贯穿孔与高压气吹枪连接。
[0016]所述高压气吹枪的喷出高压气体的方向可以根据实际使用情况进行调节。
[0017]所述玻璃视窗通过螺栓和螺母固定在齿轮箱上，根据实际使用情况进行拆卸。
[0018]所述玻璃视窗的左右两侧各有一个高压气吹枪，可以根据实际情况调节布置形式以达到最佳齿面拍摄效果。
[0019]一种使用所述的基于齿轮箱的齿面在线监测成像装置的控制方法，具体包括以下步骤：
[0020]S1、根据齿轮箱型号和所监测齿面的大小，确定高速相机的型号和镜头参数；
[0021]S2、以高精度靶标作为标定物，获取高速相机以及中继相机的内参、外参、畸变系数和转换矩阵；
[0022]S3、在齿轮箱还未开始工作时，采集非工作状态下齿轮箱的齿面图像；
[0023]S4、在齿轮箱工作时，控制高压气泵开始工作，去除玻璃视窗和齿轮箱的齿面之间的油雾，同时高速相机采集齿轮箱的齿面图像。
[0024]所述步骤S1中高速曝光时间内齿轮运动距离小于高速相机的单位像素，保证高速相机应在齿轮箱以最高转速工作时仍能拍摄出清晰图像。
[0025]所述步骤S2具体包括以下步骤：
[0026]S21、调整标定物高精度靶标的位置，控制高速相机和中继相机分别采集多个方向
的图像；
[0027]S22、从采集的多个方向的图像中检测出特征点；
[0028]S23、根据特征点估算理想无畸变的情况下高速相机与中继相机的内参和外参；
[0029]S24、通过最小二乘法估算存在径向畸变下的畸变系数，通过极大似然法提升标定精度；
[0030]S25、获取高速相机与中继相机之间的转换矩阵。
[0031]所述步骤S3还包括调整高速相机的拍摄角度，其中高速相机和中继相机固定连接，两者的相对位置在标定过程中以及标定后均不可改变，固定连接的方式包括通过相机支架进行连接。
[0032]所述步骤S3的目的在于调整拍摄角度、光照强度，以达到最佳拍摄效果。
[0033]所述步骤S4具体包括以下步骤：
[0034]S41、根据实际使用情况进行调节高压气吹枪喷出的高压本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于齿轮箱的齿面在线监测成像装置，其特征在于，包括高速相机(1)、中继相机(2)、高精度靶标(3)和齿轮箱(8)，所述齿轮箱(8)的顶部设有玻璃视窗(5)和高压气吹枪(5)，所述高压气吹枪(5)经输气软管(6)与高压气泵(7)连接，所述高速相机(1)和中继相机(2)设于齿轮箱(8)的顶部上方，所述高精度靶标(3)设于中继相机(2)的视场内，所述中继相机(2)获取高精度靶标(3)的图像，所述高速相机(1)通过玻璃视窗(4)获取齿面图像。2.根据权利要求1所述的一种基于齿轮箱的齿面在线监测成像装置，其特征在于，所述高速相机(1)、中继相机(2)与齿轮箱(8)之间的位置相对固定。3.根据权利要求1所述的一种基于齿轮箱的齿面在线监测成像装置，其特征在于，所述高速相机(1)获取的齿面图像包括齿轮运动状态和齿面形貌。4.根据权利要求1所述的一种基于齿轮箱的齿面在线监测成像装置，其特征在于，所述高压气吹枪(5)设于齿轮箱(8)的内部且位于玻璃视窗(4)的下方。5.根据权利要求4所述的一种基于齿轮箱的齿面在线监测成像装置，其特征在于，所述齿轮箱(8)的顶部设有两个贯穿孔，所述高压气吹枪(5)的数量为两个，所述输气软管(6)穿过贯穿孔与高压气吹枪(5)连接。6.一种使用权利要求1～5任一所述的基于齿轮箱的齿面在线监测成像装置的控制方法，其特征在于，具体包括以下步骤：S1、根据齿轮箱型号和所监测齿面的大小，确定高速相机(1)的型号和镜头参数；S2、以高精度靶标(3)作为标定物，获取高速相机(1)以及中继相机(2)的内参、外参、畸变系数和转换矩阵；S3、在齿轮箱(8...

【专利技术属性】
技术研发人员：李安虎，李新东，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：