基于旋转体周向单频条纹的瞬时转速测量装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种基于旋转体周向单频条纹的瞬时转速测量装置及方法，该测量装置包括单频正弦条纹贴纸、线阵相机、光源和图像处理系统；所述单频正弦条纹贴纸贴附于待测旋转体圆周面上，用以感知待测旋转体的转速信息；所述光源对线阵相机成像范围内待测旋转体表面的条纹进行补光，以强化条纹特征；所述线阵相机对待测旋转体表面的条纹进行采集，并将采集到的条纹图像传输至图像处理系统；所述图像处理系统对条纹图像进行分析处理，得到待测旋转体的瞬时转速信息。该测量装置结构简单，测量方法易于实现，数据处理量小，测量效率高。测量效率高。测量效率高。

【技术实现步骤摘要】
基于旋转体周向单频条纹的瞬时转速测量装置及方法


[0001]本专利技术涉及机器视觉测量转速
，具体涉及一种基于旋转体周向单频条纹的瞬时转速测量装置及方法。

技术介绍

[0002]转速是测量旋转机械的重要运动特性参数，对其进行实时监测有助于及时准确地掌握旋转机械的运行状况。目前常见的转速测量方式主要有机械测量、电气测量、视觉测量等，机械式转速表内部构件结构复杂，不利于后期检修和维护，而且测量精度有待提升；电气式的测量方法是当前转速测量的主要方法，测量精度可观，但光电码盘对内部机械结构的制作工艺要求高，对测量环境有严格要求，对电机振动、噪声等因素的克服能力有待提升。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种基于旋转体周向单频条纹的瞬时转速测量装置及方法，该测量装置结构简单，测量方法易于实现，数据处理量小，测量效率高。
[0004]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种基于旋转体周向单频条纹的瞬时转速测量装置，包括单频正弦条纹贴纸、线阵相机、光源和图像处理系统；所述单频正弦条纹贴纸贴附于待测旋转体圆周面上，用以感知待测旋转体的转速信息；所述光源对线阵相机成像范围内待测旋转体表面的条纹进行补光，以强化条纹特征；所述线阵相机对待测旋转体表面的条纹进行采集，并将采集到的条纹图像传输至图像处理系统；所述图像处理系统对条纹图像进行分析处理，得到待测旋转体的瞬时转速信息。
[0005]本专利技术还提供了基于上述装置的基于旋转体周向单频条纹的瞬时转速测量方法，包括以下步骤：
[0006]步骤S1：在待测旋转体圆周面上贴附单频正弦条纹贴纸；将线阵相机固定在合适位置，对镜头的焦点和光圈进行调整，并在采集软件中设置好相应参数，使待测旋转体的周向条纹以旋转体中心轴线与相机光轴所成平面对称、清晰地成像于线阵相机的传感器中；
[0007]步骤S2：随着待测旋转体的旋转，其圆周面上的正弦条纹随之转动，在线阵相机的传感器中成像的条纹信号也随之变化，在待测旋转体转动过程中通过线阵相机对待测旋转体圆周面上的条纹进行连续成像；
[0008]步骤S3：将采集到的条纹信号传输至图像处理系统，图像处理系统对条纹信号进行预处理并提取得到待测旋转体的瞬时转速信息。
[0009]进一步地，所述步骤S3具体包括以下步骤：
[0010]步骤S31：将得到的条纹信号以行为单位，进行条纹预处理；
[0011]步骤S32：除第一行外，对其他行条纹预处理后的归一化条纹与该行条纹的前一行条纹的归一化条纹做相关计算，得到对应相关系数；
[0012]步骤S33：将得到的相关系数代入转速
‑
相关系数映射关系，得到待测旋转体的瞬
时转速信息。
[0013]进一步地，所述条纹预处理包括对原始条纹信号做傅里叶变换，保留除直流信号外最高幅值的两个信号，并对这两个信号做傅里叶逆变换，同时保留其相位信息，对傅里叶逆变换后的条纹做归一化处理，得到归一化条纹。
[0014]进一步地，所述转速
‑
相关系数映射关系为：
[0015][0016]其中，n(i)为第i+1行条纹与第i行条纹计算出的瞬时转速，ρ(i)为第i+1行预处理条纹与第i行预处理条纹的相关系数，fs为线阵相机的采样帧率，P为待测旋转体每转转过的条纹周期数。
[0017]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：提供了一种基于旋转体周向单频条纹的瞬时转速测量装置及方法，通过将单频正弦条纹贴纸贴附于旋转体圆周面上，再通过线阵相机获取旋转体旋转时的圆周面条纹图像，最后通过图像处理系统对条纹图像进行分析处理，从而得到待测旋转体的瞬时转速信息，整个测量装置结构简单，测量方法易于实现，不需要额外的标定等步骤，数据处理量小，测量效率高，具有很强的实用性和广阔的应用前景。
附图说明
[0018]图1是本专利技术实施例的测量装置结构示意图。其中，电机轴线方向为Z轴，相机光轴方向为X轴，垂直于X轴和Z轴的方向为Y轴，点划线表示相机对旋转体圆周面的成像位置。
[0019]图2是本专利技术实施例中条纹预处理的实现过程示意图。其中，(a)为线阵相机拍摄得到的旋转体表面的条纹图像；(b)为图(a)中虚线行条纹强度曲线；(c)为图(a)中虚线处经傅里叶变换后得到的幅频图；(d)为图(c)中保留除直流信号外最高幅值的两个信号，保留相位信息做傅里叶逆变换，并通过归一化得到的归一化条纹曲线。
[0020]图3是本专利技术实施例在3ds max模拟环境中，采样帧率为1000fps，条纹周期为20时相邻帧归一化条纹相关系数与转速的映射关系。
具体实施方式
[0021]下面结合附图及实施例对本专利技术做进一步说明。
[0022]应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0023]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0024]如图1所示，本实施例提供了一种基于旋转体周向单频条纹的瞬时转速测量装置，包括单频正弦条纹贴纸、线阵相机、光源和图像处理系统。待测旋转体安装于伺服电机上，并与伺服电机输出轴保持同步转动。单频正弦条纹贴纸贴附于待测旋转体圆周面上，用以
感知待测旋转体的转速信息。光源对线阵相机成像范围内待测旋转体表面的条纹进行补光，以强化条纹特征。线阵相机对待测旋转体表面的条纹进行采集，并将采集到的条纹图像通过通讯网线传输至图像处理系统。图像处理系统对条纹图像进行分析处理，得到待测旋转体的瞬时转速信息。
[0025]在本实施例中，图像处理系统基于计算机实现，其上装有预处理模块及转速信息提取模块，可将原始条纹通过预处理得到归一化条纹，并基于相邻帧归一化条纹得到的相关系数计算出待测旋转体的瞬时转速。
[0026]本实施例还提供了基于上述装置的基于旋转体周向单频条纹的瞬时转速测量方法，包括以下步骤：
[0027]步骤S1：在待测旋转体圆周面上贴附单频正弦条纹贴纸；将线阵相机固定在合适位置，对镜头的焦点和光圈进行调整，并在采集软件中设置好相应参数，使待测旋转体的周向条纹以旋转体中心轴线(即相机轴线)与相机光轴所成平面，即X
‑
Z平面对称、清晰地成像于线阵相机的传感器中。
[0028]步骤S2：随着待测旋转体的旋转，其圆周面上的正弦条纹随之转动，在线阵相机的传感器中成像的条纹信号也随之变化，在待测旋转体转动过程中通过线阵相机对待测旋转体圆周面上的条纹进行连续成像。
[0029]步骤S3：将采集到的条纹信号通过通讯网线传输至图像处理系统，图像处理系统本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于旋转体周向单频条纹的瞬时转速测量装置，其特征在于，包括单频正弦条纹贴纸、线阵相机、光源和图像处理系统；所述单频正弦条纹贴纸贴附于待测旋转体圆周面上，用以感知待测旋转体的转速信息；所述光源对线阵相机成像范围内待测旋转体表面的条纹进行补光，以强化条纹特征；所述线阵相机对待测旋转体表面的条纹进行采集，并将采集到的条纹图像传输至图像处理系统；所述图像处理系统对条纹图像进行分析处理，得到待测旋转体的瞬时转速信息。2.一种基于权利要求1所述装置的基于旋转体周向单频条纹的瞬时转速测量方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1：在待测旋转体圆周面上贴附单频正弦条纹贴纸；将线阵相机固定在合适位置，对镜头的焦点和光圈进行调整，并在采集软件中设置好相应参数，使待测旋转体的周向条纹以旋转体中心轴线与相机光轴所成平面对称、清晰地成像于线阵相机的传感器中；步骤S2：随着待测旋转体的旋转，其圆周面上的正弦条纹随之转动，在线阵相机的传感器中成像的条纹信号也随之变化，在待测旋转体转动过程中通过线阵相机对待测旋转体圆周面上的条纹进行连续成像；步骤S3：将采集到的条纹信号传输至图像处理系统，图像处理系统对条纹信号进行预处理并提取得...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟剑锋，池守疆，钟舜聪，刘东明，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：