一种基于图像相关度的转轴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图像相关度的转轴瞬时转速测量装置及方法，包括转轴系统、面阵相机、数据线、和计算机。该方法包括以下步骤：调节相机位姿，使得标靶图案位于面阵传感器的中心位置；转轴旋转时，成像传感器上的端面图像也随着转轴旋转，转轴振动过程中，面阵相机对转轴端面进行连续成像，再将得到的一系列图像通过数据线传输至计算机；最后采用计算机中的特征图像序列处理模块和数据处理模块对端面特征图像序列进行处理，并运用提出的转速测量方法计算转轴瞬时转速信息。方法计算转轴瞬时转速信息。方法计算转轴瞬时转速信息。

【技术实现步骤摘要】
一种基于图像相关度的转轴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振动
，特别是一种基于图像相关度的转轴瞬时转速测量装置及方法。

技术介绍

[0002]转轴是各种旋转机械的重要组成部分。在机械运行过程中，转轴的振动监测对整个旋转机械结构具有重要意义。其中转速信息是反映旋转设备运行状态的关键参数。目前传统的转轴转速测量方法大多数是接触式和非接触式转速计，接触式转速会影响被测物体的转速特性，转速测量效果不佳，精度较低。而目前非接触式转速计主要有电磁式、光电式转速计等，但磁性转速计需要在待测物体上安装磁体，光电式转速表在多尘的环境测量效果不佳。因此采用传统转速测量测量方法具有很大的局限性。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种基于图像相关度的转轴瞬时转速测量装置及方法，该装置和方法是利用面阵相机对转轴端面进行连续成像，通过计算机图像处理模块和数据处理模块对图像进行处理，实现转轴瞬时转速测量，测量装置简单，测量效率高。
[0004]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种基于图像相关度的转轴瞬时转速测量装置，包括
[0005]一标靶图案，安装于转轴端面上，用以感知转轴的转速信息；
[0006]一面阵相机，对转轴端面的轮廓特征进行连续的图像采集，通过数据线将采集的端面轮廓特征图像序列传输到计算机图像处理模块中；
[0007]一数据线，用以线阵相机与计算机之间的通讯、控制与数据传输；
[0008]一计算机，对面阵相机进行采样的帧率、成像灰度、亮度等进行控制，同时处理传输到计算机的特征图像序列，得到转轴的转速信息；
[0009]一标靶图案序列处理软件模块，设置于所述计算机中，用以对所述的图案序列信号进行处理，计算转轴转速信号。
[0010]在一较佳的实施例中：所述标靶图案贴纸通过打印机得到，正面为方形标靶图像，背面为粘性层，用以感知转轴的转速信息。
[0011]在一较佳的实施例中：所述标靶图案贴纸的图案为一黑色方形图案，黑色方形图案的对角线长度与转轴直径相等。
[0012]在一较佳的实施例中：所述面阵相机对标靶图案进行拍摄时其成像光轴与标靶图案平面垂直，且尽量使位感条纹中心成像于面阵相机。
[0013]在一较佳的实施例中：所述转轴由电机进行驱动，以此带动端面标靶图案位姿变化。
[0014]在一较佳的实施例中：所述面阵相机对转轴端面的标靶图案进行连续成像，并将拍摄得到的每帧标靶图案序列储存于计算机之中。
[0015]在一较佳的实施例中：所述标靶图案序列处理软件模块可获取相邻帧方形标靶图案之间的相关度信号。
[0016]在一较佳的实施例中：所述的图像处理模块获取标靶图案每转产生的周期数。
[0017]在一较佳的实施例中：所述的转轴瞬时转速测量，需要进行相关度
‑
转速曲线标定。
[0018]本专利技术还提供了一种基于图像相关度的转轴瞬时转速测量装置的方法，采用了上述的一种基于图像相关度的转轴瞬时转速测量装置，所述的相关度
‑
转速曲线标定包括以下步骤：
[0019]步骤S1：确定系统的采样帧率，根据采样帧率获取系统的最大测量转速，系统最大测量转速计算公式为
[0020][0021]其中f为系统的采样帧率，k为标靶图案产生的周期数；
[0022]步骤S2：在允许的最大转速范围内，选取m，m>10，组恒速工况，并采集m组恒速工况下的标靶图案序列，将每一恒定转速下获取的标靶图案序列求取相邻帧相关度信号，并求平均值作为该转速下的相关度标定点，其数学公式如下：
[0023][0024]其中N为某一恒速工况下采集的标靶图案张数，r
12
、r
23
...r
N
‑
1，N
该恒速工况下标靶图案序列中第一帧和第二帧图片相关度、第二帧和第三帧图片相关度和第N
‑
1张和第N张图片的相关度；
[0025]步骤S3：对每一恒速工况下获取的标靶图案序列，重复步骤S2，即获取多组相关度
‑
转速标定点；
[0026]步骤S4：将获取的多组相关度
‑
转速标定点进行曲线拟合，即获取该测量系统的相关度
‑
转速曲线；
[0027]任意两个时刻标靶图案之间的相关度信号对相关度
‑
转速标定曲线进行插值，即获取转轴的瞬时转速信息。
[0028]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：(1)该方法只需要利用面阵相机对转轴端面进行连续成像并对采集特征图像进行处理，即可以实现转轴瞬时转速测量。(2)本专利技术的无需在转轴端面粘贴特征图案即可实现转轴的瞬时转速测量，成本低廉，其几乎不引入附加质量，不会对转轴引入附加质量，不会改变转轴的模态参数。(3)本专利技术采用面阵传感器即可实现转轴瞬时转速测量，相对于传统的转速计测量转速方法，测量精度更高、更加节约成本，测量效率更高。
附图说明
[0029]图1是本专利技术优选实施例的装置结构示意图；
[0030]图2是本专利技术优选实施例所采设计的标靶图案，可粘贴于转轴端面；
[0031]图3是本专利技术优选实施例通过相关度
‑
转速标定点拟合得到的相关度
‑
转速曲线；
[0032]图4是本专利技术优选实施例利用图像相关度测量转轴瞬时转速的测量流程图。
[0033]图中，1
‑
面阵相机，2
‑
相机支架，3
‑
数据线，4
‑
计算机，5
‑
标靶图案，6
‑
转轴。
具体实施方式
[0034]下面结合附图及实施例对本专利技术做进一步说明。
[0035]应该指出，以下详细说明都是例示性的，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。
[0036]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。
[0037]图1是本专利技术实施例的装置结构示意图。如图1所示，本实施例提供一种基于面阵相机的转轴三维振动位移测量装置，包括面阵相机1、相机支架2、数据线3、计算机4、标靶图案5，转轴6。面阵相机1对转轴端面上的标靶图案5进行连续采集与记录，并且在计算机4中安装有图像序列处理软件模块和数据处理模块，可对传输至计算机的图像序列进行计算标靶图案序列之间的相关度信号。
[0038]标靶图案5，安装于转轴端面上，用以感知转轴的转速信息本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于图像相关度的转轴瞬时转速测量装置，其特征在于：包括一标靶图案，安装于转轴端面上，用以感知转轴的转速信息；一面阵相机，对转轴端面的轮廓特征进行连续的图像采集，通过数据线将采集的端面轮廓特征图像序列传输到计算机图像处理模块中；一数据线，用以线阵相机与计算机之间的通讯、控制与数据传输；一计算机，对面阵相机进行采样的帧率、成像灰度、亮度等进行控制，同时处理传输到计算机的特征图像序列，得到转轴的转速信息；一标靶图案序列处理软件模块，设置于所述计算机中，用以对所述的图案序列信号进行处理，计算转轴转速信号。2.根据权利要求1所述的一种基于图像相关度的转轴瞬时转速测量装置，其特征在于：所述标靶图案贴纸通过打印机得到，正面为方形标靶图像，背面为粘性层，用以感知转轴的转速信息。3.根据权利要求2所述的一种基于图像相关度的转轴瞬时转速测量装置，其特征在于：所述标靶图案贴纸的图案为一黑色方形图案，黑色方形图案的对角线长度与转轴直径相等。4.根据权利要求1所述的一种基于图像相关度的转轴瞬时转速测量装置，其特征在于：所述面阵相机对标靶图案进行拍摄时其成像光轴与标靶图案平面垂直，且尽量使位感条纹中心成像于面阵相机。5.根据权利要求1所述的一种基于图像相关度的转轴瞬时转速测量装置，其特征在于：所述转轴由电机进行驱动，以此带动端面标靶图案位姿变化。6.根据权利要求1所述的一种基于图像相关度的转轴瞬时转速测量装置，其特征在于：所述面阵相机对转轴端面的标靶图案进行连续成像，并将拍摄得到的每帧标靶图案序列储存于计算机之中。7.根据权利要求1所述的一种基于图像相关度的转轴瞬时转速测量装置，其特征在于：所述标靶图案序列处理软件模块可获取相邻帧方形标靶图案之间的相关度信号。8.根据权利要求1所述的一种基于图像相关度的转轴瞬时转速测量装...

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