基于雙攝像頭的動力裝置軸扭矩、轉(zhuǎn)速、功率參數(shù)測量方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及動力裝置軸扭矩、轉(zhuǎn)速、功率參數(shù)測量方法。在無負載的前提下，同步采集兩組圖像序列S11-S1n、S21-S2n；加載負載后，同步采集兩組圖像序列A11-A1m、A21-A2m；取A11-A1m和A21-A2m中任何一對存在同步對應(yīng)關(guān)系的圖像A1i、A2i；對A1i與S11-S1n相關(guān)運算，得到相關(guān)性最高的參考圖像S1i；對A2i與S21-S2n相關(guān)運算，得到相關(guān)性最高的參考圖像S2j；在S21-S2n中找到與S1i時間同步對應(yīng)的參考圖像S2t；S2t、S2j之間的距離為軸兩端的扭轉(zhuǎn)位移Δs；扭矩通過獲得。本發(fā)明具有較高精度，結(jié)構(gòu)簡單。
【專利說明】基于雙攝像頭的動力裝置軸扭矩、轉(zhuǎn)速、功率參數(shù)測量方法

【技術(shù)領(lǐng)域】：
[0001] 本發(fā)明涉及動力裝置中軸物理參數(shù)的測量方法，進一步涉及動力裝置軸扭矩、轉(zhuǎn) 速、功率參數(shù)測量方法。

【背景技術(shù)】：
[0002] 在動力機械中，軸扭矩是反映機械設(shè)備動態(tài)性能最典型的機械量之一。然而，由于 軸質(zhì)地堅硬，扭矩作用下轉(zhuǎn)軸的應(yīng)變位移非常微小，對轉(zhuǎn)軸扭矩的測量一直是研宄的難點。 目前扭矩測量主要分為兩個方向，一個是測量軸兩端的扭轉(zhuǎn)角位移，這類方法同時可以測 量轉(zhuǎn)速信號，但由于這類方法需要軸兩端有較大的扭轉(zhuǎn)角，一般適用于長軸扭矩測量。對短 軸的扭矩測量，現(xiàn)有方法主要是測量軸上應(yīng)力應(yīng)變，如將電阻應(yīng)變片貼在軸表面，使用磁致 伸縮材料，通過將這些應(yīng)變敏感材料敷在軸表面，檢測材料相應(yīng)的物理量變化來反映扭矩， 但該類方法同時需要額外的轉(zhuǎn)速傳感器。因此，需要一種非接觸式的動力裝置軸扭矩、轉(zhuǎn) 速、功率參數(shù)測量方法。


【發(fā)明內(nèi)容】
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[0003] 本發(fā)明的目的在于提供一種動力裝置的軸扭矩、轉(zhuǎn)速、功率瞬時測量方法，該方法 是非接觸式的，對環(huán)境要求低，方便安裝。為達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0004] 基于雙攝像頭的動力裝置軸扭矩、轉(zhuǎn)速、功率參數(shù)測量方法，動力裝置6、傳動軸 8、負載7依次相連；
[0005] 在傳動軸外周面，平行、間隔布置2圈隨機標識圖案，分別為第一隨機標識圖案、 第二隨機標識圖案；在第一隨機標識圖案處布置對應(yīng)的第一攝像頭2,在第二隨機標識圖 案處布置對應(yīng)的第二攝像頭3 ;第一攝像頭和第二攝像頭由同步控制器同步控制；第一攝 像頭、第二攝像頭、同步控制器與上位機1相連，上位機內(nèi)分布第一圖像存儲單元，存儲第 一攝像頭圖像數(shù)據(jù)，且包含拍攝時間信息；上位機內(nèi)分布第二圖像存儲單元，存儲第二攝像 頭圖像數(shù)據(jù)，且包含拍攝時間信息；工作過程如下：
[0006] ( 一）轉(zhuǎn)速測量：
[0007] 0值是灰度值穩(wěn)定的轉(zhuǎn)角，該值確定，以及每轉(zhuǎn)動0所對應(yīng)的軸表面圖像位移m 像素點確定；
[0008] 在無負載的前提下，開啟第一攝像頭或者第二攝像頭采集傳動軸在0-2 31轉(zhuǎn)角范 圍的一組圖像序列，存儲為參考圖集，記為=S1-Sn;
[0009] 加載負載后，開啟第一攝像頭或者第二攝像頭連續(xù)采集應(yīng)變后的軸表面圖像，記 SA1-AfAt為相鄰兩幀圖像采樣時間間隔，取其中t#寸刻圖像Ai,與參考圖像序列S1-Sn 相關(guān)運算，得到相關(guān)度最高的參考圖像，記為Si,相應(yīng)中心點的像素位移記為ui;取ti+1時刻 的圖像Ai+1，與參考圖像序列Si?Sn進行相關(guān)運算，得到相關(guān)度最高的參考圖像相應(yīng)中 心點的像素位移記為因此在t1+1-、內(nèi)傳動軸轉(zhuǎn)過像素位移Au為：
[0010] Au= (j_i) ?m+(Uj-Ui)

【權(quán)利要求】
1. 基于雙攝像頭的動力裝置軸扭矩測量方法，動力裝置（6)、傳動軸（8)、負載（7)依次 相連；其特征在于： 在傳動軸外周面，平行、間隔布置2圈隨機標識圖案，分別為第一隨機標識圖案、第二 隨機標識圖案；在第一隨機標識圖案處布置對應(yīng)的第一攝像頭（2)，在第二隨機標識圖案 處布置對應(yīng)的第二攝像頭（3);第一攝像頭和第二攝像頭由同步控制器同步控制；第一攝 像頭、第二攝像頭、同步控制器與上位機（1)相連，上位機內(nèi)分布第一圖像存儲單元，存儲 第一攝像頭圖像數(shù)據(jù)，且包含拍攝時間信息；上位機內(nèi)分布第二圖像存儲單元，存儲第二攝 像頭圖像數(shù)據(jù)，且包含拍攝時間信息；工作過程如下： 在無負載的前提下，開啟第一攝像頭、第二攝像頭、同步控制器，同步采集傳動軸在 〇-2π轉(zhuǎn)角范圍的兩組圖像序列，第一圖像存儲單元存儲的圖像為第一參考圖集，記為： S11-Sln;第二圖像存儲單元存儲的圖像為第二參考圖集，記為：S21-S 2n;第一參考圖集中的每 一幀圖像，必同步一一對應(yīng)第二參考圖集中的某一幀圖像； 加載負載后，開啟第一攝像頭、第二攝像頭、同步控制器，同步采集傳動軸的兩組圖像 序列，第一圖像存儲單元存儲的圖像為第一采集圖集，記為=A11-Alm;第二圖像存儲單元存 儲的圖像為第二采集圖集，記為=A 21-A2m;第一采集圖集中的每一幀圖像，必同步一一對應(yīng) 第二采集圖集中的某一幀圖像； 取A11-A11^P A21-A21^任何一對存在同步對應(yīng)關(guān)系的圖像A n、A2i; 對Ali與第一參考圖集S n-Slnffi關(guān)運算，得到相關(guān)性最高的參考圖像，記為S li;對A 2i 與第二參考圖集S21-S2nffi關(guān)運算，得到相關(guān)性最高的參考圖像，記為Sy在第二參考圖集 S21-S2#找到與S π時間同步對應(yīng)的參考圖像S 2t;S 2t、^之間的距離為軸兩端的扭轉(zhuǎn)位移 As; 根據(jù)靜力學(xué)原理，對于兩測量點相距為1、直徑為d的傳動軸，其扭矩與扭轉(zhuǎn)位移關(guān)系 為：
式中G為傳動軸材料的剪切彈性模量，計算出扭矩。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述基于雙攝像頭的動力裝置軸扭矩測量方法，其特征在于，在第 一攝像頭附近安置一對環(huán)形LED光源，為第一攝像頭提供光照，定義為第一環(huán)形LED光源 (4);在第二攝像頭附近安置一對環(huán)形LED光源，為第二攝像頭提供光照，定義為第二環(huán)形 LED 光源（5)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述基于雙攝像頭的動力裝置軸扭矩測量方法，其特征在于，所述 第一隨機標識圖案、第二隨機標識圖案是通過對軸面進行打磨、反復(fù)噴涂黑色和白色的玻 璃微珠漆，形成隨機分布的離散斑點，即形成人工數(shù)字散斑場。
4. 基于雙攝像頭的動力裝置軸轉(zhuǎn)速測量方法，動力裝置（6)、傳動軸（8)、負載（7)依次 相連；其特征在于： 在傳動軸外周面，平行、間隔布置2圈隨機標識圖案，分別為第一隨機標識圖案、第二 隨機標識圖案；在第一隨機標識圖案處布置對應(yīng)的第一攝像頭（2)，在第二隨機標識圖案 處布置對應(yīng)的第二攝像頭（3);第一攝像頭和第二攝像頭由同步控制器同步控制；第一攝 像頭、第二攝像頭、同步控制器與上位機（1)相連，上位機內(nèi)分布第一圖像存儲單元，存儲 第一攝像頭圖像數(shù)據(jù)，且包含拍攝時間信息；上位機內(nèi)分布第二圖像存儲單元，存儲第二攝 像頭圖像數(shù)據(jù)，且包含拍攝時間信息；工作過程如下： Θ值是灰度值穩(wěn)定的轉(zhuǎn)角，該值確定，以及每轉(zhuǎn)動Θ所對應(yīng)的軸表面圖像位移m像素 點確定； 在無負載的前提下，開啟第一攝像頭或者第二攝像頭采集傳動軸在0-2 π轉(zhuǎn)角范圍的 一組圖像序列，存儲為參考圖集，記為=S1-Sn; 加載負載后，開啟第一攝像頭或者第二攝像頭連續(xù)采集應(yīng)變后的軸表面圖像，記為 A1-Af At為相鄰兩幀圖像采樣時間間隔，取其中t財刻圖像Ai,與參考圖像序列S1-S1^ 關(guān)運算，得到相關(guān)度最高的參考圖像，記為S i,相應(yīng)中心點的像素位移記為ui;取ti+1時刻的 圖像Ai+1，與參考圖像序列Si?S n進行相關(guān)運算，得到相關(guān)度最高的參考圖像相應(yīng)中心 點的像素位移記為uj;因此在t 1+1_1^內(nèi)傳動軸轉(zhuǎn)過像素位移Au為： Au = (j-i) · m+(Uj-Ui) 相應(yīng)轉(zhuǎn)速r為：
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述基于雙攝像頭的動力裝置軸轉(zhuǎn)速測量方法，其特征在于，在第 一攝像頭附近安置一對環(huán)形LED光源，為第一攝像頭提供光照，定義為第一環(huán)形LED光源 (4);在第二攝像頭附近安置一對環(huán)形LED光源，為第二攝像頭提供光照，定義為第二環(huán)形 LED 光源（5)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述基于雙攝像頭的動力裝置軸轉(zhuǎn)速測量方法，其特征在于，所述 第一隨機標識圖案、第二隨機標識圖案是通過對軸面進行打磨、反復(fù)噴涂黑色和白色的玻 璃微珠漆，形成隨機分布的離散斑點，即形成人工數(shù)字散斑場。
7. 基于雙攝像頭的動力裝置軸功率測量方法，動力裝置（6)、傳動軸（8)、負載（7)依次 相連；其特征在于： 在傳動軸外周面，平行、間隔布置2圈隨機標識圖案，分別為第一隨機標識圖案、第二 隨機標識圖案；在第一隨機標識圖案處布置對應(yīng)的第一攝像頭（2)，在第二隨機標識圖案 處布置對應(yīng)的第二攝像頭（3);第一攝像頭和第二攝像頭由同步控制器同步控制；第一攝 像頭、第二攝像頭、同步控制器與上位機（1)相連，上位機內(nèi)分布第一圖像存儲單元，存儲 第一攝像頭圖像數(shù)據(jù)，且包含拍攝時間信息；上位機內(nèi)分布第二圖像存儲單元，存儲第二攝 像頭圖像數(shù)據(jù)，且包含拍攝時間信息；工作過程如下： (一）轉(zhuǎn)速測量： Θ值是灰度值穩(wěn)定的轉(zhuǎn)角，該值確定，以及每轉(zhuǎn)動Θ所對應(yīng)的軸表面圖像位移m像素 點確定； 在無負載的前提下，開啟第一攝像頭或者第二攝像頭采集傳動軸在0-2 π轉(zhuǎn)角范圍的 一組圖像序列，存儲為參考圖集，記為=S1-Sn; 加載負載后，開啟第一攝像頭或者第二攝像頭連續(xù)采集應(yīng)變后的軸表面圖像，記為 A1-Af At為相鄰兩幀圖像采樣時間間隔，取其中t財刻圖像Ai,與參考圖像序列S1-S1^ 關(guān)運算，得到相關(guān)度最高的參考圖像，記為S i,相應(yīng)中心點的像素位移記為ui;取ti+1時刻的 圖像Ai+1，與參考圖像序列Si?S n進行相關(guān)運算，得到相關(guān)度最高的參考圖像相應(yīng)中心 點的像素位移記為uj;因此在t 1+1-1^內(nèi)傳動軸轉(zhuǎn)過像素位移Au為： Au = (j-i) · m+(Uj-Ui) 相應(yīng)轉(zhuǎn)速r為 (二） 扭矩測量：
在無負載的前提下，開啟第一攝像頭、第二攝像頭、同步控制器，同步采集傳動軸在 〇-2π轉(zhuǎn)角范圍的兩組圖像序列，第一圖像存儲單元存儲的圖像為第一參考圖集，記為： S11-Sln;第二圖像存儲單元存儲的圖像為第二參考圖集，記為：S21-S 2n;第一參考圖集中的每 一幀圖像，必同步一一對應(yīng)第二參考圖集中的某一幀圖像； 加載負載后，開啟第一攝像頭、第二攝像頭、同步控制器，同步采集傳動軸的兩組圖像 序列，第一圖像存儲單元存儲的圖像為第一采集圖集，記為=A11-Alm;第二圖像存儲單元存 儲的圖像為第二采集圖集，記為=A 21-A2m;第一采集圖集中的每一幀圖像，必同步一一對應(yīng) 第二采集圖集中的某一幀圖像； 取A11-A11^P A21-A21^任何一對存在同步對應(yīng)關(guān)系的圖像A n、A2i; 對Ali與第一參考圖集S n-Slnffi關(guān)運算，得到相關(guān)性最高的參考圖像，記為S li;對A 2i 與第二參考圖集S21-S2nffi關(guān)運算，得到相關(guān)性最高的參考圖像，記為Sy在第二參考圖集 S21-S2#找到與S π時間同步對應(yīng)的參考圖像S 2t;S 2t、^之間的距離為軸兩端的扭轉(zhuǎn)位移 As; 根據(jù)靜力學(xué)原理，對于兩測量點相距為1、直徑為d的傳動軸，其扭矩與扭轉(zhuǎn)位移關(guān)系 為：
式中G為傳動軸材料的剪切彈性模量，計算出扭矩； (三） 功率測量： 有了扭矩和轉(zhuǎn)速值后就可以得到傳動軸功率的大?。? P = (M/r) * ( π r*n/30) = (Μ* π *n)/30 功率單位為瓦，η為傳動軸的轉(zhuǎn)速。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述基于雙攝像頭的動力裝置軸功率測量方法，其特征在于，在第 一攝像頭附近安置一對環(huán)形LED光源，為第一攝像頭提供光照，定義為第一環(huán)形LED光源 (4);在第二攝像頭附近安置一對環(huán)形LED光源，為第二攝像頭提供光照，定義為第二環(huán)形 LED 光源（5)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述基于雙攝像頭的動力裝置軸功率測量方法，其特征在于，所述 第一隨機標識圖案、第二隨機標識圖案是通過對軸面進行打磨、反復(fù)噴涂黑色和白色的玻 璃微珠漆，形成隨機分布的離散斑點，即形成人工數(shù)字散斑場。
【文檔編號】G01L3/00GK104515867SQ201510025459
【公開日】2015年4月15日 申請日期:2015年1月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月19日
【發(fā)明者】資新運, 耿帥, 王迎, 張英鋒, 龐海龍, 趙姝帆 申請人:中國人民解放軍軍事交通學(xué)院