本發(fā)明屬于重載齒輪箱磨損狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種在用齒輪箱磨損顆粒成像連續(xù)采集系統(tǒng)及采集方法。

背景技術(shù)：

目前，機(jī)械領(lǐng)域內(nèi)，由于各類機(jī)械設(shè)備尤其是齒輪等核心工作部件，都是在密閉的結(jié)構(gòu)里工作，很難通過(guò)直接觀察了解其內(nèi)在的工作狀態(tài)。如果設(shè)備的內(nèi)在實(shí)時(shí)工況和狀態(tài)出現(xiàn)問(wèn)題，就會(huì)存在較大的安全隱患。如果不能提前采取必要的處理手段和措施，就有可能造成更大的經(jīng)濟(jì)及人身安全的損失。另外，現(xiàn)階段一些設(shè)備管理還是以定期檢修和更換為主，包括潤(rùn)滑油、軸承等經(jīng)常動(dòng)作的部件，基本就作為損耗件常年定期更換。傳統(tǒng)的以檢查、檢測(cè)和檢修為目的的設(shè)備管理，主要還是依賴于人工目視、耳聞、手摸等較為原始的檢查方法，有時(shí)也輔助以必要的實(shí)驗(yàn)室儀器儀表進(jìn)行檢測(cè)，但這些方法都存在耗時(shí)、耗工、效率低下的問(wèn)題。 另外這兩年國(guó)家在裝備制造智能化不斷的提出新的要求，對(duì)許多行業(yè)大型設(shè)備，如大型油田裝備、大型工程機(jī)械、大型冶金裝備、大型化工裝備等，都具備相當(dāng)高的制造能力，但國(guó)產(chǎn)高端成套專用控制系統(tǒng)或優(yōu)化系統(tǒng)的制造能力仍然較差，針對(duì)工業(yè)設(shè)備齒輪箱的運(yùn)行狀態(tài)、磨損狀態(tài)進(jìn)行采集和分析，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種在用齒輪箱磨損顆粒成像連續(xù)采集系統(tǒng)，在實(shí)際應(yīng)用中取得了良好的效果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于研制一種具備對(duì)重負(fù)荷齒輪箱磨損狀態(tài)的信息獲取、磨粒成像、圖像比對(duì)分析、結(jié)果分析及異常磨損預(yù)警功能的實(shí)時(shí)連續(xù)采集系統(tǒng)，即：一種在用齒輪箱磨損顆粒成像連續(xù)采集系統(tǒng)。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種在用齒輪箱磨損顆粒成像連續(xù)采集系統(tǒng)，包括：循環(huán)動(dòng)力部分、信息獲取部分、數(shù)據(jù)分析部分、控制部分；信息獲取部分與控制部分連接，數(shù)據(jù)分析部分與控制部分連接，控制部分與循環(huán)動(dòng)力部分連接，環(huán)動(dòng)力部分與信息獲取部分連接。

循環(huán)動(dòng)力部分包括：循環(huán)動(dòng)力泵、流量傳感器、緩沖罐 、壓縮空氣罐、電動(dòng)三通閥I 、電動(dòng)三通閥II ；循環(huán)動(dòng)力泵和流量傳感器連接，流量傳感器和緩沖罐 連接，電動(dòng)三通閥I 分別和緩沖罐 、壓縮空氣罐連接，電動(dòng)三通閥II 和信息獲取部分連接。

信息獲取部分包括：精密石英管路、高速攝像頭、數(shù)據(jù)緩存部分、磨粒吸附部分 ；精密石英管路分別與高速攝像頭、磨粒吸附部分 連接，高速攝像頭與數(shù)據(jù)緩存部分連接。

數(shù)據(jù)分析部分包括：數(shù)據(jù)庫(kù)、工業(yè)PC機(jī)；控制部分包括：ARM數(shù)據(jù)采集卡、固態(tài)繼電器；ARM數(shù)據(jù)采集卡分別和工業(yè)PC機(jī)固態(tài)繼電器連接，工業(yè)PC機(jī)和數(shù)據(jù)庫(kù)連接。

本系統(tǒng)的采集方法為：

【1】控制部分根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行的規(guī)則分別向循環(huán)動(dòng)力部分、信息獲取部分發(fā)出指令，系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)；

【2】信息獲取部分將收集到的數(shù)據(jù)通過(guò)控制部分發(fā)送給數(shù)據(jù)分析部分；

【3】控制部分根據(jù)數(shù)據(jù)分析部分反饋回來(lái)的信息對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)處理；具體動(dòng)作包括：根據(jù)流量傳感器獲取的數(shù)據(jù)，分別對(duì)循環(huán)動(dòng)力泵的啟停動(dòng)作、電動(dòng)三通閥I 對(duì)壓縮空氣罐和緩沖罐 中介質(zhì)的切換、電動(dòng)三通閥II 在采集單個(gè)循環(huán)完成后控制壓縮空氣罐和油樣的排放；

【4】信息獲取部分對(duì)緩沖罐 的油樣進(jìn)行信息獲取：油樣流經(jīng)精密石英管路 ，控制部分聯(lián)通磨粒吸附部分 開(kāi)始對(duì)磨粒進(jìn)行吸附，高速攝像頭開(kāi)始進(jìn)行圖像采集并將獲取到的數(shù)據(jù)發(fā)送給數(shù)據(jù)緩存部分；

【5】數(shù)據(jù)分析部分通過(guò)ARM數(shù)據(jù)采集卡將數(shù)據(jù)緩存部分獲取磨粒圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，獲取到的數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行比對(duì)，按照既定的規(guī)則進(jìn)行采樣頻率的調(diào)整；此步驟執(zhí)行機(jī)構(gòu)為工業(yè)PC機(jī)，最終檢測(cè)比對(duì)結(jié)果由工業(yè)PC機(jī)進(jìn)行輸出；

本發(fā)明采用上述技術(shù)方案后可達(dá)到如下的有益效果：

（1）實(shí)現(xiàn)了對(duì)重載荷齒輪箱齒輪異常磨損的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),得到齒輪箱在做功過(guò)程中的異常磨損的圖像和特征；（2）系統(tǒng)信息收集對(duì)象以潤(rùn)滑油為載體，并且采用閉路循環(huán)，不影響設(shè)備的正常運(yùn)行；（3）系統(tǒng)收集信息時(shí)通過(guò)光學(xué)方法進(jìn)行實(shí)施，采集完相關(guān)參數(shù)后潤(rùn)滑油重新返回油箱，在整個(gè)監(jiān)測(cè)過(guò)程中對(duì)油品不進(jìn)行任何破壞性檢測(cè)；（4）采用ARM芯片組作為采集卡，完成數(shù)據(jù)的獲取、控制、傳輸?shù)裙δ?；?）系統(tǒng)具備自學(xué)習(xí)功能，通過(guò)一段時(shí)間的數(shù)據(jù)獲取，可以根據(jù)相應(yīng)的規(guī)則建立相對(duì)應(yīng)的特征庫(kù)，具備自動(dòng)識(shí)別功能，可以對(duì)設(shè)備的運(yùn)行起到一定的預(yù)警和故障分析作用。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明一種在用齒輪箱磨損顆粒成像連續(xù)采集系統(tǒng)的工作原理示意框圖；

圖2為本發(fā)明一種在用齒輪箱磨損顆粒成像連續(xù)采集系統(tǒng)的循環(huán)動(dòng)力部分結(jié)構(gòu)示意框圖；

圖3為本發(fā)明一種在用齒輪箱磨損顆粒成像連續(xù)采集系統(tǒng)的信息獲取部分結(jié)構(gòu)示意框圖；

圖4為本發(fā)明一種在用齒輪箱磨損顆粒成像連續(xù)采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析部分、控制部分結(jié)構(gòu)示意框；

圖5為本發(fā)明一種在用齒輪箱磨損顆粒成像連續(xù)采集系統(tǒng)的工作流程示意框圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的具體技術(shù)方案。如圖1所示，一種在用齒輪箱磨損顆粒成像連續(xù)采集系統(tǒng)，包括：循環(huán)動(dòng)力部分1、信息獲取部分2、數(shù)據(jù)分析部分3、控制部分4；控制部分4分別與循環(huán)動(dòng)力部分1、數(shù)據(jù)分析部分3、信息獲取部分2連接?？刂撇糠?根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行的規(guī)則分別向循環(huán)動(dòng)力部分1、信息獲取部分2發(fā)出指令，系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)，信息獲取部分2將收集到的數(shù)據(jù)通過(guò)控制部分4發(fā)送給數(shù)據(jù)分析部分3?？刂撇糠?根據(jù)數(shù)據(jù)分析部分3反饋回來(lái)的信息對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)處理。數(shù)據(jù)分析部分3具備數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，顯示、存儲(chǔ)及其它處理功能。

如圖2～3所示，循環(huán)動(dòng)力部分1包括：循環(huán)動(dòng)力泵5、流量傳感器6、緩沖罐 7、壓縮空氣罐8、電動(dòng)三通閥I 9、電動(dòng)三通閥II 10；信息獲取部分2包括：精密石英管路11 、高速攝像頭12、數(shù)據(jù)緩存部分13、磨粒吸附部分 14；循環(huán)動(dòng)力泵5和流量傳感器6連接負(fù)責(zé)根據(jù)控制部分4的指令執(zhí)行輸送油樣和計(jì)算油樣的動(dòng)作，流量傳感器6和緩沖罐 7連接，負(fù)責(zé)油樣中磨粒的緩沖和攪拌作用，電動(dòng)三通閥I 9分別和緩沖罐 7、壓縮空氣罐8連接，負(fù)責(zé)執(zhí)行油樣和壓縮空氣的切換動(dòng)作，其中壓縮空氣罐8主要負(fù)責(zé)精密石英管路11中磨粒沉積的沖刷，三通閥I 9和精密石英管路11連接，精密石英管路11做為透光性較好的材質(zhì)主要起獲取磨粒圖像時(shí)的載體作用，精密石英管路11分別和高速攝像頭12及磨粒吸附部分 14連接，高速攝像頭12起圖像獲取作用，磨粒吸附部分 14起降低磨粒流速為高速攝像頭12創(chuàng)造良好拍攝條件的作用。

圖4中所示為本發(fā)明信號(hào)采集控制部分控制原理示意圖。數(shù)據(jù)分析部分3包括：數(shù)據(jù)庫(kù)16、工業(yè)PC機(jī)17；控制部分4包括：ARM數(shù)據(jù)采集卡15、固態(tài)繼電器18；ARM數(shù)據(jù)采集卡15分別和工業(yè)PC機(jī)17固態(tài)繼電器18連接，工業(yè)PC機(jī)17和數(shù)據(jù)庫(kù)16連接。ARM數(shù)據(jù)采集卡15負(fù)責(zé)將高速攝像頭12獲取的信息進(jìn)行回收，工業(yè)PC機(jī)17負(fù)責(zé)將ARM數(shù)據(jù)采集卡15傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、解析、以及按照數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)的規(guī)則向ARM數(shù)據(jù)采集卡15發(fā)出相關(guān)指令等。固態(tài)繼電器18做為動(dòng)作執(zhí)行部件，主要對(duì)循環(huán)動(dòng)力泵5、電動(dòng)三通閥I 9、電動(dòng)三通閥II 10進(jìn)行動(dòng)作控制，數(shù)據(jù)庫(kù)16主要是負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、系統(tǒng)運(yùn)行規(guī)則的存儲(chǔ)。

圖5中所示循環(huán)動(dòng)力泵5、流量傳感器6、電動(dòng)三通閥I 9、電動(dòng)三通閥II 10、高速攝像頭12、磨粒吸附部分 14為執(zhí)行部件；其中循環(huán)動(dòng)力泵5為系統(tǒng)獲取監(jiān)測(cè)油樣，流量傳感器6主要控制進(jìn)入系統(tǒng)油樣量，測(cè)算單位體積內(nèi)磨粒濃度和含量百分比。電動(dòng)三通閥I 9主要控制進(jìn)入精密石英管路11的介質(zhì)，精密石英管路11中沉積磨粒顆粒較多時(shí)，切換壓縮空氣罐8進(jìn)行吹掃。電動(dòng)三通閥II 10主要具備自動(dòng)取樣功能。高速攝像頭12、磨粒吸附部分 14負(fù)責(zé)油樣中磨粒的拍照。固態(tài)繼電器18為動(dòng)作部件，主要通過(guò)供電控制執(zhí)行部件。ARM數(shù)據(jù)采集卡15、數(shù)據(jù)庫(kù)16、工業(yè)PC機(jī)17共同組成控制邏輯部分，首先工業(yè)PC機(jī)17通過(guò)訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)將數(shù)據(jù)庫(kù)中預(yù)存的相關(guān)規(guī)則調(diào)用，根據(jù)規(guī)則按照通訊協(xié)議將指令發(fā)送給ARM數(shù)據(jù)采集卡15，ARM數(shù)據(jù)采集卡15接受到指令后通過(guò)集成的IO輸出口控制固態(tài)繼電器18，固態(tài)繼電器18控制執(zhí)行部件開(kāi)始工作。高速攝像頭12和流量傳感器6將獲取的數(shù)據(jù)直接發(fā)送到ARM數(shù)據(jù)采集卡15，ARM數(shù)據(jù)采集卡15將數(shù)據(jù)傳送給工業(yè)PC機(jī)17，工業(yè)PC機(jī)17對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解析、存儲(chǔ)、顯示，并根據(jù)解析后的數(shù)據(jù)開(kāi)始進(jìn)入自學(xué)習(xí)過(guò)程，按照既定的規(guī)則達(dá)到要求后生成上下閾值，實(shí)現(xiàn)其預(yù)警功能。