[发明专利]一种基于齿轮箱的齿面在线监测成像装置和控制方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

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：

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-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。

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。

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。

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。

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。

发明内容