一種非接觸式傳動軸扭矩的測量裝置與方法
【專利說明】一種非接觸式傳動軸扭矩的測量裝置與方法
[0001 ] 技術鄰域
[0002] 本發明屬于扭矩測量領域，特別涉及一種非接觸式傳動軸扭矩的測量裝置與方 法。
【背景技術】
[0003] 乳鋼生產過程中，主傳動系統十字軸或乳輥輥脖斷裂事故時有發生，扭矩的連續 檢測對安全生產至關重要。傳動軸扭矩測量方法，按測量原理分可分為平衡力法、能量轉換 法和傳遞法三類，其中傳遞法應用最為廣泛。傳遞法中常見的測量方案有磁電式扭矩測量 法、電阻應變式測量法。磁電式扭矩測量法適用于測量產生較大轉角位移的扭矩，能夠測量 啟動和低速轉矩，但其動態特性不好，不適用于高速轉動軸的扭矩測量。電阻應變式測量方 法動態性能較好，可以實時測量轉矩信號，但其缺點是應變片和轉軸一起轉動，需要電刷和 滑環將應變片的接點引出，這就導致可靠性和可維護性差，易于引入干擾。
【發明內容】
[0004] 針對現有技術的不足，本發明提出一種非接觸式傳動軸扭矩的測量裝置與方法。 一種非接觸式傳動軸扭矩的測量裝置包括基準標記環、比較標記環、兩臺圖像檢測裝置、一 臺計算機。基準標記環安裝在傳動軸的靠近電動機側，比較標記環安裝在傳動軸的靠近負 載側，基準標記環與比較標記環之間相距若干米，兩臺圖像檢測裝置分別安裝在基準標記 環和比較標記環上方，兩臺圖像檢測裝置與計算機相連。
[0005] 所述基準標記環和比較標記環均帶有一組可識別特征線和一條檢測校正線，可識 別特征線均勻分布，相互間隔若干毫米，可識別特征線的長度按從小到大等差數列排列，可 識別特征線由若干組實線段和若干組虛線段循環排列，每一條可識別特征線對應一個橫向 坐標刻度，檢測校正線用于空載校準。
[0006] 所述圖像檢測裝置具有圖像讀取窗口，圖像讀取窗口高度根據可識別特征線的間 隔確定，圖像讀取窗口的長度根據最長的可識別特征線確定。
[0007] -種非接觸式傳動軸扭矩的測量方法，采用上述非接觸式傳動軸扭矩的測量裝 置，包括如下步驟：
[0008] 步驟1、將基準標記環和比較標記環的每條可識別特征線的長度信息和圖片存儲 于計算機內；
[0009] 步驟2、將基準標記環和比較標記環安裝在傳動軸上，并利用基準標記環的檢測校 正線和比較標記環的檢測校正線在傳動軸空載狀態下校準；
[0010] 步驟2.1、調整基準標記環和比較標記環在傳動軸上的位置，使基準標記環的檢測 校正線和比較標記環的檢測校正線處于同一水平線上且與傳動軸軸心平行；
[0011]步驟2.2、將基準標記環上方的圖像檢測裝置的圖像讀取窗口對準基準標記環的 檢測校正線，將比較標記環上方的圖像檢測裝置的圖像讀取窗口對準比較標記環的檢測校 正線；
[0012] 步驟2.3、傳動軸在空載狀態下勻速轉動，兩臺圖像檢測裝置分別對基準標記環的 可識別特征線和比較標記環的可識別特征線進行拍照；
[0013] 步驟2.4、計算機以若干毫秒的采樣周期觸發兩臺圖像檢測裝置拍攝圖片，并采集 圖片，將圖片高度均分為若干個小格，利用圖片中可識別特征線與圖片底部的距離，對基準 標記環的可識別特征線和比較標記環的可識別特征線進行定位，并與已存儲的長度信息和 圖片比較，利用可識別特征線對應的橫向坐標刻度分別得到基準標記環讀數和比較標記環 讀數，比較兩個讀數，若兩個讀數相同，則進行步驟3;若兩個讀數不同，則停機調整基準標 記環的檢測校正線和比較標記環的檢測校正線的相對位置后，返回步驟2.1，直至兩個讀數 相同為止。
[0014] 步驟3、在傳動軸負載狀態下，兩臺圖像檢測裝置分別對基準標記環的可識別特征 線和比較標記環的可識別特征線進行拍照；
[0015] 步驟4、計算機以若干毫秒的采樣周期觸發兩臺圖像檢測裝置拍攝圖片，并采集圖 片，將圖片高度均分為若干個小格，利用圖片中可識別特征線與圖片底部的距離，對基準標 記環的可識別特征線和比較標記環的可識別特征線進行定位，并與已存儲在計算機內的長 度信息和圖片比較，利用可識別特征線對應的橫向坐標刻度分別得到基準標記環讀數和比 較標記環讀數；
[0016] 步驟5、當傳動軸順時針旋轉時，若比較標記環讀數大于基準標記環讀數，則利用 比較標記環讀數減去基準標記環讀數得到扭轉弧長;若比較標記環讀數小于基準標記環讀 數，則利用比較標記環讀數加上橫向坐標刻度最大值再減去基準標記環讀數得到扭轉弧 長，扭轉弧長設定為正值；當傳動軸逆時針旋轉時，若比較標記環讀數小于基準標記環讀 數，則利用基準標記環讀數減去比較標記環讀數得到扭轉弧長，若比較標記環讀數大于基 準標記環讀數，則利用基準標記環讀數加上橫向坐標刻度最大值再減去比較標記環讀數得 到扭轉弧長，扭轉弧長設定為負值；
[0017] 步驟6、利用扭轉弧長，根據剪切胡克定律，計算作用在傳動軸上的扭矩，并將計算 結果輸出到計算機HMI顯示。
[0018] 有益效果：本發明利用傳動軸負載狀態下轉角所對應的扭轉弧長來實時測量扭 矩，實現了非接觸式測量，動態特性好，可靠性和可維護性好。
【附圖說明】
[0019] 圖1為本發明一種實施例的一種非接觸式傳動軸扭矩的測量裝置結構示意圖；
[0020] 圖2為基準標記環和比較標記環的一組可識別特征線和一條檢測校正線的示意 圖，1為檢測校正線；
[0021] 圖3為本發明一種實施例的圖像檢測裝置拍攝的圖片與模版比較得到比較標記環 讀數；
[0022] 圖4為本發明一種實施例的一種非接觸式傳動軸扭矩的測量方法流程圖。
【具體實施方式】
[0023]下面結合附圖對本發明【具體實施方式】做詳細說明。
[0024] 實施例1、
[0025] -種非接觸式傳動軸扭矩的測量裝置包括基準標記環、比較標記環、兩臺圖像檢 測裝置、一臺計算機。兩臺圖像檢測裝置可以是攝像頭、圖形讀取器等。基準標記環安裝在 傳動軸的靠近電動機側，比較標記環安裝在傳動軸的靠近負載側，傳動軸為半徑相同的圓 柱體，基準標記環與比較標記環之間相距若干米，兩臺圖像檢測裝置分別安裝在基準標記 環和比較標記環上方，兩臺圖像檢測裝置與計算機相連，如圖1所示，其中I表示基準標記 環，Π 表示比較標記環，G為基準標記環的檢測校正線，G'為比較標記環的檢測校正線，L為 基準標記環與比較標記環之間的距離，傳動軸在扭矩作用下將發生彈性形變，G線與截面0 的交點移動到A點，G'線與截面的交點移動到B點，#為A的投影，f B為扭轉弧長，Μ為傳動 軸轉矩，γ為扭轉角。
[0026] 所述基準標記環和比較標記環均帶有一組相互間隔1毫米的可識別特征線和一條 檢測校正線，可識別特征線的長度按從小到大等差數列排列，最小長度為2毫米，最大長度 為20毫米，公差為2毫米，可識別特征線由一組實線段和一組虛線段循環排列，2毫米實線段 對應橫向坐標刻度1毫米，20毫米實線段對應橫向坐標刻度10毫米，2毫米虛線段對應橫向 坐標刻度11毫米，20毫米虛線段對應橫向坐標刻度20毫米，檢測校正線用于空載校準，如圖 2所示。
[0027] 所述圖像檢測裝置具有圖像讀取窗口，圖像讀取窗口高度為1毫米，長度為20毫 米，每次只有一個可識別特征線位于圖像讀取窗口，利用可識別特征線與圖像讀取窗口底 部的距離對可識別特征線進行定位。
[0028] -種非接觸式傳動軸扭矩的測量方法，采用上述非接觸式傳動軸扭矩的測量裝 置，包括如下步驟，如圖4所示：
[0029] 步驟1、將基準標記環和比較標記環的每條可識別特征線的長度信息和圖片存儲 于計算機中；
[0030] 步驟2、將基準標記環和比較標記環安裝在傳動軸上，并利用基準標記環的檢測校 正線和比較標記環的檢測校正線在傳動軸空載狀態下校準；
[0031 ] 步驟2.1、調整基準標記環和比較標記環在傳動軸上的位置，使基準標記環的檢測 校正線和比較標記環的檢測校正線處于同一水平線上且與傳動軸軸心平行；
[0032] 步驟2.2、將基準標記環上方的圖像檢測裝置的圖像讀取窗口對準基準標記環的 檢測校正線，將比較標記環上方的圖像檢測裝置的圖像讀取窗口對準比較標記環的檢測校 正線；
[0033] 步驟2.3、傳動軸在空載狀態下勻