关键词:
欧拉运动放大
HSV
故障诊断
旋转机械
高速摄像
摘要:
旋转机械作为石油化工、航空航天等领域的重要设备,通常在复杂的环境下工作,容易引起不平衡、不对中、松动等机械性故障。状态监测与故障诊断技术是维修决策的重要依据,对于保障安全生产、提高经济效益具有重要意义,一直是研究热点。基于接触式测试技术与基于光学、声学、3D-DIC等非接触式测试技术的故障诊断方法得到广泛研究,虽然取得了较多成果,但受到测点数量、传感器布置、环境条件与测试成本等因素制约,限制了其实际应用。而在医学领域得到良好应用的欧拉运动放大方法,因可以通过视频及图像形象、直观地揭示微小运动,为旋转机械故障诊断方法提供一种新思路。
基于此,本文采用理论分析、仿真分析与实验验证相结合的方法,开展欧拉运动放大方法在旋转机械故障诊断中的应用研究,主要研究内容如下:
首先,研究欧拉运动放大方法原理,确定了影响运动放大效果的三个参数,即放大因子、通频带、空间截止波长,并指出空间截止波长需要人工调参的缺陷,为后续研究提供依据。
其次,提出了基于HSV色彩空间的空间截止波长自动计算方法。引入色彩空间概念,实现RGB到HSV色彩空间的转换,提取仅包含亮度信息的V空间分量计算空间截止频率,进而确定空间截止波长,避免了人工调参的缺陷。
然后,在传统欧拉运动放大方法基础上,结合前述提出的空间截止波长自动计算方法,提出了改进的欧拉运动放大方法。采用公开源视频在放大因子、通频带均一致的条件下进行仿真分析,分别获得传统方法与改进方法的运动放大视频,通过时间-亮度曲线、亮度波动幅度与计算成本进行对比分析,验证了改进方法的有效性。同时,研究了通频带范围对运动放大效果的影响,为实际故障诊断中该参数的选择提供依据。
最后,根据旋转机械典型故障机理,确定通频带。以悬臂转子-轴承实验装置为对象,采用高速摄像机对设置的正常、转子不平衡、轴承座地脚螺栓松动、转子不平衡与轴承座地脚螺栓松动复合故障、转子不对中五种工况分别进行视频采集,采用所提方法和传统方法对前述确定的通频带分别进行运动放大。实验结果表明,正常工况未发现明显位移,转子不平衡故障存在整体轴向晃动,松动处轴承座存在明显垂直方向位移,复合故障则融合了两者故障特征,转子不对中故障存在自由端轴承座明显轴向位移。
本文所提方法可实现自动获取空间截止波长,解决了原方法中人为调整参数的缺陷,为旋转机械故障诊断及其他领域的应用推广提供了一种新方法。