一种非接触式传动轴扭矩的测量装置与方法
【专利说明】一种非接触式传动轴扭矩的测量装置与方法
[0001 ] 技术邻域
[0002] 本发明属于扭矩测量领域，特别涉及一种非接触式传动轴扭矩的测量装置与方 法。
【背景技术】
[0003] 乳钢生产过程中，主传动系统十字轴或乳辊辊脖断裂事故时有发生，扭矩的连续 检测对安全生产至关重要。传动轴扭矩测量方法，按测量原理分可分为平衡力法、能量转换 法和传递法三类，其中传递法应用最为广泛。传递法中常见的测量方案有磁电式扭矩测量 法、电阻应变式测量法。磁电式扭矩测量法适用于测量产生较大转角位移的扭矩，能够测量 启动和低速转矩，但其动态特性不好，不适用于高速转动轴的扭矩测量。电阻应变式测量方 法动态性能较好，可以实时测量转矩信号，但其缺点是应变片和转轴一起转动，需要电刷和 滑环将应变片的接点引出，这就导致可靠性和可维护性差，易于引入干扰。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术的不足，本发明提出一种非接触式传动轴扭矩的测量装置与方法。 一种非接触式传动轴扭矩的测量装置包括基准标记环、比较标记环、两台图像检测装置、一 台计算机。基准标记环安装在传动轴的靠近电动机侧，比较标记环安装在传动轴的靠近负 载侧，基准标记环与比较标记环之间相距若干米，两台图像检测装置分别安装在基准标记 环和比较标记环上方，两台图像检测装置与计算机相连。
[0005] 所述基准标记环和比较标记环均带有一组可识别特征线和一条检测校正线，可识 别特征线均匀分布，相互间隔若干毫米，可识别特征线的长度按从小到大等差数列排列，可 识别特征线由若干组实线段和若干组虚线段循环排列，每一条可识别特征线对应一个横向 坐标刻度，检测校正线用于空载校准。
[0006] 所述图像检测装置具有图像读取窗口，图像读取窗口高度根据可识别特征线的间 隔确定，图像读取窗口的长度根据最长的可识别特征线确定。
[0007] -种非接触式传动轴扭矩的测量方法，采用上述非接触式传动轴扭矩的测量装 置，包括如下步骤：
[0008] 步骤1、将基准标记环和比较标记环的每条可识别特征线的长度信息和图片存储 于计算机内；
[0009] 步骤2、将基准标记环和比较标记环安装在传动轴上，并利用基准标记环的检测校 正线和比较标记环的检测校正线在传动轴空载状态下校准；
[0010] 步骤2.1、调整基准标记环和比较标记环在传动轴上的位置，使基准标记环的检测 校正线和比较标记环的检测校正线处于同一水平线上且与传动轴轴心平行；
[0011]步骤2.2、将基准标记环上方的图像检测装置的图像读取窗口对准基准标记环的 检测校正线，将比较标记环上方的图像检测装置的图像读取窗口对准比较标记环的检测校 正线；
[0012] 步骤2.3、传动轴在空载状态下匀速转动，两台图像检测装置分别对基准标记环的 可识别特征线和比较标记环的可识别特征线进行拍照；
[0013] 步骤2.4、计算机以若干毫秒的采样周期触发两台图像检测装置拍摄图片，并采集 图片，将图片高度均分为若干个小格，利用图片中可识别特征线与图片底部的距离，对基准 标记环的可识别特征线和比较标记环的可识别特征线进行定位，并与已存储的长度信息和 图片比较，利用可识别特征线对应的横向坐标刻度分别得到基准标记环读数和比较标记环 读数，比较两个读数，若两个读数相同，则进行步骤3;若两个读数不同，则停机调整基准标 记环的检测校正线和比较标记环的检测校正线的相对位置后，返回步骤2.1，直至两个读数 相同为止。
[0014] 步骤3、在传动轴负载状态下，两台图像检测装置分别对基准标记环的可识别特征 线和比较标记环的可识别特征线进行拍照；
[0015] 步骤4、计算机以若干毫秒的采样周期触发两台图像检测装置拍摄图片，并采集图 片，将图片高度均分为若干个小格，利用图片中可识别特征线与图片底部的距离，对基准标 记环的可识别特征线和比较标记环的可识别特征线进行定位，并与已存储在计算机内的长 度信息和图片比较，利用可识别特征线对应的横向坐标刻度分别得到基准标记环读数和比 较标记环读数；
[0016] 步骤5、当传动轴顺时针旋转时，若比较标记环读数大于基准标记环读数，则利用 比较标记环读数减去基准标记环读数得到扭转弧长;若比较标记环读数小于基准标记环读 数，则利用比较标记环读数加上横向坐标刻度最大值再减去基准标记环读数得到扭转弧 长，扭转弧长设定为正值；当传动轴逆时针旋转时，若比较标记环读数小于基准标记环读 数，则利用基准标记环读数减去比较标记环读数得到扭转弧长，若比较标记环读数大于基 准标记环读数，则利用基准标记环读数加上横向坐标刻度最大值再减去比较标记环读数得 到扭转弧长，扭转弧长设定为负值；
[0017] 步骤6、利用扭转弧长，根据剪切胡克定律，计算作用在传动轴上的扭矩，并将计算 结果输出到计算机HMI显示。
[0018] 有益效果：本发明利用传动轴负载状态下转角所对应的扭转弧长来实时测量扭 矩，实现了非接触式测量，动态特性好，可靠性和可维护性好。
【附图说明】
[0019] 图1为本发明一种实施例的一种非接触式传动轴扭矩的测量装置结构示意图；
[0020] 图2为基准标记环和比较标记环的一组可识别特征线和一条检测校正线的示意 图，1为检测校正线；
[0021] 图3为本发明一种实施例的图像检测装置拍摄的图片与模版比较得到比较标记环 读数；
[0022] 图4为本发明一种实施例的一种非接触式传动轴扭矩的测量方法流程图。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图对本发明【具体实施方式】做详细说明。
[0024] 实施例1、
[0025] -种非接触式传动轴扭矩的测量装置包括基准标记环、比较标记环、两台图像检 测装置、一台计算机。两台图像检测装置可以是摄像头、图形读取器等。基准标记环安装在 传动轴的靠近电动机侧，比较标记环安装在传动轴的靠近负载侧，传动轴为半径相同的圆 柱体，基准标记环与比较标记环之间相距若干米，两台图像检测装置分别安装在基准标记 环和比较标记环上方，两台图像检测装置与计算机相连，如图1所示，其中I表示基准标记 环，Π 表示比较标记环，G为基准标记环的检测校正线，G'为比较标记环的检测校正线，L为 基准标记环与比较标记环之间的距离，传动轴在扭矩作用下将发生弹性形变，G线与截面0 的交点移动到A点，G'线与截面的交点移动到B点，#为A的投影，f B为扭转弧长，Μ为传动 轴转矩，γ为扭转角。
[0026] 所述基准标记环和比较标记环均带有一组相互间隔1毫米的可识别特征线和一条 检测校正线，可识别特征线的长度按从小到大等差数列排列，最小长度为2毫米，最大长度 为20毫米，公差为2毫米，可识别特征线由一组实线段和一组虚线段循环排列，2毫米实线段 对应横向坐标刻度1毫米，20毫米实线段对应横向坐标刻度10毫米，2毫米虚线段对应横向 坐标刻度11毫米，20毫米虚线段对应横向坐标刻度20毫米，检测校正线用于空载校准，如图 2所示。
[0027] 所述图像检测装置具有图像读取窗口，图像读取窗口高度为1毫米，长度为20毫 米，每次只有一个可识别特征线位于图像读取窗口，利用可识别特征线与图像读取窗口底 部的距离对可识别特征线进行定位。
[0028] -种非接触式传动轴扭矩的测量方法，采用上述非接触式传动轴扭矩的测量装 置，包括如下步骤，如图4所示：
[0029] 步骤1、将基准标记环和比较标记环的每条可识别特征线的长度信息和图片存储 于计算机中；
[0030] 步骤2、将基准标记环和比较标记环安装在传动轴上，并利用基准标记环的检测校 正线和比较标记环的检测校正线在传动轴空载状态下校准；
[0031 ] 步骤2.1、调整基准标记环和比较标记环在传动轴上的位置，使基准标记环的检测 校正线和比较标记环的检测校正线处于同一水平线上且与传动轴轴心平行；
[0032] 步骤2.2、将基准标记环上方的图像检测装置的图像读取窗口对准基准标记环的 检测校正线，将比较标记环上方的图像检测装置的图像读取窗口对准比较标记环的检测校 正线；
[0033] 步骤2.3、传动轴在空载状态下匀