用于齿轮的齿面上的接触图案的定量分析的测试单元、用于定量分析的方法和测试单元的使用与流程

本发明涉及一种用于齿轮(特别是风力发电机中的齿轮)的齿面上的接触图案的定量分析的测试单元。本发明还涉及一种用于齿轮的齿面上的接触图案的定量分析的方法。此外，本发明涉及用于风力发电机的齿轮的齿面上的接触图案的定量分析的测试单元的使用。

背景技术：

一般地，齿轮中的齿面并不在整个齿侧面处相互接触。为了确定合作齿面之间的接触面积，在测试之前在齿面上施加接触图案油漆，其为耐油的有色油漆。齿轮随后被暴露于测试负荷。接触图案油漆由于承载部分油漆的齿侧面上的施加的力和结果得到的接触图案(其随后被目测检查)而被磨损。通常，在定量目测检查中分析接触图案，这主要是基于凭经验的专业知识。

为了更精确地确定齿轮图案中的接触面积与非接触面积之间的边界，在文献US 2010/0158349 A1中公开的齿轮检查系统应用彩色相机。这采集齿侧面的图像。在各帧中，沿着跨齿侧面的预定线确定像素的色值。用于这些像素的色值作为所述线上的像素的位置的函数被绘图。然后利用梯度方法来找到曲线中的最大斜率的点。本方法基于这样的假设，即可以用最大斜率的这些点来识别接触面积的边界。然而，接触图案的分析局限于接触面积的边界的更精确局部化。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种用于齿面上的接触图案的定量分析的测试单元。此外，本发明的目的是提供一种用于齿面上的接触图案的定量分析的方法。本发明的另一目的是提供测试单元的有利使用。

在本发明的一个方面，提供了一种用于齿轮的齿面上的接触图案的定量分析的测试单元。该测试单元特别适合于风力发电机中的齿轮的检查。该测试单元包括用于采集存在于齿轮的齿面上的接触图案油漆的图像的光电子传感器。此外，该测试单元包括控制单元。其被配置成用于确定并存储跨齿面的接触图案油漆的光学参数的第一分布。这是通过分析第一采集图像而执行的。光学参数的第一分布是在齿面被暴露于测试负荷之前获取的。在齿面被暴露于测试负荷之后，由控制单元确定并存储跨齿面的接触图案油漆的光学参数的第二分布。此第二分布是通过分析在测试运行之后采集的齿面的第二图像而确定的。除此之外，控制单元被配置成执行接触图案的定量分析。此分析是基于跨齿面的接触图案油漆的光学参数的第一分布和第二分布之间的偏差。

换言之，光学参数的第一分布充当参考测量。鉴于此初始参考测量来评估光学参数的第二分布。由于此校准，可以不仅执行定性分析，而且执行定量分析。可以量化或至少估计磨损接触图案油漆的量。

光学参数(例如接触图案油漆的色彩强度)的局部值随在特定区域中在齿面上施加的负荷而变。由于接触图案油漆的定量分析，可以确定跨齿面的负荷分布。

根据本发明的各方面的测试单元对于风力发电机中的齿轮的检查而言是特别有利的。这些齿轮常常被在现场而不是在实验室条件下检查。在这些情况下，几乎不可能以高超的均匀性施加接触图案油漆。相反地，接触图案油漆被略微不均匀地施加(即其厚度将可能跨齿面改变)将更加切合实际。

仅在齿面被暴露于测试负荷之后才检查接触图案油漆的常规测试单元未能补偿由于初始不均匀性而引起的误差。特别地，这适用于在实验室外面执行的测试。

然而，根据本发明的各方面的测试单元执行已校准测量。这不仅不那么倾向于误差，而且允许确定接触图案油漆的磨损质量。这导致接触图案的实际定量分析。

根据本发明的实施例，光电子传感器是相机，特别是数字式相机，其被配置成用于采集齿面的图像。光电子传感器可以是色彩传感器，特别是彩色相机。其被配置成采集齿面的彩色图像。获取的光学参数可以是例如：接触图案油漆的色彩、色彩强度、色调或亮度。此外，光学参数可以是接触图案油漆的色彩、色彩强度、色调或亮度中的两者或更多的组合。

有利地，可以使用各种参数或者甚至形成光学参数的不同参数的组合来分析由于测试负荷而引起的接触图案油漆的变化。在齿面上施加的负荷可以对接触图案油漆的单独参数具有各种影响。例如，在测试运行期间，油漆的色彩可以比其色调或亮度更缓慢地改变。用于定义光学参数的宽参数空间允许进行详细分析。可以通过选择几个参数中的适当参数来使光学参数适合于齿轮和测试运行的单独要求。

在本发明的替换实施例中，光电子传感器是灰阶传感器；特别地，其是黑白相机。其被配置成采集齿面的灰阶图像。特别地，光学参数是接触图案油漆的亮度。根据齿轮测试中的特定要求，彩色相机或灰阶相机可以是最佳选择。例如，当接触图案油漆的亮度被证明是最佳或至少充分的光学参数时，黑白相机可以优于彩色相机，以你为其通常提供更好的空间分辨率。此外，当与具有类似性能特性的彩色相机相比时，黑白相机可以更加经济。

特别地，测试单元是便携式或移动式单元，例如具有集成相机的移动电话或手持式便携设备。这使得其特别适合于风力发电机中的齿轮的现场测试。

在本发明的另一有利实施例中，控制单元被进一步配置成确定跨齿面的面负荷分布。这是通过分析跨齿面的接触图案油漆的光学参数的第一分布和第二分布之间的偏差而执行的。光学参数的分布可以是二维分布。例如，可以认为面负荷的值或多或少地与参数中的一个或多个的变化成比例。色彩或亮度的高偏差可以例如指示高面负荷。在理想情况下，色彩或亮度的相对变化对于采集帧的每个单独像素而言是已知的。此多个相对值是根据第一帧和第二帧之间的比较而确定的。可以使用用于光学参数的变化的值来计算面负荷的特定值。

在本发明的另一实施例中，可以通过分析跨齿面的光学参数的第一分布和第二分布之间的偏差来计算面负荷因数。面负荷因数通常被定义为局部最大线性负荷除以跨齿面的平均线性负荷。基于光学参数的变化至少基本上与负荷成比例的假设，可以通过确定光学参数的局部最大变化并将此值除以跨齿面的光学参数的平均值来计算面负荷因数。针对在面负荷因数中考虑的该计算到线负荷的限制，可以沿着齿面上的预定线考虑光学参数的值。

在本发明的另一方面，提供了一种用于齿轮的齿面上的接触图案的定量分析的方法。该方法特别适合于分析风力发电机的齿轮的齿面上的接触图案。首先，在齿轮的齿面上施加接触图案油漆。随后，采集齿面的图像。在此图像中，确定跨齿面的接触图案油漆的光学参数的第一分布，并且存储相对于该分布的数据。随后，执行齿轮的测试，其中，齿面被暴露于测试负荷。在齿轮测试之后，采集齿面的第二图像，并且确定光学参数的第二分布。此第二分布也被存储。通过分析跨齿面的接触图案油漆的光学参数的第一分布和第二分布之间的偏差来执行接触图案的定量分析。

特别地，采集图像的步骤包括采集齿面的数字图像。采集到的图像可以是彩色图像或灰阶图像。当采集到彩色图像时，光学参数可以是接触图案油漆的色彩、色彩强度、色调或亮度。然而，光学参数还可以是接触图案油漆的色彩、色彩强度、色调和/或亮度中的两个或更多的组合。当采集到灰阶图像时，光学参数是接触图案油漆的亮度。

除此之外，根据本发明的各方面的方法可以包括跨齿面的定量面负荷分布的确定。这是根据光学参数的第一分布和第二分布(其特别地是跨齿面的二维分布)之间的偏差而计算的。此外，可以根据光学参数的第一分布和第二分布之间的偏差来确定面负荷因数。

相对于测试单元已提到的相同或类似优点以相同或类似的方式适用于根据本发明的各方面的方法，并且因此不进行重复。

在本发明的另一方面，提供了用于风力发电机的齿轮的齿面上的接触图案的定量分析的测试单元的使用。由于该事实，测试单元执行已校准测量；其特别适合于在风力发电机中执行测试。该测试通常是在实验室环境中执行，并且测试单元可以特别地补偿施加的接触图案油漆的不均匀性。从测试单元的描述得出测试单元的使用的更多优点且不应进行重复。

可以有利地以存储在移动设备上的计算机程序的形式实现本发明的各方面、实施例和/或方法步骤。本发明因此还提供了一种实现本发明的方面和特征的计算机程序产品。此类计算机程序通常称为应用程序(简称：“app”)。可下载各应用程序并存储在移动和/或便携式设备上。该便携式设备然后可被应用程序配置以便执行本发明的上述方面和实施例。这对于现场测试而言是特别有利的。

附图说明

参考附图，从本发明的优选实施例的以下描述得到本发明的其它方面和特征，在所述附图中：

图1是示出根据本发明的实施例的测试单元的简化图；以及

图2是示出根据本发明的另一实施例的齿面上的接触图案油漆的定量分析的流程图。

具体实施方式

在图1的简化图中，存在用于齿轮6的齿面4上的接触图案的定量分析的测试单元2。仅仅为了附图的简化，在图1中仅描绘了齿轮6的一段。特别地，齿轮6形成风力发电机的一部分。

测试单元2包括用于采集施加于齿面4上的接触图案油漆的图像的光电子传感器8。特别地，光电子传感器8是相机，例如数字式相机，其被配置成采集齿面4的数字图像。光电子传感器8可以是彩色传感器或灰阶传感器。例如，可以应用数字式彩色相机或黑白相机，其分别地被配置成采集齿面4的数字彩色图像或数字灰阶图像。

光电子传感器8经由数据链路12被耦合到控制单元10。控制单元10和数据链路12两者都可以根据一般应用的技术标准技术(其最佳地适应于测试单元2的要求)而进行配置。例如，控制单元10可以是计算机、微控制器等。数据链路是例如USB或FireWire链路。

特别地，测试单元2是便携式单元。对于在齿轮(例如安装在风力发电机中的齿轮)的现场测试中而言，便携式单元最佳地适应于维修技术人员的需要。

接触图案的分析从齿面4上的接触图案油漆的施加开始。这是在齿轮6的测试运行之前执行的。接触图案油漆通常是耐油的深色油漆。可以施加常规接触图案油漆以用于齿轮6的测试。

然而，在执行测试运行并使齿轮6的齿面4暴露于测试负荷之前，使用光电子传感器8来采集齿面4的第一图像。图像数据被经由数据链路12从光电子传感器8传送至控制单元10。

控制单元10被配置成分析采集到的图像的图像数据。可以相对于接触图案油漆的各种光学参数来执行此分析。适当的光学参数例如是色彩、色彩强度、色调或亮度。自然地，这要求彩色传感器。此外，光学参数可以是提到的参数中的两个或更多的组合。换言之，光学参数还可以是接触图案油漆的色彩、色彩强度、色调和/或亮度中的两个或更多的组合。当应用灰阶传感器时，光学参数很可能是接触图案油漆的亮度。

控制单元10确定跨齿面4的接触图案油漆的光学参数的第一分布。当光学参数是例如亮度时，确定跨齿面4的接触图案油漆的亮度的二维分布。这可以逐个像素地执行。换言之，控制单元10存储用于所采集帧中的每个像素的亮度的值。可以将每个像素分配为齿的表面4上的某个点或微小面积。换言之，每个像素表示相对于齿面4上的位置的信息。单独像素的位置连同其亮度值一起表示光学参数的二维分布中的一个坐标。单个帧中的像素的全部位置连同亮度值一起表示光学参数的一个可能二维分布。以类似方式，可以使用所提到的参数中的一个或多个(例如色调和/或色彩强度)来生成跨齿面4的光学参数的各种其它分布。

在第一图像的获取和分析之后，执行测试运行。齿轮6的齿面4被暴露于测试负荷。在测试之后，使用光电子传感器8来采集第二图像。

该第二图像提供用于在测试之前执行的类似分析的数据基础。这显示在也被存储在控制单元10中的光学参数的第二分布中。与第一图像相反，第二图像包括部分磨损接触图案油漆的数据。这是由于在测试运行中施加的负荷。

表征测试之前的接触图案油漆的光学参数的第一分布以及表征测试之后的接触图案油漆的光学参数的第二分布现在可用。控制单元10计算光学参数的第一分布和第二分布之间的偏差。再次地，这可以逐个像素地执行。例如，可以减去用于第一帧和第二帧中的相应像素的亮度的值。换言之，通过减去具有相同位置的像素的亮度值来确定亮度差图像。

此差别图片提供用于接触图案油漆的定量分析、特别是用于跨齿面4的定量负荷分布的确定的基础。换言之，控制单元10被配置成根据光学参数的第一分布和第二分布之间的偏差来确定跨齿面4的定量负荷分布。此外，可以确定面负荷因数。下面将进一步更详细地解释面负荷因数的计算。

控制单元的上述操作模式有利地适用于各种光学参数。例如，光学参数可以是接触图案油漆的色彩、色彩强度或色调。并且，两个或更多参数的组合可以充当光学参数。如果超过一个参数提供了用于光学参数的基础，则还可以对形成所述光学参数的单独参数加权。适当参数的选择取决于齿轮测试的特定要求和情况。可以是参数的组合和权值适合于特定要求。如所述，光学传感器8可以是彩色传感器或灰阶传感器。当接触图案油漆的亮度例如被证明是用于表征接触图案油漆的磨损的适当光学参数时，黑白相机将是足够的。与彩色相机相比，黑白相机通常提供较高的空间分辨率。这对于某些应用而言可以是有利的。

根据本发明的各方面的测试单元10能够确定接触图案油漆的量，其在测试运行期间被从齿面4开始磨损。这并不是不证自明的特征，因为接触图案油漆的初始分布不一定是均匀的。仅仅通过执行参考测量，即光学参数的第一分布，分析可以是定量分析。这并不是基于绝对值，而是基于光学参数的已校准值。用此类测量，可以滤出由于测试而引起的对接触图案油漆的影响。

已校准测量使得控制单元10能够执行定量分析。基于齿面4上的特定区域上的负荷基本上与所述区域中的接触图案油漆的光学参数中的一个或多个的变化成比例，可以确定跨齿面4的负荷分布。当齿面4的某个区域经受高负荷时，预期接触图案油漆将被严重磨损。这将显著地改变此特定区域中的光学参数。换言之，显示出亮度方面的高度变化的区域例如被假设为暴露于高负荷。

基于相对于光学参数的第一分布和第二分布之间的差的信息，可以计算面负荷因数。一般地，面负荷因数被定义为：

其中，Fm/b是跨齿面的平均线性负荷，并且是局部最大线性负荷。

面负荷因数是无尺寸的。其是根据平均线性负荷与局部最大线性负荷之间的关系计算的。从负荷或多或少地与光学参数的变化成比例的上述假设开始，色彩或亮度值例如将等于齿面4上的局部负荷乘以比例因数。通过分析沿着跨齿面4的预定线的光学参数，可以计算与沿着此特定线的平均线性负荷成比例的值。同样地，可以根据光学参数的偏差来确定局部最大线性负荷的值(乘以相同比例因数)。当使用上述公式来确定面负荷因数时，比例因数抵消。

在图2中，存在根据本发明的实施例的示出用于齿轮6中的齿面上的接触图案的定量分析的方法的流程图。

本方法从在齿轮6的齿侧面或齿面4上施加接触图案油漆(步骤S1)开始(步骤S0)。随后采集齿面4的第一图像(步骤S2)。图像数据经由数据链路12从光电子传感器8被传送到控制单元10。确定光学参数(例如接触图案油漆的亮度或色彩)的第一二维分布(步骤S3)。存储光学参数的此第一分布(步骤S4)。随后，执行测试运行。齿轮6的齿面4被暴露于测试负荷(步骤S5)。在测试运行之后，使用光电子传感器8来采集齿面4的第二图像(步骤S6)。图像数据再次地经由数据链路12被传送到控制单元10。确定光学参数的第二二维分布(步骤S7)。这被存储在控制单元10中(步骤S8)。随后，比较表征测试之前和之后的接触图案油漆的光学参数的第一分布和第二分布(步骤S9)。光学参数的第一二维分布和第二二维分布之间的偏差提供用于接触图案的定量分析的基础(步骤S10)。例如，可以计算跨齿面4的负荷分布或面负荷因数(步骤S10)。如果不期望进一步测量，则该方法在步骤S11中停止。

虽然上文参考特定实施例描述了本发明，但其不限于这些实施例，并且毫无疑问，技术人员将想到落在要求保护的本发明的范围内的更多替换。