基于机器视觉技术的水润滑橡胶尾轴承振幅测试方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于机器视觉技术的水润滑橡胶尾轴承振幅测试方法，包括步骤：1）测量水润滑橡胶尾轴承的最大振动频率，根据最大振动频率确定高速摄影机的拍帧数；2）从水润滑橡胶尾轴承上取一块板条及对应的部分轴承背衬作为测试用的试块；3）在试块）的板条的与试验轴轴线垂直的侧面上标记测试跟踪点；4）以压力p将试块压装在试验轴上；5）以转速n启动试验轴；6）利用高速摄影机采集得到试块的振动图像序列；7）根据振动图像序列识别出测试跟踪点的绝对水平振幅和绝对竖直振幅。本发明通过采用摄影机采集测试跟踪点的图像序列，并从中提取振动信息的技术方案，解决了现有技术中测试误差较大的问题。适用于水润滑橡胶尾轴承的测试。
【专利说明】基于机器视觉技术的水润滑橡胶尾轴承振幅测试方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及水润滑橡胶尾轴承的振动测试【技术领域】，具体地指一种基于机器视觉技术的水润滑橡胶尾轴承振幅测试方法。
【背景技术】
[0002]水润滑橡胶尾轴承应用于船舶的轴系已有100多年的历史，至今仍被广泛采用。水润滑橡胶尾轴承的突出优点是吸震、抗冲击性能优异和不污染水域，但其缺点也很突出:承载能力低，设计比压只有油润滑轴承的1/3。因此，在启动、停机、低速运转和重载等工况下，水润滑橡胶尾轴承会产生振动噪声(Bearing Noise)，严重影响了船舶的舒适性、隐蔽性及安全性，对水下潜器来说这是致命的弱点。
[0003]研究认为，水润滑橡胶尾轴承的振动主要由粘-滑现象引起，粘-滑现象是弹性体材料的本质属性之一，粘-滑现象的产生与摩擦学系统的摩擦系数有密切关系。目前，对于水润滑橡胶尾轴承的振幅测试大多采用接触式测试方法，但由于接触式测试方法存在传感器自身重量、周围环境以及其他约束等干扰因素，所以该测试方法的误差较大，不能真实的反应水润滑橡胶尾轴承的实际振动情况。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是为了解决上述【背景技术】存在的不足，提出一种测试准确的基于机器视觉技术的水润滑橡胶尾轴承振幅测试方法。
[0005]为实现上述目的，本发明所设计的一种基于机器视觉技术的水润滑橡胶尾轴承振幅测试方法，所述水润滑橡胶尾轴承包括轴承背衬和均匀布置在所述轴承背衬内壁上的若干块板条，包括下述步骤:
[0006]( I)测量所述水润滑橡胶尾轴承的最大振动频率f，并根据所述最大振动频率f确定高速摄影机的拍巾贞数F ；
[0007](2)从所述水润滑橡胶尾轴承上取一块所述板条及对应的部分轴承背衬作为测试用的试块；
[0008](3)在所述试块)的板条的与试验轴轴线垂直的侧面上标记测试跟踪点；
[0009](4)以压力P将所述试块压装在所述试验轴上；
[0010](5)以转速η启动所述试验轴；
[0011](6)利用所述高速摄影机采集得到所述试块的振动图像序列；
[0012](7)根据所述振动图像序列识别出所述测试跟踪点的绝对水平振幅Pxi和绝对竖
直振幅Pyi。
[0013]通过采用高速摄影机采集所述试块上测试跟踪点的图像或图像序列，并应用图像处理及模式识别技术提取其中的运动或振动信息，从而得到所述试块的运动或振动参数的非接触式测试方法，解决了现有技术中因传感器自身重量、周围环境以及其他约束等干扰因素，所导致的测试误差较大的技术问题。[0014]在上述步骤3中，所述测试跟踪点到所述试块与所述试验轴的接触面之间的距离H为0.5?1.5_。通过优化设计所述测试跟踪点的位置，以真实反应所述试块的振动情况，进一步地提高了本测试方法的测量准确性。
[0015]在上述步骤3中，所述测试跟踪点到所述试块的与所述试验轴轴线平行的侧面的水平距离L为18?20mm。通过优化设计所述测试跟踪点的位置，以真实反应所述试块的振动情况，进一步地提高了本测试方法的测量准确性。
[0016]本测试方法在所述步骤5之前，还包括:
[0017]在所述试块的板条与轴承背衬的结合界面上标记参考点。通过加设的标记参考点有利于所述测试跟踪点的绝对水平振幅Pxi和绝对竖直振幅Pyi的识别，降低了测试难度。
[0018]在上述方案中，所述步骤7具体为:
[0019]以所述参考点为坐标原点，得到静止状态时所述测试跟踪点的水平坐标Xtl和竖直坐标％，并根据所述振动图像序列识别出t时刻时，所述测试跟踪点的水平坐标Xi和竖直坐标Ii ；
[0020]则，ti时刻时，所述测试跟踪点的绝对水平振幅Pxi=X1-Xtl，所述测试跟踪点的绝对竖直振幅Pyi=y1-yQ。
[0021]在上述方案中，所述步骤6具体为:
[0022]将所述高速摄影机的镜头对准所述试块上带所述测试跟踪点的侧面，并调整所述高速摄影机的镜头的焦距，当所述试验轴的转速达到所述η时，所述高速摄影机开始拍摄T秒。
[0023]在上述方案中，所述F>2f，以保证所述高速摄影机能清晰地拍摄到所述测试跟踪点的运动状态。
[0024]在上述方案中，所述测试跟踪点为白色标记点，由于所述板条为黑色，所以采用白色反色标记所述测试跟踪点有利于所述测试跟踪点的准确识别。
[0025]在上述方案中，所述参考点为白色标记点，由于所述板条为黑色，所以采用白色反色标记所述参考点有利于所述参考点的准确识别。
[0026]本发明的优点在于:
[0027]1、通过采用高速摄影机采集所述试块上测试跟踪点的图像或图像序列，并应用图像处理及模式识别技术提取其中的运动或振动信息，从而得到所述试块的运动或振动参数的非接触式测试方法，解决了现有技术中因传感器自身重量、周围环境以及其他约束等干扰因素，所导致的测试误差较大的技术问题；
[0028]2、通过优化设计所述测试跟踪点的位置，以真实反应所述试块的振动情况，进一步地提高了本测试方法的测量准确性；
[0029]3、通过加设的标记参考点有利于所述测试跟踪点的绝对水平振幅Pxi和绝对竖直振幅Pyi的识别，降低了测试难度；
[0030]4、由于所述板条为黑色，所以采用白色反色标记所述测试跟踪点和所述参考点，有利于所述测试跟踪点和所述参考点的准确识别。
【专利附图】
【附图说明】
[0031]图1为当p=0，n=0时，试块与转轴的位置关系结构示意图；[0032]图2为当p古0，n=0时，试块与转轴的位置关系结构示意图；
[0033]图3为当P古0，n古O时，试块与转轴的位置关系结构示意图；
[0034]图4为当p=0.56MPa，n=20r/min时，测试跟踪点的绝对水平振幅随时间的变化趋势图；
[0035]图5为当p=0.56MPa, n=20r/min时,测试跟踪点的绝对竖直振幅随时间的变化趋势图；
[0036]图6为当p=0.56MPa，n=40r/min时，测试跟踪点的绝对水平振幅随时间的变化趋势图；
[0037]图7为当p=0.56MPa, n=40r/min时,测试跟踪点的绝对竖直振幅随时间的变化趋势图；
[0038]图8为当p=0.56MPa，n=60r/min时，测试跟踪点的绝对水平振幅随时间的变化趋势图；
[0039]图9为当p=0.56MPa, n=60r/min时,测试跟踪点的绝对竖直振幅随时间的变化趋势图；
[0040]图10为当p=0.56MPa，n=100r/min时，测试跟踪点的绝对水平振幅随时间的变化
趋势图；
[0041]图11为当p=0.56MPa, n=100r/min时,测试跟踪点的绝对竖直振幅随时间的变化趋势图；
[0042]图12为水润滑橡胶尾轴承的结构示意图。
[0043]图中:水润滑橡胶尾轴承I,轴承背衬la，板条lb，试块2，试验轴3。
【具体实施方式】
[0044]以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述:
[0045]由于水润滑橡胶尾轴承I内的各块板条Ib完全相同，所以可取一块板条Ib及对应的部分轴承背衬Ia作为测试用的试块2，以替代整个水润滑橡胶尾轴承1，从而便于测试。以下实施例中，水润滑橡胶尾轴承I为SPB-N复合橡胶轴承,其板条Ib的厚度为12mm,板条Ib的硬度为邵尔A70，板条Ib的材料为丁腈橡胶40。
[0046]实施例1:一种基于机器视觉技术的水润滑橡胶尾轴承振幅测试方法，水润滑橡胶尾轴承I包括轴承背衬Ia和均匀布置在轴承背衬Ia内壁上的若干块板条Ib (参见图12)，包括下述步骤:
[0047]( I)测量水润滑橡胶尾轴承I的最大振动频率f=lkHz，并根据最大振动频率f确定高速摄影机的拍帧数F=2.5kHz, F>2f,以保证高速摄影机能清晰地拍摄到测试跟踪点A的运动状态；
[0048](2)从水润滑橡胶尾轴承I上取一块板条Ib及对应的部分轴承背衬Ia作为测试用的试块2 (参见图1、图2和图3);当然，也可以取两块或更多块板条Ib作为试块2 ；
[0049](3)在试块2的板条Ib的与试验轴3轴线垂直的侧面上标记测试跟踪点A(参见图1、图2和图3)，测试跟踪点A到试块2与试验轴3的接触面之间的距离H为0.5?1.5mm,测试跟踪点A到试块2的与试验轴3轴线平行的侧面的水平距离L为18?20mm(此时p=0，n=0)；[0050](4)以压力ρ=0.56MPa将试块2压装在试验轴3上；
[0051](5)在试块2的板条Ib与轴承背衬Ia的结合界面上标记参考点B。通过加设的标记参考点B有利于测试跟踪点A的绝对水平振幅Pxi和绝对竖直振幅Pyi的识别，降低了测试难度；
[0052](6)以转速n=20r/min启动试验轴3 ；
[0053](7)利用高速摄影机采集得到试块2的振动图像序列；
[0054](8)根据振动图像序列识别出测试跟踪点A的绝对水平振幅Pxi和绝对竖直振幅
Pyi。
[0055]根据得到的绝对水平振幅Pxi和绝对竖直振幅Pyi，可分别制作出试跟踪点A的绝对水平振幅和绝对竖直振幅随时间T的变化趋势图(参见图4和图5)，以便于后续的分析计算。
[0056]上述步骤7具体为:
[0057]将高速摄影机的镜头对准试块2上带测试跟踪点A的侧面，并调整高速摄影机的镜头的焦距，当试验轴3的转速达到20r/min时,高速摄影机开始拍摄60秒。
[0058]上述步骤8具体为:
[0059]以参考点B为坐标原点,得到静止状态时测试跟踪点A的水平坐标Xtl和竖直坐标y0,并根据振动图像序列识别出\时刻时，测试跟踪点A的水平坐标Xi和竖直坐标Ji ；
[0060]贝U，ti时刻时，测试跟踪点A的绝对水平振幅Pxi=X1-Xtl,测试跟踪点A的绝对竖直振幅 Pyi=Yi10。
[0061]上述测试跟踪点A和参考点B均为白色标记点，由于板条Ib为黑色，所以采用白色反色标记测试跟踪点A和参考点B，有利于测试跟踪点A和参考点B的准确识别。
[0062]实施例2:—种基于机器视觉技术的水润滑橡胶尾轴承振幅测试方法，水润滑橡胶尾轴承I包括轴承背衬Ia和均匀布置在轴承背衬Ia内壁上的若干块板条Ib (参见图12)，包括下述步骤:
[0063]( I)测量水润滑橡胶尾轴承I的最大振动频率f=lkHz，并根据最大振动频率f确定高速摄影机的拍帧数F=2.5kHz, F>2f,以保证高速摄影机能清晰地拍摄到测试跟踪点A的运动状态；
[0064](2)从水润滑橡胶尾轴承I上取一块板条Ib及对应的部分轴承背衬Ia作为测试用的试块2 (参见图1、图2和图3);当然，也可以取两块或更多块板条Ib作为试块2 ；
[0065](3)在试块2的板条Ib的与试验轴3轴线垂直的侧面上标记测试跟踪点A(参见图1、图2和图3)，测试跟踪点A到试块2与试验轴3的接触面之间的距离H为0.5~1.5mm,测试跟踪点A到试块2的与试验轴3轴线平行的侧面的水平距离L为18~20mm(此时p=0，n=0)；
[0066](4)以压力ρ=0.56MPa将试块2压装在试验轴3上；
[0067](5)在试块2的板条Ib与轴承背衬Ia的结合界面上标记参考点B。通过加设的标记参考点B有利于测试跟踪点A的绝对水平振幅Pxi和绝对竖直振幅Pyi的识别，降低了测试难度；
[0068](6)以转速n=40r/min启动试验轴3 ；
[0069](7)利用高速摄影机采集得到试块2的振动图像序列；[0070](8)根据振动图像序列识别出测试跟踪点A的绝对水平振幅Pxi和绝对竖直振幅
Pyi。[0071]根据得到的绝对水平振幅Pxi和绝对竖直振幅Pyi，可分别制作出试跟踪点A的绝对水平振幅和绝对竖直振幅随时间T的变化趋势图(参见图6和图7)，以便于后续的分析计
笪
[0072]上述步骤7具体为:
[0073]将高速摄影机的镜头对准试块2上带测试跟踪点A的侧面，并调整高速摄影机的镜头的焦距，当试验轴3的转速达到40r/min时,高速摄影机开始拍摄60秒。
[0074]上述步骤8具体为:
[0075]以参考点B为坐标原点,得到静止状态时测试跟踪点A的水平坐标Xtl和竖直坐标y0,并根据振动图像序列识别出\时刻时，测试跟踪点A的水平坐标Xi和竖直坐标Ji ；
[0076]贝IJ，\时刻时，测试跟踪点A的绝对水平振幅Pxi=X1-Xtl,测试跟踪点A的绝对竖直振幅 Pyi=Yi10。
[0077]上述测试跟踪点A和参考点B均为白色标记点，由于板条Ib为黑色，所以采用白色反色标记测试跟踪点A和参考点B，有利于测试跟踪点A和参考点B的准确识别。
[0078]实施例3:—种基于机器视觉技术的水润滑橡胶尾轴承振幅测试方法，水润滑橡胶尾轴承I包括轴承背衬Ia和均匀布置在轴承背衬Ia内壁上的若干块板条Ib (参见图12)，包括下述步骤:
[0079]( I)测量水润滑橡胶尾轴承I的最大振动频率f=lkHz，并根据最大振动频率f确定高速摄影机的拍帧数F=2.5kHz, F>2f,以保证高速摄影机能清晰地拍摄到测试跟踪点A的运动状态；
[0080](2)从水润滑橡胶尾轴承I上取一块板条Ib及对应的部分轴承背衬Ia作为测试用的试块2 (参见图1、图2和图3);当然，也可以取两块或更多块板条Ib作为试块2 ；
[0081](3)在试块2的板条Ib的与试验轴3轴线垂直的侧面上标记测试跟踪点A(参见图1、图2和图3)，测试跟踪点A到试块2与试验轴3的接触面之间的距离H为0.5~1.5mm,测试跟踪点A到试块2的与试验轴3轴线平行的侧面的水平距离L为18~20mm(此时p=0，n=0)；
[0082](4)以压力ρ=0.56MPa将试块2压装在试验轴3上；
[0083](5)在试块2的板条Ib与轴承背衬Ia的结合界面上标记参考点B。通过加设的标记参考点B有利于测试跟踪点A的绝对水平振幅Pxi和绝对竖直振幅Pyi的识别，降低了测试难度；
[0084](6)以转速n=60r/min启动试验轴3 ；
[0085](7)利用高速摄影机采集得到试块2的振动图像序列；
[0086](8)根据振动图像序列识别出测试跟踪点A的绝对水平振幅Pxi和绝对竖直振幅
Pyi。
[0087]根据得到的绝对水平振幅Pxi和绝对竖直振幅Pyi，可分别制作出试跟踪点A的绝对水平振幅和绝对竖直振幅随时间T的变化趋势图(参见图8和图9)，以便于后续的分析计算
[0088]上述步骤7具体为:[0089]将高速摄影机的镜头对准试块2上带测试跟踪点A的侧面，并调整高速摄影机的镜头的焦距，当试验轴3的转速达到60r/min时,高速摄影机开始拍摄60秒。
[0090]上述步骤8具体为:
[0091 ] 以参考点B为坐标原点,得到静止状态时测试跟踪点A的水平坐标Xtl和竖直坐标y0,并根据振动图像序列识别出ti时刻时，测试跟踪点A的水平坐标Xi和竖直坐标Ji ；
[0092]贝IJ，\时刻时，测试跟踪点A的绝对水平振幅Pxi=X1-Xtl,测试跟踪点A的绝对竖直振幅 Pyi=Yi10。
[0093]上述测试跟踪点A和参考点B均为白色标记点，由于板条Ib为黑色，所以采用白色反色标记测试跟踪点A和参考点B，有利于测试跟踪点A和参考点B的准确识别。
[0094]实施例4:一种基于机器视觉技术的水润滑橡胶尾轴承振幅测试方法，水润滑橡胶尾轴承I包括轴承背衬Ia和均匀布置在轴承背衬Ia内壁上的若干块板条Ib (参见图12)，包括下述步骤:
[0095](I)测量水润滑橡胶尾轴承I的最大振动频率f=lkHz，并根据最大振动频率f确定高速摄影机的拍帧数F=2.5kHz, F>2f,以保证高速摄影机能清晰地拍摄到测试跟踪点A的运动状态；
[0096](2)从水润滑橡胶尾轴承I上取一块板条Ib及对应的部分轴承背衬Ia作为测试用的试块2 (参见图1、图2和图3);当然，也可以取两块或更多块板条Ib作为试块2 ；
[0097](3)在试块2的板条Ib的与试验轴3轴线垂直的侧面上标记测试跟踪点A(参见图1、图2和图3)，测试跟踪点A到试块2与试验轴3的接触面之间的距离H为0.5?1.5mm,测试跟踪点A到试块2的与试验轴3轴线平行的侧面的水平距离L为18?20mm(此时p=0，n=0)；
[0098](4)以压力ρ=0.56MPa将试块2压装在试验轴3上；
[0099](5)在试块2的板条Ib与轴承背衬Ia的结合界面上标记参考点B。通过加设的标记参考点B有利于测试跟踪点A的绝对水平振幅Pxi和绝对竖直振幅Pyi的识别，降低了测试难度；
[0100](6)以转速n=100r/min启动试验轴3 ；
[0101](7)利用高速摄影机采集得到试块2的振动图像序列；
[0102](8)根据振动图像序列识别出测试跟踪点A的绝对水平振幅Pxi和绝对竖直振幅
Pyi。
[0103]根据得到的绝对水平振幅Pxi和绝对竖直振幅Pyi，可分别制作出试跟踪点A的绝对水平振幅和绝对竖直振幅随时间T的变化趋势图(参见图10和图11)，以便于后续的分析计算。
[0104]上述步骤7具体为:
[0105]将高速摄影机的镜头对准试块2上带测试跟踪点A的侧面，并调整高速摄影机的镜头的焦距，当试验轴3的转速达到100r/min时,高速摄影机开始拍摄60秒。
[0106]上述步骤8具体为:
[0107]以参考点B为坐标原点,得到静止状态时测试跟踪点A的水平坐标Xtl和竖直坐标y0,并根据振动图像序列识别出ti时刻时，测试跟踪点A的水平坐标Xi和竖直坐标Ji ；
[0108]贝U，ti时刻时，测试跟踪点A的绝对水平振幅Pxi=X1-Xtl,测试跟踪点A的绝对竖直振幅 Pyi=Yi10。
[0109]上述测试跟踪点A和参考点B均为白色标记点，由于板条Ib为黑色，所以采用白色反色标记测试跟踪点A和参考点B，有利于测试跟踪点A和参考点B的准确识别。
[0110]本发明通过采用高速摄影机采集试块2上测试跟踪点A的图像或图像序列，并应用图像处理及模式识别技术提取其中的运动或振动信息，从而得到试块2的运动或振动参数的非接触式测试方法，解决了现有技术中因传感器自身重量、周围环境以及其他约束等干扰因素，所导致的测试误差较大的技术问题；通过优化设计测试跟踪点A的位置，以真实反应试块2的振动情况，进一步地提高了本测试方法的测量准确性；通过加设的标记参考点B有利于测试跟踪点A的绝对水平振幅Pxi和绝对竖直振幅Pyi的识别，降低了测试难度；4、由于板条Ib为黑色，所以采用白色反色标记测试跟踪点A和参考点B，有利于测试跟踪点A和参考点B的准确识别。
【权利要求】
1.一种基于机器视觉技术的水润滑橡胶尾轴承振幅测试方法，所述水润滑橡胶尾轴承(I)包括轴承背衬(Ia)和均匀布置在所述轴承背衬(Ia)内壁上的若干块板条(lb)，其特征在于:包括下述步骤: (I)测量所述水润滑橡胶尾轴承(I)的最大振动频率f，并根据所述最大振动频率f确定高速摄影机的拍帧数F ； (2 )从所述水润滑橡胶尾轴承(I)上取一块所述板条(Ib )及对应的部分轴承背衬(Ia)作为测试用的试块(2); (3)在所述试块(2)的板条(Ib)的与试验轴(3)轴线垂直的侧面上标记测试跟踪点(A)； (4)以压力P将所述试块(2)压装在所述试验轴(3)上； (5)以转速η启动所述试验轴(3); (6)利用所述高速摄影机采集得到所述试块(2)的振动图像序列； (7)根据所述振动图像序列识别出所述测试跟踪点(A)的绝对水平振幅Pxi和绝对竖直振幅Pyi。
2.根据权利要求1所述的基于机器视觉技术的水润滑橡胶尾轴承振幅测试方法，其特征在于:所述测试跟踪点(A) 到所述试块(2)与所述试验轴(3)的接触面之间的距离H为0.5 ~L 5mmο
3.根据权利要求1或2所述的基于机器视觉技术的水润滑橡胶尾轴承振幅测试方法，其特征在于:所述测试跟踪点(A)到所述试块(2)的与所述试验轴(3)轴线平行的侧面的水平距离L为18~20mm。
4.根据权利要求1或2所述的基于机器视觉技术的水润滑橡胶尾轴承振幅测试方法，其特征在于:所述步骤(5)之前，还包括: 在所述试块(2)的板条(Ib)与轴承背衬(Ia)的结合界面上标记参考点(B)。
5.根据权利要求4所述的基于机器视觉技术的水润滑橡胶尾轴承振幅测试方法，其特征在于:所述步骤(7)具体为: 以所述参考点(B)为坐标原点，得到静止状态时所述测试跟踪点(A)的水平坐标Xtl和竖直坐标％，并根据所述振动图像序列识别出\时刻时，所述测试跟踪点(A)的水平坐标Xi和竖直坐标； 贝U，\时刻时，所述测试跟踪点(A)的绝对水平振幅Pxi=X1-Xtl，所述测试跟踪点(A)的绝对竖直振幅PyiZy1-y。。
6.根据权利要求1或2所述的基于机器视觉技术的水润滑橡胶尾轴承振幅测试方法，其特征在于:所述步骤(6)具体为: 将所述高速摄影机的镜头对准所述试块(2)上带所述测试跟踪点(A)的侧面，并调整所述高速摄影机的镜头的焦距，当所述试验轴(3)的转速达到所述η时，所述高速摄影机开始拍摄T秒。
7.根据权利要求1或2所述的基于机器视觉技术的水润滑橡胶尾轴承振幅测试方法，其特征在于:所述F>2f。
8.根据权利要求1所述的基于机器视觉技术的水润滑橡胶尾轴承振幅测试方法，其特征在于:所述测试跟踪点(A)为白色标记点。
9.根据权利要求4所述的基于机器视觉技术的水润滑橡胶尾轴承振幅测试方法，其特征在于:所述参考点 (B)为白色标记点。
【文档编号】G01H9/00GK103743465SQ201410042803
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2014年1月29日 优先权日:2014年1月29日
【发明者】周新聪, 闫志敏, 秦红玲, 刘凯 申请人:武汉理工大学