一种针对齿轮机构的激光测振系统及方法

本发明涉及激光精密测量领域，特别涉及一种针对齿轮机构的激光测振系统及方法。

背景技术：

目前，针对齿轮的振动信号测量多采用接触式传感器，用该类振动仪就很难对所需要测量的齿轮进行准确定位和测量，而使用激光射线方式，可以在很大距离范围内测量处在各种位置齿轮，不受距离、空间、湿度的影响。并且，接触式振动传感器大多无法对齿轮的振动多维位移进行测量，而激光测量振动采样频率高，且能精确还原被测体运动轨迹以实现多维振动测量。

目前，较为成熟的非接触式振动测量技术为激光多普勒技术和激光自混合测振技术，无论采用激光多普勒测振技术还是采用激光自混合测振技术，都只能测量沿光束方向的一维振动，测量信息不够丰富。故为了丰富测量维度信息，通常采用多激光测振组件组合的方式，包括激光多普勒测振组件或者激光自混合测振组件。但是多激光测振组件在对齿轮进行振动测量时，需搭建的可变式光束聚焦系统，该结构较为复杂，且该方法的探测器探测干涉信号后需解调出振动物体沿激光测振组件通过光束聚焦系统的出射光束的投影分量，计算过程较为复杂。

因此有必要提出一种技术方案来解决上述非接触式振动测量技术存在的结构复杂，计算过程复杂的问题。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明采用下列技术方案：

一种针对齿轮机构的激光测振系统，所述系统包括：激光反射装置和激光收发装置，所述激光收发装置包括激光发射装置以及激光探测器；所述激光反射装置与被测齿轮侧面刚性连接，所述激光反射装置的中心轴与所述被测齿轮同轴；所述激光发射装置发射激光照射在该激光反射装置上，所述激光反射装置反射的激光由所述激光探测器接收，当所述被测齿轮发生径向振动时，所述激光反射装置跟随该被测齿轮振动从而使反射激光的光路发生变化，通过所述激光探测器观测所述反射的激光的移动轨迹，解调出所述被测齿轮的振动信息。

优选的，所述激光反射装置具有反射面，该反射面沿中心轴360°对称且往中心收敛；当所述激光反射装置与所述被测齿轮同轴同速转动且所述被测齿轮不振动时，所述激光反射装置的反射面不影响激光的反射光路。

优选的，所述激光反射装置的反射面为高度与底面半径等长的圆锥的内壁；所述激光反射装置的反射面采用电镀金属层、金属表面打磨实现反射效果。

优选的，所述系统还包括驱动装置，用以驱动所述激光收发装置移动，使得所述激光收发装置在不同的被测齿轮间进行切换，以测量至少两个不同位置上的被测齿轮振动信息。

优选的，所述激光收发装置还包括单面透镜，自所述激光发射装置发射的激光可从所述单面透镜透射，自所述激光反射装置反射的激光可被所述单面透镜反射后被所述激光探测器收集。

优选的，所述激光发射装置以相对所述被测齿轮静止时的轴心位置的固定方位发射激光，所述激光落点在所述激光反射装置内。

优选的，所述激光测振系统还包括处理单元，所述激光探测器接收由所述激光反射装置反射回的反射激光，所述激光探测器将接收到的信号传输至所述处理单元，由该处理单元根据所述信号生成所述反射激光运动轨迹，从而了解所述被测齿轮的振动情况。

一种齿轮测振方法，所述方法包括：

提供如权利要求1～7任意一项所述的针对齿轮机构的激光测振系统；

提供至少一个被测齿轮，在所述被测齿轮上同轴设置所述激光反射装置，所述激光反射装置与所述被测齿轮刚性连接；

驱动所述激光收发装置移动到所述被测齿轮的对应观测点，所述激光发射装置发射激光，所述激光由所述激光反射装置反射后由所述激光探测器接收；所述激光探测器将接收到的信号传输至所述处理单元，由所述处理单元根据所述信号生成所述反射激光运动轨迹，从而了解所述被测齿轮的振动情况。

优选的，所述观测点使得当所述激光收发装置位于所述观测点时，该激光发射装置发射的激光平行于静止时该被测齿轮的轴线。

优选的，所述处理单元预设偏移量阈值，圈定所述反射激光允许的运动范围，当所述反射激光的运动轨迹超出该允许的运动范围时报警。

利用本发明提供的针对齿轮机构的激光测振系统及方法，可以减少激光组的应用，且避免因齿轮侧面的结构光滑度不一产生较大的测量噪声，并简化了计算机解调过程。

附图说明

图1为针对齿轮机构的激光测振系统结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

本发明提供一种针对齿轮机构的激光测振系统，如图1所示，所述激光测振系统包括激光反射装置1和激光收发装置2，所述激光收发装置2包括激光发射装置201以及激光探测器202；激光反射装置1与被测齿轮侧面刚性连接，所述激光反射装置1的中心轴与所述被测齿轮同轴；激光发射装置201发射激光照射在激光反射装置上，由激光反射装置1反射的激光由激光探测器202接收，当所述被测齿轮发生径向振动时，激光反射装置1跟随该被测齿轮振动从而使反射激光的光路发生变化，通过激光探测器202观测所述反射的激光的移动轨迹，解调出所述被测齿轮的振动信息。

本发明所述的激光反射装置1具有反射面，该反射面沿中心轴360°对称且往中心收敛；当激光反射装置1与所述被测齿轮同轴同速转动且该被测齿轮不振动时，激光反射装置1的反射面不影响激光的反射光路。

作为一种示例性实施例，本发明所提供的激光反射装置1的结构如图1所示，激光反射装置1的主体为一圆柱体，以该圆柱体的轴线为基准在该圆柱体上挖出圆锥，以该圆锥内壁作为该激光反射装置1的反射面，其中，该圆锥的高度与该圆锥的底面半径等长。

激光反射装置1的反射面可以采用电镀金属层、金属表面打磨实现反射效果。

采用如上所述的激光反射装置1来进行镜面反射，可以实现该镜面物体1与被测齿轮同轴转动时不影响激光的反射光路。

激光收发装置2还包括单面透镜203，自激光发射装置201发射的激光可从所述单面透镜203透射，自激光反射装置1反射的激光可被单面透镜203反射后被所述激光探测器202收集。

为了简化最终处理单元3处理数据的计算过程，可以将单面透镜203设置为激光发射装置201发射的激光光路与该单面透镜203所处的平面成45度角，激光探测器202接收激光的工作面平行于激光发射装置201发射的激光光路。

设置与所述被测齿轮对应的所述观测点，使得当激光收发装置2位于所述观测点时，该激光发射装置201发射的激光平行于静止时该被测齿轮的轴线且激光发射装置201以相对所述被测齿轮静止时的轴心位置的固定方位发射激光，所述激光落点在激光反射装置1内。

所述激光测振系统还包括驱动装置，用以驱动所述激光收发装置2移动，使得所述激光收发装置2在不同的被测齿轮间进行切换，以测量至少两个不同位置上的被测齿轮振动信息。

作为一种示例性实施例，在本实施例一中，当激光收发装置2位于所述观测点时，在该被测齿轮不振动的情形下，激光发射装置201所发射的激光与激光反射装置1的轴线处于同一直线。

所述针对齿轮机构的激光测振系统还包括处理单元3，激光探测器202接收由激光反射装置1反射回的反射激光，激光探测器202将接收到的信号传输至处理单元，由处理单元3根据所述信号生成所述反射激光的运动轨迹，从而了解所述被测齿轮的振动情况。

一种齿轮测振方法，所述方法包括：

提供如具体实施例一所述的针对齿轮机构的激光测振系统；

提供至少一个被测齿轮，在所述被测齿轮上同轴设置激光反射装置1，激光反射装置1与所述被测齿轮刚性连接；

驱动激光收发装置2移动到该被测齿轮的对应观测点，激光发射装置201发射激光，所述激光由激光反射装置1反射后由激光探测器202接收；

激光探测器202将接收到的信号传输至所述处理单元，由处理单元3根据所述信号生成所述反射激光运动轨迹，从而了解所述被测齿轮的振动情况。

所述测振方法还包括：

处理单元3预设偏移量阈值l，圈定所述反射激光允许的运动范围，当所述反射激光的运动轨迹超出允许的运动范围时报警。

如上所述的圈定所述反射激光允许的运动范围，其具体的方法如下：

当激光发射装置201所发射的激光落点在激光反射装置1所提供的圆锥的顶点时，该激光会在激光反射装置1上发生逆反射，该逆反射的激光由单面透镜203再度反射后被激光探测器202接收，将此时激光探测器上接收到的激光坐标作为圆心，以2倍所述偏移量阈值l作为半径做圆，若所述反射激光的运动轨迹处于该圆的范围内则被测齿轮工作正常，否则，判定被测齿轮振动幅度过大，工作状态异常，进行报警，通知工作人员检查。

本具体实施例一所提供的激光反射装置1的结构设计为在一载体上加工出一高度与底面半径等长的圆锥，该圆锥内壁作为反射面，但应该知道，本发明对激光反射装置1的反射面的设计条件为：

当激光反射装置1与所述被测齿轮同轴同速转动且所述被测齿轮不振动时，激光反射装置1的反射面不影响激光的反射光路。

因此，作为示例性实施例，激光反射装置1还可以设计为在一载体上加工出一圆台，该圆台内壁作为反射面，该圆台在几何上可以看作是从高度与底面半径等长的圆锥上截取出的圆台。

针对该圆台结构的测振方法可以是：激光反射装置1与被测齿轮刚性连接，圆台结构与被测齿轮同轴，将圆台顶面的半径设计为允许被测齿轮振动的偏移量阈值l，当该被测齿轮实际振动的偏移量小于允许的阈值l时，激光发射装置201所发射的激光落在圆台顶面发生逆反射，此时激光探测器202上接收到的激光坐标保持不动，即，此时所述的反射激光允许的运动范围为该激光坐标周围。

当该被测齿轮实际振动过大，激光发射装置201所发射的激光落在圆台侧面，此时激光探测器202接收到的激光坐标与初始时的激光坐标偏移量大于2l，可判定该被测齿轮工作异常，进行报警。

尽管为示例目的,已经公开了本发明的优选实施方式,但是本领域的普通技术人员将意识到,在不脱离由所附的权利要求书公开的本发明的范围和精神的情况下,各种改进、增加以及取代是可能的。