旋转式铁谱谱片磨粒参数显微镜自动测试系统研究

摘要

铁谱量化分析技术作为油液分析技术的重要分支之一，在大型机械设备状态监测和故障诊断中有着广泛应用。其中，旋转式铁谱仪制作的谱片蕴含的机械磨损的信息量大，对处于恶劣环境下的矿山机械，分析效果更为显著，但目前仍存在人工分析效率低、工作量大，以及分析结果不够全面等问题。为此，本文根据铁谱定量分析要求，设计了一套旋转式铁谱谱片磨粒参数显微镜自动测试系统。 根据旋转式铁谱仪磁头结构，对制谱过程中铁磁性磨粒的受力情况进行分析，探究磨粒在磁头表面沉积位置的影响因素。利用ANSYS软件对磁头表面的磁场分布进行仿真分析，推导出磨粒在磁头表面的等几率沉积规律。基于磨屑群理论，在旋转式铁谱谱片上构造出适于检测分析的磨屑群，并确定了相应的定量分析参数和测试路径。 针对谱片磨粒的定量分析参数和测试路径，设计由磨粒光密度采集、图像采集和载物台驱动等模块组成的自动测试系统。其中，光密度采集模块由透射光源、光电传感器、信号处理模块和数据采集卡组成，实现磨粒覆盖率信息采集；磨粒图像采集模块通过微距摄像头实现图像实时采集；载物台驱动模块由电动载物台、运动控制卡和驱动器组成，实现谱片视场的自动定位采集。同时，对磁头和载物台加以改进，分别在磁头和移动平台上设计谱片定位立柱与定位槽，以谱片磨粒沉积环中心为基准实现各采集视场定位。 开发基于Labview的测试系统软件，根据旋转式谱片的磨粒信息采集路径，采用多线程技术，实现对载物台的运动控制，以及磨粒覆盖率信息和磨粒图像信息的采集、处理与分析，并自动完成磨粒变化趋势分析和磨损程度判断。通过中间文件传递参数法将Matlab磨粒图像处理功能集成到测试系统软件，实现图像中磨粒尺寸与磨粒数量的统计功能。 对所设计的测试系统进行实验标定，从线性度、分辨力等方面评定系统的静态特性，并进行重复性实验检验测试系统的综合性能。在此基础上，采用测试系统对工况模拟实验获取的油样进行监测，完成工况判别实验，结果表明，所开发的自动测试系统能够实现旋转式铁谱谱片磨粒覆盖率信息和磨粒图像的自动采集处理，高效准确地判别机械设备的磨损程度，能够有效监测机械设备的摩擦磨损工况。

目录

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致谢

变量注释表

1绪论

1.1铁谱分析技术

1.1.1铁谱仪种类及原理

1.1.2铁谱分析方法

1.2 旋转式铁谱仪分析方法

1.2.1谱片制取

1.2.2谱片观测

1.2.3报告分析

1.3研究现状

1.3.1基于磨粒图像处理的铁谱定量分析

1.3.2基于传感器采集分析系统的铁谱定量分析

1.4研究意义

1.5研究内容

1.6本章小结

2旋转式铁谱谱片磨粒沉积规律及测试路径规划研究

2.1旋转式铁谱仪简介

2.1.1旋转式铁谱仪结构及参数

2.1.2旋转式铁谱仪制谱原理及方法

2.2.1磨粒沉积影响因素探究

2.2.2旋转式铁谱仪磁头磁场分布分析

2.1.3磨粒等几率沉积规律探究

2.2.4机械磨损类型与磨粒特征

2.2.5旋转式铁谱仪谱片磨粒分布特征

2.3 旋转式铁谱谱片磨粒测试路径规划

2.3.1磨屑群的构造

2.3.2测试路径设定

2.4.1磨粒定量参数选定

2.4.2磨粒定量参数的分析方法

2.5本章小结

3自动测试系统设计

3.1 自动测试系统的工作原理和设计要求

3.2信息采集模块的设计

3.2.1光电传感器的选型与封装

3.2.2处理电路的选用

3.2.3数据采集卡的选型

3.2.4摄像头的选型

3.3载物台驱动模块的设计

3.3.1载物台的选用

3.3.2 运动控制卡的选用

3.3.2 其它硬件的选用

3.4自动测试系统功能实现

3.5本章小结

4自动测试系统软件设计

4.1 自动测试系统的功能分析

4.2 磨粒覆盖率信息采集及处理功能实现

4.2.1磨粒覆盖率数据采集程序

4.2.2磨粒覆盖率参数计算与存储

4.2.3趋势分析

4.3 磨粒图像采集及处理功能实现

4.3.1磨粒图像采集

4.3.2磨粒图像处理

4.3.3磨粒图像分析

4.3.4磨粒图像存储

4.4 电动载物台控制功能实现

4.4.1载物台的复位

4.4.2电动载物台沿采集路径运动控制程序

4.4.4电动载物台手动控制程序

4.5本章小结

5自动测试系统性能实验研究

5.1测试系统的组成与标定

5.2测试系统静态特性分析

5.2.1线性度测试

5.2.2分辨力测试

5.3测试系统的性能测试实验

5.3.1磨损工况模拟实验

5.3.2系统重复性测试

5.3.3系统磨损工况判别实验

5.4本章小结

6 总结与展望

6.1主要结论

6.2展望

参考文献

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