基于勵磁吸附的三維數(shù)字顆粒圖像生成裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及通過檢測流體中磁性顆粒來分析判斷機械設(shè)備運行狀態(tài)的技術(shù)，具體涉及基于勵磁吸附的三維數(shù)字顆粒圖像生成裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]一般而言，用于在線監(jiān)測分析判斷設(shè)備潤滑磨損狀態(tài)的常用技術(shù)是鐵譜油液監(jiān)測技術(shù)。鐵譜油液監(jiān)測技術(shù)出現(xiàn)于20世紀70年代，通過對在用潤滑油中的鐵磁性顆粒進行沉積和分析，監(jiān)測設(shè)備的運行狀態(tài)與磨損趨勢，判斷磨損機理，實現(xiàn)裝備早期故障預(yù)防，減少故障損失，具有性能穩(wěn)定、可靠、抗干擾能力強等優(yōu)點。
[0003]鐵譜油液監(jiān)測技術(shù)分為離線鐵譜監(jiān)測技術(shù)和在線鐵譜監(jiān)測技術(shù)。離線鐵譜監(jiān)測技術(shù)是一種非實時監(jiān)測方式，需要將設(shè)備潤滑油送到實驗室，使用分析鐵譜儀制成譜片后在鐵譜顯微鏡下人工分析，或使用直讀鐵譜儀獲取有序沉積顆粒的特征數(shù)值，油液耗損量大，油液取樣過程控制嚴格，代表性油液獲取難度大，分析周期長，各環(huán)節(jié)受到人的影響因素多，分析結(jié)果實時性、客觀性和準確性難以保證?，F(xiàn)有的在線鐵譜儀會出現(xiàn)嚴重的顆粒堆積，很難判斷出顆粒的大小，只能大概地根據(jù)遮光的陰影面積進行分析；在獲取到顆粒后需停油進行觀察，且隔著空氣及厚薄不一的油膜折射，會改變顆粒的外觀成像，使顆粒的顏色及紋理不能清晰地成像在成像器件上；而且調(diào)焦不方便，使得顆粒成像容易出現(xiàn)模糊。
[0004]為了獲得更清晰的顆粒圖像，國外目前采用的是基于顯微鏡的三維表面數(shù)據(jù)采集。主要應(yīng)用的設(shè)備有原子力顯微鏡、激光共焦掃描顯微鏡等。雖然這些器件使得測量的精度得到了提高，但是其本身成本也高，而且在故障診斷的工程中應(yīng)用較困難，受到觀察環(huán)境和相關(guān)配件的限制大，從而影響表面數(shù)據(jù)的采集以及后續(xù)的合成處理、分析。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的技術(shù)問題，設(shè)計了基于勵磁吸附的三維數(shù)字顆粒圖像生成裝置及方法，其特點在于通過吸附模塊將顆粒吸附于同一平面上，獲得不同焦平面的圖像以進行合成處理，生成清晰、穩(wěn)定的三維數(shù)字顆粒圖像。
[0006]本發(fā)明生成裝置采用如下技術(shù)方案來實現(xiàn):基于勵磁吸附的三維數(shù)字顆粒圖像生成裝置，包括成像模塊、吸附模塊、圖片處理模塊及透光片，圖片處理模塊與成像模塊連接；成像模塊和吸附模塊設(shè)置在透光片的同一側(cè)，透光片設(shè)置在流道上表面，透光片位于成像模塊的光路中心；透光片位于吸附模塊通電后所產(chǎn)生的磁場中，吸附模塊將磁性顆粒吸附到透光片下方；成像模塊設(shè)有用于調(diào)節(jié)焦距以獲得不同焦平面圖像的調(diào)焦機構(gòu)；
[0007]所述圖片處理模將不同焦平面圖像合成處理為三維數(shù)字顆粒圖像:將不同焦平面圖像通過不同的差分算子及小波圖像處理劃分焦平面范圍，采用形態(tài)學(xué)處理方法測量磁性顆粒的三維表面，并通過布爾代數(shù)運算，將不同的焦平面圖像疊加重構(gòu)成一幅新的顆粒圖像。
[0008]本發(fā)明生成方法采用如下技術(shù)方案來實現(xiàn):基于勵磁吸附的三維數(shù)字顆粒圖像生成方法，包括以下步驟:
[0009]S1、吸附模塊通電后產(chǎn)生磁場，將流道中的磁性顆粒吸附到透片片下方；
[0010]S2、調(diào)焦機構(gòu)進行有序的焦距調(diào)節(jié)，成像模塊對磁性顆粒進行連續(xù)拍攝以獲得不同焦平面的圖像；
[0011]S3、圖片處理模塊對每幅不同焦平面的圖像進行圖像處理，然后將不同焦平面的顆粒圖像進行合成處理，并重構(gòu)磁性顆粒的三維圖像。
[0012]步驟S3中合成處理過程為:通過差分算子處理得到焦平面內(nèi)的高頻信號，將高頻信號產(chǎn)生的部分作為焦平面內(nèi)的區(qū)域，通過拉普拉斯調(diào)和算子濾波，得到更加清晰明確的圖像，然后進行卷積積分；將卷積的結(jié)果通過閾值處理及二值化處理，得到焦平面二值圖；
[0013]對焦平面二值圖采用形態(tài)學(xué)處理方法進行圖像分割、特征抽取、邊緣檢測、圖像濾波、圖像增強和恢復(fù)處理，將磁性顆粒表面紋理合成以擴展焦平面，測量磁性顆粒的三維表面；
[0014]將后一張卷積二值化處理后的圖像Bi+1和后一幀彩色圖像A i+1進行矩陣乘法運算，得到這個焦平面范圍內(nèi)的圖像紋理Di+1，將后一張卷積二值化處理后的圖像Bi+1的形態(tài)學(xué)處理結(jié)果BV1跟基礎(chǔ)圖像A i進行矩陣乘法計算得到新的焦平面范圍內(nèi)的圖像紋理D i，圖像紋理Di+1與圖像紋理D i疊加得到新的紋理圖K，再將新的紋理圖K作為下一個疊加運算的基礎(chǔ)圖Ai;如此循環(huán)直至將不同焦平面的圖像紋理都疊加到一幅圖像上。
[0015]所述將磁性顆粒表面紋理合成以擴展焦平面的過程為:運用圖像處理方法，對同一位置連續(xù)拍攝的不同焦平面圖片進行物體表面信息重構(gòu)，去掉焦平面以外的全焦平面圖片，并將焦平面內(nèi)的部分圖片進行疊加，得到顆粒分布圖片。
[0016]所述測量磁性顆粒的三維表面的過程為:在不同焦平面圖片的豎直方向，對相同坐標不同焦平面的圖片進行重構(gòu)，得到反映該點全部表面信息及背景信息的全焦平面圖片；采用不同梯度算子或小波算子對全焦平面圖片進行卷積及閾值二值化處理，得到聚焦范圍。
[0017]本發(fā)明可在線或離線使用，吸附模塊通電后產(chǎn)生磁力，吸引油道中的磁性金屬顆粒沉積在透光片下方油道的同一平面上，可實現(xiàn)穩(wěn)定的磁性金屬顆粒三維成像；經(jīng)過有序調(diào)節(jié)焦距后，成像器件獲取油道中透光片下的不同焦平面的磁性金屬顆粒圖像，再通過合成運算，重構(gòu)磁性金屬顆粒的三維數(shù)字圖像。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點及有益效果在于:
[0018]1、根據(jù)觀察顆粒的大小可使用不同景深的透鏡組，使得油道原有背景采集效果均一，不會干擾到顆粒成像，被吸附到透光片下的磁性顆?？刹恍枰Ｖ褂鸵旱牧鲃舆M行觀察；運動中的油液可實現(xiàn)油液與顆粒的相對穩(wěn)定性，可避免磁性顆粒的扎堆沉積。
[0019]2、基于勵磁吸附原理，通過控制吸附模塊的電流，實現(xiàn)油液中金屬顆粒的吸附或釋放。油液中磁性金屬顆粒在磁力的作用下，克服重力作用被向上吸附到透光片下方油道內(nèi)壁上，而非磁性金屬顆粒則停留在油液中，從而濾掉非磁性金屬顆粒，在沉積面上得到純凈的磁性金屬顆粒。
[0020]3、被吸附的顆粒沉積在透光片下方油道內(nèi)壁的同一平面，顆粒成像時能有效避免油液或空氣的隔離，從而更加清晰地檢測顆粒的大小、顏色以及紋理。
[0021]4、能獲得油液中磁性金屬顆粒在不同焦平面的圖像數(shù)據(jù)，再將不同焦平面的圖像合成處理，生成磁性金屬顆粒的三維數(shù)字圖像，以便對顆粒的形態(tài)等進行觀察，并據(jù)此分析判斷出設(shè)備的運行狀態(tài)。其中，不同焦平面的三維圖像可通過方便操作、穩(wěn)定緊湊的調(diào)焦機構(gòu)來獲得。
[0022]5、控制流體的運動速度及勵磁磁力的大小，可獲得不同尺寸大小的磁性顆粒。油道入口較大，在加油泵或不加泵情況下也能使油液順利通過。
【附圖說明】
[0023]圖1是根據(jù)本發(fā)明一種實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖2是根據(jù)本發(fā)明另一種實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖3是根據(jù)本發(fā)明的調(diào)焦機構(gòu)示意圖；
[0026]圖4是本發(fā)明中合成不同焦平面的示意圖；
[0027]圖5是圖像疊加過程的示意圖。
[0028]其中，I為成像器件、2為調(diào)焦機構(gòu)、3為反射光源、4為纏繞在鐵芯架上的電感線圈、5為吸附部件、6為透光片、7為流道。
[0029]Ai是基礎(chǔ)圖像；Ai+1是后一張彩色圖像Ai是卷積二值化處理后的圖像；Bi+1是后一張卷積二值化處理后的圖像；Β%+1是經(jīng)過形