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铁谱图像分析技术研究

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维普资讯
２０ ０ ６年 ８月 第 ８期 （ 总第 １０期 ） ８
润滑与密封
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铁 谱 图像 分 析 技 术 研 究
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显示在 图像监视器上 。
２ 磨粒的特征描述 和特征 参数
１ 铁 谱磨粒 图像 Ｓ Ｍ 智能化获取 Ｅ
磨粒 的特 征 参数 指 表 征磨 粒 的形 状 、颜 色 、纹 理 、轮廓分形 的特征量 ，是 以数学方法提 取磨粒 的形 态特征 ，为磨粒分析统计提供 量化 信息 。在铁谱分析 研究 中，根据磨损故 障诊断 的需要 ，通过 引入 、改造 通用图像分析参数和 自行开 发新参 数等途径 ，在大量 试验 数据 比较筛选基础上 ，可以形成一套 较为完 备的
和智 能化 。
磨粒 图像 的智 能化 采 集。
硬件系统结构如图 １ 所示。
铁谱显微 镜载物平 台由单片机控制 ，它接受单片 机送来 的方 向和步长指 令使平 台按要 求作三 维运 动。 ３台步进 电机 控制 平 台 的 ３个 方 向 的运 动。Ｐ ｃ机 向
单 片机发移 动指令 ，单片机 控制 ３个电机的转 动 ，就 位后 ，单片机 系统 向 Ｐ ｃ反馈 一个完成信号 ，Ｐ ｃ就可 以用从 图像采集 卡读 取铁谱 图像数据并将采集的 图像
算机辅助视觉 系统 ，实现 图 １ 智能化铁谱图 采 集 系统原理 图
谱磨粒进行 分析的方法。随着 计算机技术的发展 ，特 别是图像分 析技术 的引入 ，极大地 推动了铁谱诊 断技 术的发展。研究铁谱 的一 些特征并 实现计算机数字化 处理 ，已成为铁谱 分析 自动分析的关 键技术。 铁谱 图像 自动分析技 术是利 用计算 机的图形 学原 理 ，对采集 的磨粒 图像进行各种处理 和计算 ，提取磨 粒的一些特征参数 ，对磨粒 的形状 、纹 理 、颜色等进 行分 析。通过将计算机 图像分析技术与铁谱技术相结 合 ，以二维 图像分析 为基 础 ，描述磨粒特征量并进行 分类识 别，使铁谱 图像分析 实现诊 断 自动化 、全面化
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铁谱分析技术是 油液分析 的一种 有效 技术 手段 ， 是设备故障诊断技术之一 。技 术人员应用显微镜观测 谱片 中磨粒 的形 状 和纹 理 等各 种特 征 ，对 照标 准谱 片 ，可以判 断磨粒 的种类及失效形式。这种分析方法
主要 依靠技 术人员的 主观经验 ，有 很 大 的不 稳定性 ， 因此 ，必须 找到一 种能更 快 、更 准确 、更 可靠地对铁
式铁谱 仪 、在线式铁谱仪 。除直读式铁谱仪外 ，其它 几种都能分析 出机器磨损程度 和发 生磨损 的部位 。
在线监测 自动化设备
中，智能化采集系统 应用 广泛 。这种系统具有 自动 搜索视场 、自动 聚焦 的计
龚 志 远
（ 东交通大学 华 江西南 昌 ３ ０ １ ） ３０ ３
摘要 ：利用 ＭＡ Ｌ Ｂ的图像处理技术对铁谱磨粒图像进行数字化分析 ，求解 了磨粒 图谱 的一些形状特征参数 ，通 ＴＡ 过对量化的数据进行统计和比较 ，揭示 了铁谱 图像的一些基本特性 ，以及这些特征所代 表的一般意义和在铁谱磨粒 图像
分析过程中应用。同时 ，提出了铁谱图像进行计算机图像处理的一般过程以及常用的处理方法。
关键词 ：磨粒 ；形状特征参数 ；图像处理 ；ＭＡ Ｌ Ｂ ＴＡ
中图分类号 ：Ｔ １． 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：０５ ０５ （ ０６ Ｈ１７ １ ２４— １０ ２０ ）８—１６— ０ ３
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ａ ｙ ｉ ｃ ｎ ｌ ｇ ｆＦｅ ｒ ｇ ａ ｈ Ｉ ａ ｅ ｓ ａ ｃ ｎ Ａｎ ｌ ｓｓ Ｔｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ｏ ｒ ｏ ｒ ｐ ｍ ｇ

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铁谱分析技术在石化行业的应用及前景展望

铁谱分析技术在石化行业的应用及前景展望

研究 『． Ｊ 液压与气动 ， ０ ５ １：５— ６ 】 ２０ （ ） ５ ５．
［］Ｂ Ｖ ｎ ａ ｒｍａ ，Ｇ Ｓ ｎ ａａａａ ．Ｔ ｅ ｓｄｎ ｅｌ ｅａｉｕ ｆ ３ ｅ ｋｔ ａ ｎ ｕｄ ｒｒ ｎ ｈ ｌ ｉｇ ｗ ａ ａ ｊ ｉ ＂ｂｈ ｖ ｒ ｏ ｏ
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１ ０
中国设备工程 ｆ ２１年ｌ月 ０１ ２
＿ 专题报
器的可靠性和延长寿命 ，减少维修 费用具有重大 的意义 。
油液监 测是机器 状态监测 的重要 手段 之一 ， 目前 油液
离 出有 价值 的磨 粒 ；同时 ，铁谱分析 还可 以观 察磨粒 的表 面形貌 、颜色 等 ，从而 能获得更 为丰富的关 于机器磨损状 态及其 机理 的信 息 ，以实现 机器磨损状 态 的有 效监测与诊 断 。这些优点 ，是其他油样分 析方法所无法 比拟的 。因此 ，
监测分 析方法包 括磁塞检 测法 、光谱 分析 法和铁 谱分 析法 等。其主要检测范围见表１ 。
表 １ 各 种 油样 分 析 法主 要 检 测 范 围
方法 可检测粒子特征 尺寸检测范围／ 数量 粒度分布 形态 成分 ｔｍ ｘ ＞Ｏ １０ 、 ／
利用铁谱 分析技 术对石化设 备磨损进行 故障诊 断是十分合
展 ，根据谱 片上磨粒 的数量 、形状 、粒径 、表面形貌及 颜
色综 合进行判 断 ，这 种方法将磨粒进 行分类并 给 出了产 生
磨粒 的原 因 ，只要根据 观测到 的磨粒 类型就 可 以判 断设 备 故 障原 因及其 部位 ，但该 方法最主要 的缺点就 是如果设 备 中含有 大量 的摩 擦副 ，那 么正常磨损 时也会产 生较多 的异
基于铁谱分析技术的齿轮磨损研究

基于铁谱分析技术的齿轮磨损研究

《起重运输机械 》 2009 (10)
磨损阶段
续表 1 磨粒特征
过速磨损
过速磨损导致齿轮擦伤或胶合 ,因 此磨粒表面会有一些氧化的痕迹 。大
小磨粒的数量比较低 ,为 1 ζ 500或更 低 ,磨粒的总量高于正常磨损期 。长 度与厚度之比约为 10ζ 1,磨粒不大于 150 μm。
疲劳磨损
疲劳磨损使表面光滑的金属颗粒剥 落 ,且颗粒表面有一些氧化的痕迹 ,长 宽比为 6: 1,长度与厚度之比约为 5: 1。磨粒 长 可 达 150 μm; 大 于 15 μm 的大磨粒主要落在 15～25μm 范围内 。 大小磨粒的数量比很高 ,约为 1: 50或 更高 , 磨 粒 总 量 是 正 常 磨 损 的 3 ～ 5倍 。
图 1 铁谱仪的工作原理 11油样 21导油管 31微量泵 41玻璃基片
51磁场装置 61回油管 71储油杯
— 76 —
过载磨损
低速时齿轮的过载磨损产生的是片 状磨粒 ,长宽比为 2ζ 1,长度与厚度比 为 10ζ 1,磨粒长可达 1 mm ,这取决于 过载 程 度 。过 载 刚 开 始 产 生 不 大 于 150μm 的磨粒 。大小磨粒的数量 也 随之增加 ,磨粒的总量远远高于正常 磨损 ,且磨粒表面常会出现滑动擦痕 。
1 引言
铁谱技术是以磨损颗粒分析为基础的诊断技 术 , 是诊断机器磨损故障的最有效方法 。齿轮副 产生磨粒的特征粒度范围为 1 ～10 μm , 而铁谱技 术的监测区间正好符合这一要求 , 铁谱技术特别 适用于较大磨粒的检测 , 对润滑磨损故障诊断的 机理有着较强的解释性 。尤其对分析异常磨损故 障机理和预防早期 、突发性故障有较大的优势 。
大学机电工程学院 邮 编 : 650093 收稿日期 : 2008 - 11 - 26
油样铁谱分析技术

油样铁谱分析技术

铁谱分析技术铁谱分析技术是20世纪70年代发明的一种新的机械磨损测试方法，借助磁力将油液中的金属颗粒分离出来，按颗粒大小排列在谱片上，观察颗粒的相对浓度，进一步分析颗粒的物理性能。

铁谱仪分析广泛用于各行业的内燃机、齿轮箱、轴承、液压系统等大型设备、零部件有效的磨损监测，统计表明，应用铁谱技术，保证重大设备安全运行，减少故障发生，降低维修费用，已取得显著经济效益。

一、铁谱分析的内容1、磨粒浓度和大小，可以反映磨损的严重程度；2、磨粒形貌，可以反应磨粒产生的原因、机理；3、磨粒成分，可以反应磨损部位；二、铁谱分析的特点：有较宽的尺寸检验范围、同时获得磨粒的多种信息，全面判断磨损故障部位、严重程度、发展趋势、产生原因。

三、铁谱分析的原理铁谱分析仪的基本原理就是用铁谱仪把油品中的磨粒和碎屑分离出来，并按其尺寸大小依次沉淀到一片透明基片上（即制作谱片），在显微镜下观察，进行定性分析，也可用计算机对磨粒进行图像处理，获取磨屑的有关参数。

摩擦学的研究表明，磨粒数量、递增速度与磨损程度有直接的关系，磨粒的形态、颜色、尺寸等则与磨损类型、进程、材质有关，根据分析结果做出状态监测或故障诊断结论，是制定设备维护措施的重要依据。

四、铁谱分析仪生产商：维克森（科技）有限公司根据磨粒分离、检测的不同方法，铁谱仪主要有四种类型：分析铁谱仪、旋转式铁谱仪、直读式铁谱仪和蓟管式铁谱仪。

1、分析式铁谱仪VIC-T是最先研制出来的铁谱仪器，油样流经处于高梯度磁场中的倾斜玻璃基片，磨粒按一定规律排列沉积，借助高倍显微镜观察谱片，可看到磨损颗粒的材料、尺寸、特征和数量。

分析铁谱仪对检测人员的技术经验要求较高。

产品优势：（1）能直接观察粒度尺寸在2um至数百微米范围内的磨粒；（2）以表面特征为依据迅速判断机械的运行和磨损状态；（3）体积较小，操作简便，具有功能强大的分析软件；（4）装箱、搬运要求不高，随行性较好。

2、旋转式铁谱仪VIC-XT将油样滴到旋转磁台中心，高速旋转时受离心力作用，油样向四周流散，在环形的高梯度磁场作用下，磨粒以同心同环的形式，沉积在谱片上。

铁谱分析技术在油液监测中的应用

铁谱分析技术在油液监测中的应用


为了更清楚地观察磨粒和获得更多的磨粒信息，将显微镜的 放大倍数调至500倍，此时磨粒形态如图6所示。图中既有表 面呈现红色的磨粒，又有表面呈现黑色的磨粒。从沉积方式 上看，它们沉积在磁力链上，说明磨粒都具有磁性，所以可 以判断这两种磨粒为铁系磨粒。从颜色上可以看出磨粒发生 了氧化反应，据此可以更进一步地确定磨粒是铁系氧化物磨 粒：红色的为Fe2O3团粒，黑色的为Fe3O4团粒，因发生粘 着磨损而产生。前者是因为油样中有水分，后者是因为系统 润滑不良，而发生了粘着磨损所产生的。
3、铁谱技术的特点 (1)具有较宽的磨粒尺寸检测范围和较高的检测效率
(2)能同时进行磨粒的定性检测和定量分析 (3)能够准确监测机器中一些不正常磨损的轻微症兆，具 有磨损故障早期诊断的效果。
铁谱分析技术也有其不可避免的缺点： (1)对润滑油中非铁系颗粒的检测能力较低，故在对 如柴油机这种含有多种材质摩擦副的设备进行故障断时， 往往感到有所欠缺； (2)作为一门新兴技术，铁谱分析的规范化不够，分 析结果对操作人员的经验有较大的依赖性，若缺乏经验， 往往会造成误诊或漏诊。
（2）磨合中期 图4和图5是采用蓝色投射光、红色反射光的照明方式，在 显微镜下放大200倍时的磨粒形态图。由谱片图上的磨粒 形态可以看出：磨粒分布均匀，具有高度抛光的表面，沿 磁力线呈链状分布，说明磨损主要元素为金属元素，异常 磨粒很少，磨粒视场清晰可见，虽然谱片上仍可见到大的 金属磨粒，但是磨粒大小差异较磨合早期要小的多。

磨粒数量分析 磨粒数量变化可以利用PODS磨损颗粒分析仪进行分析。下 图为变速箱传动装置磨合过程中的磨损颗粒数量变化规律。
磨损颗粒数量变化
由图中可知，在磨合开始阶段，润滑油中磨粒很少， 此时磨损刚开始，产生的磨粒很少，经过一段时间 后，润滑油中磨粒急剧增多，说明各个零件都开始 进入磨合期。但随着磨合时间的推移，油液中磨损 颗粒在过滤器的作用下数目逐渐减少，磨合进行到 60min左右时，颗粒数目趋于平稳，磨损浓度达到平 衡。这与铁谱分析的结果一致。