Розробка способу вимірювання обертальних моменту електродвигунів із застосуванням комп’ютерного зору

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2024.298513

Ключові слова:

машинний зір, обертальний момент, спосіб вимірювання, параметри електродвигуна, динамометрична муфта

Анотація

Об’єктом дослідження є спосіб вимірювання обертових моментів електродвигунів. Основною проблемою, яка вирішується, є потреба в розширенні спектра інформативних параметрів, застосовуваних у трансмісійних перетворювачах обертового моменту електромоторів. Така потреба випливає з конструктивних ускладнень щодо розміщення вимірювальних приладів безпосередньо на валу двигуна.

В рамках дослідження була розроблена система для визначення обертових моментів електромоторів, що поєднує в собі методику оцінки навантаження на вал та програмні засоби для візуального визначення кількісних характеристик такого навантаження використовуючи засоби машинного зору.

З метою отримання візуальних характеристик скручування валу було розроблено спеціальну муфту з вставкою, яка містить рідину. Ця муфта спроможна змінювати свою форму пропорційно до навантаження на вал електромотора. Запропонована система візуального контролю, що заснована на методиках обробки відеоінформації, дозволяє аналізувати зміни форми муфти спричинені дією обертового моменту.

Особливості застосування запропонованого способу вимірювання полягають у відсутності необхідності розміщення електронних компонентів вимірювального перетворювача безпосередньо на валу. Завдяки вказаним особливостям, запропонована методика забезпечує розв'язання проблем вимірювання обертового моменту в умовах агресивних середовищ, що має вирішальне значення для ефективності деяких специфічних виробничих процесів.

Аналіз візуальних характеристик обертового моменту показав, що запропонований підхід може бути застосований у вимірювальних перетворювачах. Водночас, результати тестування методики підтвердили, що вона потребує використання високоточних засобів відеофіксації. Це відкриває шлях до розробки нових, більш сучасних та надійних систем вимірювання, що можуть знайти застосування у широкому спектрі промислових рішень

Біографії авторів

Володимир Павлович Квасніков, Національний авіаційний університет

Доктор технічних наук, професор, заслужений метролог України

Кафедра комп’ютеризованих електротехнічних систем та технологій

Дмитро Михайлович Квашук, Національний авіаційний університет

Кандидат економічних наук, доцент

Кафедра комп’ютеризованих електротехнічних систем та технологій

Михайло Петрович Пригара, Ужгородський національний університет

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра технології машинобудування

Олексій Олегович Шелуха, Державний університет «Житомирська Політехніка»

Кандидат технічних наук

Кафедра комп’ютерної інженерії та кібербезпеки

Катерина Вікторівна Молчанова, Національний авіаційний університет

Кандидат технічних наук

Кафедра комп’ютеризованих електротехнічних систем та технологій

Посилання

  1. Friswell, M. I., Penny, J. E. T., Garvey, S. D., Lees, A. W. (2010). Dynamics of Rotating Machines. Cambridge University Press. https://doi.org/10.1017/cbo9780511780509
  2. Sue, P., Wilson, D., Farr, L., Kretschmar, A. (2012). High precision torque measurement on a rotating load coupling for power generation operations. 2012 IEEE International Instrumentation and Measurement Technology Conference Proceedings. https://doi.org/10.1109/i2mtc.2012.6229149
  3. Guy, B. (2015). A1.3 - Measurement and traceability of torque on large mechanical drives. Proceedings SENSOR 2015. https://doi.org/10.5162/sensor2015/a1.3
  4. Zappalá, D., Bezziccheri, M., Crabtree, C. J., Paone, N. (2018). Non-intrusive torque measurement for rotating shafts using optical sensing of zebra-tapes. Measurement Science and Technology, 29 (6), 065207. https://doi.org/10.1088/1361-6501/aab74a
  5. Chen, L., Liang, W., Zhong, S., Zhang, Q., Lin, J., Nsengiyumva, W., Zeng, Q., Yu, Y. (2024). Novel contactless torque sensor based on optical coherence. Optics and Lasers in Engineering, 174, 107983. https://doi.org/10.1016/j.optlaseng.2023.107983
  6. Rafaq, M. S., Midgley, W., Steffen, T. (2024). A Review of the State of the Art of Torque Ripple Minimization Techniques for Permanent Magnet Synchronous Motors. IEEE Transactions on Industrial Informatics, 20 (1), 1019–1031. https://doi.org/10.1109/tii.2023.3272689
  7. Chen, W., Lan, C., Li, K., Yuan, F. (2023). Compensation and Control of Sinusoidal Torque Measurement Error. 2023 42nd Chinese Control Conference (CCC). https://doi.org/10.23919/ccc58697.2023.10240311
  8. Kakaley, D. E., Altieri, R. E., Buckner, G. D. (2020). Non-contacting measurement of torque and axial translation in high-speed rotating shafts. Mechanical Systems and Signal Processing, 138, 106520. https://doi.org/10.1016/j.ymssp.2019.106520
  9. Veyrat Durbex, A. F., Nachajon Schwartz, Y., Tacca, H. (2021). Solutions for Torque and Speed Measurement on Electric Machine Controllers Test Benches. Elektron, 5 (1), 20–31. https://doi.org/10.37537/rev.elektron.5.1.131.2021
  10. Zhang, C., Li, Z., Chen, J., Qiu, F., Na, S. (2021). Design and research of a novel non-contact vertical inductive torque sensor. Measurement, 177, 109252. https://doi.org/10.1016/j.measurement.2021.109252
  11. Gao, S., Feng, C., Zhang, X., Yu, Z., Yan, T., He, B. (2023). Unsupervised fault diagnosis framework for underwater thruster system using estimated torques and multi-head convolutional autoencoder. Mechanical Systems and Signal Processing, 205, 110814. https://doi.org/10.1016/j.ymssp.2023.110814
  12. Smyrnyi, M. F., Pitinov, D. H. (2019). Pat. No. 139522 UA. Bezkontaktnyi vymiriuvach krutnoho momentu, chastoty obertannia vala ta yoho pryskorennia. No. u201906456; declareted: 10.06.2019; published: 10.01.2020. Available at: https://base.uipv.org/searchINV/search.php?action=viewdetails&IdClaim=265073
  13. Chen, Z., Ge, S., Jiang, Y., Cheng, W., Zhu, Y. (2023). Refined modeling and experimental verification of a torque motor for an electro-hydraulic servo valve. Chinese Journal of Aeronautics, 36 (6), 302–317. https://doi.org/10.1016/j.cja.2023.01.014
  14. Zhong, S., Chen, L., Liang, W., Nsengiyumva, W., Yu, Y., Li, T., Zhang, Q. et al. (2024). Contactless torque sensors based on optical methods: A review. Optics and Lasers in Engineering, 173, 107832. https://doi.org/10.1016/j.optlaseng.2023.107832
  15. Nirala, A., Kumar, N., Bandhu Singh, D., Kumar singh, A., Kumar Sharma, S., Kumar Yadav, J. et al. (2020). Simulation analysis of composite helical spring for compression, torsional and transverse mode. Materials Today: Proceedings, 28, 2263–2267. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2020.04.558
  16. Childs, P. R. N. (2014). Springs. Mechanical Design Engineering Handbook, 625–675. https://doi.org/10.1016/b978-0-08-097759-1.00015-0
  17. Bahaghighat, M., Abedini, F., Xin, Q., Zanjireh, M. M., Mirjalili, S. (2021). Using machine learning and computer vision to estimate the angular velocity of wind turbines in smart grids remotely. Energy Reports, 7, 8561–8576. https://doi.org/10.1016/j.egyr.2021.07.077
  18. Oleshko, T., Kvashuk, D., Heiets, I. (2019). Image recognition in unmanned aviation using modern programming languages. SN Applied Sciences, 1 (12). https://doi.org/10.1007/s42452-019-1739-y
  19. Oleshko, T., Kvashuk, D., Heiets, I. (2023). The Use of Machine Vision in the Diagnosis of Ripening Strawberries. Artificial Intelligence. https://doi.org/10.5772/intechopen.110894
  20. Kvasnikov, V. P., Bratchenko, H. D., Kvashuk, D. M. (2023). Estimation of measuring uncertainty of electric motors torques using the theory of fuzzy sets. Collection of scientific works of the Odesa State Academy of Technical Regulation and Quality, 1 (22), 23–34. https://doi.org/10.32684/2412-5288-2023-1-22-23-34
  21. Herasimov, S., Pavlii, V., Tymoshchuk, O., Yakovlev, M. Yu., Khaustov, D. Ye. et al. (2019). Testing Signals for Electronics: Criteria for Synthesis. Journal of Electronic Testing, 35 (3), 349–357. https://doi.org/10.1007/s10836-019-05798-9
  22. Shalobanov, S. V., Shalobanov, S. S. (2023). Algorithm For Searching For Multiple Structural Defects In Automatic Control Systems Using Sensitivity Functions. 2023 International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing (ICIEAM). https://doi.org/10.1109/icieam57311.2023.10139270
  23. de Souza, G. F. M., Caminada Netto, A., de Andrade Melani, A. H., de Carvalho Michalski, M. A., da Silva, R. F. (2022). Engineering systems fundamentals. Reliability Analysis and Asset Management of Engineering Systems, 55–90. https://doi.org/10.1016/b978-0-12-823521-8.00012-8
  24. Demir, H., Çilingir Süngü, İ., Keles, İ. (2023). Investigating the Laplace Transform Method’s Efficiency to a Simple Engineering Problem. Turkish Journal of Mathematics and Computer Science, 15 (2), 326–333. https://doi.org/10.47000/tjmcs.1378857
Розробка способу вимірювання обертальних моменту електродвигунів із застосуванням комп’ютерного зору

##submission.downloads##

Опубліковано

2024-02-28

Як цитувати

Квасніков, В. П., Квашук, Д. М., Пригара, М. П., Шелуха, О. О., & Молчанова, К. В. (2024). Розробка способу вимірювання обертальних моменту електродвигунів із застосуванням комп’ютерного зору. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1(5 (127), 16–32. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2024.298513

Номер

Том 1 № 5 (127) (2024): Прикладна фізика

Розділ

Прикладна фізика

Ліцензія

Авторське право (c) 2024 Volodymyr Kvasnikov, Dmytro Kvashuk, Mykhailo Prygara, Oleksii Shelukha, Kateryna Molchanova

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.