CN109186481A - 基于数字散斑的多边形板变形、振动检测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于数字散斑的多边形板变形、振动检测装置及方法，所述变形检测装置包括多边形板、驱动施力机构和变形检测机构，所述多边形板上喷涂有随机散斑，所述驱动施力机构与多边形板连接，用于驱动多边形板做直线往复运动，所述变形检测机构包括双目视觉***和处理设备，所述双目视觉***用于检测多边形板上的随机散斑，所述处理设备与双目视觉***连接。本发明利用在多边形板上喷涂随机散斑作为标志点，并利用视觉检测多边形板的变形，具有非接触的优点，且无需引入电路噪声的干扰，测量精度高，可以实现对多边形板及类似结构的全面、快速、高精度的变形检测，另外也可以通过利用视觉检测多边形板及类似结构的振动特性。
Description
技术领域
本发明涉及一种变形检测装置及振动检测装置，尤其是一种基于数字散斑的多边形板变形检测装置、振动检测装置及方法，属于柔性结构的变形检测领域。
背景技术
板是太阳能发电***中的核心部分，运载卫星通常采用大型的矩形板来产生电能。近来，多边形板由于其折叠伸展便利的优势出现在航空领域研究视野中，而板在发射卫星或正常运作时，经常受到变化的驱动力或阻力，由于幅面大、刚性低，会导致受力周围大面积面板产生变形。当变形过大时，会导致板失效或影响卫星的运行姿态，因此，对多边形板类结构的变形性能研究具有重要意义。
现有技术中，检测材料变形的主要方式有采用电阻应变片、压电陶瓷片、超声波探头、激光干涉仪将变形量转化为其他物理量来测量。电阻应变片感知物体表面的变形并转化为电阻阻值的变化，进而通过电路转为电流或电压的变化从而测量，压电陶瓷将变形转化为电荷量或电压量变化放大后获取，超声波探头则采用超声波测距的原理，利用变形后与探头间距离的不同来实现检测。激光干涉仪则是将发射到被测物体表面折返的激光束将光信号转换为电路脉冲信号，结合光线波长测量变形量。上述方法基本只能实现单点变形检测，效率低，且引入了电路噪声。
发明内容
本发明的第一个目的是为了解决上述现有技术的缺陷，提供了一种基于数字散斑的多边形板变形检测装置，该装置利用在多边形板上喷涂随机散斑作为标志点，利用视觉检测多边形板的变形，具有非接触的优点，且无需引入电路噪声的干扰，测量精度高，可以实现对多边形板及类似结构的全面、快速、高精度的变形检测。
本发明的第二个目的在于提供一种基于数字散斑的多边形板振动检测装置，该装置可以利用视觉检测多边形板及类似结构的振动特性，具有非接触的优点。
本发明的第三个目的在于提供一种基于数字散斑的多边形板变形检测方法。
本发明的第四个目的在于提供一种基于数字散斑的多边形板振动检测方法。
本发明的第一个目的可以通过采取如下技术方案达到：
基于数字散斑的多边形板变形检测装置，包括多边形板、驱动施力机构和变形检测机构，所述多边形板上喷涂有随机散斑，所述驱动施力机构与多边形板连接，用于驱动多边形板做直线往复运动，所述变形检测机构包括双目视觉***和处理设备，所述双目视觉***用于检测多边形板上的随机散斑，所述处理设备与双目视觉***连接。
进一步的，所述多边形板包括主肋板和若干块副肋板，所述主肋板分别与若干块副肋板连接，相邻的两块肋板之间设有一块板面，所述板面的正面区域喷涂有随机散斑。
进一步的，所述多边形板还包括横向支杆，所述横向支杆平行于主肋板，横向支杆的第一侧面与主肋板固定连接，横向支杆的第二侧面与龙门钢架结构固定连接。
进一步的，所述驱动施力机构包括电动推杆、推杆控制器和信号处理模块，所述信号处理模块、推杆控制器、电动推杆和多边形板依次连接。
进一步的，所述信号处理模块包括信号发生器和功率放大器，所述括信号发生器、功率放大器、推杆控制器、电动推杆和多边形板依次连接。
进一步的，所述装置还包括支撑平台，所述电动推杆安装在一底座上，所述底座固定在支撑平台上，所述推杆控制器放置在支撑平台上。
进一步的，所述双目视觉***包括两台高速相机、一条滑轨、两个滑块和两个液压云台，所述两个滑块滑动设置在滑轨上，所述两台高速相机、两个滑块和两个液压云台均为一一对应，每台高速相机设置在对应的液压云台上，每个液压云台固定在对应的滑块上，两台高速相机的镜头对准多边形板上的随机散斑。
进一步的，所述装置还包括工作平台，所述滑轨固定在工作平台上。
本发明的第二个目的可以通过采取如下技术方案达到：
基于数字散斑的多边形板振动检测装置，包括多边形板、振动驱动机构和振动检测机构，所述多边形板上喷涂有随机散斑，所述振动驱动机构与多边形板，用于驱动多边形板产生振动，所述振动检测机构包括双目视觉***和处理设备，所述双目视觉***用于检测多边形板上的随机散斑，所述处理设备与双目视觉***连接。
进一步的，所述振动驱动机构包括激振器和信号处理模块，所述信号处理模块、激振器和多边形板依次连接。
本发明的第三个目的可以通过采取如下技术方案达到：
基于数字散斑的多边形板变形检测方法，所述方法包括：
驱动施力机构的信号发生器发出激励信号，经驱动施力机构的功率放大器放大后发送给驱动施力机构的推杆控制器，使所述推杆控制器打开；
所述推杆控制器以恒定电流驱动驱动施力机构的电动推杆连续缓慢伸长，到一定程度后再调节所述推杆控制器将电流反向，驱动所述电动推杆连续缓慢收缩，并且双目视觉***的两台高速相机同步采集多边形板的变形图像，并发送给处理设备；
处理设备利用散斑灰度相关的方法对板面各区域的连续变形图像进行二维匹配，结合标定数据进行立体匹配，得到变形过程中各时刻区域点三维位置；
处理设备将变形过程中各时刻区域点三维位置与不受力平衡时刻三维位置进行对比，得到位移场与时间的关系，计算变形过程中各时刻区域点的三维变形量；
改变所述电动推杆的安装位置，反复实验，得到多边形板受力位置与最大变形的关系。
本发明的第四个目的可以通过采取如下技术方案达到：
基于数字散斑的多边形板振动检测方法，所述方法包括：
振动驱动机构的信号发生器发出激励信号，经振动驱动机构的功率放大器放大后发送给振动驱动机构的激振器；
所述激振器接收信号激励多边形板振动持续一段时间，双目视觉***的两台高速相机以一定的频率采集多边形板的振动图像，保存后发送给处理设备；
处理设备逐帧提取图像的散斑特征，根据散斑特征，处理分析多边形板的振动参数；
利用振动形态变化的连续性，根据连续采集的多边形板振动图像，得到多边形板的形态变化。
本发明相对于现有技术具有如下的有益效果：
1、本发明利用在多边形板上喷涂随机散斑作为视觉检测的标志点，一方面利用随机散斑区域灰度的独特性，提高了匹配精度，另一方面，制作简易，无需其他辅助光学设备，降低检测成本，并且利用双目视觉***来检测变形，具有非接触的优点，且无需引入电路噪声的干扰，测量精度高。
2、本发明的双目视觉***设有两台高速相机，通过移动滑轨上的两个滑块，可以调节两台高速相机的水平位置，从而改变两台高速相机之间的位置关系，确保多边形板上的随机散斑均在两台高速相机的视觉检测的视野范围内，通过两个液压云台的俯仰阻尼旋钮和全景旋转旋钮，可以调整两台高速相机的俯仰角度和水平角度，并且采用高速相机结合数字散斑相关的检测方法，具有全场测量、高精度、连续快速检测的优点。
3、本发明可获取较多信息，不仅可检测已知载荷下的变形量，还可用于获取载荷-变形曲线，寻找变形强度最大点等，为研究多边形板面结构的材料性能提供了良好的基础；此外，本发明还可以用于大型幅面物体的表面测量。
4、本发明的多边形板主肋板和若干块副肋板，相邻的两块肋板之间设有板面，采用肋板连接的支承方式，多点激励，更加能够真实模拟多边形板在实际运作中的复杂受力情况，对多边形板的变形检测与控制具有指导意义。
附图说明
图1为本发明实施例1的基于数字散斑的多边形板变形检测装置总体结构示意图。
图2为本发明实施例1的基于数字散斑的多边形板变形检测装置的主视图。
图3为本发明实施例1的基于数字散斑的多边形板变形检测装置的俯视图。
图4为本发明实施例1的基于数字散斑的多边形板变形检测装置的左视图。
图5为本发明实施例1的双目视觉***设置在工作平台上的示意图。
图6为本发明实施例1的基于数字散斑的多边形板变形检测方法流程图。
图7为本发明实施例1的利用二维匹配实现变形前后各点的对应关系以及利用立体匹配实现图像坐标点到世界坐标点的转换示意图。
图8为本发明实施例1的基于柯西-格林张量的拉格朗日变形描述图。
其中，1-多边形板，101-第一副肋板，102-第二副肋板，103-第三副肋板，104-第四副肋板，105-第五副肋板，106-第六副肋板，107-第七副肋板，108-第八副肋板，109-第一板面，110-第二板面，111-第三板面，112-第四板面，113-第五板面，114-第六板面，115-第七板面，116-第八板面，117-第九板面，118-第十板面，119-随机散斑，120-第一横向支杆，121-龙门钢架结构，122-第一底座，2-第一电动推杆，3-第二电动推杆，4-第一推杆控制器，5-第二推杆控制器，6-信号发生器，7-功率放大器，8-支撑平台，801-第一竖向支杆，802-第二横向支杆，803-第一层板，804-第二层板，9-第二底座，10-第三底座，10-双目视觉***，1001-第一高速相机，1002-第二高速相机，1003-滑轨，1004-第一滑块，1005-第二滑块，1006-第一液压云台，1007-第二液压云台，1008-第四底座，11-工作平台，1101-第二竖向支杆，1102-第三层板，1103-第四层板，12-计算机。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1：
随着机器视觉的发展，利用视觉检测，结合数字散斑相关的方法可以快速全面的检测被测物体的表面变形，对被测物体表面喷涂散斑后，利用数字散斑相关法对变化前后相机采集的物体表面散斑图像进行处理，通过二维匹配和立体匹配重建三维点云，计算点云的三维空间位置变化实现对物***移场、变形场等的测量。该检测方式与被测物体表面无接触，不会影响其变形特性。由于散斑的密集性，可实现对物体表面的全场测量，不局限于普通传感器的单点检测，对于寻找最大变形点有很大优势，对于多边形板这类大幅面物体的变形检测具有突出优势。
如图1～图4所示，本实施例提供了一种基于数字散斑的多边形板变形检测装置，该装置包括多边形板1、驱动施力机构和变形检测机构，图1中的虚线指示了各个设备之间的连线关系，方向箭头表明了检测信号流的传递方向，图3和图4中的虚线表示高速相机镜头的方向。
所述多边形板1包括主肋板(图中未示出)和八块副肋板，主肋板具有较大刚度,变形过程中可视为固定部分，主肋板分别与八块副肋板连接，主肋板横向设置在多边形板1的中心，其中四块副肋板位于主肋板的上方，分别为第一副肋板101、第二副肋板102、第三副肋板103和第四副肋板104，另外四块副肋板101位于主肋板的下方，分别为第五副肋板105、第六副肋板106、第七副肋板107和第八副肋板108，相邻的两块肋板之间设有一块板面，具体地，从图1和图2中可以看到，主肋板与第一副肋板101之间设有第一板面109，第一副肋板101与第二副肋板102之间设有第二板面110，第二副肋板102与第三副肋板103之间设有第三板面111，第三副肋板103与第四副肋板104之间设有第四板面112，第四副肋板104与主肋板之间设有第五板面113，主肋板与第五副肋板105之间设有第六板面114，第五副肋板105与第六副肋板106之间设有第七板面115，第六副肋板106与第七副肋板107之间设有第八板面116，第七副肋板107与第八副肋板108之间设有第九板面117，第八副肋板108与主肋板之间设有第十板面118，每块板面呈等腰三角形，并由两块肋板支撑，其正面区域喷涂有人工制作的随机散斑119，用于后续视觉测量，将随机散斑119作为检测识别标志点，可喷涂多边形板1的全部区域，实现多点测量，反映多边形板1的全面变形信息，同时，由于随机散斑119的斑点区域小，可反映复杂曲面或细节处变形信息，每块板面的正面和反面设计有突起区域，模拟多边形太阳翼板中的电池阵列，每块板面具有一定刚度与弹性，在一定范围内变形不致发生破坏，可以理解，除了可以对多边形板1测量外，也可以对与多边形板1类似的结构进行测量，利用随机散斑119的斑点信息重建被测物体的三维模型，可解决被测物体接触式测量不便的问题。
为了使主肋板更稳定，所述多边形板1还包括第一横向支杆120，第一横向支杆120平行于主肋板，第一横向支杆120具有第一侧面以及与第一侧面相反的第二侧面，第一横向支杆120的第一侧面与主肋板固定连接，具体通过螺栓与主肋板固定连接，从图3和图4中可以看到，第一横向支杆120的第二侧面与龙门钢架结构121固定连接，使多边形板1侧向安装，龙门钢架结构121固定在第一底座122上。
在本实施例中，由于多边形板1具有一块主肋板、八块副肋板以及十块板面，因此为十边形状，外接圆直径为1600mm，厚度为10mm，表面有突起区域模拟太阳能板的电池阵列，材质为铝合金，弹性模量为70GPa，泊松比为0.3，密度为2.71g/cm3。
所述驱动施力机构用于驱动多边形板1做直线往复运动，其包括第一电动推杆2、第二电动推杆3、第一推杆控制器4、第二推杆控制器5和信号处理模块，信号处理模块包括信号发生器6和功率放大器7，信号发生器6的第一通道与功率放大器7的第一通道连接，信号发生器6的第二通道与功率放大器7的第二通道连接，功率放大器7的第一通道、第二通道分别与第一推杆控制器4、第二推杆控制器5连接，第一推杆控制器4、第一电动推杆2和多边形板1依次连接，第二推杆控制器5、第二电动推杆3和多边形板1依次连接，第一电动推杆2和第二电动推杆3对准多边形板1的背面，内部包括驱动电机、减速齿轮、丝杆、螺母等，驱动电机经减速齿轮减速后，带动丝杆和螺母，使驱动电机的旋转运动转化为直线往复运动，从而对多边形板1的背面施加直线推力或撤力，即多边形板1在第一电动推杆2、第二电动推杆3的带动下做直线往复运动；信号发生器6的第一通道、第二通道发出驱动信号后，经过功率放大器7的第一通道、第二通道放大后分别传给第一推杆控制器4和第二推杆控制器5，第一推杆控制器4和第二推杆控制器5可分别调节第一电动推杆2和第二电动推杆3的输入电压，并进行限流过载保护，以第一电动推杆2为例，当电流方向为正向时，第一电动推杆2伸长，当电流方向为负向时，第一电动推杆2收缩，第一电动推杆2、第二电动推杆3与多边形板1的背面相距一定初始间距；第一电动推杆2和第二电动推杆3的安装位置可自行设计调整，实现不同受力情况下多边形板的变形检测，从而模拟板的实际运作中各种变形情况。
优选地，本实施例的多边形板变形检测装置还包括支撑平台8，支撑平台8包括四根第一竖向支杆801、十二根第二横向支杆802和两块层板，两块层板从上到下分别为第一层板803和第二层板804，四根第一竖向支杆801的上端通过其中四根第二横向支杆802分别与第一层板803固定连接，四根第一竖向支杆801的中上部其中四根第二横向支杆802分别与第二层板804固定连接，四根第一竖向支杆801的中下部分别与另外四根第二横向支杆802固定连接；第一推杆控制器4放置在第一层板803上表面，第二推杆控制器5放置在第二层板804上表面，第一电动推杆2固定在第二底座9上，第二电动推杆3固定在第三底座10上，第二底座9通过两排螺栓固定在第一层板803上表面，第三底座10通过两排螺栓固定在第二层板804上表面；此外，第一底座122也通过螺栓固定在第二层板804上表面。
本实施例中，支撑平台8由十六根型材(对应四根第一竖向支杆801和十二根第二横向支杆802)支撑两块500mm×700mm的不锈钢板(对应第一层板803和第二层板804)组成，通过角铁与螺钉连接，第一电动推杆2和第二电动推杆3为申控公司的生产的同轴式电动推杆，选用行程为30mm的伸缩杆，推力最大可达6KN，推力大小、伸缩速度与方向可分别由第一推杆控制器4、第二推杆控制器5调节，当第一推杆控制器4输出正向电流时，第一电动推杆2伸长，反向则缩回，同样地，当第二推杆控制器5输出正向电流时，第二电动推杆3伸长，反向则缩回，且给定电流越大，推力越大，伸缩越慢，电流越小，推力越小，伸缩越快；信号发生器6选用优利德UNI-T公司生产的型号为UTG9002C的多函数信号发生器，可产生0.2Hz～2MHz的正弦波或脉冲波，频率误差≤1％，最大幅值为20V。
所述变形检测机构包括双目视觉***10和处理设备，双目视觉***10用于检测多边形板1上的随机散斑，处理设备与双目视觉***10连接，保存并利用数字散斑相关技术分析得到板面的三维全场形变信息。
如图1～图5所示，所述双目视觉***10包括第一高速相机1001、第二高速相机1002、滑轨1003、第一滑块1004、第二滑块1005、第一液压云台1006和第二液压云台1007，滑轨1003固定在第四底座1008上，第一滑块1004和第二滑块1005滑动设置在滑轨1003上，即第一滑块1004和第二滑块1005能够在滑轨1003上移动，第一高速相机1001和第二高速相机1002左右对称，镜头对准多边形板1上的随机散斑119，第一高速相机1001设置在第一液压云台1006上，第二高速相机1002设置在第二液压云台1007上，第一液压云台1006固定在第一滑块1004上，第二液压云台1007固定在第二滑块1005上，通过移动第一滑块1004和第二滑块1005，可以调节第一高速相机1001和第二高速相机1002的水平位置，从而改变第一高速相机1001、第二高速相机1002之间的位置关系，确保多边形板1上的随机散斑119在第一高速相机1001和第二高速相机1002的视觉检测的视野范围内，通过第一液压云台1006和第二液压云台1007可以调整第一高速相机1001和第二高速相机1002的俯仰角度和水平角度，采用两台高速相机同步拍摄，可连续快速采集变形各时刻多边形板1的变形图像，从而得到载荷-变形曲线，可用于多边形板1的性能研究。
优选地，本实施例的多边形板变形检测装置还包括工作平台11，工作平台11包括四根第二竖向支杆1101和两块层板，两块层板从上到下分别为第三层板1102和第四层板1103，四根第二竖向支杆1101的上端分别与第三层板1102的四个角固定连接，四根第二竖向支杆1101的中部分别与第四层板1103的四个角固定连接，第四底座1008通过螺栓固定在第三层板1102上表面。
所述处理设备为计算机12，计算机12通过USB接口与第一高速相机1001、第二高速相机1002连接，多边形板1在变形过程中，通过第一高速相机1001和第二高速相机1002采集板面的散斑图像，通过USB接口传给计算机12，计算机12对散斑图像进行一系列图像预处理后通过立体匹配左右图像对应同名点，利用标定结果重建三维坐标并通过二维匹配序列图像对应同名点，得到整幅多边形1板面的位移场与应变场。
在本实施例中，第一高速相机1001和第二高速相机1002选用日本NAC高速摄像机NAC Memrecam HX-7s，采用CMOS传感器，分辨率为2560×1920像素，速率可达1000fps，采用1920×1080像素分辨率时，速率可达2000fps，采用1280×720像素分辨率时，采集速率可达4000fps，内置32G内存，下载传输速率为500M/S，完全可以实现变形过程连续图像的获取与保存，采用千兆网和USB3.0实时影像输出，尺寸为100W×100H×205D(mm)，重量为2.9kg，采用滑轨1003、第一滑块1004和第二滑块1005对第一高速相机1001和第二高速相机1002进行支撑，以及进行位置调节，采用第一液压云台1006和第二液压云台1007对第一高速相机1001和第二高速相机1002进行角度调节，第一液压云台1006和第二液压云台1007采用铝合金材质，内部为液压阻尼，滑轨1003为Famous F8炭纤维滑轨，总长120cm。
如图1～图6所示，本实施例还提供了一种基于数字散斑的多边形板变形检测方法，该方法基于上述多边形板变形检测装置实现，包括以下步骤：
步骤一、通过第一滑块1004、第二滑块1005调整第一高速相机1001和第二高速相机1002的位置，以及通过第一液压云台1006和第二液压云台1007调整第一高速相机1001和第二高速相机1002的角度，并对第一高速相机1001和第二高速相机1002进行立体标定。
对第一高速相机1001和第二高速相机1002进行立体标定，具体为：采用张氏标定法，第一高速相机1001和第二高速相机1002在不同角度下采集标定板图片，利用特征角点的图像平面坐标建立方程，即可获取第一高速相机1001和第二高速相机1002的内外参数。
步骤二、信号发生器6发出激励信号，经功率放大器7放大后发送给第一推杆控制器4和第二推杆控制器5，使第一推杆控制器4和第二推杆控制器5打开。
步骤三、第一推杆控制器4以恒定电流驱动第一电动推杆2连续缓慢伸长，到一定程度后再调节第一推杆控制器4将电流反向，驱动第一电动推杆2连续缓慢收缩，同样地，第二推杆控制器5以恒定电流驱动第二电动推杆3连续缓慢伸长，到一定程度后再调节第二推杆控制器5将电流反向，驱动第二电动推杆3连续缓慢收缩；在此过程中，第一高速相机1001和第二高速相机1002同步采集多边形板1的变形图像，并发送给计算机12。
步骤四、计算机12利用散斑灰度相关的方法对板面各区域的连续变形图像进行二维匹配，结合标定数据进行立体匹配，得到变形过程中各时刻区域点三维位置。
利用散斑灰度相关的方法对板面各区域的连续变形图像进行二维匹配，寻找第一高速相机1001和第二高速相机1002采集得到的多边形板1变形前后的随机散斑119图像中的对应点，具体如下：将第一帧图像作为参考图像，对其划分子区任选一个作为特征子区，在下一帧变形图像中利用相似程度函数CS(p)寻找对应子区；当特征子区匹配成功后，利用相邻点变形的连续性，在匹配成功子区周围利用相似程度函数进行评估，寻找最佳匹配，如此不断扩散，直至匹配完毕；完成参考图像与下一帧的匹配后，再将下一帧图像作为参考图像，与下下帧图像进行匹配。由于变形过程中，第N帧散斑图像与参考图像相似度较低，而与第N-1帧图像相似度高，从而利用相邻帧匹配提高匹配精度；相似程度计算公式为：
其中，f(xi，yi)表示左图像(第一高速相机1001采集的图像)参考子区(xi，yi)点处的灰度值，g(x’i，y’i)表示右图像(第二高速相机1002采集的图像)匹配子区(x’i，y’i)点处的灰度值，r0，r1为补偿光照引起的灰度差异的变量。
结合标定数据进行立体匹配，具体为：取左相机(第一高速相机1001)变形图像为参考图像，右相机(第二高速相机901)变形图像为待匹配图像，在参考图像中，取以左相机变形图像中待匹配点(x，y)为中心的(2M+1)×(2M+1)大小的矩形子区，在待匹配的右相机变形图像中，逐区域搜索，并按照某一相关系数进行相关计算，在待匹配图像上寻找与选定子区相关系数最大的以(x′，y′)为中心的子区，则点(x′，y′)即为待匹配图像中与(x，y)对应的点。相关系数(DCC)计算公式如下：
其中，f＝f(xi，yi)表示参考子区(xi，yi)点处的灰度值，表示参考子区的平均灰度值，g＝g(x’i，y’i)表示参考子区(x’i，y’i)点处的灰度值，g表示参考子区的平均灰度值；立体匹配完成后，由透视投影变换模型可知
其中，s为比例因子，u、v为目标点在左(右)相机平面的坐标，为u轴上归一化焦距，为v轴上归一化焦距；相机坐标系与世界坐标系的关系旋转矩阵R与平移向量t由第一步中标定已经确定；在左右相机坐标系中对每一对立体匹配点的相机平面坐标消去比例因子可得到关于匹配点三维坐标的方程各2个，通过最小二乘法即可得到物体三维位置坐标的最优解。
对多边形板1变形过程中的随机散斑119图像子区点进行三维重建，得到变形过程中各时刻区域点三维位置，如图7所示，利用二维匹配实现变形前后各点的对应关系以及利用立体匹配实现图像坐标点到世界坐标点的转换。
步骤五、计算机12将各时刻区域点三维位置与不受力平衡时刻三维位置进行对比，得到位移场与时间的关系，计算各时刻区域点的三维变形量。
对于每一个区域点的变形，采用基于柯西-格林张量的拉格朗日变形来描述，如图8所示，利用P点周围的4个点与P点建立三角形，取四个三角形子区的变形平均值作为P点的变形。
步骤六、改变第一电动推杆2和第二电动推杆3的安装位置，反复实验，得到多边形板1受力位置与最大变形的关系。
具体地，结合各时刻第一电动推杆2和第二电动推杆3的推力值与多边形板1的变形绘制载荷-变形曲线，寻找变形最大位置，计算多边形板1的疲劳强度，改变第一电动推杆2和第二电动推杆3的安装位置，研究多边形板1受力位置与变形量的关系。
实施例2：
本实施例可以将实施例1中的驱动施力机构替换为振动驱动机构，即本实施例提供了一种基于数字散斑的多边形板振动检测装置，该装置包括多边形板、振动驱动机构和振动检测机构，多边形板上喷涂有随机散斑，振动驱动机构与多边形板，用于驱动多边形板产生振动，振动检测机构包括双目视觉***和处理设备，双目视觉***用于检测多边形板上的随机散斑，所述处理设备与双目视觉***连接，本实施例的多边形板振动检测装置可以对多边形板的振动特性进行分析研究。其余结构同实施例1的基于数字散斑的多边形板变形检测装置。
进一步地，振动驱动机构与实施例1的驱动施力机构不同之处在于：将电动推杆和推杆控制器替换为激振器，振动驱动机构的其余结构同实施例1的驱动施力机构，即振动驱动机构包括激振器和信号处理模块，信号处理模块包括信号发生器和功率放大器，信号发生器、功率放大器、激振器和多边形板依次连接。
本实施例还提供了一种基于数字散斑的多边形板振动检测方法，该方法基于上述多边形板振动检测装置实现，包括以下步骤：
步骤一、通过滑块调整两台高速相机的位置，以及通过液压云台调整两台高速相机的角度，并对两台高速相机进行立体标定。
步骤二、信号发生器发出激励信号，经功率放大器放大后发送给激振器。
步骤三、激振器接收信号激励多边形板振动持续一段时间，两台高速相机以一定的频率采集多边形板的振动图像，保存后发送给处理设备，检测振动的话由于频率较快需保存离线处理。
步骤四、处理设备逐帧提取图像的散斑特征，根据散斑特征，处理分析多边形板的振动参数。
步骤五、利用振动形态变化的连续性，根据连续采集的多边形板振动图像，得到多边形板的形态变化。
综上所述，本发明利用在多边形板上喷涂随机散斑作为视觉检测的标志点，一方面利用随机散斑区域灰度的独特性，提高了匹配精度，另一方面，制作简易，无需其他辅助光学设备，降低检测成本，并且利用双目视觉***来检测变形，具有非接触的优点，且无需引入电路噪声的干扰，测量精度高。
以上所述，仅为本发明专利较佳的实施例，但本发明专利的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明专利所公开的范围内，根据本发明专利的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都属于本发明专利的保护范围。
Claims (10)
1.基于数字散斑的多边形板变形检测装置，其特征在于：包括多边形板、驱动施力机构和变形检测机构，所述多边形板上喷涂有随机散斑，所述驱动施力机构与多边形板连接，用于驱动多边形板做直线往复运动，所述变形检测机构包括双目视觉***和处理设备，所述双目视觉***用于检测多边形板上的随机散斑，所述处理设备与双目视觉***连接。
2.根据权利要求1所述的基于数字散斑的多边形板变形检测装置，其特征在于：所述多边形板包括主肋板和若干块副肋板，所述主肋板分别与若干块副肋板连接，相邻的两块肋板之间设有一块板面，所述板面的正面区域喷涂有随机散斑。
3.根据权利要求2所述的基于数字散斑的多边形板变形检测装置，其特征在于：所述多边形板还包括横向支杆，所述横向支杆平行于主肋板，横向支杆的第一侧面与主肋板固定连接，横向支杆的第二侧面与龙门钢架结构固定连接。
4.根据权利要求1所述的基于数字散斑的多边形板变形检测装置，其特征在于：所述驱动施力机构包括电动推杆、推杆控制器和信号处理模块，所述信号处理模块、推杆控制器、电动推杆和多边形板依次连接。
5.根据权利要求4所述的基于数字散斑的多边形板变形检测装置，其特征在于：所述装置还包括支撑平台，所述电动推杆安装在一底座上，所述底座固定在支撑平台上，所述推杆控制器放置在支撑平台上。
6.根据权利要求1-5任一项所述的基于数字散斑的多边形板变形检测装置，其特征在于：所述双目视觉***包括两台高速相机、一条滑轨、两个滑块和两个液压云台，所述两个滑块滑动设置在滑轨上，所述两台高速相机、两个滑块和两个液压云台均为一一对应，每台高速相机设置在对应的液压云台上，每个液压云台固定在对应的滑块上，两台高速相机的镜头对准多边形板上的随机散斑。
7.基于数字散斑的多边形板振动检测装置，其特征在于：包括多边形板、振动驱动机构和振动检测机构，所述多边形板上喷涂有随机散斑，所述振动驱动机构与多边形板，用于驱动多边形板产生振动，所述振动检测机构包括双目视觉***和处理设备，所述双目视觉***用于检测多边形板上的随机散斑，所述处理设备与双目视觉***连接。
8.根据权利要求7所述的基于数字散斑的多边形板振动检测装置，其特征在于：所述振动驱动机构包括激振器和信号处理模块，所述信号处理模块、激振器和多边形板依次连接。
9.基于数字散斑的多边形板变形检测方法，其特征在于：所述方法包括：
驱动施力机构的信号发生器发出激励信号，经驱动施力机构的功率放大器放大后发送给驱动施力机构的推杆控制器，使所述推杆控制器打开；
所述推杆控制器以恒定电流驱动驱动施力机构的电动推杆连续缓慢伸长，到一定程度后再调节所述推杆控制器将电流反向，驱动所述电动推杆连续缓慢收缩，并且双目视觉***的两台高速相机同步采集多边形板的变形图像，并发送给处理设备；
处理设备利用散斑灰度相关的方法对板面各区域的连续变形图像进行二维匹配，结合标定数据进行立体匹配，得到变形过程中各时刻区域点三维位置；
处理设备将变形过程中各时刻区域点三维位置与不受力平衡时刻三维位置进行对比，得到位移场与时间的关系，计算变形过程中各时刻区域点的三维变形量；
改变所述电动推杆的安装位置，反复实验，得到多边形板受力位置与最大变形的关系。
10.基于数字散斑的多边形板振动检测方法，其特征在于：所述方法包括：
振动驱动机构的信号发生器发出激励信号，经振动驱动机构的功率放大器放大后发送给振动驱动机构的激振器；
所述激振器接收信号激励多边形板振动持续一段时间，双目视觉***的两台高速相机以一定的频率采集多边形板的振动图像，保存后发送给处理设备；
处理设备逐帧提取图像的散斑特征，根据散斑特征，处理分析多边形板的振动参数；
利用振动形态变化的连续性，根据连续采集的多边形板振动图像，得到多边形板的形态变化。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112697609A (zh) * | 2020-12-10 | 2021-04-23 | 宁波大学 | 一种基于dic的rv减速器齿轮啮合过程中齿根弯曲应力检测***及方法 |
| CN113551760A (zh) * | 2020-04-26 | 2021-10-26 | 中国石油天然气股份有限公司 | 地面振动信号测量***、方法及装置 |
Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010003115A1 (en) * | 2008-07-03 | 2010-01-07 | Greenfield Solar Corp. | Solar collector assembly |
| CN102072796A (zh) * | 2010-12-18 | 2011-05-25 | 上海交通大学 | 太阳能电池阵动态测量*** |
| CN103595339A (zh) * | 2013-11-11 | 2014-02-19 | 清华大学 | 一种新型柔性太阳电池阵展开装置 |
| KR20150018960A (ko) * | 2013-08-12 | 2015-02-25 | 류희욱 | 태양전지판 설치용 황도 측정장치 |
| CN104729430A (zh) * | 2015-03-26 | 2015-06-24 | 中国科学院电工研究所 | 一种塔式太阳能热发电用定日镜面形检测方法 |
| KR101530968B1 (ko) * | 2014-09-26 | 2015-06-25 | 한국산전(주) | 태양광 발전장치용 모니터링 시스템 |
| CN106094562A (zh) * | 2016-05-27 | 2016-11-09 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 薄膜结构变形测量与控制实验*** |
| CN107026611A (zh) * | 2017-05-19 | 2017-08-08 | 河南许继仪表有限公司 | 一种光伏发电太阳能电池板性能监测*** |
| CN107153382A (zh) * | 2017-06-16 | 2017-09-12 | 华南理工大学 | 基于双目视觉测量的柔性铰接板振动控制装置及方法 |
| CN107228708A (zh) * | 2017-06-16 | 2017-10-03 | 华南理工大学 | 基于三维数字散斑相关方法的机翼振动检测装置及方法 |
| CN208860310U (zh) * | 2018-09-30 | 2019-05-14 | 华南理工大学 | 基于数字散斑的多边形板变形检测装置及振动检测装置 |
-
2018
- 2018-09-30 CN CN201811158477.7A patent/CN109186481B/zh active Active
Patent Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010003115A1 (en) * | 2008-07-03 | 2010-01-07 | Greenfield Solar Corp. | Solar collector assembly |
| CN102072796A (zh) * | 2010-12-18 | 2011-05-25 | 上海交通大学 | 太阳能电池阵动态测量*** |
| KR20150018960A (ko) * | 2013-08-12 | 2015-02-25 | 류희욱 | 태양전지판 설치용 황도 측정장치 |
| CN103595339A (zh) * | 2013-11-11 | 2014-02-19 | 清华大学 | 一种新型柔性太阳电池阵展开装置 |
| KR101530968B1 (ko) * | 2014-09-26 | 2015-06-25 | 한국산전(주) | 태양광 발전장치용 모니터링 시스템 |
| CN104729430A (zh) * | 2015-03-26 | 2015-06-24 | 中国科学院电工研究所 | 一种塔式太阳能热发电用定日镜面形检测方法 |
| CN106094562A (zh) * | 2016-05-27 | 2016-11-09 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 薄膜结构变形测量与控制实验*** |
| CN107026611A (zh) * | 2017-05-19 | 2017-08-08 | 河南许继仪表有限公司 | 一种光伏发电太阳能电池板性能监测*** |
| CN107153382A (zh) * | 2017-06-16 | 2017-09-12 | 华南理工大学 | 基于双目视觉测量的柔性铰接板振动控制装置及方法 |
| CN107228708A (zh) * | 2017-06-16 | 2017-10-03 | 华南理工大学 | 基于三维数字散斑相关方法的机翼振动检测装置及方法 |
| CN208860310U (zh) * | 2018-09-30 | 2019-05-14 | 华南理工大学 | 基于数字散斑的多边形板变形检测装置及振动检测装置 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 邱志成等: "基于双目视觉的振动测量及控制", vol. 38, no. 1 * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113551760A (zh) * | 2020-04-26 | 2021-10-26 | 中国石油天然气股份有限公司 | 地面振动信号测量***、方法及装置 |
| CN112697609A (zh) * | 2020-12-10 | 2021-04-23 | 宁波大学 | 一种基于dic的rv减速器齿轮啮合过程中齿根弯曲应力检测***及方法 |
| CN112697609B (zh) * | 2020-12-10 | 2022-11-22 | 宁波大学 | 一种基于dic的rv减速器齿轮啮合过程中齿根弯曲应力检测***及方法 |
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| Publication number | Publication date |
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