CN114088515A - 一种单目视觉多视角裂纹扩展监测装置 - Google Patents

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赵威
黄珊
宋坤林
徐博
王嘉宁
张涛
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Abstract

本申请涉及轨道车辆裂纹监测技术领域，尤其是涉及一种单目视觉多视角裂纹扩展监测装置，包括底座，所述底座上安装有用于测试试样的试验台，所述底座上还设置有若干个用于探测试样的相机组，若干个所述相机组均可绕着试验台移动探测，移动相机组，从而实现对试样进行绕动检测，整个过程可实现多角度多方位的探测，操作简单，检测方便。

Description

一种单目视觉多视角裂纹扩展监测装置
技术领域
本申请涉及轨道车辆裂纹监测技术领域，尤其是涉及一种单目视觉多视角裂纹扩展监测装置。
背景技术
目前我国轨道交通正处在飞速发展阶段，全国轨道车辆保有量不断增长。截止至2020年底，全国铁路机车拥有量为2.2万台，其中，内燃机车0.80万台，电力机车1.38万台。全国铁路客车拥有量为7.6万辆，其中，动车组3918标准组、31340辆。城市轨道交通方面拥有轨道交通配属车辆49424辆，较上年末增长20.6%。
但由于轨道车辆的工作环境复杂，运行条件恶劣，导致许多车辆关键结构或零部件在服役期间频繁发生破坏事故，其中以结构的疲劳裂纹破坏最为突出。但是随着现代车辆服役条件、线路状况的复杂化使得车辆的运行安全受到挑战，并且由于焊接过程中难以避免地会带入焊接缺陷，使得焊缝成为裂纹萌生的主要区域。有研究结果表明，含有裂纹的部件在交变载荷作用下，即使载荷低于材料本身的疲劳强度极限，裂纹也会很快扩展而断裂，导致灾难性的破坏。
因此有必要对轨道车辆结构的抗裂纹能力及抗断裂能力进行测试，但是对于轨道车辆构架这种大型焊接构架，其加工工艺十分复杂，结构局部区域存在多处焊接部位，目前缺少一种可对构架局部多处裂纹区域进行裂纹扩展测试及分析的监测设备，且传统设备受到疲劳试验机传递出的振动能量的影响，无法准确监测构架裂纹区域在外载作用下的疲劳力学行为。
针对上述中的相关技术，发明人认为开发出多视角同步监测、测试精度优异的轨道车辆构架裂纹扩展监测装置非常重要。
发明内容
为了提供一种结构简单、可准确监测构架裂纹在外载作用下的疲劳力学行为，本申请提供一种单目视觉多视角裂纹扩展监测装置。
本申请提供的一种单目视觉多视角裂纹扩展监测装置，采用如下的技术方案：
一种单目视觉多视角裂纹扩展监测装置，包括底座，所述底座上安装有用于测试试样的试验台，所述底座上还设置有若干个用于探测试样的相机组，若干个所述相机组均可绕着试验台移动探测。
通过采用上述技术方案，检测试样的过程中，预先将试样放置在试验台上进行加载，相机组为工业相机，通过无线传输的方式与外界图像处理器相连接，移动相机组，从而实现对试样进行绕动检测，整个过程可实现多角度多方位的探测，操作简单，检测方便。
可选的，所述底座的上表面上开设有环形槽，所述相机组的下方设置有底部支座，所述底部支座滑移在环形槽内，所述底部支座的上方设置有安装板，所述相机组可拆卸连接在安装板背离底部支座一侧，所述底部支座与安装板之间还设置有用于调节相机组高度的调节组件。
通过采用上述技术方案，通过调节组件可调节安装板与底部支座之间的间距，同时相机组与安装板之间也可拆卸连接，提升了相机组安装的便捷性，通过设置环形槽，便于底部支座在环形槽内绕着试验台进行转动。
可选的，所述调节组件包括设置在底部支座上的支撑管、滑移在支撑管上的调节杆、螺纹连接在支撑管上端外壁上的调节螺栓、设置在调节杆伸入支撑管内腔一端外壁上的限位凸起，所述支撑管的内壁上沿其自身轴向方向开设有限位槽，所述限位凸起滑移在所述限位槽内，所述调节杆伸出支撑管外的一端与安装板之间设置有连接件。
通过采用上述技术方案，调节整个相机组的高度时，竖直将调节杆向上拉出，使得限位凸起在限位槽的作用下竖直向上滑移，当支撑杆伸出指定的高度时，转动调节螺栓，使得调节螺栓的端部抵紧在调节杆的外壁上，从而实现相机组的高度调整。
可选的，所述支撑管转动连接于所述底部支座上，所述底部支座呈中空设置，所述底部支座的下端与外界呈连通设置，所述支撑管的下端位于底部支座的内腔内，所述底部支座的内腔内设置有在底部支座滑移过程中，驱使支撑管同步转动的驱动组件。
通过采用上述技术方案，转动底部支座的过程中，在驱动组件的作用下，使得支撑管与相机组同时发生转动，从而实现相机组随底部支座移动而转动，保障相机的摄像头总是朝着试件检测的位置，移动底部支座的过程中，完全不需要人为后期调节相机组摄像头的朝向。
可选的，所述驱动组件包括同轴固定在支撑管下端外壁上的从动齿轮、转动连接在底部支座内腔侧壁上的换向齿轮、同轴固定在换向齿轮转轴上的主动齿轮、设置在底座上的齿圈，所述换向齿轮与从动齿轮啮合，所述底座的上表面上开设有环形嵌槽，所述齿圈固定在环形嵌槽内，所述主动齿轮与齿圈啮合。
通过采用上述技术方案，人为移动整个底部支座的过程中，使得主动齿轮在齿圈的作用下转动，从而主动齿轮与换向齿轮同步且同轴转动，主动齿轮的直径大于换向齿轮的直径，换向齿轮与从动齿轮啮合，从动齿轮的直径大于换向齿轮的直径，通过上述的设置，从而使得支撑管随着整个底部支座的移动而缓慢转动。
可选的，所述连接件包括固定在安装板背离相机组一侧的连接管、螺纹连接在连接管上的锁紧螺栓，所述调节杆伸出支撑管外的一端插设在连接管的内腔内，所述锁紧螺栓伸入连接管内腔内的一端抵接在调节杆的外壁上。
通过采用上述技术方案，连接安装板与调节杆的过程中，将调节杆伸出支撑管外的一端插设在连接管的内腔内，转动锁紧螺栓，使得锁紧螺栓抵紧在调节杆的外壁上，从而使得调节杆与支撑管难以分离。
可选的，所述安装板远离底部支座一侧开设有滑槽，所述安装板朝向相机组的一侧设置有连接板，所述连接板上固定有滑移在滑槽内的滑块，所述滑块上螺纹连接有限位螺栓，所述安装板的侧壁上开设有与滑槽内腔连通的腰形孔，所述限位螺栓滑移在腰形孔内，所述相机组固定连接在连接板上。
通过采用上述技术方案，可以调节相机组与试件之间的间距，从而更加清晰的探测试件的缺陷，调节过程中，预先转动限位螺栓，使得限位螺栓沿着安装板的长度方向滑移，将相机组滑移至指定位置时，反向转动限位螺栓，从而使得连接板难以在安装板上滑移。
可选的，所述底座为呈圆台形的隔振地基，所述试验台为疲劳试验机，所述试验台位于底座的中心位置。
通过采用上述技术方案，使得整个底座具有一定的减震性能，提升了试验检测过程的稳定性。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1. 对试样进行绕动检测，整个过程可实现多角度多方位的探测，操作简单，检测方便；
2.相机组随着底部支座的移动而转动，测试调节过程中，无须单独调节相机组的镜头方向，提升了检测的便捷性。
附图说明
图1是本实施例的整体结构示意图。
图2是本实施例中安装板部位处结构***图。
图3是本实施例中调节组件的整体结构***图，主要用于展示支撑管的内腔结构。
图4是本实施例中底部支座的内腔结构示意图。
附图标记：1、底座；2、试验台；3、相机组；11、环形槽；5、底部支座；6、安装板；7、调节组件；71、支撑管；72、调节杆；73、调节螺栓；721、限位凸起；711、限位槽；8、连接件；9、驱动组件；91、从动齿轮；92、换向齿轮；93、主动齿轮；94、齿圈；12、环形嵌槽；81、连接管；82、锁紧螺栓；61、滑槽；62、连接板；63、滑块；64、限位螺栓；65、腰形孔。
具体实施方式
以下结合附图1-4对本申请作进一步详细说明。
本申请实施例公开一种单目视觉多视角裂纹扩展监测装置。
参照图1，一种单目视觉多视角裂纹扩展监测装置，包括底座1，底座1为呈圆台形的隔振地基，隔振地基在制作过程中，预先在地基本体上开槽，然后在其底部铺设隔振砂以及隔振碳花，然后在隔振碳花的上表面上铺设一层水泥，再然后铺设混凝土地基，同时在混凝土地基中埋设聚苯乙烯隔振板，从而形成带有隔振性能的底座1。
参照图1，底座1的中心位置设置试验台2，试验台2为疲劳性试验机，将外部试样放置在疲劳性试验机上进行外壁加载试验，并同时在试验台2的周侧设置至少一个相机组3，本实施例中，相机组3的个数最优设置为两个且分别位于试验台2的两侧，从而实现对加载状况下试样的监测。
参照图1，相机组3具有为工业相机，属于视觉传感器，相机组3通过无线连接的方式与外部的图像处理器以及PLC设备相连接，从而实现相机组3实时对试验部位的监测，相机组3在监测的过程中采用的是单目多视角测量的方法，单目视觉度量方法可通过监测样件表面散斑图像，获得裂纹区域位移应变信息，进而对裂纹区域表面场信息进行同步监测记录。
参照图1，两个相机组3均可绕着试验台2进行三百六十度环绕移动检测，从而实现对试样的全方位监测，相机组3的下方设置有底部支座5，底座1在成型的过程中预留有环形槽11，环形槽11内预先埋设有环形导轨，底部支座5通过滚轮的方式滑移在环形导轨上。
参照图2，底座1的上方设置有安装板6，安装板6的上表面上开设有呈燕尾状的滑槽61，安装板6背离底部支座5的一侧设置有连接板62，连接板62朝向安装板6的一侧一体成型有滑移在滑槽61内的滑块63，连接板62可沿着底座1的径向滑移。
参照图1和图2，安装板6的侧壁上开设有腰形孔65，腰形孔65与滑槽61的内腔呈连通设置，滑块63的侧壁上螺纹连接有限位螺栓64，从而将相机组3通过卡接固定或螺栓固定的方式与连接板62相连接，转动限位螺栓64并拨动，使得连接板62滑移至指定距离后反转限位螺栓64，从而便可调节相机组3与试样之间的间距，提升了监测功能的灵活多样性。
参照图1和图3，底部支座5与安装板6之间设置有用于调节相机组3高度的调节组件7，调节组件7包括支撑管71，支撑管71呈竖直设置且转动连接在底部支座5上，底部支座5呈中空设置且下端与外界呈连通设置，支撑管71的下端伸入至底部支座5的内腔内。
参照图1和图4，底部支座5的内腔内设置有在底部支座5滑移过程中，同步驱使支撑管71转动的驱动组件9，驱动组件9可以是电机、液压马达，本申请中最优选的是驱动组件9包括从动齿轮91、换向齿轮92、主动齿轮93以及齿圈94，从动齿轮91同轴固定在支撑管71伸入底部支座5内腔的一端外壁上，换向齿轮92转动连接在底部支座5的内腔内且与从动齿轮91相啮合，从动齿轮91的直径大于换向齿轮92的直径。
参照图1和图4，主动齿轮93同轴固定在换向齿轮92的转轴上，主动齿轮93的直径大于换向齿轮92的直径，底座1在制作过程中，预先在底座1的上表面处预留有环形嵌槽12，并同时将齿圈94嵌设固定在环形嵌槽12内，实际使用过程中，使得主动齿轮93位于环形嵌槽12内且与齿圈94相啮合，从而手动或借助外界设备驱使底部支座5环绕移动时，主动齿轮93转动，从而使得换向齿轮92啮合从动齿轮91转动，实现支撑管71自转。
参照图3和图4，调节组件7还包括调节杆72、调节螺栓73和限位凸起721，调节杆72呈竖直设置，限位凸起721固定在调节杆72的下端侧壁上，支撑管71的内壁上沿其自身轴向开设有限位槽711，限位凸起721竖直滑移在限位槽711内，在支撑管71上端出口部位的侧壁上螺纹连接有调节螺栓73。初始状态下，调节螺栓73抵接在调节杆72的外壁上，需要调高相机组3的高度时，转动调节螺栓73，使得调节螺栓73的端部远离调节杆72，此时竖直向上拉动调节杆72，当相机组3调整到指定高度时，反转调节螺栓73，使得支撑管71与调节杆72之间难以相对滑移。
参照图3和图4，调节杆72伸出支撑管71的一端与安装板6之间设置有连接件8，连接件8包括连接管81和锁紧螺栓82，连接管81固定在安装板6背离相机组3的一侧，调节杆72的上端插设在连接管81的内腔内，并转动锁紧螺栓82，使得安装板6与调节杆72之间难以相互脱离。
本申请实施例一种单目视觉多视角裂纹扩展监测装置的实施原理为：检测试样的过程中，将试样放置在疲劳性试验机上进行外部加载，然后通过人力或外界设备的方式推动支撑底座1转动，在主动齿轮93与齿圈94的作用下，使得相机组3随着底部支座5的移动而缓慢转动，相机组3上的工业相机可实时对试样部位进行探测，通过无线传输的方式将检测结果发送至外界图像处理器上，从而实现对试样的监测分析。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种单目视觉多视角裂纹扩展监测装置，其特征在于：包括底座(1)，所述底座(1)上安装有用于测试试样的试验台(2)，所述底座(1)上还设置有若干个用于探测试样的相机组(3)，若干个所述相机组(3)均可绕着试验台(2)移动探测。
2.根据权利要求1所述的一种单目视觉多视角裂纹扩展监测装置，其特征在于：所述底座(1)的上表面上开设有环形槽(11)，所述相机组(3)的下方设置有底部支座(5)，所述底部支座(5)滑移在环形槽(11)内，所述底部支座(5)的上方设置有安装板(6)，所述相机组(3)可拆卸连接在安装板(6)背离底部支座(5)一侧，所述底部支座(5)与安装板(6)之间还设置有用于调节相机组(3)高度的调节组件(7)。
3.根据权利要求2所述的一种单目视觉多视角裂纹扩展监测装置，其特征在于：所述调节组件(7)包括设置在底部支座(5)上的支撑管(71)、滑移在支撑管(71)上的调节杆(72)、螺纹连接在支撑管(71)上端外壁上的调节螺栓(73)、设置在调节杆(72)伸入支撑管(71)内腔一端外壁上的限位凸起(721)，所述支撑管(71)的内壁上沿其自身轴向方向开设有限位槽(711)，所述限位凸起(721)滑移在所述限位槽(711)内，所述调节杆(72)伸出支撑管(71)外的一端与安装板(6)之间设置有连接件(8)。
4.根据权利要求3所述的一种单目视觉多视角裂纹扩展监测装置，其特征在于：所述支撑管(71)转动连接于所述底部支座(5)上，所述底部支座(5)呈中空设置，所述底部支座(5)的下端与外界呈连通设置，所述支撑管(71)的下端位于底部支座(5)的内腔内，所述底部支座(5)的内腔内设置有在底部支座(5)滑移过程中，驱使支撑管(71)同步转动的驱动组件(9)。
5.根据权利要求4所述的一种单目视觉多视角裂纹扩展监测装置，其特征在于：所述驱动组件(9)包括同轴固定在支撑管(71)下端外壁上的从动齿轮(91)、转动连接在底部支座(5)内腔侧壁上的换向齿轮(92)、同轴固定在换向齿轮(92)转轴上的主动齿轮(93)、设置在底座(1)上的齿圈(94)，所述换向齿轮(92)与从动齿轮(91)啮合，所述底座(1)的上表面上开设有环形嵌槽(12)，所述齿圈(94)固定在环形嵌槽(12)内，所述主动齿轮(93)与齿圈(94)啮合。
6.根据权利要求3所述的一种单目视觉多视角裂纹扩展监测装置，其特征在于：所述连接件(8)包括固定在安装板(6)背离相机组(3)一侧的连接管(81)、螺纹连接在连接管(81)上的锁紧螺栓(82)，所述调节杆(72)伸出支撑管(71)外的一端插设在连接管(81)的内腔内，所述锁紧螺栓(82)伸入连接管(81)内腔内的一端抵接在调节杆(72)的外壁上。
7.根据权利要求2所述的一种单目视觉多视角裂纹扩展监测装置，其特征在于：所述安装板(6)远离底部支座(5)一侧开设有滑槽(61)，所述安装板(6)朝向相机组(3)的一侧设置有连接板(62)，所述连接板(62)上固定有滑移在滑槽(61)内的滑块(63)，所述滑块(63)上螺纹连接有限位螺栓(64)，所述安装板(6)的侧壁上开设有与滑槽(61)内腔连通的腰形孔(65)，所述限位螺栓(64)滑移在腰形孔(65)内，所述相机组(3)固定连接在连接板(62)上。
8.根据权利要求1所述的一种单目视觉多视角裂纹扩展监测装置，其特征在于：所述底座(1)为呈圆台形的隔振地基，所述试验台(2)为疲劳试验机，所述试验台(2)位于底座(1)的中心位置。
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