RU2597280C1 - Method for measuring vibrations - Google Patents

Method for measuring vibrations Download PDF

Info

Publication number
RU2597280C1
RU2597280C1 RU2015121909/28A RU2015121909A RU2597280C1 RU 2597280 C1 RU2597280 C1 RU 2597280C1 RU 2015121909/28 A RU2015121909/28 A RU 2015121909/28A RU 2015121909 A RU2015121909 A RU 2015121909A RU 2597280 C1 RU2597280 C1 RU 2597280C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
marks
traces
vibration
gravity
width
Prior art date
Application number
RU2015121909/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Юрий Алексеевич Држевецкий
Сергей Алексеевич Држевецкий
Алексей Львович Држевецкий
Александр Васильевич Климко
Мурад Васифович Кулиев
Дмитрий Владимирович Шерстнев
Сергей Станиславович Мишанин
Александр Валентинович Сурдо
Original Assignee
Открытое акционерное общество "ЛИТ-ФОНОН"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "ЛИТ-ФОНОН" filed Critical Открытое акционерное общество "ЛИТ-ФОНОН"
Priority to RU2015121909/28A priority Critical patent/RU2597280C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2597280C1 publication Critical patent/RU2597280C1/en

Links

Landscapes

  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

FIELD: metrology.
SUBSTANCE: invention relates to metrology, namely to vibrometry. Method of measuring vibrations suggests application of light-reflecting marks, registration of control points with vibration blurring, obtaining binary images in the form of matrix of associated elements. In the absence of vibrations coordinates of centers of gravity of labels and their radii are determined. Then from the matrix of associated elements edge elements of traces are allocated and their coordinates are recorded, on the basis of those distances from edges of traces to their centers of gravity are calculated. Minimum distance is equal to half the width of traces, maximum distance is equal to half the length of traces, and straight lines passing through centers of gravity and edge elements of traces that are maximally distant from the centers of gravity determine their angular position. Also calculated is half of the maximum width of traces, projections of amplitude vectors of vibratory displacement of marks in the direction, perpendicular to the image plane, proportional to the difference between the maximum value of half of the width of traces and radius of marks, projections of amplitude vectors of vibratory displacement of marks onto image plane, proportional to the difference between the half of length of traces of marks and half of the correcting width of traces.
EFFECT: technical result is simpler measurement procedure, higher accuracy of control.
1 cl

Description

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к оптическим способам измерения параметров вибраций, и может быть использовано для контроля работоспособности узлов и модулей радиоэлектронной аппаратуры.The invention relates to measuring equipment, namely to optical methods for measuring vibration parameters, and can be used to monitor the health of nodes and modules of electronic equipment.

Известен способ измерения параметров вибраций (патент 2097710 РФ, МПК G01H 1/08. Способ исследования колебаний. / Усанов Д.А., Скрипаль А.В., Вагарин В.А. - №94029365/28; заявл. 05.08.1994; опубл. 27.11.1997), заключающийся в том, что на вибрирующий объект направляют лазерное излучение и принимают отраженный сигнал. Зондирующий и отраженный сигналы суммируют, полученный результирующий световой сигнал преобразуют в электрический и регистрируют спектр этого сигнала. По полученному спектру сигнала судят об амплитудах вибрации объекта. К недостаткам этого способа следует отнести сложность, громоздкость и высокую стоимость оборудования, большое энергопотребление, высокие требования к качеству поверхности исследуемого объекта, высокие требования к состоянию атмосферы (определенная влажность, отсутствие запыленности и т.п.), кроме того, не определяется направление вибраций.A known method of measuring vibration parameters (RF patent 2097710, IPC G01H 1/08. Method of vibration studies. / Usanov D.A., Skripal A.V., Vagarin V.A. - No. 94029365/28; claimed. 05.08.1994; publ. 11/27/1997), which consists in the fact that laser radiation is directed to a vibrating object and a reflected signal is received. The probe and reflected signals are summed, the resulting resulting light signal is converted into electrical signal and the spectrum of this signal is recorded. The signal spectrum is used to judge the amplitudes of the vibration of the object. The disadvantages of this method include the complexity, bulkiness and high cost of equipment, high power consumption, high requirements for the surface quality of the object under study, high requirements for the state of the atmosphere (certain humidity, lack of dust, etc.), in addition, the direction of vibrations is not determined .

Известен способ измерения параметров вибраций (патент 2061242 РФ, МПК G01P 15/08, G01H 1/00. Трехкомпонентный пьезоэлектрический виброакселерометр с одним чувствительным элементом / Кобяков И.Б. - №94019569/28; заявл. 27.05.1994; опубл. 27.05.1996), заключающийся в том, что на вибрирующем объекте устанавливается пьезоэлектрический трехкомпонентный датчик виброускорений, содержащий один чувствительный элемент. К недостаткам этого способа следует отнести то, что контактный пьезочувствительный вибродатчик является источником погрешности измерений, если его масса и габариты сравнимы с соответствующими показателями вибрирующего объекта. Если, например, требуется измерить амплитуды и направления вибраций узла радиоэлектронной аппаратуры, смонтированного на печатной плате, то погрешность, вносимая изделиями пьезокерамики в форме прямоугольных параллелепипедов с квадратным основанием около 10 мм и высотой, сравнимой с размерами основания, будет весьма существенной. К тому же в узлах печатного монтажа, как правило, требуется измерять вибрации одновременно во многих точках этих узлов. Установка большого числа вибродатчиков с громоздким навесным монтажом может увеличить вносимую погрешность до неприемлемых величин.A known method of measuring vibration parameters (RF patent 2061242, IPC G01P 15/08, G01H 1/00. Three-component piezoelectric vibration accelerometer with one sensitive element / Kobyakov IB - No. 94019569/28; claimed. 27.05.1994; publ. 27.05. 1996), which consists in the fact that a piezoelectric three-component vibration acceleration sensor containing one sensing element is installed on a vibrating object. The disadvantages of this method include the fact that the contact piezosensitive vibration sensor is a source of measurement error, if its weight and dimensions are comparable with the corresponding parameters of the vibrating object. If, for example, it is required to measure the amplitudes and directions of vibrations of the assembly of electronic equipment mounted on a printed circuit board, then the error introduced by piezoceramic products in the form of rectangular parallelepipeds with a square base of about 10 mm and a height comparable to the size of the base will be very significant. In addition, in printed circuit assemblies, as a rule, it is required to measure vibrations simultaneously at many points of these assemblies. Installing a large number of vibration sensors with cumbersome hinged mounting can increase the introduced error to unacceptable values.

Известен способ измерения параметров вибраций (патент 2395792 РФ, МПК G01H 9/00. Способ измерения параметров вибрации объекта / Пронин С.Л., Зрюмов Е.А., Юденков А.В. - №2009125845/28; заявл. 06.07.2009; опубл. 27.07.2010), заключающийся в том, что на вибрирующем объекте закрепляют трафарет с нанесенными на него группами параллельных штрихов различной ширины, имеющих общую ось симметрии, с расстоянием между штрихами в группе, равным удвоенной ширине штриха. С помощью видеокамеры формируют на экране монитора компьютера изображение трафарета с вибрационным размытием и фиксацией соответствующей частоты кадровой развертки видеокамеры, равной частоте вибрации объекта. После этого регистрируют в неподвижном изображении трафарета нулевой контраст в группе наиболее широких штрихов. По ширине штриха в этой группе судят о размахе виброперемещения объекта и, следовательно, о модуле вектора амплитуды виброперемещения этого объекта. К недостаткам этого способа следует отнести то, что измерения возможны только в том случае, если направление вектора амплитуды виброперемещения объекта перпендикулярно оси симметрии штрихов. Если это условие не выполняется, то нулевой контраст в группе штрихов не несет информации о размахе вибрации. Количество групп штрихов на трафарете должно быть равно требуемому коэффициенту перекрытия по динамическому диапазону вибраций. Поэтому, с повышением требований к точности измерений усложняется трафарет, растут его масса и габаритные размеры. А это, в свою очередь, снижает точность измерений. Необходимость подбора частоты развертки для получения неподвижного изображения затрудняет автоматизацию, а участие в процессе измерений человека увеличивает трудоемкость измерений, ограничивает область применения техники и вносит субъективную погрешность в результаты измерений.A known method of measuring vibration parameters (RF patent 2395792, IPC G01H 9/00. Method for measuring vibration parameters of an object / Pronin S.L., Zryumov E.A., Yudenkov A.V. - No. 2009125845/28; claimed. 06.07.2009 ; published on July 27, 2010), which consists in the fact that a stencil is fixed on a vibrating object with groups of parallel strokes of various widths deposited on it and having a common axis of symmetry, with a distance between the strokes in the group equal to twice the stroke width. Using a video camera, a stencil image is formed on a computer monitor screen with vibration blur and fixing the corresponding frame rate of the video camera equal to the vibration frequency of the object. After that, zero contrast is recorded in the still image of the stencil in the group of the widest strokes. The stroke width in this group judges the magnitude of the vibration displacement of the object and, therefore, the modulus of the amplitude vector of the vibration displacement of this object. The disadvantages of this method include the fact that measurements are possible only if the direction of the vector of the amplitude of the vibrational displacement of the object is perpendicular to the axis of symmetry of the strokes. If this condition is not met, then the zero contrast in the group of strokes does not carry information about the magnitude of the vibration. The number of strokes on the stencil should be equal to the required coefficient of overlap in the dynamic range of vibrations. Therefore, with increasing requirements for measurement accuracy, the stencil becomes more complicated, its mass and overall dimensions grow. And this, in turn, reduces the accuracy of measurements. The need to select a sweep frequency to obtain a still image makes automation difficult, and participation in a person’s measurement process increases the complexity of the measurements, limits the scope of the technique and introduces a subjective error in the measurement results.

Известен способ измерения параметров вибраций (патент 2535237 РФ, МПК G01H 9/00. Способ измерения вибраций / Држевецкий А.Л. и др. - №2013128327/27; заявл. 20.08.2013; опубл. 10.12.2014), заключающийся в том, что для бесконтактного трехкоординатного измерения амплитуды вибраций в выбранных местах конструкции наносятся системы светоотражающих меток круглой формы. Формируют бинарные изображения меток и следов их вибрационного размытия. Величина и направление векторов вибрации достигается путем наложения на изображение следов дополнительных измерительных систем, представляющих системы концентрических колец с равным шагом, центр тяжести которых совмещен с центром тяжести каждого следа, а их число равно числу следов. Недостатком способа является необходимость формирования матрицы концентрических колец, что усложняет метод, а дискретная система концентрических колец уменьшает точность измерения величины векторов вибраций в трех измерениях. Точность измерения также уменьшается за счет того, что не учитывается модуляция ширины следов.A known method of measuring vibration parameters (RF patent 2535237, IPC G01H 9/00. Method of vibration measurement / Drzhevetsky A.L. et al. - No. 2013128327/27; claimed. 08.20.2013; publ. 10.12.2014), which consists in that for a non-contact three-dimensional measurement of the amplitude of vibrations in selected places of the structure are applied systems of retroreflective marks of a round shape. Binary images of marks and traces of their vibrational blur are formed. The magnitude and direction of the vibration vectors is achieved by superimposing on the image of the traces of additional measuring systems representing systems of concentric rings with equal steps, the center of gravity of which is combined with the center of gravity of each trace, and their number is equal to the number of tracks. The disadvantage of this method is the need to form a matrix of concentric rings, which complicates the method, and a discrete system of concentric rings reduces the accuracy of measuring the magnitude of the vibration vectors in three dimensions. The measurement accuracy is also reduced due to the fact that the modulation of the width of the tracks is not taken into account.

Наиболее близким по технической сущности является способ бесконтактного трехкоординатного измерения амплитуды вибраций (патент 2535522 РФ, МПК G01H 9/00. Способ измерения вибраций / Држевецкий А.Л. и др. - №2013128329/28; заявл. 20.06.2013; опубл. 10.12.2014), заключающийся в том, что на исследуемый объект в качестве тест-объекта наносят светоотражающие метки круглой формы. Формируют бинарные изображения этих меток и следов их вибрационного размытия. При отсутствии вибрации определяют координаты центра тяжести каждой метки, ее радиус. Формируют дополнительную матрицу, каждый фрагмент которой представляет собой соответствующий след вибрационного размытия метки, повернутый на 90° относительно центра тяжести метки. Угловое положение следов, расстояние от центра тяжести следов до границы соответствующих следов вибрационного размытия меток и ширины тех же следов определяется путем ряда операций, проводимых с элементами основной и дополнительной матрицы. Длина вектора вибрации в плоскости вибрационного размытия пропорциональна разнице между расстоянием от центра тяжести следа до границы следа и половиной его ширины, а длина вектора вибраций в перпендикулярном к этой плоскости направлении пропорциональна разнице между половиной ширины следа и радиусом меток, вычисленных один раз при отсутствии вибраций. Недостатком способа является необходимость формирования дополнительной матрицы следов меток, повернутых относительно их центров тяжести на 90° и последующих операций, что приводит к усложнению способа и увеличению времени анализа. Кроме того, ограничена точность способа, так как не учитывается дополнительная модуляция ширины следов за счет разности фаз колебаний в плоскости вибрационного размытия и в перпендикулярном к этой плоскости направлении. Дополнительная модуляция ширины следов, то есть изменение ширины следов по его длине в перпендикулярных плоскостях.The closest in technical essence is the method of non-contact three-coordinate measurement of the amplitude of the vibrations (RF patent 2535522, IPC G01H 9/00. The method of measuring vibrations / Drzhevetsky A.L. et al. - No. 2013128329/28; claimed. 06/20/2013; publ. 10.12 .2014), which consists in the fact that the test object is applied as a test object with reflective round marks. Binary images of these marks and traces of their vibrational blur are formed. In the absence of vibration, the coordinates of the center of gravity of each mark and its radius are determined. An additional matrix is formed, each fragment of which is a corresponding trace of vibrational blur of the mark rotated 90 ° relative to the center of gravity of the mark. The angular position of the traces, the distance from the center of gravity of the traces to the border of the corresponding traces of vibration blur marks and the width of the same traces is determined by a series of operations carried out with elements of the main and additional matrix. The length of the vibration vector in the plane of vibrational blur is proportional to the difference between the distance from the center of gravity of the track to the trace border and half its width, and the length of the vibration vector in the direction perpendicular to this plane is proportional to the difference between half the track width and the radius of the marks calculated once in the absence of vibration. The disadvantage of this method is the need to form an additional matrix of traces of marks rotated relative to their centers of gravity by 90 ° and subsequent operations, which leads to a complication of the method and an increase in analysis time. In addition, the accuracy of the method is limited, since it does not take into account the additional modulation of the width of the tracks due to the phase difference of the oscillations in the plane of vibrational blur and in the direction perpendicular to this plane. Additional modulation of the width of the tracks, that is, changing the width of the tracks along its length in perpendicular planes.

Техническим результатом предлагаемого способа измерения вибраций является упрощение и повышение точности измерения характеристик вибраций контролируемого объекта при бесконтактном трехкоординатном измерении модулей и направлений векторов амплитуды виброперемещения нескольких выбранных точек исследуемого объекта одновременно. За счет выделения из матрицы граничных элементов и записи координат граничных элементов в виде массивов чисел, в результате анализа которых определяются координаты характерных точек следов, находящихся на максимальном и минимальном расстояниях от центров тяжести меток, а также на максимальном расстоянии от линии, соединяющей центр тяжести меток и точку с максимальным удалением от центра тяжести меток. На основании координат характерных точек следов определяются направление и амплитуды вибраций как в плоскости вибрационного размытия, так и в перпендикулярном к этой плоскости направлении с учетом радиуса метки, определенного при отсутствии вибрации.The technical result of the proposed method for measuring vibration is to simplify and improve the accuracy of measuring the vibration characteristics of a controlled object with a non-contact three-coordinate measurement of the modules and directions of the vibration displacement amplitude vectors of several selected points of the studied object at the same time. By isolating the boundary elements from the matrix and recording the coordinates of the boundary elements in the form of arrays of numbers, the analysis of which determines the coordinates of the characteristic points of the tracks located at the maximum and minimum distances from the centers of gravity of the marks, as well as at the maximum distance from the line connecting the center of gravity of the marks and the point with the maximum distance from the center of gravity of the marks. Based on the coordinates of the characteristic points of the tracks, the direction and amplitudes of the vibrations are determined both in the plane of vibrational blur and in the direction perpendicular to this plane, taking into account the radius of the mark determined in the absence of vibration.

Предлагаемый способ измерения вибраций основывается на том, что на исследуемый объект в качестве тест-объекта наносят в требуемых местах светоотражающие метки в виде точек круглой формы. Формируют бинарное изображение этих меток. При отсутствии вибрации по этому изображению определяются координаты их центров тяжести, площади и по этим площадям вычисляют радиусы меток. При наличии вибрации происходит модуляция местоположения меток в направлении действия вибраций в плоскости изображения, а также в перпендикулярном к этой плоскости направлении. В результате формируется изображение следов вибрационного размытия меток. Степень модуляции меток по их длине и по ширине зависит от отношения амплитуд колебаний в перпендикулярных плоскостях, а также от их фазовых соотношений, что влияет на форму следов. Это проявляется в том, что ширина следов в различных сечениях будет не постоянной, а будет принимать максимальные и минимальные значения. Влияние модуляции ширины следов особенно при больших колебаниях в перпендикулярных плоскостях приводит к погрешностям определения вибраций.The proposed method for measuring vibrations is based on the fact that reflective marks in the form of round points are applied to the test object as a test object in the required places. Form a binary image of these labels. In the absence of vibration, the coordinates of their centers of gravity, area are determined from this image, and the radii of the marks are calculated from these areas. In the presence of vibration, the location of the marks in the direction of vibration in the image plane, as well as in the direction perpendicular to this plane, is modulated. As a result, an image of traces of vibrational blur marks is formed. The degree of modulation of labels along their length and width depends on the ratio of the amplitudes of the oscillations in the perpendicular planes, as well as on their phase relationships, which affects the shape of the tracks. This is manifested in the fact that the width of the tracks in different sections will not be constant, but will take maximum and minimum values. The effect of modulation of the width of the tracks, especially for large vibrations in perpendicular planes, leads to errors in the determination of vibrations.

Плоское изображение следа вибрационного размытия метки несет полную информацию о проекциях вектора амплитуды виброперемещения этой метки на координатные оси в трехмерном пространстве, то есть о величине и направлении этого вектора.A flat image of the trace of vibrational blur of a label carries complete information about the projections of the vector of the amplitude of vibrational displacement of this label onto the coordinate axes in three-dimensional space, that is, about the magnitude and direction of this vector.

Если принять, что в декартовой системе координат плоскость изображения «X0Y», а ось Z перпендикулярна плоскости изображения, то модуль вектора амплитуды виброперемещения меткиIf we assume that in the Cartesian coordinate system the image plane is “X0Y”, and the Z axis is perpendicular to the image plane, then the module of the label’s vibrational amplitude vector is

Figure 00000001
Figure 00000001

где k - порядковый номер метки;where k is the serial number of the label;

Ak - модуль вектора амплитуды виброперемещения «k»-й метки;A k - the module of the amplitude vector of the vibration displacement of the “k” th mark;

Figure 00000002
- проекция вектора амплитуды виброперемещения «k»-й метки на направление, перепендикулярное плоскости изображения;
Figure 00000002
- the projection of the amplitude vector of the vibrational displacement of the “k” th mark on the direction perpendicular to the image plane;

Figure 00000003
- проекция вектора амплитуды виброперемещения «k»-й метки на плоскость изображения.
Figure 00000003
- the projection of the amplitude vector of the vibration displacement of the “k” th mark on the image plane.

Для определения векторов вибраций в декартовой системе координат определяются характерные параметры следов. Такими параметрами являются половины длины следа и его угловое положение, половина ширины следа в его середине, половина максимальной ширины следа. Проекция вектора амплитуды виброперемещения на направление, перпендикулярное плоскости изображения, пропорциональна разнице между максимальной шириной и следа и радиусом метки, определенной при отсутствии вибраций.To determine the vibration vectors in the Cartesian coordinate system, the characteristic parameters of the tracks are determined. Such parameters are half the length of the track and its angular position, half the width of the track in its middle, half the maximum width of the track. The projection of the amplitude vector of the vibration displacement onto the direction perpendicular to the image plane is proportional to the difference between the maximum width and the trace and the radius of the mark, determined in the absence of vibration.

Проекция вектора амплитуды виброперемещения на плоскость изображения пропорциональна разнице между половиной длины следа и половиной корректирующей ширины следа. Ориентация следа в направлении его длины определяет угловое положение проекции вектора амплитуды виброперемещения на плоскости изображения. Для упрощения определения характерных параметров следов для каждого следа записываются массивы чисел, соответствующие координатам их граничных элементов. Половины длины следа будет соответствовать максимальному расстоянию от граничных элементов следов до их центров тяжести, а прямая, проходящая через точку контура с координатами, соответствующими максимальному расстоянию до центра тяжести, и точку с координатами центров тяжести следов, определяет угловое положение проекции вектора амплитуды виброперемещения на плоскости изображения, а максимальное расстояние контурных точек до этой прямой соответствует половине максимальной ширины следа. Половина ширины следов в их середине соответствует минимальному расстоянию от граничных элементов следов до их центров тяжести. Координаты граничных точек для характерных параметров следов также фиксируются и могут в дальнейшем использоваться.The projection of the amplitude vector of the vibration displacement onto the image plane is proportional to the difference between half the length of the track and half the correcting width of the track. The orientation of the track in the direction of its length determines the angular position of the projection of the amplitude vector of vibration displacement on the image plane. To simplify the determination of the characteristic parameters of the traces for each trace, arrays of numbers are written corresponding to the coordinates of their boundary elements. Half the length of the track will correspond to the maximum distance from the boundary elements of the tracks to their centers of gravity, and the straight line passing through the contour point with coordinates corresponding to the maximum distance to the center of gravity and the point with coordinates of the centers of gravity of the tracks determines the angular position of the projection of the vibrational displacement amplitude vector on the plane image, and the maximum distance of the contour points to this line corresponds to half the maximum width of the trace. Half the width of the tracks in their middle corresponds to the minimum distance from the boundary elements of the tracks to their centers of gravity. The coordinates of the boundary points for the characteristic parameters of the tracks are also fixed and can be used in the future.

Предлагаемый способ позволяет по следам вибраций выделить длину и угловое положение вектора в плоскости вибрационного размытия и в перпендикулярном к этой плоскости направлению. Процесс выделения составляющих вектора вибраций по его следам можно разделить на несколько этапов. Первым из них является формирование изображения следов вибрационного размытия меток. Из всего многообразия считывающих устройств наиболее распространены устройства телевизионного типа с применением приборов с зарядовой связью, на мишени которых величина накопленного заряда пропорциональна освещенности ячейки матрицы мишени и времени воздействия света на эту ячейку. Таким образом, уже на мишени считывающего устройства за время накопления заряда, равное примерно периоду повторения считывания кадров, формируется весь след или его часть. Вполне очевидно, что весь след при частоте вибраций менее частоты считывания кадров на мишени считывающего устройства зафиксировать не возможно. Поэтому полностью след от вибраций, в этом случае, следует записывать в течение нескольких кадров и сохранять на время, необходимое для дальнейшей обработки в виде матрицы следов в матричном запоминающем устройстве, размер матрицы которого совпадает с размером матрицы считывающего устройства. Для примера: При частоте вибраций 1 Гц и при частоте кадров 50 Гц требуется накапливать заряд в течение времени более чем 1 сек, то есть в течении 50 кадров. При частоте вибраций более 50 Гц требуется один кадр считывания. Запись в матричное запоминающее устройство производится после преобразования сигнала с выхода считывающих устройств в бинарный. Перед записью матричное запоминающее устройство обнуляется, и в виде логических единиц записывается только тот сигнал, уровень которого превосходит наперед заданное значение. Поэтому уровень логической «1», соответствующий элементу следа при последующем обращении к той же ячейке подтверждается и сохраняется на время последующей обработки. Вторым этапом является выделение из матрицы следов граничных элементов, координаты которых записываются в виде массивов чисел для каждого следа (

Figure 00000004
,
Figure 00000005
). Размер массива равен числу mk граничных элементов для каждого следа (l≤i≤mk), где k - номер метки. Для каждой метки при отсутствии вибрации рассчитывается радиус метки (rk), например по ее площади, и координаты центров тяжести (
Figure 00000006
,
Figure 00000007
). Затем рассчитываются характерные параметры следов. Половина длины следов соответствует расстоянию от центров тяжести одноименных следов до граничных элементов, максимально удаленных от этих центров, и определяется на основании известного соотношенияThe proposed method allows to trace the length and angular position of the vector in the plane of vibrational blur and in the direction perpendicular to this plane, following the traces of vibrations. The process of isolating the components of the vibration vector in its tracks can be divided into several stages. The first of these is the imaging of traces of vibrational blur marks. Of the variety of readers, the most common are television-type devices using charge-coupled devices, on the targets of which the accumulated charge is proportional to the illumination of the target matrix cell and the time of exposure to light on this cell. Thus, already on the target of the reader for the time of accumulation of charge, which is approximately equal to the period of repetition of reading frames, the entire trace or its part is formed. It is quite obvious that the entire trace at a vibration frequency less than the frame reading frequency on the target of the reading device cannot be fixed. Therefore, the entire trace of vibrations, in this case, should be recorded for several frames and stored for the time necessary for further processing in the form of a trace matrix in a matrix storage device, the matrix size of which coincides with the size of the reader matrix. For example: With a vibration frequency of 1 Hz and a frame frequency of 50 Hz, it is required to accumulate a charge over a period of more than 1 second, that is, for 50 frames. With a vibration frequency of more than 50 Hz, one reading frame is required. Recording to the matrix storage device is carried out after converting the signal from the output of the reading devices to binary. Before recording, the matrix storage device is reset, and in the form of logical units, only that signal is recorded, the level of which exceeds the predetermined value in advance. Therefore, the logical level “1” corresponding to the trace element during subsequent access to the same cell is confirmed and stored for the period of subsequent processing. The second stage is the selection from the matrix of traces of boundary elements whose coordinates are written in the form of arrays of numbers for each trace (
Figure 00000004
,
Figure 00000005
) The size of the array is equal to the number m k of boundary elements for each trace (l≤i≤m k ), where k is the label number. For each mark in the absence of vibration, the radius of the mark (r k ) is calculated, for example, by its area, and the coordinates of the centers of gravity (
Figure 00000006
,
Figure 00000007
) Then the characteristic parameters of the tracks are calculated. Half the length of the tracks corresponds to the distance from the centers of gravity of the tracks of the same name to the boundary elements as far as possible from these centers, and is determined on the basis of the known relation

Figure 00000008
Figure 00000008

где Lk - длина следов.where L k is the length of the tracks.

При этом запоминаются координаты граничных элементов следов (xh,yh), которые удовлетворяют соотношению (1).In this case, the coordinates of the boundary elements of the traces (x h , y h ), which satisfy relation (1), are remembered.

Половина ширины следов в их центральной области соответствует расстоянию от их центров тяжести до граничных элементов следов, минимально удаленных от этих центров, и определяется на основании соотношенияHalf the width of the tracks in their central region corresponds to the distance from their centers of gravity to the boundary elements of the tracks minimally distant from these centers, and is determined based on the relation

Figure 00000009
Figure 00000009

где hk - ширина следов в их центральной области.where h k is the width of the tracks in their central region.

При этом координаты граничных элементов (xh,yh) также запоминаются.The coordinates of the boundary elements (x h , y h ) are also remembered.

Направление вибраций в плоскости изображения следов меток совпадает с прямой, проходящей через центры тяжести следов и максимально удаленные граничные элементы одноименных следов, и определяется соотношениемThe direction of vibrations in the image plane of the marks of the marks coincides with the straight line passing through the centers of gravity of the marks and the most distant boundary elements of the marks of the same name, and is determined by the ratio

Figure 00000010
Figure 00000010

где φk - угловое положение вибраций в плоскости изображения следов меток.where φ k is the angular position of the vibrations in the image plane of the traces of marks.

Для определения максимальной ширины следов вначале записывается уравнение прямых в канонической форме, проходящих через центры тяжести следов и максимально удаленные от них точки, а затем для каждого следа определяется максимальное расстояние от граничных элементов следов до этой прямой (см. М.Я. Выгодский «Справочник по высшей математике». Государственное издательство математической литература. Москва. 1958 г, стр. 42).To determine the maximum width of the tracks, first we write the equation of lines in canonical form passing through the centers of gravity of the tracks and the points farthest from them, and then for each track the maximum distance from the boundary elements of the tracks to this line is determined (see M.Ya. Vygodsky “Reference in higher mathematics. "State Publishing House of Mathematical Literature. Moscow. 1958, p. 42).

Figure 00000011
Figure 00000011

где δk - максимальная величина ширины следов,where δ k is the maximum width of the tracks,

Ak, Bk, Ck - параметры прямой, удовлетворяющие прямой, проходящей через точки с координатами (

Figure 00000012
,
Figure 00000013
и
Figure 00000014
,
Figure 00000015
), и которые равныA k , B k , C k are the parameters of the line that satisfy the line passing through the points with coordinates (
Figure 00000012
,
Figure 00000013
and
Figure 00000014
,
Figure 00000015
), and which are equal

Figure 00000016
Figure 00000016

Проекция вектора амплитуды виброперемещения «k»-й метки на направление, перпендикулярное плоскости изображения, пропорциональна разнице между максимальным значением половины ширины следов и радиусом меток, определенных при отсутствии вибрацийThe projection of the vibrational amplitude vector of the “k” mark on the direction perpendicular to the image plane is proportional to the difference between the maximum value of half the width of the tracks and the radius of the marks determined in the absence of vibrations

Figure 00000017
Figure 00000017

Проекция вектора амплитуды вибропермещения «k»-й метки на плоскость изображения пропорциональна разнице между половиной длины следов меток и половиной корректирующей ширины следовThe projection of the vibration amplitude vector of the “k” mark on the image plane is proportional to the difference between half the length of the marks of the marks and half the correcting width of the marks

Figure 00000018
Figure 00000018

В соотношениях (5) и (7)In the relations (5) and (7)

Rkk - коэффициенты, определяемые свойствами зеркально-оптической системы и элементами волоконной оптики,R k , γ k are the coefficients determined by the properties of the mirror-optical system and the elements of fiber optics,

βk - корректирующее значение ширины следов, определение которого связано с разностью фаз колебаний во взаимно перпендикулярных плоскостях.β k is the corrective value of the width of the tracks, the determination of which is associated with the phase difference of the oscillations in mutually perpendicular planes.

Значение корректирующего значения ширины следов βk может быть функционально связано с координатами центров тяжести следов, координатами максимальных значений ширины следов, координатами ширины следов в их середине. Приемлемую точность определения βk дает соотношениеThe value of the correcting value of the width of the tracks β k can be functionally related to the coordinates of the centers of gravity of the tracks, the coordinates of the maximum values of the width of the tracks, the coordinates of the width of the tracks in their middle. The acceptable accuracy of determining β k gives the relation

Figure 00000019
Figure 00000019

Конкретная функциональная зависимость βk, связанная с погрешностью определения вибраций в плоскости изображения следов меток, имеет различную связь с параметрами следов меток и в заявке не приводится, так как это не влияет на сущность заявляемого способа.The specific functional dependence β k associated with the error in determining vibrations in the image plane of the marks of marks has a different relationship with the parameters of marks of marks and is not given in the application, since this does not affect the essence of the proposed method.

По формуле (1) определяют модуль вектора амплитуды виброперемещения каждой «k»-й метки.By the formula (1), the module of the vector of the amplitude of vibrational displacement of each “k” th mark is determined.

Claims (1)

Способ измерения вибраций, включающий нанесение на исследуемый объект в требуемых местах светоотражающих меток в виде точек круглой формы и регистрацию этих точек с вибрационным размытием, формируют бинарные изображения этих меток и следов их вибрационного размытия в виде матрицы связанных элементов, при отсутствии вибраций определяют координаты центров тяжести меток и их радиусы, отличающийся тем, что, с целью упрощения и повышения точности измерения характеристик вибраций из матрицы связанных элементов, выделяются граничные элементы следов и для каждого следа записываются их координаты, на основании которых рассчитываются расстояния от граничных элементов следов до их центров тяжести, минимальное расстояние соответствует половине ширины следов меток в их середине, максимальное расстояние соответствует половине длины следов меток, а прямые, проходящие через центры тяжести меток и максимально удаленные от центров тяжести меток, граничные элементы следов определяют их угловые положения, совпадающие с направлением вибраций меток в плоскости изображений меток, рассчитывается также половина максимальной ширины следов как максимальные расстояния от граничных элементов следов до этих прямых, проекции векторов амплитуды виброперемещения меток на направление, перпендикулярное плоскости изображения, пропорциональны разнице между максимальным значением половины ширины следов и радиусом меток, определенных при отсутствии вибраций, проекции векторов амплитуды виброперемещения меток на плоскость изображения пропорциональны разнице между половиной длины следов меток и половиной корректирующей ширины следов. A method for measuring vibrations, including applying reflective marks in the form of round points to the required object in the required places and registering these points with vibrational blur, form binary images of these marks and their vibrational blurring in the form of a matrix of connected elements, in the absence of vibration determine the coordinates of the centers of gravity labels and their radii, characterized in that, in order to simplify and improve the accuracy of measuring vibration characteristics from a matrix of related elements, boundary elements you trace and for each trace their coordinates are recorded, based on which the distances from the boundary elements of the tracks to their centers of gravity are calculated, the minimum distance corresponds to half the width of the marks marks in their middle, the maximum distance corresponds to half the length of the marks marks, and the lines passing through the centers of gravity marks and the most distant from the centers of gravity of the marks, the boundary elements of the tracks determine their angular positions, coinciding with the direction of vibration of the marks in the plane of the images of marks, half the maximum width of the tracks is also read as the maximum distances from the boundary elements of the tracks to these straight lines, the projections of the vectors of the amplitude of the vibration of the marks on the direction perpendicular to the image plane are proportional to the difference between the maximum value of half the width of the tracks and the radius of the marks determined in the absence of vibration, the projection of the vectors of the amplitude of the vibration marks on the image plane are proportional to the difference between half the length of the marks marks and half the corrective width ins tracks.
RU2015121909/28A 2015-06-08 2015-06-08 Method for measuring vibrations RU2597280C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015121909/28A RU2597280C1 (en) 2015-06-08 2015-06-08 Method for measuring vibrations

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015121909/28A RU2597280C1 (en) 2015-06-08 2015-06-08 Method for measuring vibrations

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2597280C1 true RU2597280C1 (en) 2016-09-10

Family

ID=56892576

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015121909/28A RU2597280C1 (en) 2015-06-08 2015-06-08 Method for measuring vibrations

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2597280C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2713097C1 (en) * 2019-05-13 2020-02-03 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова" (АлтГТУ) Method of measuring vibration parameters of an object
RU2726270C1 (en) * 2019-11-12 2020-07-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пензенский государственный университет" (ФГБОУ ВО "ПГУ") Method for monitoring the technical state of mechanisms
RU2798740C1 (en) * 2022-01-17 2023-06-26 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пензенский государственный университет" Method for monitoring technical condition of mechanisms

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5793901A (en) * 1994-09-30 1998-08-11 Omron Corporation Device and method to detect dislocation of object image data
US6772089B2 (en) * 2001-07-05 2004-08-03 Kabushiki Kaisha Toshiba Graphic contour extracting method, pattern inspecting method, program and pattern inspecting system
RU2280838C2 (en) * 2004-06-15 2006-07-27 Конструкторско-технологический институт научного приборостроения Сибирского отделения РАН Method of contact-free measurement of objects having defocused borders onto image
JP2007188269A (en) * 2006-01-12 2007-07-26 Univ Of Tokyo On-image mobile object tracking method and device
JP2011075478A (en) * 2009-10-01 2011-04-14 Kobe Steel Ltd Accumulator belt-like body vibration measuring device
RU2535522C1 (en) * 2013-06-20 2014-12-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пензенский государственный университет" Vibrations measurement method

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5793901A (en) * 1994-09-30 1998-08-11 Omron Corporation Device and method to detect dislocation of object image data
US6772089B2 (en) * 2001-07-05 2004-08-03 Kabushiki Kaisha Toshiba Graphic contour extracting method, pattern inspecting method, program and pattern inspecting system
RU2280838C2 (en) * 2004-06-15 2006-07-27 Конструкторско-технологический институт научного приборостроения Сибирского отделения РАН Method of contact-free measurement of objects having defocused borders onto image
JP2007188269A (en) * 2006-01-12 2007-07-26 Univ Of Tokyo On-image mobile object tracking method and device
JP2011075478A (en) * 2009-10-01 2011-04-14 Kobe Steel Ltd Accumulator belt-like body vibration measuring device
RU2535522C1 (en) * 2013-06-20 2014-12-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пензенский государственный университет" Vibrations measurement method

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Григорьев А.В. Моделирование следа размытия изображения круглой метки при ее компланарном и ортогональном виброперемещениях // Труды международного симпозиума "надежность и качество 2015", том 1, 15.05.2015 (стр. 109-112). Григорьев А.В. О характеристических признаках следа вибрационного размытия изображения круглой метки // Алгоритмы, методы и системы обработки данных, Выпуск 1(30), 2015 *
Григорьев А.В. Моделирование следа размытия изображения круглой метки при ее компланарном и ортогональном виброперемещениях // Труды международного симпозиума "надежность и качество 2015", том 1, 15.05.2015 (стр. 109-112). Григорьев А.В. О характеристических признаках следа вибрационного размытия изображения круглой метки // Алгоритмы, методы и системы обработки данных, Выпуск 1(30), 2015. *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2713097C1 (en) * 2019-05-13 2020-02-03 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова" (АлтГТУ) Method of measuring vibration parameters of an object
RU2726270C1 (en) * 2019-11-12 2020-07-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пензенский государственный университет" (ФГБОУ ВО "ПГУ") Method for monitoring the technical state of mechanisms
RU2798740C1 (en) * 2022-01-17 2023-06-26 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пензенский государственный университет" Method for monitoring technical condition of mechanisms

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2635385C (en) System for acquiring seismic data with six components
JPH1183438A (en) Position calibration method for optical measuring device
US20100295940A1 (en) Method and apparatus for determining distance
RU2535522C1 (en) Vibrations measurement method
CN110702946B (en) Monocular vision-based low-frequency multi-axis accelerometer sensitivity calibration method
CN115267745A (en) Laser radar calibration device and method
RU2597280C1 (en) Method for measuring vibrations
Kumar et al. Experimental vibration analysis of large structures using 3D DIC technique with a novel calibration method
EP0378622B1 (en) System for output plane calibration of an optical correlator
RU2535237C1 (en) Vibrations measurement method
CN103389072A (en) An image point positioning precision assessment method based on straight line fitting
CN107421503A (en) Simple detector three-linear array stereo mapping imaging method and system
US7518712B2 (en) Tilted edge for optical-transfer-function measurement
CN111679099A (en) Accelerometer calibration method and device based on coherent light vision optical flow detection
US5402505A (en) Semiconductor device lead inspection system
CN113076517B (en) Hilbert transform-based civil engineering structure dynamic monitoring phase evaluation method
US20160021305A1 (en) Method and apparatus for measuring optical systems and surfaces with optical ray metrology
CN109544639B (en) Multi-mirror single-camera three-dimensional vibration testing device and method
JP7191632B2 (en) Eccentricity measurement method
Chen et al. Long distance video camera measurements of structures
JP2000321016A (en) Laser beam displacement measuring apparatus for vibration test
CN102798383B (en) Method, device and system for measuring tension of screen mesh of vibrating screen
RU2447410C2 (en) Apparatus for remote measurement of vibration parameters of object
JP7414772B2 (en) Method and device for measuring displacement of object
JPH102724A (en) Optical three-dimensional measuring apparatus

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20170609