[发明专利]一种非接触式的基于影像的实时在线振动测量方法

说明书

技术领域

本发明属于振动测量与分析领域，更具体地说，涉及一种非接触式的基于影像的实时在线振动测量方法。

背景技术

机械振动是自然界、工程技术和日常生活中普遍存在的物理现象。工业生产上，很多故障都是与机械运动或振动相密切联系的，振动检测在生活中各行各业的作用都不容小觑。

在已有的振动测量技术中，主要有利用各种应变片或加速度传感器的接触式测量方法和利用激光多普勒效应或激光干涉技术的非接触式测量方法。其中又以加速度传感器等接触式测量方法为主，在应用中存在接触式测量传感器布线麻烦、效率低下、负载效应影响测量结果准确性以及无法测量高温等特殊环境物体等一系列局限性。而已有的非接触式激光测量方法成本昂贵、一台仪器仅支持一个测点的一维振动测量，数据采集能力有限。这种现状使得振动测量应用无法深入发展。

随着高速摄像技术和数据传输技术逐步发展，数字相机的拍摄速度越来越快，所拍摄到的图像越来越精细，相机成本也在逐步下降，同时计算机图像处理分析技术也发展迅速，非接触式基于影像的振动测量方法得到了越来越广泛的应用，适合一些例如高温、危险、强电磁干扰等环境下的振动检测。

现有技术中已经有非接触式基于影像的振动测量方法，如专利申请号：2013102248219，申请日：2014年06月05号，专利名称：基于机器视觉的柔性悬臂梁振动的测量装置及方法，该申请案公开了一种基于机器视觉的柔性悬臂梁振动的测量装置及方法，该装置包括固定支架、柔性悬臂梁、相机支架、CCD相机、镜头、多个LED发光管和PC机，柔性悬臂梁一端固定在固定支架上，各个LED发光管依次设置在柔性悬臂梁的上表面，固定支架顶端设置有相机支架，CCD相机固定于相机支架上，且CCD相机配置有镜头，CCD相机的输出端口与PC机连接。CCD相机测量LED发光管振动的每一帧图像并将图像传送给PC机；PC机处理检测到的图像序列，并提取LED发光管光斑质心位置，获取各个LED发光管处的振动位移和反映柔性悬臂梁结构低频振动的参数。该申请在一定程度上具有非接触、测量范围宽、不改变被测物的振动特性等优点，但是该申请中相机的安装需要特殊要求，比较麻烦，且使用非接触式基于影像的振动测量方法，所涉及到的图像处理分析的计算量十分繁重，要求CPU的处理速度非常高，否则将会使得这种振动测量过程陷入长时间的等待，无法满足测量现场的实时性要求。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

针对现有振动测量系统中存在的不足，本发明提供了一种非接触式的基于影像的实时在线振动测量方法。采用本发明的技术方案，可以满足高温、危险、强电磁干扰等特殊环境中的振动测量，一次测量可以得到视场范围内目标物体上多个测点的二维振动信息，减少了振动测量的准备工作，降低成本，提高了振动测量效率和精度，扩大振动测量的应用范围，能够快速处理目标振动图像，实时在线输出振动信息。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种非接触式的基于影像的实时在线振动测量方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)固定平面标靶到被测目标物体上，调整相机方向与镜头焦距，使包含平面标靶的被测目标物体在相机上清晰成像；

2)采用高速相机对目标物体的振动情况进行拍摄，得到目标物体的振动视频；

3)由计算机内置的振动测量软件对步骤2)得到的目标物体的振动视频提取出每一帧图像，图像帧编号为i(i＝1、2……)；

4)对步骤3得到的第1帧图像，选取平面标靶所在的图像区域，依据标靶特征识别算法，识别出平面标靶的范围区域；

5)以平面标靶的中心点为坐标原点分别在物体上和图像中建立两个坐标系oxy和ouv，根据事先已知的标靶实际尺寸和识别出的标靶特征范围区域在图像上的尺寸，计算出摄像机标定的投影矩阵M，计算公式如下：