[发明专利]基于机器视觉的薄壁件模态测试方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种薄壁件模态的测试装置，特别涉及一种基于机器视觉的薄壁件模态测试方法及系统。

背景技术

薄壁件由于重量轻、结构效率高等优点，因此在工业生产中得到了广泛的应用。但由于薄壁件的壁厚相对整体尺寸通常都很小，并且一般刚度小、面积大，所以在机械系统运行过程中很容易发生振动，从而引起机械部件之间的干扰，发出振动噪声，或者在机械长期的运动中导致机械故障，过大的振动甚至会引起毁灭性的事故，因此必需对薄壁件进行模态测试。

传统的模态测试方法是通过加速度传感器附着于待测物体表面来进行测量，但由于薄壁件自身轻质壁薄的特点，使得该方法很难对薄壁件进行一个高精度的模态测量。另外，对于一些复杂结构薄壁件的模态测量，可能会对测试的空间密度有较高的要求，为了得到一个全场高分辨率的测量结果，通常需要测量多点的振动情况，这样就必须在物体表面布置大量的传感器，而接触式传感器很难实现这方面的工作。

随着多普勒激光测振技术的发展，多普勒激光测振仪这种非接触式振动测试传感器逐渐被应用到了薄壁件的模态测量中，解决了传感器对薄壁构件产生附加质量的问题，但激光测振前期调试对准复杂，增加了调试时间和难度；且对被测物体表面质量要求较高。

发明内容

为了解决现有薄壁件模态的测试存在的上述技术问题，本发明供一种装置灵活、调试容易、高效准确、全场非接触式的基于机器视觉的薄壁件模态测试方法及系统，实现对薄壁件的模态非接触、全场、高精度测量。

本发明解决上述技术问题的技术方案是：一种基于机器视觉的薄壁件模态测试系统，包括薄壁件、CCD工业相机、普通LED光源、激振器、激振器控制装置、计算机图像处理装置；薄壁件的一端被固定在激振器下方的激振头上，另一端处于自由悬空状态，在薄壁件的侧表面上设置反光贴；激振器悬挂在固定支架上，CCD工业相机用三脚架水平固定在装置的正前方，CCD工业相机的输出端与计算机图像处理装置的输入端相连，计算机图像处理装置的输出端与激振器控制装置相连，普通LED光源设置在摄像机的左前方；激振器控制装置的输出端与功率放大器的输入端相连，功率放大器的输出端与激振器的激振头相连，激振头末端安装加速度传感器，加速度传感器的输出端与激振器控制装置相连。

上述的基于机器视觉的薄壁件模态测试系统中，所述的反光贴为圆形特征的条状反光贴，背景色为黑色，前景色为白色圆形特征点，等间距水平排列。

一种基于机器视觉的薄壁件模态测试方法，包括如下步骤：

1)求取CCD工业相机与被测薄壁件的相对位姿关系，并对CCD工业相机的主点坐标(u₀,v₀)、水平方向的等效焦距f_u、垂直方向的等效焦距f_v、畸变参数k₁、k₂、p₁、p₂进行标定；

2)激振器控制装置的内置信号发生器发出正弦激励信号，传递给功率放大器，再由功率放大器传递给激振器的激振头，激振器带动被薄壁件同频振动，CCD工业相机采集薄壁件的振动图像，并传送至计算机图像处理装置中，进行图像处理，求出薄壁件的固有频率；

3)使激振器在薄壁件的固有频率下做定频振动，利用CCD工业相机连续采集薄壁件的振动图像，并将振动图像通过数据线传送到计算机图像处理装置中，对振动图像进行处理，求出薄壁件在固有频率下的模态振型。

上述的基于机器视觉的薄壁件模态测试方法中，所述步骤1)中求取CCD工业相机与被测薄壁件的相对位姿关系，并对CCD工业相机的主点坐标(u₀,v₀)、水平方向的等效焦距f_u、垂直方向的等效焦距f_v、畸变参数k₁、k₂、p₁、p₂进行标定，具体步骤如下：

(1.1)建立成像模型：根据本测试系统高精度需求以及所使用的短焦镜头，在线性模型的基础上，引入非线性的畸变模型，建立二阶径向畸变和切向畸变模型来补偿短焦镜头及成像过程中所引起的误差；