一种基于机器视觉的空间直线振动测量方法

技术领域

本发明属于振动测试领域，更为具体地讲，尤其涉及一种基于机器视觉的空间直线振动测量方法。

背景技术

振动是自然界的普遍现象，在建筑、航天等重要领域需要对设施及设备振动情况进行监测，防止由于振动疲劳所导致的设备结构损毁情况的发生。空间的振动情况可在空间坐标系表示为三个互相垂直方向上的直线振动，传统的振动监测常利用三轴向振动传感器进行空间振动监测，然而传感器由于内部敏感元件老化，需要对其进行周期性地校准以保证其测量结果的有效性，但传感器在布置后很难进行周期性校准工作，从而无法保证其长期工作地准确性；利用光学设备例如激光测振仪也可对空间振动进行测量，但是激光装置对环境要求高，仅能在实验室进行测量，且激光装置的成本高。

发明内容

针对传统振动监测方法存在的测量不准缺、监测位置固定等不足，本发明提供一种基于机器视觉的简便、灵活、成本低的空间振动测量方法，可以大幅减少传统振动监测的传感器布置数量，对任意位置的空间振动信息进行测量，具体包括以下步骤：

首先，将激光器固于空间直线振动发生装置平台的中心位置，且保证激光器所产生的两束互相垂直的激光在振动发生装置前方的激光接收面板上形成两枚圆形光斑；利用机器视觉方法对相机进行标定得到相机与激光接收面板的平面转换关系的H矩阵，

其中，参数h

相机采集j帧激光运动的序列图像F

在M

其中，p

其中，μ

对光斑R

其中，A为光斑灰度峰值，所拟合的光斑中心坐标为(x

对每一帧图像M

其中，θ为激光器AB轴与空间直线振动发生装置平台坐标系XY轴的夹角。在获得了空间直线振动发生装置产生空间直线振动的位置信息(d

本发明基于机器视觉的空间直线振动测量方法具有如下优势：

(1)本发明方法通过一台相机即可准确测量空间直线振动发生装置的空间振动信息。

(2)本发明方法便携、高效，可快速更换测量位置和测量对象，对任意位置产生的空间直线振动进行测量。

(3)本发明方法内所用的测量设备相较于传统测量方法的成本大幅降低。

附图说明

图1为本发明方法具体实施实例装置示意图。

图2为本发明方法的流程图。

具体实施方式

针对传统振动监测方法存在的测量不准缺、监测位置固定等不足，本发明提供一种基于机器视觉的便携、高效地空间振动测量方法，实现对任意位置的空间振动信息的准确测量，具体包括以下步骤：下面结合附图和具体的实施实例对本发明做出详细描述。

该装置主要包括：空间直线振动发生装置(1)、激光器(2)、激光接收面板(3)、激光光斑(4)、相机(5)、数据处理与显示单元(6)。

空间直线振动发生装置(1)按给定参数产生空间直线运动；激光器(2)置于空间直线振动发生装置(1)正对于激光接收面板(3)的方向上，激光接收面板(3)接收两枚激光光斑(4)，空间直线振动发生装置(1)、激光器(2)以及两枚激光光斑(4)具有一致的运动特性；相机(5)架于激光接收面板(3)后方，用于采集两枚激光光斑(4)的运动信息；数据处理与显示单元(6)用于解算相机(5)所采集的数据，同时输出与保存测量结果。

参考图2为所发明的基于机器视觉的空间直线振动测量方法的流程图。本发明测量方法主要包括以下步骤：

S1:将激光器固于空间直线振动发生装置平台的中心位置，且保证固定于平台上的激光器将其发出的两条互相垂直的激光束在振动发生装置前方的激光接收面板上形成两枚圆形光斑；

S2:将相机固定于激光接收面板后方，利用相机标定确定激光接收面板和相机像素坐标系的转换关系，相机采集两枚光斑的运动序列图像；

S3:对图像进行均值滤波，寻找图像灰度最大值处，对光斑所在区域进行快速定位，确定图像的感兴趣区域，通过阈值分割算法分离光斑区域中的有效光斑信息点和背景噪声信息点；

S4:通过对每帧图像中的两枚光斑有效信息点进行高斯拟合得到光斑中心位置的变化信息，解算得到空间直线振动发生装置的振动信息；

本实施实例装置运用一台像素为900万、帧率达1000fps的相机(OS10-4K)通过采集激光接收面板上两枚光斑的运动信息，通过数据处理与显示单元对相机采集的图像进行解算得到空间直线振动发生装置的振动位移信息；

为验证本发明基于机器视觉的空间直线振动测量精度，利用本发明方法与激光干涉法在0.1～1.25Hz范围内的振动测量信息进行对比，表1为本发明方法具体实施实例与激光干涉法所测量的空间直线振动发生装置的X轴的振动位移信息，表2为本发明方法具体实施实例与激光干涉法所测量的空间直线振动发生装置的Y轴的振动位移信息，表3为本发明方法具体实施实例与激光干涉法所测量的空间直线振动发生装置的Z轴的振动位移信息。本发明方法与激光法的振动测量最大相对偏差约为1％。

表1

表2

表3

上述描述为本发明实施实例的详细介绍，其并非用于对本发明作任何形式上的限定。本领域相关技术人员可在本发明的基础上可做出一系列的优化、改进及修改等。因此，本发明的保护范围应由所附权利要求来限定。