[发明专利]定位离心泵PIV叶轮旋转中心方法和装置

权利要求书

1.一种定位离心泵PIV叶轮旋转中心装置，包括蜗壳(1)、叶轮(2)、泵轴(3)、跨帧CCD相机(4)、激光器(5)、外触发同步装置(6)、计算机(7)；其特征在于，泵轴(3)端面有旋转定位图案(8)，用以精确确定叶轮(2)旋转中心位置；在蜗壳(1)内设有叶轮(2)，叶轮（2）固定连接于泵轴(3)上；蜗壳(1)、叶轮(2)内充满工作介质，激光器(5)和跨帧CCD相机(4)通过外触发同步装置(6)和计算机(7)相连；计算机(7)通过软件控制激光器(5)和跨帧CCD相机(4)工作。 

2.根据权利要求1所述的定位离心泵PIV叶轮旋转中心装置，其特征在于，叶轮（2）固定连接于泵轴(3)上方式为螺纹连接。 

3.根据权利要求1所述的定位离心泵PIV叶轮旋转中心装置，其特征在于，叶轮(2)后盖板附近和泵轴(3)前端有一段约1cm到2cm的无螺纹部分，这部分叶轮(2)和泵轴(3)通过光滑圆柱面啮合。 

4.根据权利要求1所述的定位离心泵PIV叶轮旋转中心装置，其特征在于，所述的旋转定位图案(8)是包括以泵轴(3)几何中心为圆心的二到四个同心圆，以及相交于泵轴(3)几何的3到5条放射状直线。 

5.根据权利要求4所述的定位离心泵PIV叶轮旋转中心装置，其特征在于，所述的同心圆直径约为泵轴(3)直径d的1/3到3/4，各同心圆间直径差为常数。放射状直线间夹角相等，从泵轴(3)几何中心延伸到泵轴(3)外径处；同心圆和放射状直线的线宽约为0.1mm到0.2mm，采用激光加工。 

6.一种定位离心泵PIV叶轮旋转中心方法，其特征在于，具体步骤为: 

A)将叶轮(2)固定在泵轴(3)上，装上蜗壳(1)，让蜗壳(1)和叶轮(2)内充满工作介质；调节激光器(5)发出的片光，使片光截面与泵轴(3)端面平行；反复调节激光器(5)和跨帧CCD相机(4)，使泵轴(3)端面的旋转定位图案(8)成像清晰。 

B)直接利用泵轴(3)端面尺寸或者使用标尺的方法对图像进行标定，得到相机放大率A mm/pixel；调整相机跨帧时间，使得在跨帧时间内泵轴(3)旋转的角度在一定角度之间，并保证前后两帧图像中的放射状直线不重合；利用跨帧CCD相机(4)拍摄旋转定位图案(8)的两帧图像；通过标定两帧图像中的旋转定位图案(8)，可以精确确定叶轮(2)旋转中心位置。 

C)叶轮(2)旋转中心定位过程通过CAD导入图像方法或采用特征识别程序完成；使用CAD定位叶轮(2)旋转中心时，在CAD绘图空间导入两帧图像，利用图像在CAD中的尺寸和图像尺寸像素，得到CAD图像放大率B mm/pixel；将两帧图像重叠布置，并对两帧图像中前置的图像进行裁切处理，使得两帧图像中放射线与同心圆的交点都清晰可见。 

D)将重叠图像放大到像素级别，在两帧图像放射线与同心圆的交点中选取成像较清晰的4对点，在CAD空间中用线段连接两帧图像中对应的点，并作各连线的垂直平分线；反复定 位对应点的位置，并使得各连线的垂直平分线交点的误差半径R满足以下条件： 

R/B*A<0.05mm 

其中误差半径R是包含各垂直平分线交点的最小圆的半径；当误差半径R满足上述条件时，完成叶轮(2)旋转中心定位过程，此时最小圆的圆心O是叶轮(2)旋转中心。 

E)将两帧图像中对应点分别与叶轮(2)旋转中心O连接，可以得到各对应点之间的角位移β_i，平均角位移β计算公式如下： 

F)在不同旋转角速度和工况下重复上述过程，可以精确得到不同旋转角速度和工况下叶轮(2)旋转中心的精确位置O，利用旋转角速度和旋转中心O可以准确重构叶轮(2)内相对速度。 

7.根据权利要求6所述的定位离心泵PIV叶轮旋转中心方法，其特征在于，所述的旋转定位图案(8)是包括以泵轴(3)几何中心为圆心的二到四个同心圆，以及相交于泵轴(3)几何的3到5条放射状直线。 

8.根据权利要求6所述的定位离心泵PIV叶轮旋转中心方法，其特征在于，所述的同心圆直径约为泵轴(3)直径d的1/3到3/4，各同心圆间直径差为常数。放射状直线间夹角相等，从泵轴(3)几何中心延伸到泵轴(3)外径处；同心圆和放射状直线的线宽约为0.1mm到0.2mm，采用激光加工。 

9.根据权利要求6所述的定位离心泵PIV叶轮旋转中心方法，其特征在于，步骤B中泵轴(3)旋转的角度在60°到120°之间 。