[发明专利]一种基于双目视觉的柔性悬臂板振动检测装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及大型悬臂结构的检测领域，特别涉及一种基于双目视觉的柔性悬臂板振动检测装置及方法。

背景技术

柔性化、大型化是各类航天结构的一个重要发展趋势，轻型结构可以增加有效载荷的重量，提高运载工具的效率；大型结构可以增加空间的功能和航天器设计、制造的灵活性。然而，由于大型柔性结构刚度低、柔性大，在无外阻的太空中运行时，极易受到外部激励作用而产生持续时间较长的低频大幅值振动，柔性悬臂板的振动包括低频弯曲和扭转模态耦合的振动。需要对低频振动进行测量，分析振动特性，控制柔性结构的振动，以保证柔性结构及其上各种精密仪器的正常工作。

现有的技术中，采用柔性悬臂板结构模拟太空帆板，研究结构的弯曲和扭转模态振动测量及主动控制，主要采用压电片、加速度传感器、形状记忆合金、角速率陀螺仪传感器、光电位置传感器和光纤光栅传感器等传感器件，通过优化配置传感器，实现弯曲和扭转模态的测量及主动控制。但是，压电材料和形状记忆合金由于自身强度、疲劳寿命及耐温性能等因素，应用受到一定的限制；加速度计传感器和角速率陀螺仪传感器对噪声敏感，存在迟滞和温漂等问题影响其精度，且只能测量物体上某一点的位移，要想获得全部信息，必须在悬臂梁上分别布置几个加速度计或角速率陀螺仪；光电位置传感器的测量范围较小、结构复杂、操作难度大、计算过程繁琐且成本昂贵；光纤光栅传感器最主要的问题是传感信号的解调，由于光纤光栅比较脆弱，在恶劣工作环境中非常容易破坏，因而需要对其进行封装后才能使用，封装工艺和保护措施结构复杂。

在大型柔性结构振动测量及主动控制的研究中，利用双目视觉非接触测量有其独特的优势，且还能快速获取测量数据。双目视觉在不接触被测物体表面的情况下，不改变振动物体的频率、振幅等特性，和单目视觉相比，双目视觉可以计算出空间点的三维坐标，可以获取物体多点的结构振动的参数信息，而不仅仅局限于一点的振动信息等优点。

发明内容

为了克服现有技术存在的缺点与不足，本发明提供一种结构简单、性能稳定、高效准确的基于双目视觉的柔性悬臂板振动检测装置及方法，实现对柔性悬臂板多点振动位移的非接触、实时准确测量。

本发明采用如下技术方案：

一种基于双目视觉的柔性悬臂板振动检测装置，包括柔性悬臂板，所述柔性悬臂板一端通过机械支架夹持装置固定，称为固定端，另一端为自由端，电阻应变片传感器包括两个，分别为第一、第二电阻应变片传感器，粘贴在柔性悬臂板上，所述柔性悬臂板的正面画有田字格，还包括左、右两个配置有镜头的CCD相机，所述两个CCD相机安装在柔性悬臂板的正面前方，且镜头距离柔性悬臂板正面为450mm～650mm，两个CCD相机处在同一水平位置上，且检测过程中田字格在两个CCD相机的视场内；

所述第一、第二电阻应变片传感器检测柔性悬臂板的弯曲振动及扭转信息，经过电荷放大器放大后，经过A/D转换卡将模拟信号转换成数字信号，再输入到计算机；

所述左、右两个配置有镜头的CCD相机检测柔性悬臂板正面田字格的振动信息，传输到计算机。

所述左、右两个配置有镜头的CCD相机的水平距离为200mm，且镜头距离柔性悬臂板正面为450mm-650mm。

所述第一电阻应变片传感器包括两个电阻应变片，粘贴在靠近柔性悬臂板固定端的纵向中线处，姿态角为0°，两面对称粘贴，每面一片且并联连接；

所述第二电阻应变片传感器包括四个电阻应变片，粘贴在距离柔性悬臂板固定端100-300mm处，姿态角为0°，两面对称粘贴，每面两片且并联连接。

所述田字格中线条之间的纵向间距为150mm，横向间距为125mm。

还包括LED光源。

所述田字格具有明显特征，所述明显特征具体是指与柔性悬臂板具有颜色的差异性，所述田字格的交点关于柔性悬臂板纵向中线对称。

一种振动检测装置的检测方法，包括如下步骤：

第一步对两个配置镜头的CCD相机系统进行标定，所述标定包括建立坐标系，坐标系之间的变换，然后对单个相机进行标定，完成左右图像平面相应点的匹配；

第二步两个CCD相机获取柔性悬臂板的弯曲和扭转振动信息的图像序列，通过USB接口将图像序列传输到计算机；

第三步分别根据两个相机的第一帧图像，利用视差原理确定田字格内各个交点的初始三维坐标，然后根据后续左右两个相机的图像获取田字格各个交叉点位置最大变化范围，确定各个交点的子区域的图像ROI；