[实用新型]基于激光双目视觉的双柔性悬臂梁振动测控装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及振动控制领域，具体涉及一种基于激光双目视觉的双柔性悬臂梁振动测控装置。

背景技术

柔性材料因其质量轻、刚度低、灵活度高等特点，在实际工程中有着广泛应用。旋转柔性悬臂梁在工业生产和航天工程领域较为常见，其应用主要体现在航天器柔性关节和柔性机械臂等机械结构上。相对于刚性机械臂，柔性臂更为轻质化，因而可以降低能耗，提高效率；然而由于柔性臂结构细长，刚度较小，所以稳定性没有刚性臂好。以空间柔性机器人和航天器挠性关节为例，在转动调姿或者变轨时产生自身激励以及受到太空中的外部扰动时，容易引起悬臂梁的振动，尤其是在平衡点附近的小幅值模态振动，如果不能进行快速抑制，将影响系统的稳定性和指向精度，从而降低系统的可靠性，甚至带来难以预估的损失。为了保证航天器的正常工作，有必要对其低频模态振动进行检测，分析振动特性并且加以控制。

当前对柔性悬臂梁结构的弯曲模态振动控制的研究，通常采用加速度传感器、压电陶瓷片等接触式测量传感器，通过优化配置进行。加速度传感器易安装，鲁棒性好，适用于振动检测；压电陶瓷材料响应快、频带宽、线性度好，利用其正逆压电效应可以同时作为传感器和驱动器使用。然而两者都属于接触式测量的范畴，会给悬臂梁增加附加质量，从而改变梁的结构特性，影响实验效果。

实用新型内容

为了克服现有技术存在的缺点与不足，本实用新型提供一种基于激光双目视觉的双柔性悬臂梁振动测控装置。

本实用新型采用如下技术方案：

一种基于激光双目视觉的双柔性悬臂梁振动测控装置，包括柔性悬臂梁本体部分、检测部分及驱动控制部分；

所述柔性悬臂梁本体部分包括台座、第一柔性悬臂梁、第二柔性悬臂梁、第一行星减速器、第一伺服电机、第二伺服电机及第二行星减速器；

所述第一柔性悬臂梁与第二柔性悬臂梁串联，第一柔性悬臂梁的一端通过夹板固定在第一行星减速器的输出轴称为固定端，另一端为自由端，第一伺服电机与第一行星减速器连接，所述第二伺服电机及第二行星减速器固定在第一柔性悬臂梁的自由端，所述第二行星减速器的输出轴与第二柔性悬臂梁的一端连接称为固定端，其另一端为自由端，所述第一伺服电机及第一行星减速器由立柱支撑安放在台座上；

所述检测部分包括接触式检测单元及非接触式检测单元；

所述接触式检测单元，包括压电陶瓷传感器及加速度计，所述压电陶瓷传感器设置在柔性悬臂梁宽度方向的中线处，加速度计安装在柔性悬臂梁的自由端中间位置；

所述压电陶瓷传感器及加速度计检测的柔性悬臂梁的振动信号经由电荷放大器放大后，通过Galil运动控制卡将模拟标准电信号转换成数字信号输入到计算机中；

所述非接触式检测单元，包括工业相机、线激光器、滑轨及相机架，工业相机具体为两台，第二柔性悬臂梁定位后的振动范围位于两个工业相机的视场内，通过云台设置在滑轨上，线激光器设置在两台工业相机的中间位置，且通过滑块置于滑轨上，所述滑轨置于相机架上，所述工业相机拍摄的图像传输到计算机中；

所述驱动控制部分，包括压电陶瓷驱动器，所述压电陶瓷驱动器安装在柔性悬臂梁靠近固定端位置，计算机得到驱动控制信号经过Galil运动控制卡分别输出到电机伺服单元及压电放大电路，电机伺服单元分别驱动第一伺服电机及第二伺服电机，进一步驱动第一及第二柔性悬臂梁固定端的转动；

压电放大电路将驱动控制信号放大后输出到压电陶瓷驱动器中，抑制柔性悬臂梁的弯曲振动。

所述压电陶瓷驱动器由8片压电陶瓷片构成，每根柔性悬臂梁粘贴4片，每面2片，对称粘贴，关于每根柔性悬臂梁宽度方向的中线粘贴。

所述压电陶瓷传感器由四片压电陶瓷片构成，每根柔性悬臂梁粘贴两片。

所述相机架底部设置四个调节脚。

一种双柔性性悬臂梁振动测控装置的控制方法，包括如下步骤：

第一步用激振小锤击打柔性悬臂梁，激发梁的小范围振动；

第二步利用压电陶瓷传感器和加速度计检测柔性悬臂梁的弯曲模态振动，得到相应的电信号输出，然后经由电荷放大器放大，通过Galil运动控制卡的A/D模块数模转换后输入到计算机中储存，得到振动信息；

第三步利用线激光器将激光打在第二柔性悬臂梁上合适的位置，用工业相机采集振动图像，获得含有振动信息的图像序列，传输到计算机中，通过确定图像ROI特征图样识别，三维坐标重建得到第二柔性悬臂梁的振动信息；