[发明专利]一种用于机器视觉低频振动测量的溯源方法及装置

说明书

本发明公开了一种用于机器视觉低频振动测量的溯源方法及装置，溯源方法中，利用计算机生成具有标准正弦振动激励的运动目标，通过高刷新率输出设备以视频播放的形式输出；采集与成像设备采集目标的运动序列图像，并利用机器视觉方法测量不同采集时刻的目标位移；然后基于精确的显示器输出位置取整误差模型对机器视觉方法测量的目标位移进行修正；最后通过对机器视觉方法测量不确定源引入不确定度分量的评定，实现机器视觉低频振动位移峰值与特定位置相位测量的量值溯源。本方法有效避免了机械加工、运动控制等因素引起的非理想正弦振动的影响，解决了现有溯源方法量值溯源误差链长，需多次量值传递的不足。

技术领域

本发明属于振动测量与校准领域，更为具体地讲，尤其涉及一种机器视觉低频振动测量的溯源方法。

背景技术

基于机器视觉的低频振动测量广泛用于风力发电、地震、形变、桥梁及建筑结构安全等领域的振动监测。为更好地满足实际工程应用的需求，需要对机器视觉测量方法进行量值溯源，在给定测量值时应给出对应的测量不确定度。溯源是振动测量的核心环节，对于实现国际量值等效与国内量值传递，提高振动测量精度具有重大意义。因此，研究一种用于机器视觉低频振动测量的溯源方法对于提高机器视觉测量精度变得尤为重要。

目前，常用的低频振动测量方法包括接触式传感器测量方法与非接触式光学测量方法，后者进一步分为激光干涉法与机器视觉法。传感器测量方法需通过多次量值传递将其量值溯源至激光干涉法。激光干涉法通常以激光干涉测量、环境噪声、采集设备等因素为主要的测量不确定度源，通过评估方法评定各不确定度分量实现量值溯源。激光干涉法的测量量值溯源至长度量(激光波长)，需要进行二次量值传递，很难满足现场振动测量量值溯源的需求。随着机器视觉方法在低频振动测量中的广泛使用，对其量值溯源变得至关重要。通常，考虑采集与成像设备的分辨率与帧率、采集与成像设备标定、运动特征提取、外部光照特性等不确定度源，建立机器视觉方法的溯源误差链，实现量值溯源。传统溯源方法不得不将被测低频振动作为测量不确定度源，然后受到机械加工、运动控制等因素的影响，被测低频振动将增长溯源误差链。本发明方法提出基于标准正弦振动激励的机器视觉低频振动测量量值溯源，能够缩短机器视觉低频振动测量的溯源误差链，实现机器视觉方法的量值扁平化传递。

因此，针对目前溯源方法的溯源误差链较长，不得不进行多次量值传递等不足，本发明提出一种高效、灵活、低成本的机器视觉低频振动测量溯源方法，有利于机器视觉方法的现场振动测量量值溯源。

发明内容

针对目前对于机器视觉低频振动测量的量值溯源误差链长、难以用于现场振动测量量值溯源等不足，本发明提供了一种有效、灵活的机器视觉低频振动测量溯源方法，包括：

标准正弦振动激励运动目标的生成：利用计算机生成0.01～10Hz频率范围内不同运动位移的标准正弦振动激励，并通过高刷新率输出设备以视频播放的形式输出运动目标；

基于机器视觉的运动目标位移测量及修正：采集与成像设备采集目标的运动序列图像，然后通过机器视觉方法从运动序列图像中解算不同采集时刻的运动目标位移，并通过精确的显示器取整位置误差模型实现运动目标位移的修正；

机器视觉低频振动测量主要不确定度源引入的不确定度分量评定：以外部光学特性、采集与成像设备参数及标定、环境噪声、边缘提取、直线拟合等影响量作为主要的测量不确定源，依据各不确定源的概率分布实现不确定度分量的评定，并考虑重复测量引入的不确定度；

机器视觉低频振动测量的量值溯源结果：通过计算的各不确定度分量获得机器视觉低频振动测量的合成与扩展测量不确定度，建立机器视觉方法的溯源误差链，保存与显示溯源结果。

进一步地，所述溯源方法包括以下步骤，

S1：利用计算机生成低频范围内不同频率与位移峰值的标准正弦振动激励运动目标，并通过高刷新率输出设备的显示器以视频播放的形式输出，摄像机采集目标的运动序列图像；