[發明專利]一種螺旋彈簧動態振動特性的檢測裝置及方法

有效

• 申請號: 201811051801.5
• 申請日: 2018-09-10
• 公開（公告）號: CN109060285B
• 公開（公告）日: 2020-03-17
• 發明（設計）人: 王立軍;劉光偉;施煒鑫;賈申利
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01M7/02
• 分類號: G01M7/02
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 徐文權

1.一種螺旋彈簧動態振動特性的檢測方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)在待檢測的螺旋彈簧各個簧圈分別布置標記點，共計h個，以檢測簧圈動態振動過程；

2)將待檢測螺旋彈簧沿與地面垂直方向布置，并測量首、尾標記點中心之間的距離l；

3)調節高速相機下方的三腳架高度，將高速相機調節至與螺旋彈簧等高位置，并使螺旋彈簧在高速相機中間位置成像，高速相機采樣率設置為f，并與計算機相連；

4)調節LED光源照明設備下方的三腳架高度，打開LED光源照明設備，對螺旋彈簧進行補光；

5)釋放已儲能彈簧自由端或者對彈簧施加沖擊載荷，此時彈簧處于振動過程，使用高速相機對該振動過程進行記錄并傳輸至計算機；

6)采用數字圖像處理算法對采集到的振動過程圖像進行處理，包括如下步驟：

步驟1：將保存的振動過程的視頻格式文件轉換為圖片格式，共計K張；

步驟2：將K張圖片中所有的彩色圖片轉換為灰度圖；

步驟3：讀取第1張圖片并將其轉換為二維m×n矩陣；

步驟4：提取首、尾標記點中心所對應像素點的坐標(a₁ b₁)、(a₂ b₂)，確定單個像素點對應的實際長度l₀及兩幀圖像之間的時間間隔t₀；

步驟5：對步驟4截取后的圖像進行二值化處理；

步驟6：基于先驗位置信息，對各幀灰度圖像進行截取，截取螺旋彈簧簧圈標記點所在區域，按時間先后順序依次編號為1,2，…，K；

步驟7：讀取第1張二值化圖像并將其轉換為二維矩陣；

步驟8：對步驟7得到的二維矩陣求解連通域，并排除小連通域干擾，進而確定簧圈標記點所在連通域；

步驟9：計算各個標記點所在連通域的高度位置，排序后得到當前圖像中簧圈高度信息；

步驟10：讀取下一張二值化圖像并將其轉換為二維矩陣，直至處理完全部的K張圖片；

步驟11：將全部圖片中的簧圈高度信息按時間順序排列，得到螺旋彈簧動態振動特性。

2.根據權利要求1所述的螺旋彈簧動態振動特性的檢測方法，其特征在于，步驟1)中，標記點排布在螺旋彈簧的中軸線上。

3.根據權利要求1所述的螺旋彈簧動態振動特性的檢測方法，其特征在于，步驟4中，單個像素點對應的實際長度l₀的計算公式為：

其中，l為實際測量的首、尾標記點中心之間的距離；(a₁ b₁)、(a₂ b₂)分別為圖像中首、尾標記點中心位置像素點的坐標。

4.根據權利要求1所述的螺旋彈簧動態振動特性的檢測方法，其特征在于，步驟8中，求解連通域的方法，包括以下步驟：

步驟a：對二值化圖像矩陣求解連通域，此時連通域包括標記點區域與簧圈表面反光區域，且反光區域連通域面積相對較小；

步驟b：計算各個連通域像素點數目，并按由大到小的順序將連通域排序；

步驟c：提取前h個連通域代表h個標記點區域，并將其他連通域區域的像素值設置為0；

步驟d：圖像矩陣中剩余連通域即為標記點連通域。

5.根據權利要求1所述的螺旋彈簧動態振動特性的檢測方法，其特征在于，步驟9中，標記點高度位置計算公式為：

式中，H_i表示第i個標記點的高度；Num表示第i個標記點所在連通域的像素點個數；h_ij表示第i個標記點所在連通域的第j個像素點的高度；l₀為單個像素點對應的實際長度。