[發明專利]一種大型裝備瞬態沖擊形變檢測裝置及方法

在審

• 申請號: 202211333783.6
• 申請日: 2022-10-28
• 公開（公告）號: CN115717977A
• 公開（公告）日: 2023-02-28
• 發明（設計）人: 譚大鵬;程金偉;胡雄心;譚云峰;許煒鑫;李霖
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: G01M7/08
• 分類號: G01M7/08;G01B11/16;G01B21/32
• 代理公司: 杭州浙科專利事務所(普通合伙) 33213
• 代理人: 湯明

1.一種大型裝備瞬態沖擊形變檢測裝置，其特征在于，包括PC機(1)、視覺傳感器(2)、實驗裝置(3)及激振器(4)；所述實驗裝置(3)上設有加速度傳感器陣列及發光靶標燈陣列，所述PC機(1)用于采集視覺傳感器(2)和實驗裝置(3)中加速度傳感器陣列的數據并進行處理；所述視覺傳感器(2)設置在實驗裝置(3)一端，用于拍攝實驗裝置(3)中發光靶標燈陣列的圖片并輸出；所述激振器(4)設置在實驗裝置(3)一側位置，用于對實驗裝置(3)產生沖擊作用。

2.根據權利要求1所述的一種大型裝備瞬態沖擊形變檢測裝置，其特征在于，所述實驗裝置(3)包括實驗裝置本體、待測零件(36)、發光靶標燈陣列及加速度傳感器陣列；所述加速度傳感器陣列包括加速度傳感器一(31)、加速度傳感器二(32)、加速度傳感器三(33)、加速度傳感器四(34)及加速度傳感器五(35)，所述加速度傳感器一(31)、加速度傳感器二(32)、加速度傳感器四(34)及加速度傳感器五(35)分別設置在實驗裝置本體的四個邊角位置處，所述加速度傳感器三(33)設置在待測零件(36)上；所述發光靶標燈陣列包括發光靶標燈一(311)、發光靶標燈二(310)、發光靶標燈三(38)、發光靶標燈四(39)及發光靶標燈五(36)；所述發光靶標燈一(311)、發光靶標燈二(310)、發光靶標燈三(38)、發光靶標燈四(39)及發光靶標燈五(37)與加速度傳感器一(31)、加速度傳感器二(32)、加速度傳感器三(33)、加速度傳感器四(34)及加速度傳感器五(35)位置一一對應。

3.根據權利要求2所述的一種大型裝備瞬態沖擊形變檢測裝置，其特征在于，所述發光靶標燈三(38)和加速度傳感器三(33)用于測量待測零件(36)的位移信息，其余發光靶標燈和加速度傳感器用于測量實驗裝置整體位移信息。

4.一種大型裝備瞬態沖擊形變檢測方法，其特征在于，包括如下步驟：

1)通過測量實驗裝置上的發光靶標燈陣列和加速度傳感器陣列，分別獲得機器視覺位移信息和加速度傳感器位姿信息；

2)機器視覺位移測量：根據視覺傳感器輸出的圖片，提取發光靶標燈的像素坐標信息，依據雙目測距原理計算發光靶標燈位于相機坐標系下的空間三維坐標；

3)加速度傳感器位姿計算：對于加速度傳感器的采樣信號，使用積分算法得到其位移旋轉信息，計算加速度傳感器不同時刻之間的旋轉平移矩陣；

4)坐標系融合：對于視覺傳感器位移信息和加速度傳感器的積分位移信息進行數據融合，使用ICP求解旋轉矩陣和平移矩陣；

5)多傳感數據融合：結合視覺傳感器和加速度傳感陣列坐標系融合的數據，建立去趨勢項加速度積分算法模型，擬合誤差項方程參數，對加速度積分數據進行修正；

6)待測零件振動位移檢測：采用ICP算法計算沖擊過程中實驗裝置的整體位移，并與加速度傳感器的測量數據相減，得到待測零件位移數據。

5.根據權利要求4所述的一種大型裝備瞬態沖擊形變檢測方法，其特征在于，所述的機器視覺位移測量依托雙目立體視覺計算發光靶標燈的空間三維坐標，該坐標處于相機坐標系中；雙目立體視覺包括相機內外參標定、雙目相機外參計算、圖像校正和對應點匹配問題；使用張正友標定法計算得到相機的內參和外參，并根據外參計算左右相機的旋轉平移矩陣，得到雙目相機外參；圖像校正根據對極幾何原理，基于Bouguet算法將左右圖像轉化為平行視圖；對應點匹配涉及左右圖中靶標燈位置的提取和匹配；

首先對圖像進行預處理，下一步，基于形態學濾波處理去除圖像部分噪聲；下一步，使用Canny邊緣檢測提取圖像中剩余光斑的邊緣輪廓，之后，使用Hough檢測方法提取其中的圓形狀，即發光靶標燈的形狀，得到左圖像中發光靶標燈的像素坐標；然后，根據左圖像靶標燈的像素坐標，在右圖中沿掃描線在每個位置計算相似度，最大值的像素位置作為右圖中匹配的對應點坐標；之后，計算左右圖像的視差，并根據雙目立體視覺計算靶標燈的深度信息，最終獲得靶標燈在相機坐標系下的三維坐標。