[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

本發明公開了一種大型裝備瞬態沖擊形變檢測裝置及方法，包括機器視覺位移測量、加速度傳感器位姿計算、坐標系融合、多傳感數據融合、關鍵零件振動位移檢測和形變檢測平臺。所述機器視覺位移測量和加速度傳感器位姿計算用于獲得實驗裝置上部分位置在兩種不同測量系統下的位移變化信息，所述坐標系融合用于將視覺傳感器和加速度傳感器測量數據統一在相機坐標系中，所述多傳感數據融合采用去趨勢項加速度積分算法對加速度傳感器測量數據進行修正，所述關鍵零件振動位移檢測基于ICP算法計算關鍵零件的自身振動信息。本發明采用去趨勢項加速度積分算法，結合視覺傳感器測量數據對加速度傳感器積分數據修正，降低趨勢項誤差影響。

技術領域

本發明涉及三維測量技術領域，具體涉及基于機器視覺和加速度傳感器陣列相融合的一種大型裝備瞬態沖擊形變檢測裝置及方法。

背景技術

高端裝備是國防建設國民經濟和國民經濟的重要支撐，在高效節能環保裝備、新能源裝備、電子信息裝備、新材料裝備、新能源汽車生產線、電子信息裝備、新能源汽車生產線等領域應用廣泛。對于部分裝備，其作業環境往往伴隨爆炸和碰撞等一系列巨幅沖擊環境。對裝備進行沖擊碰撞測試，分析其在瞬態沖擊下的結構形變與位移響應，是提升裝備使用性能與抗沖擊能力的重要手段。

當前國內缺乏瞬態巨幅沖擊過程的有效測量手段，由于相關的高精度三維測量技術不成熟，測量誤差較大，尤其是巨幅沖擊條件下的高速高精度大型輪廓測量技術還處于空白，使得在前期的碰撞及爆炸等條件下的巨幅沖擊試驗基本上是通過大量程振動加速度傳感器或事后低精度掃描等測量手段分析，獲取其巨幅沖擊后變形結果。國外采用高速全場位移測量系統，為高端裝備瞬態沖擊過程的位移及數字化形變評估測量提供測量手段，可定量化結構的高速彎曲和變形。目前成熟測量設備的測量精度達0.03mm，可分辨1％像素的瞬態位移分辨率。國內針對大型高端裝備位移響應測量主要采用陣列式加速度傳感方式，該方式需對加速度進行兩次積分，方能獲得結構位移數據，因此，精度依賴邊界條件的選取，累積誤差較大，測量結果較差。目前國內外在測量精度和測量手段方面存在較大差距。

振動傳感器測量位移受二次積分累計誤差影響較大，雙目視覺系統動態響應難以追蹤高速瞬態測量過程，采用單一檢測手段無法滿足瞬態沖擊下高端裝備位移測量精度需求。因此，需將機器視覺與振動傳感進行數據融合，并設計出一種新的測量系統，進行本發明的設計與開發是有必要的。

發明內容

為解決機器視覺測量精度不夠、采集頻率有限，加速度傳感器二次積分累積誤差較大的問題，本發明提供一種將二者結合的大型裝備瞬態形變檢測方法和裝置。

本發明解決技術難題所采用的技術方案是：

一種大型裝備瞬態沖擊形變檢測裝置，包括PC機、視覺傳感器、實驗裝置及激振器；所述實驗裝置上設有加速度傳感器陣列及發光靶標燈陣列，所述PC機用于采集視覺傳感器和實驗裝置中加速度傳感器陣列的數據并進行處理；所述視覺傳感器設置在實驗裝置一端，用于拍攝實驗裝置中發光靶標燈陣列的圖片并輸出；所述激振器設置在實驗裝置一側位置，用于對實驗裝置產生沖擊作用。

進一步的，所述實驗裝置包括實驗裝置本體、待測零件、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、加速度傳感器二、加速度傳感器三、加速度傳感器四及加速度傳感器五，所述加速度傳感器一、加速度傳感器二、加速度傳感器四及加速度傳感器五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設置在待測零件上；所述發光靶標燈陣列包括發光靶標燈一、發光靶標燈二、發光靶標燈三、發光靶標燈四及發光靶標燈五；所述發光靶標燈一、發光靶標燈二、發光靶標燈三、發光靶標燈四及發光靶標燈五與加速度傳感器一、加速度傳感器二、加速度傳感器三、加速度傳感器四及加速度傳感器五位置一一對應。

進一步的，所述發光靶標燈三和加速度傳感器三用于測量待測零件的位移信息，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。

一種大型裝備瞬態沖擊形變檢測方法，包括如下步驟：