[发明专利]一种大型装备瞬态冲击形变检测装置及方法

说明书

本发明公开了一种大型装备瞬态冲击形变检测装置及方法，包括机器视觉位移测量、加速度传感器位姿计算、坐标系融合、多传感数据融合、关键零件振动位移检测和形变检测平台。所述机器视觉位移测量和加速度传感器位姿计算用于获得实验装置上部分位置在两种不同测量系统下的位移变化信息，所述坐标系融合用于将视觉传感器和加速度传感器测量数据统一在相机坐标系中，所述多传感数据融合采用去趋势项加速度积分算法对加速度传感器测量数据进行修正，所述关键零件振动位移检测基于ICP算法计算关键零件的自身振动信息。本发明采用去趋势项加速度积分算法，结合视觉传感器测量数据对加速度传感器积分数据修正，降低趋势项误差影响。

技术领域

本发明涉及三维测量技术领域，具体涉及基于机器视觉和加速度传感器阵列相融合的一种大型装备瞬态冲击形变检测装置及方法。

背景技术

高端装备是国防建设国民经济和国民经济的重要支撑，在高效节能环保装备、新能源装备、电子信息装备、新材料装备、新能源汽车生产线、电子信息装备、新能源汽车生产线等领域应用广泛。对于部分装备，其作业环境往往伴随爆炸和碰撞等一系列巨幅冲击环境。对装备进行冲击碰撞测试，分析其在瞬态冲击下的结构形变与位移响应，是提升装备使用性能与抗冲击能力的重要手段。

当前国内缺乏瞬态巨幅冲击过程的有效测量手段，由于相关的高精度三维测量技术不成熟，测量误差较大，尤其是巨幅冲击条件下的高速高精度大型轮廓测量技术还处于空白，使得在前期的碰撞及爆炸等条件下的巨幅冲击试验基本上是通过大量程振动加速度传感器或事后低精度扫描等测量手段分析，获取其巨幅冲击后变形结果。国外采用高速全场位移测量系统，为高端装备瞬态冲击过程的位移及数字化形变评估测量提供测量手段，可定量化结构的高速弯曲和变形。目前成熟测量设备的测量精度达0.03mm，可分辨1％像素的瞬态位移分辨率。国内针对大型高端装备位移响应测量主要采用阵列式加速度传感方式，该方式需对加速度进行两次积分，方能获得结构位移数据，因此，精度依赖边界条件的选取，累积误差较大，测量结果较差。目前国内外在测量精度和测量手段方面存在较大差距。

振动传感器测量位移受二次积分累计误差影响较大，双目视觉系统动态响应难以追踪高速瞬态测量过程，采用单一检测手段无法满足瞬态冲击下高端装备位移测量精度需求。因此，需将机器视觉与振动传感进行数据融合，并设计出一种新的测量系统，进行本发明的设计与开发是有必要的。

发明内容

为解决机器视觉测量精度不够、采集频率有限，加速度传感器二次积分累积误差较大的问题，本发明提供一种将二者结合的大型装备瞬态形变检测方法和装置。

本发明解决技术难题所采用的技术方案是：

一种大型装备瞬态冲击形变检测装置，包括PC机、视觉传感器、实验装置及激振器；所述实验装置上设有加速度传感器阵列及发光靶标灯阵列，所述PC机用于采集视觉传感器和实验装置中加速度传感器阵列的数据并进行处理；所述视觉传感器设置在实验装置一端，用于拍摄实验装置中发光靶标灯阵列的图片并输出；所述激振器设置在实验装置一侧位置，用于对实验装置产生冲击作用。

进一步的，所述实验装置包括实验装置本体、待测零件、发光靶标灯阵列及加速度传感器阵列；所述加速度传感器阵列包括加速度传感器一、加速度传感器二、加速度传感器三、加速度传感器四及加速度传感器五，所述加速度传感器一、加速度传感器二、加速度传感器四及加速度传感器五分别设置在实验装置本体的四个边角位置处，所述加速度传感器三设置在待测零件上；所述发光靶标灯阵列包括发光靶标灯一、发光靶标灯二、发光靶标灯三、发光靶标灯四及发光靶标灯五；所述发光靶标灯一、发光靶标灯二、发光靶标灯三、发光靶标灯四及发光靶标灯五与加速度传感器一、加速度传感器二、加速度传感器三、加速度传感器四及加速度传感器五位置一一对应。

进一步的，所述发光靶标灯三和加速度传感器三用于测量待测零件的位移信息，其余发光靶标灯和加速度传感器用于测量实验装置整体位移信息。

一种大型装备瞬态冲击形变检测方法，包括如下步骤：