[发明专利]基于计算机视觉的接触界面法向刚度扫查式测量系统

说明书

【技术领域】

本发明属于接触界面动力参数测量领域，具体涉及一种基于计算机视觉的接触界面法向刚度扫查式测量系统。

【背景技术】

随着高精度机床、重型燃气轮机和运载火箭等大型机械设备的高速发展，一些以往被人忽视的问题开始成为关键。其中，设备结构中大量存在的接触界面割断了设备的整体连续性，并表现出了高度的非线性，直接影响大型设备的动力性能。

以往的接触刚度的测量仅停留在实验研究阶段，国外文献中给出了一种适用于实验的超声波测量接触刚度的方法，(见文献B.W.Drinkwater，R.S.Dwyer-Joyce and P.Cawley，1996，‘A Study of the Interaction between Ultrasound and a Partially Contacting Solid-Solid Interface，’Proc.R.Soc.London，Ser.A，452，pp.2613-2628.)然而其本质是反映接触面凸凹不平的接触面积，不能计入接触层塑性变形对接触刚度的影响，其测量结果较理论计算值与真实情况均偏大，得出的测量准确性较差。实际应用中，由于接触界面的几何特性和安装位置限制，使得超声波的测量方法无法应用于工程实际。

在国内，中国国家知识产权局公布的专利“一种接触界面静态法向接触刚度测量装置”(专利公开号CN 201876396U)采用轴向引申计直接测量接触界面间的负载和位移，然后得到刚度，而轴向引申计在测量过程中采用两个刀刃分别夹持在两个待测试件上，建立了测量装置与待测件的机械连接，无法避免局部变形带来的测量影响，且无法应用于工况。理论上完全没有分离一般弹塑性层和接触层，无法为理论研究提供指导验证。

【发明内容】

本发明目的在于实现一种针对机械部接触界面法向刚度的测量系统，进一步提高机械系统动力设计水平，并为大型设备装配工艺提供方便快捷的接触界面法向接触刚度检测装置。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于计算机视觉的接触界面法向刚度扫查式测量系统，包括扫查立架机构和测量采集系统；

扫查立架机构包括磁力底座、运动导轨、滑座、立柱固定环、立柱、立柱游标环、物距微调托板、高度微调机构、锁紧旋钮和三齿划标头；所述运动导轨连接磁力底座和滑座，立柱通过立柱固定环竖直紧固于滑座上；高度微调机构和三齿划标头相对180度配置固定安装在立柱游标环两侧；立柱游标环滑动安装于立柱上，锁紧旋钮用于锁定立柱游标环高度；物距微调托板固定安装于高度微调机构上，用于带动测量采集装置调整物距；

测量采集系统包括变焦镜头、工业相机、数据线和计算机；变焦镜头安装于工业相机上，工业相机固定于物距微调托板上；工业相机通过数据线连接计算机。

本发明进一步的改进在于：三齿划标头包括位于中间的第二齿和设置于第二齿上下两侧的第一齿和第三齿。

本发明进一步的改进在于：采用三齿划标头在待测表面画标时，第一齿和第二齿所画标记与第三齿所画标记分别位于上、下接触体形成的粗糙接触界面的上下两侧。

本发明进一步的改进在于：第一齿与第二齿之间的间距小于第二齿与第三齿之间的间距。

本发明进一步的改进在于：第一齿与第二齿之间的间距为3mm，第二齿与第三齿之间的间距为5mm。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明将计算机视觉技术和接触界面法向刚度等效模型理论相结合，形成了一种新颖的测量接触界面法向刚度的测量系统。基本原理是通过分别标记界面上一般弹塑性层和包含弹塑性影响接触层，加载前后利用视觉图像处理得到不同层应变量，进而计算得到接触界面等效法向接触刚度，用于指导系统动力学设计和装配工艺改进。实际测试表明，本发明不仅适用于实验研究，也完全适用于实际工况的测量检验需求，并且它可同时完成对静态以及动态的界面刚度测量；比以往的超声波界面接触刚度测量方法更加准确，适用范围更广。

扫查立架机构采用导轨、立柱、微调机构等实现了三个方向的运动和定位，为接触面二维的面扫描测量提供了结构基础。

采用机械式的划标机构和非接触式的测量方案，使得测量系统工作不受测量对象表面材料和形貌限制，适用范围扩展。

立柱游标、微调机构和三齿划标头采用一体化的结构，使得标记和测量在同一机械结构进行，避免了中间机构和换装时带来的误差，提高了测量精度。

采用可三相互垂直方向运动扫查立架机构和视觉图像技术，使得扫查式测量系统可以实时地测量静态和动态对象。

【附图说明】