基于机器视觉的薄壁件模态测试方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种薄壁件模态的测试装置，特别涉及一种基于机器视觉的薄壁件模 态测试方法及系统。
【背景技术】
[0002] 薄壁件由于重量轻、结构效率高等优点，因此在工业生产中得到了广泛的应用。但 由于薄壁件的壁厚相对整体尺寸通常都很小，并且一般刚度小、面积大，所以在机械系统运 行过程中很容易发生振动，从而引起机械部件之间的干扰，发出振动噪声，或者在机械长期 的运动中导致机械故障，过大的振动甚至会引起毁灭性的事故，因此必需对薄壁件进行模 态测试。
[0003]传统的模态测试方法是通过加速度传感器附着于待测物体表面来进行测量，但由 于薄壁件自身轻质壁薄的特点，使得该方法很难对薄壁件进行一个高精度的模态测量。另 外，对于一些复杂结构薄壁件的模态测量，可能会对测试的空间密度有较高的要求，为了得 到一个全场高分辨率的测量结果，通常需要测量多点的振动情况，这样就必须在物体表面 布置大量的传感器，而接触式传感器很难实现这方面的工作。
[0004]随着多普勒激光测振技术的发展，多普勒激光测振仪这种非接触式振动测试传感 器逐渐被应用到了薄壁件的模态测量中，解决了传感器对薄壁构件产生附加质量的问题， 但激光测振前期调试对准复杂，增加了调试时间和难度;且对被测物体表面质量要求较高。
【发明内容】
[0005]为了解决现有薄壁件模态的测试存在的上述技术问题，本发明供一种装置灵活、 调试容易、高效准确、全场非接触式的基于机器视觉的薄壁件模态测试方法及系统，实现对 薄壁件的模态非接触、全场、高精度测量。
[0006]本发明解决上述技术问题的技术方案是:一种基于机器视觉的薄壁件模态测试系 统，包括薄壁件、(XD工业相机、普通LED光源、激振器、激振器控制装置、计算机图像处理装 置;薄壁件的一端被固定在激振器下方的激振头上，另一端处于自由悬空状态，在薄壁件的 侧表面上设置反光贴;激振器悬挂在固定支架上，CCD工业相机用三脚架水平固定在装置的 正前方，CCD工业相机的输出端与计算机图像处理装置的输入端相连，计算机图像处理装置 的输出端与激振器控制装置相连，普通LED光源设置在摄像机的左前方;激振器控制装置的 输出端与功率放大器的输入端相连，功率放大器的输出端与激振器的激振头相连，激振头 末端安装加速度传感器，加速度传感器的输出端与激振器控制装置相连。
[0007]上述的基于机器视觉的薄壁件模态测试系统中，所述的反光贴为圆形特征的条状 反光贴，背景色为黑色，前景色为白色圆形特征点，等间距水平排列。
[0008] -种基于机器视觉的薄壁件模态测试方法，包括如下步骤：
[0009] 1)求取(XD工业相机与被测薄壁件的相对位姿关系，并对(XD工业相机的主点坐标 (110，￥〇)、水平方向的等效焦距匕、垂直方向的等效焦距5、畸变参数1^上^1^2进行标定 ；
[0010] 2)激振器控制装置的内置信号发生器发出正弦激励信号，传递给功率放大器，再 由功率放大器传递给激振器的激振头，激振器带动被薄壁件同频振动，CCD工业相机采集薄 壁件的振动图像，并传送至计算机图像处理装置中，进行图像处理，求出薄壁件的固有频 率；
[0011] 3)使激振器在薄壁件的固有频率下做定频振动，利用CCD工业相机连续采集薄壁 件的振动图像，并将振动图像通过数据线传送到计算机图像处理装置中，对振动图像进行 处理，求出薄壁件在固有频率下的模态振型。
[0012]上述的基于机器视觉的薄壁件模态测试方法中，所述步骤1)中求取CCD工业相机 与被测薄壁件的相对位姿关系，并对CCD工业相机的主点坐标(uQ，VQ)、水平方向的等效焦距 fu、垂直方向的等效焦距fv、畸变参数匕上必^进行标定^体步骤如下：
[0013] (1.1)建立成像模型:根据本测试系统高精度需求以及所使用的短焦镜头，在线性 模型的基础上，引入非线性的畸变模型，建立二阶径向畸变和切向畸变模型来补偿短焦镜 头及成像过程中所引起的误差；
[0014] (1.2)成像模型参数确定:在(XD工业相机的视场范围内采集不同位姿的15幅棋盘 格标定板图像，提取棋盘格图像的角点，采用编写的程序，计算得到CCD工业相机的主点坐 标(uQ，vo)、水平方向的等效焦距fu、垂直方向的等效焦距fv以及畸变参数、^^^，将其 中一幅标定板与CCD工业相机的相机相对位姿关系作为CCD工业相机与被测薄壁件的相对 位姿关系。
[0015]上述的基于机器视觉的薄壁件模态测试方法，所述步骤2)中图像处理的步骤如 下：
[0016] (2.1):根据第一帧图像中所有特征点的位置以及薄壁件的最大振幅，确定一个最 大的感兴趣矩形区域R0I;
[0017] (2.2):采用自适应小波阈值去噪方法对感兴趣矩形区域R0I内的图像进行滤波；
[0018] (2.3):对滤波去噪后的R0I区域使用灰度线性变换来增强部分特征点的亮度；
[0019] (2.4):采用最大类间方差阈值分割方法分割特征点的光斑区域，将其转化为特征 点为白色，背景色为黑色的二值图像；
[0020] (2.5):采用形态学方法对分割出来的光斑区域进行膨胀处理；
[0021] (2.6):根据上述处理后特征点光斑区域的面积大小，设置阈值，剔除二值图像中 其他非特征光斑的干扰，计算特征光斑的中心位置，提取并保存每个光斑中心位置以像素 为单位的横坐标u及纵坐标v;
[0022] (2.7)根据步骤2)采集的序列图像顺序，依次绘制出每个特征点的位置曲线，选取 其中几条位置曲线进行快速傅立叶变换分析，求出薄壁件的一阶固有频率和二阶固有频 率。
[0023]上述的基于机器视觉的薄壁件模态测试方法中，所述步骤3)模态振型处理具体步 骤是:将图像处理后同一帧特征点的中心像素坐标根据步骤1)中的成像模型转化为以公制 单位的三维空间中，最后进行曲线拟合得到固有频率下的模态振型。
[0024] 本发明与现有技术比较，具有以下显著优势：
[0025] (1)本发明利用激振装置对薄壁件进行正弦扫频来得到它的固有频率，同时在激 振头上安装了一个加速度传感器，会将激振器的振动信号反馈给激振装置，保证了激振器 运动的精度。
[0026] (2)本发明利用机器视觉测量技术跟踪薄壁梁件上的反光贴特征点的位移，可得 到薄壁件上多点的振动信息，并可对多点的振动信息进行同步分析，进而可得到固有频率 以及固有频率下的振型，具有空间分辨率尚，尚效准确等优点。
[0027] (3)本发明设计的测试系统装置不影响薄壁件的振动特性、结构灵活、操作方便、 解决了激光扫描测振时调试对准复杂，对薄壁件表面质量要求高的问题。
【附图说明】
[0028] 图1为本发明基于机器视觉的薄壁件模态测试系统的结构示意图。
[0029]图2为本发明圆形特征点的条状反光贴。
[0030]图3为本发明的序列图像处理工作流程图。
[0031]图4为本发明的图像滤波去噪的程序流程图。
[0032] 图5为本发明中4-1反光特征点在竖直方向的振动位移时程曲线图。
[0033] 图6为本发明中4-1反光特征点的振动频谱图。
[0034] 图7为本发明中4-2反光特征点在竖直方向的振动位移时程曲线图。
[0035] 图8为本发明中4-2反光特征点的振动频谱图。
[0036] 图9为本发明中4-3反光特征点在竖直方向的振动位移时程曲线图。
[0037] 图10为本发明中4-3反光特征点的振动频谱图。
[0038] 图11为基于ANSYS有限元仿真的薄壁