(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201911076334.6
(22)申请日 2019.11.06
(71)申请人 中国工程物理研究院总体工程研究
所
地址 621908 四川省绵阳市绵山路64号
(72)发明人 范庆辉 文勇 黄海莹 张荣
凌明祥 周东 代明香 刘丹峰
(74)专利代理机构 北京天奇智新知识产权代理
有限公司 11340
代理人 叶明博
(51)Int.Cl.
G01B 11/02(2006.01)
(54)发明名称位移测试系统及位移测试方法(57)摘要本发明公开了一种位移测试系统，包括离心机、微光纤探头、特征点标定标签、微光纤插入部、显像和图像采集设备、冷光源、光纤传像束、物镜、目镜、网线、工控机；位移测试方法包括标定标签图像采集、标定图像处理、位移/像素参数计算、径向/ 周向位移图像采集、检测参数设定、测量图像处理、位移显示存储。本发明中将光纤内窥镜运用在离心动态试验任务中，充分发挥光纤内窥镜的优势，相比传统位移测量方式，产品破坏性小，基本实现原位测试，操作简单易行；利用光学成像技术对位移进行测量，通过深一步挖掘和开发图像处理算法和技术，可提高位移测量的精度和准确性，
地暖集分水器精度最高可达数个μm级别。权利要求书2页 说明书6页 附图11页CN 110686602 A 2020.01.14
C N 110686602
A
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1.位移测试系统，包括离心机；离心机包括吊篮、离心机臂、主轴，测试产品置于吊篮内；测试产品的外壁上设置有开孔；其特征在于，位移测试系统还包括：
微光纤探头；微光纤探头一端置于测试产品的开孔内；
特征点标定标签；在测试产品的上层结构和下层结构上均设置有特征点标定标签；
微光纤插入部；微光纤插入部顺着离心机臂固定安装；
显像和图像采集设备；
冷光源；冷光源、显像和图像采集设备均安装在主轴附近；从冷光源发出的照明光，经光纤传光束传输后用于照明被标定标签；
光纤传像束；光纤传光束、光纤传像束均设置在离心机臂上；
物镜；
目镜；
网线；
工控机；特征点标定标签经物镜成像后经光纤传像束传出至目镜处，并在目镜处放大，显像和图像采集设备用于将光信号转变为电信号，并经网线传输至工控机。
2.根据权利要求1所述的位移测试系统，其特征在于，微光纤探头和微光纤插入部一体设置。
3.根据权利要求1所述的位移测试系统，其特征在于，显像和图像采集设备的分辨率应高于前端微光纤探头的分辨率。
4.位移测试方法，其特征在于，包括：
标定标签图像采集；在测量前，利用标准引伸计标定仪和特征点标定标签进行系统标定，采集特征点标定标签图像；
标定图像处理；图像信息传入工控机，工控机对标定图像进行图像数字化处理；空气太阳能
位移/像素参数计算；
径向/周向位移图像采集；测量时，在被测对象粘贴相同特征点标定标签，安装光纤内窥镜采集测量点图像；
光纤探头检测参数设定；包括设定微光纤探头距离特征点标定标签中心的像素值，每个像素对应的位移值和位移修正系数。
测量图像处理；进行相应图像数字化处理，算出特征点的形心坐标，从而算出该位移的像素值，据标定装置得到的像素-位移对应关系和位移修正系数，将图像位移转换成物理尺寸，计算出位移的变化值。
位移显示存储；将以上位移的变化值在工控机上进行显示和存储。
5.根据权利要求4所述的位移测试方法，其特征在于，利用标准引伸计标定仪和特征点标定标签进行系统标定，采集特征点标定标签图像包括：
根据要求配作上凹面标定块与下凸面标定块，上凹面标定块调整好位置后固定不动，移动下凸面标定块，控制标定块间的距离；标定测量前，升起下凸面标定块，使曲面模型的凸面和凹面贴紧，用塞尺调节凸面和凹面的间隙足够小，此时标定仪上的读数作为初始间隙，在上凹面标定块和下凸面标定块上分别粘贴特征点标定标签，将微光纤探头固定在安装支架上，对准上凹面标定块和下凸面标定块上的特征点标定标签，从冷光源发出的照明光，经光纤传光束传输到探头端，照明标定块上的特征点标定标签，通过物镜成像后经光纤
传像束传出，在目镜处放大，再通过放置在目镜后处的显像和图像采集设备把光信号图像转变成电信号，经过网线传输显示在外部工控机上，完成特征点标定标签图像采集。
6.根据权利要求4所述的位移测试方法，其特征在于，图像数字化处理方法包括图像灰度化处理、二值化和边缘膨胀化处理、特征点识别。
7.根据权利要求4所述的位移测试方法，其特征在于，位移/像素参数计算包括：计算出特征点的形心坐标，从而算出该位移的像素值，然后将标定图像平面坐标的像素值和已知位移量值对应，从而获得标定标签上双特征点形心实际距离；标定装置产生的是已知且确定的位移量，通过特征点形心变化量和位移变化量的对应即建立像素-位移对应关系。
8.根据权利要求7所述的位移测试方法，其特征在于，标定标签上双特征点形心实际距离获得方法为：
在标定图像的二值图像中搜索并确定特征点Ⅰ和特征点Ⅱ；
确定特征点Ⅰ和特征点Ⅱ的形心坐标；
根据特征点Ⅰ和特征点Ⅱ的形心坐标算出该位移的像素值，据标定装置得到的像素-位移对应关系和位移修正系数，将图像位移转换成物理尺寸，计算出位移的变化值。
9.根据权利要求8所述的位移测试方法，其特征在于，特征点Ⅰ、特征点Ⅱ形心坐标计算方法为：
双特征点形心实际距离计算方法为：
上式中，X i、Y i分别为特征图像的坐标；
N为组成特征点图像总的像素点数量；
X c，Y c为物体的形心坐标。
10.根据权利要求4所述的位移测试方法，其特征在于，径向/周向位移图像采集包括：
将微光纤探头固定在安装支架上，对准测试产品上的特征点标定标签，从冷光源发出的照明光，经光纤传光束传输到探头端，照明标定块上的标定标签，通过物镜成像后经光纤传像束传出，在目镜处放大，再通过放置在目镜后处的显像和图像采集设备把光信号图像转变成电信号，经过网线传输显示在外部工控机上。
位移测试系统及位移测试方法
技术领域
[0001]本发明属于测试技术领域，具体涉及一种位移测试系统及位移测试方法。
背景技术
[0002]在复杂结构产品环境适应性试验中，往往需要检测结构的径向和周向位移，了解相应位移的动态响应规律，从而提高对设备性能变化的科学评估和预测能力，同时要求降低检测器件对产品的检测损伤。因此研制一套可长距离、低损伤、高精度的位移测试系统，开展相关测试技术攻关的需求日益强烈。
[0003]传统位移测量采用差动位移传感器、电涡流传感器、激光位移计等，这些设备只能测量单方向的位移变化，体积较大，实际测试时产品补加工多，对产品破坏性较大，虽可满足结构径向位移测量，但对周向位移的测量基本失效。
[0004]为了解决以上问题我方研发出了一种位移测试系统及位移测试方法。升降机构
发明内容
[0005]本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种位移测试系统及位移测试方法。
[0006]本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
[0007]位移测试系统，包括：
[0008]离心机；离心机包括吊篮、离心机臂、主轴，测试产品置于吊篮内；测试产品的外壁上设置有开孔；
[0009]微光纤探头；微光纤探头一端置于测试产品的开孔内；
[0010]特征点标定标签；在测试产品的上层结构和下层结构上均设置有特征点标定标签；
[0011]微光纤插入部；微光纤插入部顺着离心机臂固定安装；
[0012]显像和图像采集设备；
[0013]冷光源；冷光源、显像和图像采集设备均安装在主轴附近；从冷光源发出的照明光，经光纤传光束传输后用于照明被标定标签；
[0014]光纤传像束；光纤传光束、光纤传像束均设置在离心机臂上；
[0015]物镜；
[0016]目镜；
[0017]网线；
[0018]工控机；特征点标定标签经物镜成像后经光纤传像束传出至目镜处，并在目镜处放大，显像和图像采集设备用于将光信号转变为电信号，并经网线传输至工控机。[0019]位移测试方法，包括：
[0020]标定标签图像采集；在测量前，利用标准引伸计标定仪和特征点标定标签进行系统标定，采集特征点标定标签图像；
[0021]标定图像处理；图像信息传入工控机，工控机对标定图像进行图像数字化处理；[0022]位移/像素参数计算；
[0023]径向/周向位移图像采集；测量时，在被测对象粘贴相同特征点标定标签，安装光纤内窥镜采集测量点图像；
[0024]检测参数设定；包括设定微光纤探头距离特征点标定标签中心的像素值，每个像素对应的位移值和位移修正系数。
[0025]测量图像处理；进行相应图像数字化处理，算出特征点的形心坐标，从而算出该位移的像素值，据标定装置得到的像素-位移对应关系和位移修正系数，将图像位移转换成物理尺寸，计算出位移的变化值。
[0026]位移显示存储；将以上位移的变化值在工控机上进行显示和存储。
[0027]本发明的有益效果在于：
[0028]本发明的位移测试系统及位移测试方法；
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[0029]1、本申请将光纤内窥镜运用在离心动态试验任务中，充分发挥光纤内窥镜的优势，相比传统位移测量方式，产品破坏性小，基本实现原位测试，操作简单易行。
[0030]2、利用光学成像技术对位移进行测量，通过深一步挖掘和开发图像处理算法和技术，可提高位移测量的精度和准确性，精度最高可达数个μm级别。
[0031]3、由于光纤内窥镜直径较小，对产品破坏性也就小。且前端插入部可根据需求做不同长度，满足不同距离下的测试需求。
[0032]4、前端成像是纯光学技术，不涉及光电转换，不发热发烫，安装在一些特殊产品中或者旁边测量时更安全，稳定、可靠。
[0033]5、光纤内窥镜还可外接各类特殊用途的工业相机如紫外相机、红外相机、高速相机等外接视频化成像，成像也更直接、真实感更强、富有立体感和层次性，不像电子镜那样影像平面化，在位移图像采集时更真实可靠，处理计算时精度可更高。
附图说明
[0034]图1是本申请中位移测试系统的结构示意图。
[0035]图2是本申请的径向位移计算示意图；
[0036]图3是本申请的周向位移计算示意图；
[0037]图4是本申请中图像灰度化处理的示意图；
[0038]图5是本申请中图像灰度值直方图；
[0039]图6是本申请中图像二值化处理的示意图；
[0040]图7是本申请中图像边缘膨胀化处理的示意图；
[0041]图8是本申请中图像进行sobel边缘检测的示意图；
[0042]图9是本申请中特征点Ⅰ识别的示意图；
[0043]图10是本申请中特征点Ⅱ识别的示意图；
[0044]图11是本申请中特征点Ⅲ识别的示意图；
[0045]图12是本申请中特征点Ⅳ识别的示意图；
[0046]图13是本申请中位移测试方法的流程图；
[0047]图14是本申请中引伸计标定仪的结构示意图。
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