一种用于粒子图像测速的移动定位装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于水利测量技术领域，特别涉及一种用于粒子图像测速的移动定位装置。
【背景技术】
[0002]粒子图像测速(PIV)技术作为一种无干扰、瞬态、全流场测量方法，具有较高的分辨率，在对紊流的脉动特征、相干结构等研究方面具有很大的优势，已广泛应用于水利测量领域。
[0003]运用PIV系统进行流场测量时，当测量区域确定后，需要进行一系列的精准定位工作，主要涉及激光片光源的定位(照亮待测区域中的示踪粒子)和相机定位(使测量区域的示踪粒子清晰成像)。以测量明渠纵垂面的二维流场为例，如图1所示，激光片光14需从水槽15的底板竖直向上射入水体，并保证激光片光14与测量平面16重合，相机17水平安装在水槽15的侧面，相机成像面18与测量平面16平行且中心高度相等；当改变测量平面16的展向位置时，需要重新对激光片光14及相机17进行定位。
[0004]目前，通常的做法是将激光器12固定在远离测量区域的平台11上，通过导光臂13将光束传导至测量平面下方形成激光片光14，再手动调整导光臂13的三维位置，使激光片光14与测量平面16重合;而相机17则布置在水槽15侧面另一固定平台19上，在测量区域改变时，需分别移动导光臂13和相机17，实现重新定位。上述定位工作耗时耗力，大大降低了PIV系统的测量效率。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是为解决已有技术的不足之处，提出一种用于粒子图像测速的移动定位装置，具有操作方便、定位精度高等特点，具有较好的推广应用前景。
[0006]本发明提出的一种用于粒子图像测速的移动定位装置，该装置用于安装粒子图像测速的激光器和PIV相机，其特征在于，该装置包括支撑框架、升降系统、移动定位平台、激光器安装口、相机安装平台；其中升降系统安装在支撑框架上，可沿垂直方向上下移动;移动定位平台安装在升降系统上，跟随升降系统垂向移动，并可沿长度方向水平移动;在移动定位平台的面板中部设置镂空区域作为激光器安装口，用于安装PIV激光片光源;相机安装平台包括两组，对称设置在移动定位平台两端，用于架设Piv相机;激光器安装口及相机安装平台可跟随移动定位平台作二维移动，实现双自由度移动定位功能。
[0007]所述支撑框架由下框、上框、以及四根连接下框、上框的垂向导轨构成；上框和下框采用矩形不锈钢管焊接而成，每根垂向导轨为滚珠丝杆螺杆，两端分别固定在上框和下框的四个角，用于安装升降系统。
[0008]所述升降系统包括基座、固定在基座四周下方的四个垂向传动结构、四个辅助传动结构、与四个垂向传动结构和四个辅助传动结构咬合成一体的传动链条;其中，所述基座由矩形不锈钢管焊接成矩形框架，底面焊接两个不锈钢条，用于安装垂向传动结构和辅助传动结构，每个不锈钢条上有两个钻孔，供支撑框架的垂向导轨通过;所述每个垂向传动结构包括滚珠丝杆螺母、驱动链轮、下部推力轴承、上部推力轴承、轴承支撑板、四根螺丝，滚珠丝杆螺母外侧上部为双侧切边圆柱形，下部为圆柱形，内径设有与支撑框架的垂向导轨螺纹相螺合的内螺纹，驱动链轮同轴焊接在滚珠丝杆螺母下部外侧圆柱面上，与滚珠丝杆螺母同步转动，上部推力轴承、下部推力轴承依次同轴安装在滚珠丝杠螺母端盖的上、下表面，接触面焊接，下部推力轴承的底面固定在轴承支撑板中心，轴承支撑板中部设有钻孔，以使滚珠丝杆螺母下部圆柱通过，轴承支撑板并通过四根螺丝与升降系统的基座连接，使上部推力轴承的上表面与基座紧密贴合;所述传动链条与驱动链轮咬合连接，带动驱动链轮及滚珠丝杆螺母转动并产生轴向推力，经上部推力轴承及下部推力轴承，推动升降系统沿垂直方向移动;辅助传动结构与传动链条咬合连接，用于加紧链条;所述辅助传动结构包括辅助链轮、轴承以及不锈钢轴，辅助链轮装有轴承，通过不锈钢轴与升降系统的基座连接。
[0009]所述移动定位平台可由面板、齿条、两根水平导轨、四个直线轴承、水平定位结构组成；其中，每根水平导轨为不锈钢圆柱，两端焊接在基座的内表面，每根水平导轨上安装两个直线轴承，直线轴承固定在面板下表面;面板安装在直线轴承的上表面，可沿水平导轨直线移动；齿条安装在面板上表面一侧，与水平定位结构连接;水平定位结构包括手轮、转轴、转轴固定块、水平定位齿轮、锁紧螺丝，水平定位齿轮与齿条啮合，转轴两端分别与水平定位齿轮、手轮连接，中部安装在转轴固定块中，转轴固定块下端固定安装在升降系统的基座上，在转轴固定块上表面钻孔并攻丝与转轴接触;转动手轮，水平定位齿轮同步转动并通过齿条驱动面板的水平移动，拧紧锁紧螺丝，手轮及面板位置得到固定，从而实现移动定位平台的移动和定位功能。
[0010]所述相机安装平台有两个，对称设置在移动定位平台两端，每个平台均包括三个微调组合杆、一块面板，每个微调组合杆上部及下部分别为螺杆，中部为螺母，螺母分别与上下螺杆螺纹配合连接;三个微调组合杆的下端面呈三角形固定在移动定位平台的面板上表面，上端面固定在面板的下底面;通过旋转螺母，面板可小幅度升降，从而实现相机安装平台的微调。
[0011]本发明的特点和有益效果在于:
[0012]1.操作方便:可同步实现相机和激光系统沿两个自由度方向的移动定位；
[0013]2.定位精度高:两个自由度方向定位精度误差小于0.02mm;
[0014]3.对称布置两个相机安装平台，既可满足从水槽任一侧面开展测量，又可实现双相机相向同步测量的要求；
[0015]4.本装置可有效提高PIV系统测量的工作效率，具有较好的推广应用前景。
【附图说明】
[0016]图1为已有的粒子图像测速装置示意图；
[0017]图2为本发明的用于粒子图像测速的移动定位装置示意图；
[0018]图3为本发明实施例的升降系统示意图；
[0019]图4为本发明实施例的垂向传动结构及辅助传动结构示意图；
[0020]图5为本发明实施例的移动定位平台、激光器安装口、相机安装平台示意图；[0021 ]图6为本发明实施例应用于粒子图像测速的工作方式示意图。
【具体实施方式】
[0022]以下结合附图及实施例对本发明进行详细说明。
[0023]本发明提出的一种用于粒子图像测速的移动定位装置，该装置用于安装粒子图像测速的激光器和PIV相机，其特征在于，该装置包括支撑框架、升降系统、移动定位平台、激光器安装口、相机安装平台；其中升降系统安装在支撑框架上，可沿垂直方向上下移动;移动定位平台安装在升降系统上，跟随升降系统移动，并可沿长度方向水平移动;在移动定位平台的面板中部设置镂空区域作为激光器安装口，用于安装PIV激光片光源;相机安装平台包括两组，对称设置在移动定位平台两端，用于架设Piv相机;激光器安装口及相机安装平台可跟随移动定位平台作二维移动，实现双自由度移动定位功能。
[0024]本发明提出的用于粒子图像测速的移动定位装置实施例结构如图1所示，该装置用于安装粒子图像测速的激光器和Piv相机，包括由下框21、上框23、以及四根连接下框21、上框23的垂向导轨22组成的支撑框架、由基座31、四个垂向传动结构32、传动链条33、四个辅助传动结构34组成的升降系统、由设置有激光器安装口的面板41、齿条42、两根水平导轨43、四个直线轴承44、水平定位结构45组成的移动定位平台、两个由六个微调组合杆51、两块面板52组成的相机安装平台；其中，升降系统安装在支撑框架上、下框之间，可通过垂向导轨22沿垂直方向移动;移动定位平台安装在升降系统上，跟随升降系统垂向移动，并可沿长度方向水平移动;激光器安装口设置在移动定位平台的面板中部镂空区域，用于安装PIV激光片光源;两组相机安装平台设置在移动定位平台两端，用于架设PIV相机;激光器安装口及相机安装平台可跟随移动定位平台作二维移动，实现双自由度移动定位功能。
[0025]上述各部分的【具体实施方式】及功能结合附图分别说明如下:
[0026]本实施例的支撑框架，如图2所示，包括下框21、上框23、以及四根连接下框21、上框23的垂向导轨22;其中，上框23和下框21是采用规格为20 X 10 X 1.2mm矩形不锈钢管焊接而成的长X宽X高为500 X 300 X 20mm的矩形框架，每根垂向导轨22为M16滚珠丝杆螺杆，两端分别固定在上框23和下框21的四个角，用于安装升降系统。
[0027]本实施例的升降系统，如图3所示，包括基座31、固定在基座四周下方的四个垂向传动结构32、四个辅助传动结构34、与四个垂向传动结构32和四个辅助传动结构34咬合成一体的传动链条33;其中，所述基座31由35 X 10 X 1.2mm矩形不锈钢管焊接成长X宽X高为550 X 320 X 35mm的矩形框架，底面焊接两个320 X 50 X 1mm的不锈钢条311，用于安装垂向传动结构32和辅助传动结构34，每个不锈钢条上有两个M18的钻孔312，供支撑框架的垂向导轨22通过;每个垂向传动结构32的具体结构，如图4所示，包括滚珠丝杆螺母321、驱动链轮322、下部推力轴承323、上部推力轴承324、轴承支撑板325、四个螺丝326，滚珠丝杆螺母321外侧上部为双侧切边圆柱形下部为圆柱形，内径为16mm并设有与支撑框架的垂向导轨22螺纹相螺合的内螺纹，驱动链轮322的标称轴直径为28mm，同轴焊接在滚珠丝杆螺母321下部外侧圆柱面上，与滚珠丝杆螺母321同步转动，上部推力轴承324、下部推力轴承323的内径分别为16mm、28mm，依次同轴安装在滚珠丝杠螺母321端盖的上、下表面，接触面焊接，下部推力轴承323的底面固定在轴承支撑板325中心，轴承支撑板325中部设有直径29m