双铺开太阳翼振动测量装置的制作方法

本实用新型涉及一种振动测量装置，尤其是一种双铺开太阳翼振动测量装置，属于振动测量领域。

背景技术：

近年来，航天器所承担的任务的复杂性不断增加，人们对其结构的要求越来越高，一方面要求提高承载能力，一方面要求降低结构的总质量，因此，航天器朝着低刚度、柔性化、大型化的趋势发展，大柔性成为现代航天器的一大特点。柔性结构广泛存在于航天器中，如卫星或太空工作站的太阳能帆板结构、航天机翼、空间站柔性机械臂、大型抛物面天线等，从其结构特征，带柔性结构的航天器可分为三类：中心刚体带各类大型柔性附件类航天器、中心刚体带大型复合柔性结构附件类航天器、全柔性结构类航天器。这些柔性结构的空间尺度比较大，可达几十米甚至上百米，采用密度小、低刚度的材料制作，具有大挠度、非线性、小阻尼、模态频率低且密集等物理特性。

目前，以玻璃硬性材料为衬底的单晶硅和多晶硅太阳能电池占生产量的大多数，但是由于其本身制造过程的高能耗与高真空条件使这类电池的发电成本较高，而且其容易破碎、不佳而弯曲等特点限制了某些应用场合。薄膜太阳能电池属于新一代太阳能电池，按照衬底的种类可分为硬衬底和柔性衬底两大类。柔性衬底薄膜太阳能电池是指在柔性材料上制作的薄膜太阳能电池。新的无机和有机太阳能材料的研究，新型太阳能电池结构的探索，卷对卷的印刷生产工艺以及喷墨印刷为降低柔性薄膜太阳能电池成本提供了可能。

非接触式测量对比传统的传感器接触式测量有很多优点。非接触式测量不会影响被测对象的动态性能，不会因为对被测物体附加质量而影响它的正常工作，对被测对象无损而且抗干扰能力强。但是，非接触式测量的精度普遍比接触式测量要低。非接触式测量是一种简单而有效的测振方法，常见的有激光测振仪、激光传感器、双目视觉系统等方法，其中，由两个高速相机组成的双目视觉系统测振方法随着图像处理和分析技术的发展成熟，越来越成为一种简单便捷的具有很高使用价值的测振方法。高速相机测量振动是一种多点测量方法，相比于一些的单点测量的方法，高速相机测量振动在测量多个点的模态变化的时候具有很大的优势，只要高速相机的分辨率和拍摄频率足够高，拍摄的范围足够大，只需要在被测范围里面作上若干个标记点，它可以在一个范围里面精确测量多个点的振动，获取多个点的模态信息，最后，双目视觉系统可以对被测物体的振动的多阶模态进行解耦，可以将复杂的多阶模态简化为多个一阶模态的叠加，将振动的信息更加直观的表现出来。

技术实现要素：

本实用新型的目的是为了解决上述现有技术的缺陷，提供了一种双铺开太阳翼振动测量装置，该装置将两组双目视觉系统设置在两个前后平行设置的桁架上，利用两组双目视觉系统对双铺开太阳翼的前、后部上表面的振动检测标志点区域进行检测，能够对双铺开太阳翼进行非接触式测量，得到双铺开太阳翼较为精确的振动信息。

本实用新型的目的可以通过采取如下技术方案达到：

双铺开太阳翼振动测量装置，包括双铺开太阳翼、振动激励机构和振动检测机构，所述振动激励机构与双铺开太阳翼连接，用于激励双铺开太阳翼产生振动，所述振动检测机构包括两组双目视觉系统和两个桁架，所述两个桁架前后平行设置，所述两组双目视觉系统和两个桁架一一对应，且每组双目视觉系统设置在对应的桁架上，两组双目视觉系统用于检测双铺开太阳翼的前、后部上表面的振动检测标志点区域。

进一步的，所述双铺开太阳翼包括盘绕式展开部件、三角桁架、固定部件、开卷部件和两片太阳能电池薄膜，所述盘绕式展开部件设置在固定部件中部，所述三角桁架的一端与盘绕式展开部件连接，三角桁架的另一端与开卷部件的中部连接，两片太阳能电池薄膜对称设置在三角桁架的左右两边，且两片太阳能电池薄膜的两端分别与固定部件、开卷部件连接，所述振动激励机构与开卷部件的中部连接。

进一步的，所述装置还包括支撑平台和地面垫板，所述双铺开太阳翼与支撑平台的表面保持平行关系，所述固定部件通过两根竖直方杆固定在支撑平台上，所述两个桁架分别通过角件固定在支撑平台内侧，所述开卷部件通过两根竖直方杆固定在地面垫板上。

进一步的，所述支撑平台包括基板和四根支撑脚，所述固定部件通过两个竖直杆固定在基板的上表面，所述两个桁架分别通过角件固定在基板内侧，所述四根支撑脚与基板的下表面固定连接。

进一步的，每组双目视觉系统包括两台高速相机、一台激光器、一条导轨、三个滑块和两个云台，所述导轨固定在对应的桁架上，所述三个滑块滑动设置在导轨上，所述两台高速相机、两个云台和其中两个滑块均为一一对应，每台高速相机设置在对应的云台上，每个云台固定在对应的滑块上，所述激光器固定在另一个滑块上，且位于两台高速相机之间；

其中一组双目视觉系统中，激光器的发射口对准双铺开太阳翼的前部中间位置，用于将振动检测标志点投射到双铺开太阳翼的前部上表面，两台高速相机的镜头对准双铺开太阳翼的前部上表面的振动检测标志点区域；

另一组双目视觉系统中，激光器的发射口对准双铺开太阳翼的后部中间位置，用于将振动检测标志点投射到双铺开太阳翼的后部上表面，两台高速相机的镜头对准双铺开太阳翼的后部上表面的振动检测标志点区域。

进一步的，所述每组双目视觉系统中，两台高速相机之间的水平距离为400mm，且两台高速相机的镜头与双铺开太阳翼上表面之间的距离为800mm～1000mm。

进一步的，每个桁架包括一根水平杆和两根竖直杆，所述水平杆的两端分别与两根竖直杆的一端连接，两根竖直杆的另一端固定。

进一步的，所述振动激励机构包括激振器和信号处理模块，所述激振器与双铺开太阳翼连接，所述信号处理模块与激振器连接。

进一步的，所述信号处理模块包括信号发生器和功率放大器，所述信号发生器、功率放大器和激振器依次连接。

本实用新型相对于现有技术具有如下的有益效果：

1、本实用新型采用了两组双目视觉系统，将两组双目视觉系统设置在两个前后平行设置的桁架上，通过振动激励机构激励双铺开太阳翼产生振动，在不带附加效应的前提下对双铺开太阳翼进行非接触式振动测量，由此测量获得的双铺开太阳翼振动信息精度相对较高。

2、本实用新型通过两根竖直方杆将固定部件固定在支撑平台上，以及通过两根竖直方杆将开卷部件固定在地面垫板上，使得太阳能电池薄膜处于张紧的状态，从而使双铺开太阳翼稳定处于重力场中。

3、本实用新型将两个桁架分别通过角件固定在支撑平台内侧，通过控制角件的松紧，可以调整桁架的水平杆与支撑平台表面之间的距离，即调整桁架的高度，从而调整双目视觉系统的拍摄高度。

4、本实用新型的两组双目视觉系统各设有两台高速相机和一台激光器，激光器可以将振动检测标志点投射到双铺开太阳翼上表面，两台高速相机可以拍摄双铺开太阳翼上表面的振动检测标志点区域，通过移动导轨上的三个滑块，可以调节两台高速相机和一台激光器的水平位置，从而改变两台高速相机之间的位置关系，每台高速相机设置在对应的云台上，通过云台可以改变高速相机与拍摄表面的角度，从而实现多点测量，由于双铺开太阳翼的体积较大，采用多点测量方式对双铺开太阳翼进行检测，能够对双铺开太阳翼的多阶模态耦合振动进行解耦，较准确的还原双铺开太阳翼的振动情况。

5、本实用新型采用的双目视觉系统可以水平位移，也可以竖直位移，并且可以调整高速相机的拍摄角度，有利于相机的标定以及不同形状大小的双铺开太阳翼的振动测量，获得更精确的双铺开太阳翼的振动特性。

附图说明

图1为本实用新型实施例1的双铺开太阳翼振动测量装置总体结构示意图。

图2为本实用新型实施例1的双铺开太阳翼振动测量装置的正视图。

图3为本实用新型实施例1的双铺开太阳翼振动测量装置的俯视图。

图4为本实用新型实施例1的双铺开太阳翼振动测量装置的右视图。

图5为本实用新型实施例1的振动检测机构的其中一组双目视觉系统的示意图。

其中，1-盘绕式展开部件，2-三角桁架，3-固定部件，4-开卷部件，5-第一太阳能电池薄膜，6-第二太阳能电池薄膜，7-支撑平台，701-基板，702-支撑脚，8-地面垫板，9-第一竖直方杆，10-第二竖直方杆，11-激振器，12-信号发生器，13-功率放大器，14-顶杆，15-桁架，16-第一高速相机，17-第二高速相机，18-激光器，19-导轨，20-第一滑块，21-第二滑块，22-第三滑块，23-第一云台，24-第二云台，25-计算机。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。

实施例1：

如图1～图4所示，本实施例提供了一种双铺开太阳翼振动测量装置，该装置包括双铺开太阳翼、振动激励机构和振动检测机构，图1中的虚线指示了各个设备之间的连线关系，方向箭头表明了检测和控制信号流的传递方向。

所述双铺开太阳翼为柔性结构，其包括盘绕式展开部件1、三角桁架2、固定部件3、开卷部件4、第一太阳能电池薄膜5和第二太阳能电池薄膜6，固定部件3和开卷部件4分别作为双铺开太阳翼的前、后两端，盘绕式展开部件1设置在固定部件3中部，三角桁架2的一端与盘绕式展开部件1连接，三角桁架2的另一端与开卷部件4的中部连接，第一太阳能电池薄膜5和第二太阳能电池薄膜6对称设置在三角桁架2的左右两边，第一太阳能电池薄膜5的两端分别与固定部件3的左部、开卷部件4的左部连接，第二太阳能电池薄膜6的两端分别与固定部件3的右部、开卷部件4的右部连接。

双铺开太阳翼处于重力场中，由于三角桁架2的刚度不够，为了稳定支撑双铺开太阳翼，本实施例的双铺开太阳翼振动测量装置还包括支撑平台7和地面垫板8，双铺开太阳翼与支撑平台7的表面保持平行关系，固定部件3通过两根第一竖直方杆9固定在支撑平台7上，开卷部件4通过两根第二竖直方杆10固定在地面垫板8上，具体地，先通过螺钉螺母将两根第一竖直方杆9的一端固定在支撑平台7上，以及通过螺钉螺母将两根第二竖直方杆10的一端固定在地面垫板8上，然后通过两个直角支板将两根第一竖直方杆9的另一端与固定部件3固定连接，以及通过两个直角支板将两根第二竖直方杆10的另一端与开卷部件4固定连接，以支撑双铺开太阳翼，使得第一太阳能电池薄膜5和第二太阳能电池薄膜6处于张紧的状态。

进一步地，所述支撑平台7包括基板701和支撑脚702，固定部件3通过两个第一竖直杆9固定在基板701的上表面，四根支撑脚702与基板701的下表面固定连接，既可以提高支撑平台7支撑双铺开太阳翼的稳定性，又可以节省支撑平台7的材料，降低支撑平台7的制作成本。

在本实施例中，支撑平台7由三种长度分别为2000mm、1400mm、500mm的铝型材组装而成，基板701为一块2120mm×1520mm×8mm的不锈钢板，基板701通过螺钉与型材连接，型材的每个连接处都有角铁固定；双铺开太阳翼的最大尺寸为2870mm×1150mm，三角桁架2和固定部件3均由铝作为材料，第一太阳能电池薄膜5和第二太阳能电池薄膜6为非晶硅电池薄膜；开卷部件4可选用塑料材料棒，具有一定的弹性。

所述振动激励机构用于激励双铺开太阳翼产生振动，其包括信号处理模块和激振器11，信号处理模块包括信号发生器12和功率放大器13，信号发生器12、功率放大器13和激振器11依次连接，本实施例的激振器11固定在地面垫板8上，并通过顶杆14与开卷部件4的中部连接，信号发生器发出振动信号，经功率放大器13放大后发送给激振器，激振器11接收信号后产生振动，通过顶杆14带动开卷部件4，以激励双铺开太阳翼产生振动，通过改变发生的信号，产生不同的振动来检测双铺开太阳翼在不同振动激励下的振动特性。

在本实施例中，激振器11选用美国GST公司生产的型号为JZK-50的激振器，激振器11的最大激振力为500N，最大振幅为±12.5mm，最大加速度为55g，最大输入电流为30Arms，频率范围为DC-2k，外形尺寸为Ф240mm×345mm，输出方式是由顶杆14传输力到开卷部件4上；功率放大器13采用美国AR公司的型号为50WD1000的功率放大器，工作频率为DC-1000MHz。

所述振动检测机构包括两组双目视觉系统和两个桁架15，两个桁架15前后平行设置，两组双目视觉系统和两个桁架15一一对应，且每组双目视觉系统设置在对应的桁架15上，也就是说两组双目视觉系统分别为前面一组双目视觉系统和后面一组双目视觉系统，前面一组双目视觉系统用于检测第一太阳能电池薄膜5和第二太阳能电池薄膜6上表面前部的振动检测标志点区域，后面一组双目视觉系统用于检测第一太阳能电池薄膜5和第二太阳能电池薄膜6上表面后部的振动检测标志点区域。

进一步地，每个桁架15由铝型材构成，其包括一根水平杆和两根竖直杆，水平杆的两端分别与两根竖直杆的一端连接，两根竖直杆的另一端固定在支撑平台7的内侧，具体地，水平杆的两端分别通过角件与两根竖直杆的一端连接，两根竖直杆的另一端分别通过角件固定在支撑平台7的基板701内侧，通过控制角件的松紧，可以调整桁架15的水平杆与支撑平台7的基板701上表面之间的距离，即调整桁架15的高度，从而调整双目视觉系统的拍摄高度。

如图1～图5所示，每组双目视觉系统包括第一高速相机16、第二高速相机17、激光器18、导轨19、第一滑块20、第二滑块21、第三滑块22、第一云台23和第二云台24，导轨19固定在对应桁架15的水平杆上，第一滑块20、第二滑块21和第三滑块22滑动设置在导轨19上，即第一滑块20、第二滑块21和第三滑块22能够在导轨19上移动，且第三滑块22位于第一滑块20和第二滑块21之间，第一高速相机16设置在第一云台23上，第二高速相机17设置在第二云台24上，第一云台23固定在第一滑块20上，第二云台24固定在第二滑块21上，激光器18固定在第三滑块22上，且位于第一高速相机16和第二高速相机17之间，通过移动第一滑块20、第二滑块21和第三滑块22，可以调节第一高速相机16、第二高速相机17和激光器18的水平位置，从而改变第一高速相机16和第二高速相机17之间的位置关系，通过调节第一云台23和第二云台24，可以改变第一高速相机16和第二高速相机17与拍摄表面的角度，满足各种形状大小的双铺开太阳翼的振动检测需要；高速相机的位置应使双铺开太阳翼静止时检测端面大致位于高速相机视场中间位置，以保证双铺开太阳翼振动时，双铺开太阳翼始终处于高速相机的视场范围内，保证测量的连续性，高速相机的光轴线与太阳能电池薄膜的面垂直，使得高速相机能够正面拍摄其太阳能电池薄膜表面；两组双目视觉系统的激光器18将振动检测标志点投射到太阳能电池薄膜上表面，生成间距相同的矩形点阵，振动检测标志点阵的点的大小、间距、颜色和焦距均可调，可以满足不同大小的检测本体以及不同安装高度下的振动检测要求，并且激光器18能够长时间连续工作不产生光衰现象，且有较强的成线效果，还拥有抗震性能，能减少双铺开太阳翼振动所带来的影响，两组双目视觉系统所拍摄的图像因识别拼接，所以两组双目视觉系统的激光器18前后两个产生的激光点阵的颜色形状须有区别，有利于更精确的图像识别和拼接。

进一步地，前面一组双目视觉系统中，激光器18的发射口对准双铺开太阳翼的前部中间位置，第一高速相机16的镜头对准第一太阳能电池薄膜5上表面前部的振动检测标志点区域，第二高速相机17的镜头对准第二太阳能电池薄膜6上表面前部的振动检测标志点区域；后面一组双目视觉系统中，激光器18的发射口对准双铺开太阳翼的后部中间位置，第一高速相机16的镜头对准第一太阳能电池薄膜5上表面后部的振动检测标志点区域，第二高速相机17的镜头对准第二太阳能电池薄膜6上表面后部的振动检测标志点区域；两组双目视觉系统的第一高速相机16和第二高速相机17拍摄的图像传输到计算机25中。

更进一步地，每组双目视觉系统中，第一高速相机16和第二高速相机17之间的水平距离为400mm，且第一高速相机16的镜头与第一太阳能电池薄膜5上表面之间的距离为800mm～1000mm，第二高速相机17的镜头与第二太阳能电池薄膜6上表面之间的距离也为800mm～1000mm。

在本实施例中，第一高速相机16和第二高速相机17选用武汉中创联达科技有限公司的型号为Memrecam HX-3E的高速相机，拥有500万像素，并在该满分辨率下帧速达2000帧/秒，全高清像素下帧速达4670帧/秒，100万像素下达9220帧/秒，内存为64GB，工作温度范围为0-40摄氏度，重量约为5.9千克，需要的电源为100-240VAC-1.5A,50-60Hz；激光器18选用深圳众来科技公司的型号为ZLM100MTX650-16GD激光器，激光波长为650nm，输出功率为100mW，工作电流≤180mA，供电电压DC2.8-5.2V，光斑模式，点阵，光学透镜：光栅片(德国进口)。

本实施例还提供了一种双铺开太阳翼振动测量方法，该方法基于上述装置实现，包括以下步骤：

步骤一、两组双目视觉系统的激光器18对着双铺开太阳翼发射激光，将振动检测标志点投射到第一太阳能电池薄膜5和第二太阳能电池薄膜6的前、后部上表面；

步骤二、信号发生器12发出振动信号，经功率放大器13放大后发送给激振器11；

步骤三、激振器11通过顶杆14传输力到开卷部件4上，激励双铺开太阳翼产生不同频率的振动；

步骤四、在双铺开太阳翼振动的过程中，由两组双目视觉系统的第一高速相机16对第一太阳能电池薄膜5的前、后部上表面的振动检测标志点区域进行同步高频拍摄，以及由两组双目视觉系统的第二高速相机17对第二太阳能电池薄膜6的前、后部上表面的振动检测标志点区域进行同步高频拍摄；

步骤五、计算机25读取两组双目视觉系统的第一高速相机16和第二高速相机17拍摄到的图像，通过张正友标定法对两组双目视觉系统的第一高速相机16和第二高速相机17进行标定，提取图像光斑特征计算激光点的坐标，进一步处理得到双铺开太阳翼的振动信息，并进行可视化处理，将结果呈现在显示器上。

综上所述，本实用新型采用了两组双目视觉系统，将两组双目视觉系统设置在两个前后平行设置的桁架上，通过振动激励机构激励双铺开太阳翼产生振动，在不带附加效应的前提下对双铺开太阳翼进行非接触式振动测量，由此测量获得的双铺开太阳翼振动信息精度相对较高。

以上所述，仅为本实用新型专利较佳的实施例，但本实用新型专利的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型专利所公开的范围内，根据本实用新型专利的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都属于本实用新型专利的保护范围。