一种桁架支撑圆薄膜结构的振动检测装置的制作方法

本实用新型涉及柔性结构振动测量领域，具体涉及一种桁架支撑圆薄膜结构的振动检测装置。

背景技术：

二十一世纪以来，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。

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。

技术实现要素：

为了克服现有技术存在的缺点与不足，本实用新型提供一种桁架支撑圆薄膜结构的振动检测装置。

本实用新型由高速相机组成的双目视觉系统对薄膜表面被测区域的标志点进行高频拍摄，获取图像序列，配合相应图像处理、分析，获得薄膜展开结构的振动信息。

本实用新型采用如下技术方案：

一种桁架支撑圆薄膜结构的振动检测装置，包括薄膜本体及激励检测部分；

所述薄膜本体包括圆盘式薄膜、支撑板及伸缩桁架，所述圆盘式薄膜固定在支撑板，伸缩桁架用于支撑支撑板，所述圆盘式薄膜包括展开状态和收紧状态，驱动支撑板实现圆盘式薄膜由收紧状态到展开状态；

所述激励检测部分包括两个高速相机、激光器、激振器、计算机、信号发生器及功率放大器；

所述两个高速相机安装在相机支架上，使得展开状态的圆盘式薄膜位于两个高速相机的视场范围内，且高速相机的光轴线与圆盘式薄膜的面垂直；

激光器位于展开状态的圆盘式薄膜的中心正上方，投射激光点；

所述信号发生器发出振动信号，经功率放大器放大后驱动激振器，进一步激励展开状态下的圆盘式薄膜的振动；

两个高速相机拍摄包含激光点的图像输入计算机。

所述激光点具体是对称的“满天星”式的圆周阵列激光点。

还包括导轨垫板、导轨、云台和滑座，所述高速相机通过云台固定在滑座上，滑座通过导轨垫板固定在导轨上，所述导轨固定在相机支架上。

所述激振器具体有四个，分别固定在实验台的对角线上，激振器的顶杆与支撑板连接。

所述圆盘式薄膜为没有曲面的平面图形。

所述支撑板具体为十二块。

所述圆盘式薄膜为塑料薄膜。

本实用新型的有益效果：

(1)本实用新型的一种圆盘式薄膜展开结构的振动测量装置由两个高速相机组成双目视觉系统，能在不给系统带来附加效应的前提下对振动本体进行非接触式测量，提高系统鲁棒性，因此测量获得的精度相对较高。

(2)因圆盘式薄膜展开结构的体积较大，本实用新型的振动检测装置采用双目视觉系统的多点测量方式对薄膜展开结构本体进行检测，能够对薄膜的多阶模态耦合振动进行解耦，较准确的还原振动本体的振动情况。

(3)本实用新型采用导轨、滑块、云台组成的可水平位移的支架结构，配合可调整高度的桁架结构，组成一个可水平、竖直位移的双目视觉系统，有利于相机的标定以及不同形状大小的薄膜的振动测量，获得更精确的薄膜展开结构的振动特性。

附图说明

图1为本实用新型的总体结构示意图；

图2为本实用新型的正视图；

图3为本实用新型的俯视图；

图4为本实用新型的右视图。

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地详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。

实施例

如图1-图4所示，一种桁架支撑圆薄膜结构的振动检测装置，包括薄膜本体及激励检测部分；

所述薄膜本体包括圆盘式薄膜9、支撑板10及伸缩桁架11，圆盘式薄膜固定在支撑板上，伸缩桁架用于支撑支撑板。所述圆盘式薄膜包括展开状态和收紧状态，展开状态的圆盘式薄膜处于完全展开，展开后伸缩桁架处于锁紧状态；处于完全展开状态时，圆盘式薄膜和伸缩桁架分别处于张紧和锁定状态，不考虑由展开过程带来的振动影响。下文中均为完全展开后的薄膜。

支撑板通过圆柱支座与驱动展开机构连接并固定在实验台上，薄膜为没有曲面的平面圆形，使得张紧状态下的圆盘式薄膜与实验台保持平行状态，支撑板有十二块，按照圆周均匀设置在圆盘式薄膜下方，且与薄膜连接，驱动展开机构通过驱动支撑板使圆盘式薄膜像扇子一样依次打开，逐渐展开为一整个圆形。薄膜本体处于实验台的中心位置，便于振动检测的图像获取和激励的对称性安装。所述实验台1由铝型材搭成，通过角件固定，最后通过四角的螺钉安装面板和与地面接触的连接脚。

本实施例中，实验台1由三种长度分别为4500mm、500mm的铝型材组装而成，台面为一块4620mm×4620mm×8mm的不锈钢板，通过螺钉与型材连接，型材的每个连接处都有角铁固定。圆盘式薄膜展开机构的最大尺寸为Φ1700mm×400mm，伸缩桁架和支撑板均由铝作为材料，薄膜为塑料薄膜。

激励检测部分：包括两个高速相机5、激光器7、激振器2、计算机12、信号发生器14及功率放大器13；

两个高速相机构成双面视觉检测系统，分别通过两个云台6安装在两个滑座8上，两个滑座8能够在导轨4上移动，导轨4固定在相机支座上，滑座可以在通过导轨垫板3固定在相机支架的导轨4上滑动以改变两个高速相机5之间的位置关系，高速相机安装在云台6上，可以改变高速相机与拍摄表面的角度，满足各种形状大小的薄膜结构的振动检测需要，相机位置应使圆盘式薄膜展开结构静止时检测端面大致位于相机视场中间位置，以保证薄膜振动时，圆盘式薄膜展开结构始终处于相机的视场范围内，保证测量的连续性，相机光轴线与薄膜的面垂直，使得相机能够正面拍摄其薄膜表面。

所述相机支架由三根支柱构成，两根相互平行设置，第三根垂直设置在两根的上端，所述高速相机及激光器均安装在横向设置的支柱上。

激光器位于整个圆盘式薄膜中心的正上方，从而投射对称的“满天星”式的圆周阵列激光点为标志点，便于双目视觉系统识别拍摄图像；所述的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，能减少本体振动所带来的影响。

本实施例中高速相机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100-240V AC-1.5A,50-60Hz。激光器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)。

激振器具体为四个，分别通过螺钉将四角固定在实验台板的对角线上，激振器顶杆与安装在支撑板垫块相连接；所述的振动激励部分，收到信号发生器14发生，经由功率放大器13放大的振动信号后，通过激振器顶杆激励圆盘式薄膜展开结构产生弯曲模态振动和扭转模态振动。

所述的激振器分别通过激振器顶杆激励薄膜展开结构弯曲模态振动和扭转模态振动；当激振器接收到与弯曲模态频率相同的正弦信号激励时，激振器按相同信号且相位相同激励，则激励薄膜展开结构的弯曲振动；当两个激振器接收到与扭转模态频率相同的正弦信号激励时，两个激振器按相同的信号且相位相反激励，则激励产生薄膜展开结构的扭转振动。

所述的双目视觉测量模型是通过两个高速相机，同时对同一目标进行图像采集工作，获得目标在左右两个相机的图像，然后通过这种视角的区别，利用双目视觉视差原理，去计算该目标的空间坐标。双目视觉测量系统按照放置形式划分为两种：一种是两个相机绝对平行放置的理想测量模型；一种是两个相机光轴不平行放置的测量模型。事实上，绝对平行的放置是无法做到的，所以双目视觉测量的应用中，用的是不平行放置模型。目前工业级别计算机视觉测量的标定方法多用的是张正友平面标定法，标定时只需要一个简单精确的的标定模板，且标定精度较高。

激光器接通电源，发射激光，信号发生器14发出振动信号，经功率放大器13放大后发送给激振器2，激振器2通过激振器顶杆激励圆盘式薄膜展开结构产生不同频率的振动；两个高速相机对薄膜上的振动检测标志点区域进行同步高频拍摄，采集到图像序列，发送给计算机，计算机12读取高速相机拍摄到的图像，通过张正友标定法对两个工业相机进行标定，提取图像光斑特征计算激光点的坐标，进一步处理得到薄膜展开机构的振动信息，并进行可视化处理。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。