逐步加速，直到立式超高速旋转轴系脱尚维头细杆而稳定旋转； 步骤六、立式超高速旋转轴系低速稳定旋转后，盖上真空室端盖，开启电机冷却循环水系统和真空系统，真空室内的压强逐渐降到IPa以下，立式超高速旋转轴系缓慢升速至与盘式电机电源驱动频率同频； 步骤七、逐步缓慢提高盘式电机电源驱动频率设定值，将立式超高速旋转轴系的试验件转速提高到第一个测量设定值； 步骤八、由接触式振动传感器获取立式超高速旋转轴系振动信号，经多功能数据采集卡调理进入计算机LabVIEW程序，用FFT分析得到转动频率；依据转动频率生成LED驱动信号，调节照明试验件图案面的频闪光源发光频率和占空比，同时触发数字相机工作；所述接触式振动传感器吸附在真空室外壁； 步骤九、频闪光源使高速旋转的试验件实现图像相对静止，数字相机在曝光时间拍摄到符合后续处理条件的灰度图像； 步骤十、图像信号经图像信号采集卡调理并接入计算机LabVIEW程序，进行分割剪裁和保存； 步骤十一、将立式超高速旋转轴系的试验件转速提高到第二个测量设定值，重复步骤八至步骤十，完成试验件转速第二个测量设定值，直至试验件转速达到额定转速或者在强度实验中达到破坏转速； 步骤十二、进行数字图像处理，计算试验件各转速测量设定值下的以下变形及应变数据: 标记圆随试验件变形后的半径r/ 高速旋转结构件的变形:+= r / -r j； 高速旋转结构件的环向应变:ε e = u ,Zr,; 高速旋转结构件的径向应变:ε r= (u j+1-uj) / (rj+1-rj)，其中j = I, 2，…，n ; 完成试验件高速旋转时变形及应变的光学测量。2.一种高速旋转结构件变形及应变的光学测量装置，其特征在于，高速旋转结构件变形及应变的光学测量装置由薄盘形轴对称结构件高速旋转系统(A)、图像获取与信号处理系统(B)和测试辅助系统(C)组成，薄盘形轴对称结构件高速旋转系统(A)使薄盘形轴对称结构试验件高速旋转，图像获取与信号处理系统(B)获取薄盘形轴对称结构试验件的图像信号和照明光源的触发信号，测试辅助系统(C)为薄盘形轴对称结构件高速旋转系统(A)提供真空电源、盘式电机电源和冷却水，以及为图像获取与信号处理系统(B)提供相机调节平台控制电源； 所述薄盘形轴对称结构件高速旋转系统(A)由真空室、立式超高速旋转轴系、电机冷却水套(12)和弹性阻尼器(13)组成；所述真空室的真空室腔体(11)为圆形槽，真空室腔体(11)壁的下部有2个对称设置的过孔，分别为真空室抽气口(117)和真空室放气口(118)，真空室腔体(11)的底板上有一个中心圆孔，真空室腔体(11)底板中心圆孔的壁上有一个向下的台阶，圆环形的真空室端盖(111)用螺栓固接在真空室腔体(11)的壁上，橡胶密封圈II (116)垫在真空室端盖(111)和真空室腔体(11)之间起密封作用，2个提拉把手(115)对称固接在真空室端盖(111)上表面的同一条直径上，真空室端盖(111)内壁上有一个向上的台阶，圆形的观察窗(113)置于真空室端盖(111)内壁的台阶上，压环(112)通过螺栓固接在真空室端盖(111)上并且把观察窗(113)压紧在真空室端盖(111)上，橡胶密封圈I (114)垫在观察窗(113)和真空室端盖(111)的内壁台阶之间起密封作用；所述电机冷却水套(12)为一种空心旋转体，外围为封闭的空腔体，法兰盘I (124)固接在腔体外壁的中部，法兰盘I (124)以上的腔体外壁有一个向上的台阶，腔体外壁下部有2个过孔，分别安装进水接口(121)和出水接口(122)，中隔挡板将电机冷却水套(12)的中心部分分隔成上下两个凹槽，上凹槽放置盘式电机定子绕组(15)，下凹槽安装弹性阻尼器(13)，电机冷却水套(12)通过法兰盘I (124)和螺栓固接在真空室腔体(11)底板的下平面上，橡胶密封圈III (123)垫在腔体外壁向上的台阶和真空室腔体(11)底板中心圆孔的向下的台阶之间起密封作用； 所述弹性阻尼器(13)为圆柱桶，弹性阻尼器(13)的外壁的中部固接法兰盘II (137)，法兰盘II (137)有一个向上的凹槽，弹性阻尼器(13)通过法兰盘II (137)和螺栓固接在电机冷却水套(12)的腔体底板的下表面，铜垫圈(135)置于弹性阻尼器(13)上边沿和电机冷却水套(12)中隔挡板下表面之间，起密封作用，橡胶密封圈IV (136)置于法兰盘II (137)的凹槽内与电机冷却水套(12)的腔体底板的下表面之间，起密封和缓冲作用；锥形质量体(132)由上部的圆柱体和下部的倒圆锥体组成，圆柱体和倒圆锥体同轴，倒圆锥体的锥顶顶在弹性阻尼器(13)的底板中心上，弹性硅胶O圈(134)套在锥形质量体(132)的圆柱体上并且与弹性阻尼器(13)内壁接触，将锥形质量体(132)直立扶持，螺旋槽球轴承球窝(133)镶嵌在锥形质量体(132)的圆柱体上端面中心的圆槽内，阻尼润滑油(131)灌注在弹性阻尼器(13)内并将螺旋槽球轴承球窝(133)浸没； 所述立式超高速旋转轴系由弹性小轴(16)、微型螺旋槽球轴承(161)、转子连接轴(17)、试验件安装螺母(172)、电机转盘安装螺母(173)、盘式电机转盘(14)和试验件(18)组成，其中，转子连接轴(17)为阶梯轴，轴中心有轴中心通孔(171)，试验件安装螺母(172)将试验件(18)轴向固定在转子连接轴(17)的上部，试验件(18)的上表面为同心圆图案面，电机转盘安装螺母(173)将盘式电机转盘(14)轴向固定在转子连接轴(17)的中部，弹性小轴(16)的上端插装在转子连接轴(17)的轴中心通孔(171)中，下端焊接微型螺旋槽球轴承(161)，弹性小轴(16)上部的轴肩使弹性小轴(16)在转子连接轴(17)上轴向定位；在真空室内，盘式电机定子绕组(15)置于电机冷却水套(12)的上凹槽内，微型螺旋槽球轴承(161)置于螺旋槽球轴承球窝(133)中，立式超高速旋转轴系支承在螺旋槽球轴承球窝(133)上，螺旋槽球轴承球窝(133)、微型螺旋槽球轴承(161)与弹性小轴(16)组成枢轴承； 所述图像获取与信号处理系统(B)中，数字相机(22)置于相机调节平台(21)，数字相机(22)的镜头向下对准立式超高速旋转轴系上的试验件(18)的同心圆图案面，数字相机(22)用CameraLink信号电缆(221)与安装在计算机(25)中的图像信号采集卡(23)连接，白光LED环形阵列(27)在数字相机(22)镜头的周围照明试验件(18)的同心圆图案面，白光LED环形阵列(27)用LED驱动电缆(271)与安装在计算机(25)中的多功能数据采集卡(24)连接，接触式振动传感器(26)由内置磁铁吸附在真空室腔体(11)的外壁上，接触式振动传感器(26)用振动信号线(261)与多功能数据采集卡(24)连接； 所述测试辅助系统(C)中，真空计(312)和抽气阀门(313)的一端通过三通(311)与真空室腔体(11)上的真空室抽气口(117)连接，抽气阀门(313)的另一端通过真空管道(31)与真空栗(32)的抽气口连接，放气阀门(33)的一端与真空室放气口(118)连接，变频电源(34)通过盘式电机电缆(341)与盘式电机定子绕组(15)连接，相机调节平台控制器(36)通过相机调节平台控制器电缆(361)与相机调节平台(21)连接，电机冷却循环水机组(35)的出水口和回水口通过冷却水管道(351)分别与电机冷却水套(12)上的进水接口(121)和出水接口(122)连接。3.所述试验件(18)为薄盘形轴对称结构试验件，在试验件上表面绘制同心圆图案，试验件(18)的内径为^，外径为^，试验件上表面绘制η个同心圆，从内向外同心圆的半径依次为 n，r2, r3,...!■?，η 为 I ?50 整数。4.根据权利要求1所述的速旋转结构件变形及应变的光学测量装置，其特征在于，所述数字相机(22)为普通的低速数字相机。5.根据权利要求1所述的速旋转结构件变形及应变的光学测量装置，其特征在于，所述相机调节平台(21)为市售三维电控调节平台。
【专利摘要】本发明属于旋转机械实验力学领域，特别涉及一种高速旋转结构件变形及应变的光学测量方法与装置，光学测量装置由薄盘形轴对称结构件高速旋转系统、图像获取与信号处理系统和测试辅助系统组成，薄盘形轴对称结构的试验件表面涂覆同心圆图案并组成立式超高速旋转轴系，采用盘式变频电机在真空室中驱动单点支撑的立式超高速旋转轴系，用普通的低速数字相机获取频闪光源照射下的高速旋转薄盘形轴对称结构试验件表面同心圆图案，采用图像识别技术获取图案变化信息并处理得到高速旋转试验件的变形和应变。本发明采用测量同心圆半径的变化获得结构件的应变信息，适用于旋转速度大于10000rpm的高速及超高速旋转结构件机械强度试验领域。
【IPC分类】G01B11/16
【公开号】CN105333832
【申请号】CN201510679461
【发明人】戴兴建, 汪勇, 张小章
【申请人】清华大学
【公开日】2016年2月17日
【申请日】2015年10月19日