專利名稱：臂架振動位移測量方法、系統(tǒng)及包含其的混凝土泵車的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及測量技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種臂架振動位移測量方法、系統(tǒng)及包含其的混凝土泵車。
背景技術(shù)：
臂架系統(tǒng)作為混凝土泵車的布料裝置，承擔(dān)著將混凝土不斷地輸送至澆注位置的重任。隨著市場對大型泵車的需求日益增多，泵車臂架的最大垂直高度由37m、42m、47m、52m 逐漸攀升至66m、70m、72m，并且發(fā)展出Z型、R型、RZ型等折疊方式，以及三節(jié)、四節(jié)、五節(jié)、 六節(jié)等多種臂架結(jié)構(gòu)形式。整個臂架系統(tǒng)除了承受自重載荷、工作載荷等靜態(tài)載荷作用之外，工作中的各種振動、沖擊激勵如泵車液壓系統(tǒng)的沖擊、混凝土流經(jīng)輸送管的流固耦合振動、臂架運動的慣性沖擊以及風(fēng)載、發(fā)動機振動載荷等，都可能引發(fā)臂架系統(tǒng)顯著的動態(tài)響應(yīng)，對于臂架振動的位移、速度、加速度的測量技術(shù)已成為泵車臂架系統(tǒng)研究的關(guān)鍵。
圖1是示出了現(xiàn)有技術(shù)一的使用位移傳感器測量振動位移的示意圖。如圖1所示，在需要測量的部位，頂一個位移傳感器1，從而可以直接獲取該點的位移變化。但是，這種測量方式存在著布置傳感器比較困難的問題，適合低頻率小范圍振動位移測量。
圖2是示出了現(xiàn)有技術(shù)二的使用光纖光柵傳感器測量振動位移的示意圖。如圖2 所示，圖中機械懸臂梁2 —端固定在封裝殼體3上，封裝殼體3與待測的基座4連接。在測量待測目標(biāo)振動時，基座4固定在振動源上，振動源與基座4同時振動，從而引起懸臂梁2 的機械振動。選取性能匹配的兩個光纖光柵5，一個為傳感光柵FBG1，貼裝在機械懸臂梁2 的上表面上；另一個為信號解調(diào)光柵FBG2，貼裝在懸臂梁2下表面的對稱位置。在待測振動慣性力的作用下懸臂梁2發(fā)生機械振動，上表面應(yīng)變收縮而下表面應(yīng)變伸長，帶動兩個光纖光柵5產(chǎn)生周期性的應(yīng)變拉伸或收縮，從而引起傳感FBG的布拉格波長發(fā)生變化，通過探測傳感FBG波長的變化即可實現(xiàn)振動的傳感測量。
然而，現(xiàn)有技術(shù)二的測量方法存在以下缺點測量范圍小，設(shè)備昂貴，實時性不夠好，精度較低，同時對多點進行測量實時性較差等。發(fā)明內(nèi)容
針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明的目的是提供一種臂架振動位移測量方法、系統(tǒng)及包含其的混凝土泵車，以實現(xiàn)簡單、快速、非接觸的實時高精度振動位移測量。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種臂架振動位移測量方法，包括在臂架上設(shè)置標(biāo)識；采集標(biāo)識在不同時刻的圖像；以及根據(jù)標(biāo)識在不同時刻的圖像的位置變化來計算臂架振動位移。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供一種臂架振動位移測量系統(tǒng)，包括標(biāo)識，設(shè)置在臂架上；圖像采集裝置，用于采集標(biāo)識在不同時刻的圖像；以及圖像處理裝置，與圖像采集裝置連接，用于根據(jù)標(biāo)識在不同時刻的圖像的位置變化來計算臂架振動位移。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供一種混凝土泵車，包括上述的臂架振動位移測量系統(tǒng)。
通過上述技術(shù)方案采集設(shè)置在臂架上的標(biāo)識在不同時刻的圖像，并根據(jù)標(biāo)識在不同時刻的圖像的位置變化來計算臂架振動位移，從而實現(xiàn)了簡單、快速、非接觸的實時高精度振動位移測量。
本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將在隨后的具體實施方式
部分予以詳細說明。


附圖是用來提供對本發(fā)明的進一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與下面的具體實施方式
一起用于解釋本發(fā)明，但并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。在附圖中
圖1是示出了現(xiàn)有技術(shù)一的使用位移傳感器測量振動位移的示意圖2是示出了現(xiàn)有技術(shù)二的使用光纖光柵傳感器測量振動位移的示意圖3是根據(jù)本發(fā)明實施例的臂架振動位移測量方法的流程圖4是根據(jù)本發(fā)明實施例的臂架振動位移測量系統(tǒng)的方框圖5是根據(jù)本發(fā)明實施例的圓形標(biāo)識示意圖6是根據(jù)本發(fā)明實施例的十字標(biāo)尺示意圖7示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的在同一臂架上設(shè)置的兩個圓形標(biāo)識和兩個十字標(biāo)尺；
圖8示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的前一幀圖像的圓形標(biāo)識和十字標(biāo)尺的位置；
圖9示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的后一幀圖像的圓形標(biāo)識和十字標(biāo)尺的位置；以及
圖10示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的一個標(biāo)識在一段時間內(nèi)的位移變化。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
進行詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描述的具體實施方式
僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。
圖3是根據(jù)本發(fā)明實施例的臂架振動位移測量方法的流程圖。
如圖3所示，該臂架振動位移測量方法包括
S302，在臂架上設(shè)置標(biāo)識；
S304，采集標(biāo)識在不同時刻的圖像；以及
S306，根據(jù)標(biāo)識在不同時刻的圖像的位置變化來計算臂架振動位移。
其中，在步驟S304中，采集標(biāo)識在不同時刻的圖像包括采集第一時刻的標(biāo)識的圖像作為參考圖像，并保存參考圖像；以及采集第二時刻的標(biāo)識的圖像作為位移圖像。
在步驟S306中，根據(jù)標(biāo)識在不同時刻的圖像的位置變化來計算臂架振動位移包括獲取參考圖像和位移圖像中的標(biāo)識的圖像放大系數(shù)；通過使用歸一互相關(guān)算法將位移圖像中的標(biāo)識的圖像與參考圖像中的標(biāo)識的圖像進行匹配，得到位移圖像中的標(biāo)識的第一中心位置坐標(biāo)和參考圖像中的標(biāo)識的第二中心位置坐標(biāo)；根據(jù)第一中心位置坐標(biāo)、第二中心位置坐標(biāo)和放大系數(shù)計算臂架位移。
在本實施例中，利用相機理想成像原理，可以根據(jù)下列公式獲取放大系數(shù)K
K = a/A,
其中，a為標(biāo)識在水平或垂直方向上實際長度，A為標(biāo)識成像后水平或垂直方向上在圖像中所占的像素大小。
由于在實際成像中，圖像成像有些畸變，不同位置K值有稍微的變化，所以還可以通過在每個標(biāo)識鄰近位置設(shè)置參考標(biāo)尺來克服圖像畸變帶來的誤差。具體地，在標(biāo)識的鄰近位置設(shè)置參考標(biāo)尺，并在采集標(biāo)識的圖像的同時采集參考標(biāo)尺的圖像，其中，參考標(biāo)尺水平或垂直方向上的大小與標(biāo)識水平或垂直方向上的大小相同。這種情況下，當(dāng)使用上述公式獲取放大系數(shù)K時，可以使用參考標(biāo)尺成像后水平或垂直方向上在圖像中所占的像素大小替代標(biāo)識成像后水平或垂直方向上在圖像中所占的像素大小。從而提高測量的精度。
并且，本實施例中的標(biāo)識的數(shù)量可以為多個，分別設(shè)置在臂架的不同位置，每個標(biāo)識的鄰近位置均可以設(shè)置參考標(biāo)尺，從而實現(xiàn)多點數(shù)據(jù)的同時測量。其中，位于不同位置的每個標(biāo)識不同，每個標(biāo)識可以為具有參考標(biāo)志的圓形標(biāo)識，不同位置的每個標(biāo)識的參考標(biāo)志指向不同的角度。另外，上述實施例中的標(biāo)識可以為臂架上的固定部件。
圖4是根據(jù)本發(fā)明實施例的臂架振動位移測量系統(tǒng)的方框圖。
如圖4所示，該臂架振動位移測量系統(tǒng)包括
標(biāo)識10，設(shè)置在臂架上；
圖像采集裝置20，用于采集標(biāo)識在不同時刻的圖像；以及
圖像處理裝置30，與圖像采集裝置連接，用于根據(jù)標(biāo)識在不同時刻的圖像的位置變化來計算臂架振動位移。
在本實施例中，圖像處理裝置30還包括
獲取模塊，用于獲取參考圖像和位移圖像中的標(biāo)識的圖像放大系數(shù)，其中，參考圖像為圖像采集裝置在第一時刻采集到的標(biāo)識的圖像，位移圖像為圖像采集裝置在第二時刻采集到的標(biāo)識的圖像；
匹配分析模塊，用于通過使用歸一互相關(guān)算法將位移圖像中的標(biāo)識的圖像與參考圖像中的標(biāo)識的圖像進行匹配，得到位移圖像中的標(biāo)識的第一中心位置坐標(biāo)和參考圖像中的標(biāo)識的第二中心位置坐標(biāo)；
計算模塊，用于根據(jù)第一中心位置坐標(biāo)、第二中心位置坐標(biāo)和放大系數(shù)計算臂架位移。
本發(fā)明還提供了一種混凝土泵車，包括上述實施例中的臂架振動位移測量系統(tǒng)。
在上述實施例中，具有參考標(biāo)志的圓形標(biāo)識可以如圖5所示，其中參考標(biāo)志為圓形標(biāo)識的圓環(huán)上的一個空白點。參考標(biāo)尺可以如圖6所示，為標(biāo)定好水平和垂直大小的十字標(biāo)尺。如圖7所示，當(dāng)兩個圓形標(biāo)識設(shè)置在臂架待測位置上時，可以通過將不同位置的圓形標(biāo)識旋轉(zhuǎn)不同的角度，使其上的空白點(參考標(biāo)志)指向不同的角度，以保證不同位置的標(biāo)識不相同。其中，十字標(biāo)尺可以與圓形標(biāo)識水平相鄰設(shè)置。但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，本發(fā)明圖5至圖7所示的情形僅僅是示例性的，并非用于限定本發(fā)明。
具體地，使用上述的臂架振動位移測量系統(tǒng)執(zhí)行臂架振動位移的測量。圖像采集裝置可以與圖像處理裝置集成在一起。圖像采集裝置可以包括相機(例如，黑白面陣幀數(shù)為15的500萬像素CXD相機)、與相機匹配的鏡頭和數(shù)據(jù)傳輸線。圖像處理裝置可以包括 PC和數(shù)據(jù)軟件處理系統(tǒng)。例如，通過圖像采集卡將相機和PC連接，在PC上運行圖像采集程序，固定相機位置，使相機與待測位置保持一定距離，盡可能讓相機和所有被測點的中心位置保持水平，調(diào)節(jié)相機成像參數(shù)，讓圓形標(biāo)識和十字標(biāo)尺在相機拍攝范圍內(nèi)清晰成像，同時保證振動點不超出相機視場范圍。采集圖像，制作模板圖像，然后泵車臂架開始工作，需要開始測量數(shù)據(jù)的時候，讓相機連續(xù)采集圖像，通過圖像采集卡傳送到PC機中，在編制的圖像處理程序中進行實時數(shù)據(jù)處理，輸出泵車在垂直方向的運動軌跡和位移量。其中，可以采用兩個或者兩個以上相機從不同的角度去采集振動圖像，從而提高系統(tǒng)精度。標(biāo)識可以為臂架上的固定部件(例如，結(jié)構(gòu)件上某一剛性不動部件或標(biāo)志)，只要在攝像機拍攝范圍內(nèi)即可。
以圓形標(biāo)識為模板，在每幀圖像中進行模板滑動，設(shè)模板圖T大小為Mx*My，每幀圖像大小為隊*&，匹配時模板疊放在參考圖上平移，模板覆蓋下的那塊搜索圖叫子圖Si^ i， j為這塊子圖的左下角像點在S圖中的坐標(biāo)，叫參考點，其中i和j的取值范圍為大于等于 0小于N-M，通過比較T和SU的內(nèi)容，采用了歸一互相關(guān)算法如下M ηZZnm,n)S'J(m,n)
NC(U)= jM Γ1" M N、ΣΣΠ—)ΣΣΡ>,")]2V w=l η=\w=l η=\
上式NC(i，j)的值越大，說明搜索圖和模板越像，當(dāng)有一個最大值的時候，那么就定位該圓形標(biāo)識在每幀圖像中的坐標(biāo)位置為(x，y)。
圖8和圖9分別示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的前一幀和后一幀圖像的圓形標(biāo)識和十字標(biāo)尺的位置。根據(jù)上述算法可以確定圖8中圓形標(biāo)識初始中心位置坐標(biāo)為(xl，yl)，圖9 中圓形標(biāo)識中心位置坐標(biāo)為(x2，y2)。其中，上述算法還可以替換為現(xiàn)有技術(shù)中其他的圖像匹配算法。
根據(jù)成像原理，得到垂直方向的實際位移量為k(y2_yl)，水平方向位移量為 k(x2-xl)，從而可以實現(xiàn)實時求取泵車臂架振動的振動位移量。
圖10示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的一個標(biāo)識在一段時間內(nèi)的位移變化。(取向下的方向為正)橫坐標(biāo)單位為幀數(shù)，縱坐標(biāo)為位移量，單位為毫米。
從上述實施例可以看出，本發(fā)明通過采集設(shè)置在臂架上的標(biāo)識在不同時刻的圖像，并根據(jù)標(biāo)識在不同時刻的圖像的位置變化來計算臂架振動位移，從而實現(xiàn)了簡單、快速、非接觸的實時高精度振動位移測量。
以上結(jié)合附圖詳細描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，但是，本發(fā)明并不限于上述實施方式中的具體細節(jié)，在本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思范圍內(nèi)，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進行多種簡單變型，這些簡單變型均屬于本發(fā)明的保護范圍。
另外需要說明的是，在上述具體實施方式
中所描述的各個具體技術(shù)特征，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進行組合。為了避免不必要的重復(fù)，本發(fā)明對各種可能的組合方式不再另行說明。
此外，本發(fā)明的各種不同的實施方式之間也可以進行任意組合，只要其不違背本發(fā)明的思想，其同樣應(yīng)當(dāng)視為本發(fā)明所公開的內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.一種臂架振動位移測量方法，其特征在于，包括 在臂架上設(shè)置標(biāo)識；采集所述標(biāo)識在不同時刻的圖像；以及根據(jù)所述標(biāo)識在不同時刻的圖像的位置變化來計算臂架振動位移。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，采集所述標(biāo)識在不同時刻的圖像包括 采集第一時刻的所述標(biāo)識的圖像作為參考圖像，并保存所述參考圖像；以及采集第二時刻的所述標(biāo)識的圖像作為位移圖像。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，根據(jù)所述標(biāo)識在不同時刻的圖像的位置變化來計算臂架振動位移包括獲取所述參考圖像和所述位移圖像中的標(biāo)識的圖像放大系數(shù)； 通過使用歸一互相關(guān)算法將所述位移圖像中的標(biāo)識的圖像與所述參考圖像中的標(biāo)識的圖像進行匹配，得到所述位移圖像中的標(biāo)識的第一中心位置坐標(biāo)和所述參考圖像中的標(biāo)識的第二中心位置坐標(biāo)；根據(jù)所述第一中心位置坐標(biāo)、所述第二中心位置坐標(biāo)和所述放大系數(shù)計算臂架位移。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，根據(jù)下列公式獲取所述放大系數(shù)K K = a/A,其中，a為所述標(biāo)識在水平或垂直方向上實際長度，A為所述標(biāo)識成像后水平或垂直方向上在圖像中所占的像素大小。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，所述方法還包括在所述標(biāo)識的鄰近位置設(shè)置參考標(biāo)尺，并在采集所述標(biāo)識的圖像的同時采集所述參考標(biāo)尺的圖像。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述參考標(biāo)尺水平或垂直方向上的大小與所述標(biāo)識水平或垂直方向上的大小相同。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，使用所述參考標(biāo)尺成像后水平或垂直方向上在圖像中所占的像素大小替代所述標(biāo)識成像后水平或垂直方向上在圖像中所占的像素大小。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述標(biāo)識的數(shù)量為多個，分別設(shè)置在臂架的不同位置，每個所述標(biāo)識的鄰近位置均設(shè)置所述參考標(biāo)尺。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，每個所述標(biāo)識為具有參考標(biāo)志的圓形標(biāo)識，不同位置的每個標(biāo)識的參考標(biāo)志指向不同的角度。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述標(biāo)識為臂架上的固定部件。
11.一種臂架振動位移測量系統(tǒng)，其特征在于，包括 標(biāo)識，設(shè)置在臂架上；圖像采集裝置，用于采集所述標(biāo)識在不同時刻的圖像；以及圖像處理裝置，與所述圖像采集裝置連接，用于根據(jù)所述標(biāo)識在不同時刻的圖像的位置變化來計算臂架振動位移。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中，所述圖像處理裝置包括獲取模塊，用于獲取參考圖像和位移圖像中的標(biāo)識的圖像放大系數(shù)，其中，所述參考圖像為所述圖像采集裝置在第一時刻采集到的標(biāo)識的圖像，所述位移圖像為所述圖像采集裝置在第二時刻采集到的標(biāo)識的圖像；匹配分析模塊，用于通過使用歸一互相關(guān)算法將所述位移圖像中的標(biāo)識的圖像與所述參考圖像中的標(biāo)識的圖像進行匹配，得到所述位移圖像中的標(biāo)識的第一中心位置坐標(biāo)和所述參考圖像中的標(biāo)識的第二中心位置坐標(biāo)；計算模塊，用于根據(jù)所述第一中心位置坐標(biāo)、所述第二中心位置坐標(biāo)和所述放大系數(shù)計算臂架位移。
13. —種混凝土泵車，包括權(quán)利要求11或12所述的臂架振動位移測量系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種臂架振動位移測量方法、系統(tǒng)及包含其的混凝土泵車。該臂架振動位移測量方法包括在臂架上設(shè)置標(biāo)識；采集標(biāo)識在不同時刻的圖像；以及根據(jù)標(biāo)識在不同時刻的圖像的位置變化來計算臂架振動位移。從而實現(xiàn)簡單、快速、非接觸的實時高精度振動位移測量。
文檔編號G01B11/04GK102506727SQ201110335638
公開日2012年6月20日 申請日期2011年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月28日
發(fā)明者姚孝國, 戴呈豪 申請人:中聯(lián)重科股份有限公司