專利名稱：一種用于離心泵piv相機(jī)測(cè)準(zhǔn)及調(diào)節(jié)裝置及其方法
—種用于離心泵Piv相機(jī)測(cè)準(zhǔn)及調(diào)節(jié)裝置及其方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域，特指一種用于離心泵Piv相機(jī)測(cè)準(zhǔn)及調(diào)節(jié)裝置及其方法。
背景技術(shù)：
粒子圖像測(cè)速技術(shù)(Particle Image Velocimetry,簡(jiǎn)稱PIV)是一種利用流場(chǎng)圖像獲得流場(chǎng)速度的測(cè)量技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)二維和三維的非接觸式測(cè)量，是流體力學(xué)領(lǐng)域測(cè)試流場(chǎng)速度的重要手段。由于具有多點(diǎn)測(cè)量、非接觸、高精度的特點(diǎn)，已在流體力學(xué)、流體機(jī)械、 化學(xué)化工、航空航天、船舶與海洋等工程領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。為了獲得較好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，需要確保流場(chǎng)待測(cè)平面、激光照射平面和相機(jī)拍攝平面有較好的重合度，而現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)方法大多局限于用肉眼觀察等經(jīng)驗(yàn)方法來調(diào)整相機(jī)拍攝平面和激光器照射平面。徐勝金等在《一種用于粒子圖像測(cè)速儀的三維激光測(cè)準(zhǔn)定位儀》(2010)中提出了一種利用輔助調(diào)整激光位置和相機(jī)位置的裝置，但沒有給出精確調(diào)整相機(jī)與被測(cè)平面平行的方法。隨著測(cè)試技術(shù)的發(fā)展，PIV中相機(jī)位置帶來的誤差逐漸成為離心泵PIV測(cè)試發(fā)展的障礙。
本發(fā)明提供一種用于離心泵PIV相機(jī)測(cè)準(zhǔn)及調(diào)節(jié)的方法和裝置，該方法和裝置可以精確調(diào)整相機(jī)拍攝姿態(tài)，使相機(jī)拍攝平面與被測(cè)平面重合，大幅提高PIV測(cè)試精度。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于離心泵PIV相機(jī)測(cè)準(zhǔn)及調(diào)節(jié)裝置及其方法，它可以使相機(jī)拍攝平面與被測(cè)平面重合。
本發(fā)明用相機(jī)拍攝標(biāo)定卡圖像，利用計(jì)算機(jī)對(duì)圖像進(jìn)行測(cè)量，并輔助相機(jī)測(cè)準(zhǔn)調(diào)節(jié)架精確調(diào)整相機(jī)的拍攝姿態(tài)，使相機(jī)拍攝平面與被測(cè)平面重合。
標(biāo)定卡是指在模型泵測(cè)試窗口表面的非測(cè)量區(qū)域加工的，九個(gè)相等正方形組成的九宮格圖案。
本發(fā)明的原理是打開計(jì)算機(jī)和相機(jī)，啟動(dòng)PIV測(cè)試軟件，選取連續(xù)攝像模式；利用相機(jī)測(cè)準(zhǔn)調(diào)節(jié)裝置粗略調(diào)整相機(jī)的拍攝姿態(tài)X、Y、ζ、Θ，使標(biāo)定卡占據(jù)相機(jī)拍攝區(qū)域的 1/2到3/4 ;調(diào)整相機(jī)的光圈和焦距，使標(biāo)定卡成像清晰；切換相機(jī)為單張拍攝模式，拍攝一張標(biāo)定卡的圖像；利用計(jì)算機(jī)檢測(cè)圖像中的九宮格圖形是否是標(biāo)準(zhǔn)正方形；圖像檢測(cè)過程可以通過CAD導(dǎo)入圖像的方法或者使用圖像識(shí)別程序完成；檢測(cè)中需要分別對(duì)9個(gè)小正方形和它們組成大正方形進(jìn)行檢測(cè)，以提高圖像檢測(cè)的精度；利用游標(biāo)角度尺調(diào)整旋轉(zhuǎn)底座， 同時(shí)拍攝不同旋轉(zhuǎn)角度下標(biāo)定卡的圖像；直到圖像中的九宮格圖形是標(biāo)準(zhǔn)正方形時(shí)，停止調(diào)整旋轉(zhuǎn)底座，此時(shí)相機(jī)拍攝平面與標(biāo)定卡平面重合，與測(cè)試平面平行；然后調(diào)整X向調(diào)整架、Y向調(diào)整架和Z向調(diào)整架使相機(jī)拍攝模型泵測(cè)試區(qū)域，并調(diào)整相機(jī)焦距使相機(jī)拍攝平面與測(cè)試平面重合，完成相機(jī)調(diào)整過程。
本發(fā)明的裝置包括相機(jī)測(cè)準(zhǔn)調(diào)節(jié)架、模型泵、相機(jī)和計(jì)算機(jī)；相機(jī)測(cè)準(zhǔn)調(diào)節(jié)架包括移動(dòng)底座、X向調(diào)整架、Y向調(diào)整架、Z向調(diào)整架、旋轉(zhuǎn)底座；移動(dòng)底座為長(zhǎng)方形，在其四角下安裝有滾輪，可以在地面上移動(dòng)；滾輪上有固定裝置，使?jié)L輪固定不動(dòng)；γ向調(diào)整架包括Y向調(diào)整架支架，一根Y向絲杠和兩根Y向滑軌，Y向調(diào)整架支架為矩形框架，Y向絲杠和Y向滑軌兩端與Y向調(diào)整架支架相連，Y向絲杠和兩根Y向滑軌相互平行，且Y向絲杠位于兩根Y 向滑軌中間；γ向調(diào)整架支架通過標(biāo)準(zhǔn)緊固件安裝在移動(dòng)底座上，這樣Y向調(diào)整架可以通過移動(dòng)底座的滾輪在移動(dòng)或固定位置；ζ向調(diào)整架包括Z向調(diào)整架支架，一根Z向絲杠和兩根 Z向滑軌，Z向調(diào)整架支架為矩形框架，Z向絲杠和Z向滑軌兩端與Z向調(diào)整架支架相連，Z 向絲杠和兩根Z向滑軌相互平行，且Z向絲杠位于兩根Z向滑軌中間；ζ向調(diào)整架支架通過標(biāo)準(zhǔn)緊固件安裝在Y向滑軌上，并通過螺紋件與Y向絲杠形成螺紋連接，這樣Z向調(diào)整架可以通過旋轉(zhuǎn)Y向絲杠在Y向滑軌上運(yùn)動(dòng)；x向調(diào)整架包括X向調(diào)整架支架，一根X向絲杠和兩根X向滑軌，X向調(diào)整架支架為矩形框架，X向絲杠和X向滑軌兩端與X向調(diào)整架支架相連，X向絲杠和兩根X向滑軌相互平行，且X向絲杠位于兩根X向滑軌中間；χ向調(diào)整架支架通過標(biāo)準(zhǔn)緊固件安裝在Z向滑軌上，并通過螺紋件與Z向絲杠形成螺紋連接，這樣X向調(diào)整架可以通過旋轉(zhuǎn)Z向絲杠在Z向滑軌上運(yùn)動(dòng)。相機(jī)安裝在旋轉(zhuǎn)底座上，旋轉(zhuǎn)底座通過標(biāo)準(zhǔn)緊固件安裝在X向滑軌上，并通過螺紋件與X向絲杠形成螺紋連接，旋轉(zhuǎn)底座通過旋轉(zhuǎn)X向絲杠在X向滑軌上運(yùn)動(dòng)；通過X向調(diào)整架、Y向調(diào)整架、Z向調(diào)整架和旋轉(zhuǎn)底座調(diào)整相機(jī)的拍攝姿態(tài)；模型泵測(cè)試窗口表面有標(biāo)定卡，用于輔助調(diào)整相機(jī)的拍攝姿態(tài)；計(jì)算機(jī)與相機(jī)相連， 通過Piv測(cè)試軟件控制相機(jī)切換連續(xù)攝像或單張拍攝。
相機(jī)測(cè)準(zhǔn)調(diào)節(jié)架還包括X坐標(biāo)標(biāo)尺、Y坐標(biāo)標(biāo)尺、Z坐標(biāo)標(biāo)尺；Υ坐標(biāo)標(biāo)尺安裝在移動(dòng)底座上，與Y向滑軌平行，指示Z向調(diào)整架的位移；所述Z坐標(biāo)標(biāo)尺安裝在Y向調(diào)整架上， 與Z向滑軌平行，Z坐標(biāo)標(biāo)尺指示X向調(diào)整架的位移；所述X向調(diào)整架和X向標(biāo)尺安裝在Z 向調(diào)整架上，與X向滑軌平行，X坐標(biāo)標(biāo)尺指示旋轉(zhuǎn)底座的位移。
旋轉(zhuǎn)底座由大齒輪盤、小齒輪盤、固定平板組成；大齒輪盤和小齒輪盤嚙合,分別利用標(biāo)準(zhǔn)軸安裝在固定平板上；固定平板通過標(biāo)準(zhǔn)緊固件安裝在X向滑軌上，并通過螺紋件與X向絲杠形成螺紋連接，這樣旋轉(zhuǎn)底座可以通過旋轉(zhuǎn)X向絲杠在X向滑軌上運(yùn)動(dòng)；相機(jī)的四角通過固定螺紋件固定在大齒輪盤(25)上，使大齒輪盤圓心在相機(jī)光軸上；小齒輪盤上有小齒輪盤旋鈕，通過小齒輪盤旋鈕可以控制小齒輪盤轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)大齒輪盤轉(zhuǎn)動(dòng)。
大齒輪盤齒數(shù)N1與小齒輪盤齒數(shù)N2之間滿足關(guān)系A(chǔ)1 = N2=IO ;固定平板上的小齒輪盤旋鈕外圍安裝有游標(biāo)角度尺，指示小齒輪盤的旋轉(zhuǎn)角度。
模型泵材質(zhì)為有機(jī)玻璃；模型泵測(cè)試窗口表面的非測(cè)試區(qū)域，有激光加工的標(biāo)定卡。標(biāo)定卡具有一定的尺寸和位置精度；標(biāo)定卡是由九個(gè)相等正方形組成的九宮格圖案，正方形邊長(zhǎng)L約為IOmm—20mm,邊線寬度B約為O. 5mm一Imm,根據(jù)模型泵的大小改變標(biāo)定卡的尺寸。模型泵葉輪直徑D與標(biāo)定卡正方形邊長(zhǎng)L和邊線寬度B之間滿足以下關(guān)系D:L:B=400:20:1。
本發(fā)明的實(shí)施過程如下I.打開計(jì)算機(jī)和相機(jī)，啟動(dòng)連續(xù)攝像模式；利用相機(jī)的實(shí)時(shí)圖像和X向調(diào)整架、Y向調(diào)整架、Z向調(diào)整架、旋轉(zhuǎn)底座調(diào)整相機(jī)的拍攝姿態(tài)X、Y、Z、 A使標(biāo)定卡占據(jù)相機(jī)拍攝區(qū)域的1/2到3/4 ;調(diào)整好后切換相機(jī)到單張拍攝模式。
2.調(diào)整相機(jī)的光圈和焦距，使標(biāo)定卡成像清晰，拍攝一張標(biāo)定卡的圖像；利用計(jì)算機(jī)檢測(cè)圖像中的九宮格圖形是否是標(biāo)準(zhǔn)正方形；如果是，此時(shí)相機(jī)拍攝平面與標(biāo)定卡平CN 102927018 A書明說3/5頁面重合，與測(cè)試平面平行，繼續(xù)步驟4 ;如果不是，則繼續(xù)步驟3。
3.利用小齒輪盤調(diào)整旋轉(zhuǎn)底座,并重復(fù)實(shí)施步驟2。
4.在PIV測(cè)試中，利用上述步驟調(diào)整相機(jī)拍攝平面與測(cè)試平面平行，調(diào)整X向調(diào)整架、Y向調(diào)整架和Z向調(diào)整架使相機(jī)對(duì)準(zhǔn)拍攝模型泵測(cè)試區(qū)域。
5.當(dāng)相機(jī)拍攝平面與測(cè)試平面平行，且相機(jī)對(duì)準(zhǔn)模型泵測(cè)試區(qū)域，調(diào)整相機(jī)焦距使相機(jī)拍攝平面與測(cè)試平面重合，完成相機(jī)調(diào)整過程。
檢測(cè)圖像過程可以通過CAD導(dǎo)入圖像的方法或者使用圖像識(shí)別程序完成。使用 CAD檢測(cè)圖像時(shí)，在CAD繪圖空間將導(dǎo)入的圖像放大到像素級(jí)別，在CAD空間中依次連接正方形的角點(diǎn)，利用CAD測(cè)量工具測(cè)量正方形四條邊長(zhǎng)是否相等檢測(cè)圖形是否是標(biāo)準(zhǔn)正方形。檢測(cè)中需要分別對(duì)9個(gè)小正方形和它們組成大正方形進(jìn)行檢測(cè)，以提高圖像檢測(cè)的精度。
對(duì)于三維PIV測(cè)試，可采用兩個(gè)用于離心泵PIV相機(jī)測(cè)準(zhǔn)及調(diào)節(jié)裝置分別對(duì)兩臺(tái)相機(jī)⑶進(jìn)行步驟I一步驟5的調(diào)整過程，然后按scheimpflug條件布置相機(jī)即可完成三維相機(jī)調(diào)節(jié)。
使用本方法具有以下優(yōu)點(diǎn)使用X向調(diào)整架、Y向調(diào)整架、Z向調(diào)整架和旋轉(zhuǎn)底座可以精確調(diào)整相機(jī)的拍攝姿態(tài)。X坐標(biāo)標(biāo)尺、Y坐標(biāo)標(biāo)尺和Z坐標(biāo)標(biāo)尺采用游標(biāo)卡尺結(jié)構(gòu)， 有效提高了 X向調(diào)整架、Y向調(diào)整架和Z向調(diào)整架的位移精度。游標(biāo)角度尺有效提高了旋轉(zhuǎn)底座旋轉(zhuǎn)角度精度。通過相機(jī)拍攝標(biāo)定卡圖像，輔助相機(jī)拍攝姿態(tài)調(diào)整，可以使相機(jī)拍攝平面和測(cè)試平面重合。利用計(jì)算機(jī)對(duì)標(biāo)定卡圖像測(cè)量的方法，判斷相機(jī)調(diào)整是否完成，有效避免了肉眼觀察等經(jīng)驗(yàn)方法帶來的誤差。


圖I相機(jī)測(cè)準(zhǔn)與調(diào)節(jié)裝置示意圖。
圖2旋轉(zhuǎn)底座示意圖。
圖3旋轉(zhuǎn)底座俯視圖。
圖4模型泵示意圖。
圖5標(biāo)定卡示意圖。
圖6相機(jī)測(cè)準(zhǔn)與調(diào)節(jié)裝置應(yīng)用示意圖。
圖中1.模型泵，2.標(biāo)定卡，3.相機(jī)，4.計(jì)算機(jī)，5.移動(dòng)底座，6. X向調(diào)整架， 7. Y向調(diào)整架，8. Z向調(diào)整架，9. X坐標(biāo)標(biāo)尺，10. Y坐標(biāo)標(biāo)尺，11. Z坐標(biāo)標(biāo)尺，12.旋轉(zhuǎn)底座，13.滾輪，14. Y向調(diào)整架支架，15. Y向絲杠，16. Y向滑軌，17. Z向調(diào)整架支架， 18. Z向絲杠，19. Z向滑軌，20. X向調(diào)整架支架，21. X向絲杠，22. X向滑軌，23. Y向絲杠轉(zhuǎn)輪，24. Z向絲杠轉(zhuǎn)輪，25. X向絲杠轉(zhuǎn)輪，，26.大齒輪盤，27.小齒輪盤，28.固定平板，29.小齒輪盤旋鈕，30.游標(biāo)角度尺，31.固定螺紋件。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明提出的具體裝置的細(xì)節(jié)和工作情況。
本裝置包括模型泵I、標(biāo)定卡2、相機(jī)3、計(jì)算機(jī)4、移動(dòng)底座5、X向調(diào)整架6、Y向調(diào)整架7、Z向調(diào)整架8、X坐標(biāo)標(biāo)尺9、Y坐標(biāo)標(biāo)尺10、Z坐標(biāo)標(biāo)尺11、旋轉(zhuǎn)底座12、滾輪613、Y向調(diào)整架支架14、Y向絲杠15、Y向滑軌16、Z向調(diào)整架支架17、Z向絲杠18、Z向滑軌19、X向調(diào)整架支架20、X向絲杠21、X向滑軌22、Y向絲杠轉(zhuǎn)輪23、Z向絲杠轉(zhuǎn)輪24、X 向絲杠轉(zhuǎn)輪25、大齒輪盤26、小齒輪盤27、固定平板28、小齒輪盤旋鈕29、游標(biāo)角度尺30、 固定螺紋件31。
圖I是相機(jī)測(cè)準(zhǔn)與調(diào)節(jié)裝置圖。相機(jī)測(cè)準(zhǔn)調(diào)節(jié)架包括移動(dòng)底座5、X向調(diào)整架6、Y 向調(diào)整架7、Ζ向調(diào)整架8、旋轉(zhuǎn)底座12。移動(dòng)底座5為長(zhǎng)方形，在其四角下安裝有滾輪13， 可以在地面上移動(dòng)；滾輪13上有固定裝置，使?jié)L輪13固定不動(dòng)；Υ向調(diào)整架7包括Y向調(diào)整架支架14，一根Y向絲杠15和兩根Y向滑軌16，Y向調(diào)整架支架14為矩形框架，Y向絲杠15和Y向滑軌16兩端與Y向調(diào)整架支架14相連，Y向絲杠15和兩根Y向滑軌16相互平行，且Y向絲杠15位于兩根Y向滑軌16中間；Υ向調(diào)整架支架14通過標(biāo)準(zhǔn)緊固件安裝在移動(dòng)底座5上，這樣Y向調(diào)整架14可以通過移動(dòng)底座5的滾輪13在移動(dòng)或固定位置；Ζ 向調(diào)整架8包括Z向調(diào)整架支架17，一根Z向絲杠18和兩根Z向滑軌19，Z向調(diào)整架支架 17)為矩形框架，Z向絲杠18和Z向滑軌19兩端與Z向調(diào)整架支架17相連，Z向絲杠18 和兩根Z向滑軌19相互平行，且Z向絲杠18位于兩根Z向滑軌19中間；Ζ向調(diào)整架支架 17通過標(biāo)準(zhǔn)緊固件安裝在Y向滑軌16上，并通過螺紋件與Y向絲杠15形成螺紋連接，這樣 Z向調(diào)整架8可以通過旋轉(zhuǎn)Y向絲杠15在Y向滑軌16上運(yùn)動(dòng)；Χ向調(diào)整架6包括X向調(diào)整架支架20，一根X向絲杠21和 兩根X向滑軌22，X向調(diào)整架支架20為矩形框架，X向絲杠 21和X向滑軌22兩端與X向調(diào)整架支架20相連，X向絲杠21和兩根X向滑軌22相互平行，且X向絲杠21位于兩根X向滑軌22中間；Χ向調(diào)整架支架20通過標(biāo)準(zhǔn)緊固件安裝在Z 向滑軌19上，并通過螺紋件與Z向絲杠18形成螺紋連接，這樣X向調(diào)整架20可以通過旋轉(zhuǎn)Z向絲杠18在Z向滑軌19上運(yùn)動(dòng)。
相機(jī)測(cè)準(zhǔn)調(diào)節(jié)架還包括X坐標(biāo)標(biāo)尺9、Υ坐標(biāo)標(biāo)尺10、Ζ坐標(biāo)標(biāo)尺11 ； Y坐標(biāo)標(biāo)尺 10安裝在移動(dòng)底座5上，與Y向滑軌16平行，指示Z向調(diào)整架8的位移；所述Z坐標(biāo)標(biāo)尺 11安裝在Y向調(diào)整架7上，與Z向滑軌19平行，Z坐標(biāo)標(biāo)尺11指示X向調(diào)整架6的位移； 所述X向調(diào)整架6和X向標(biāo)尺9安裝在Z向調(diào)整架8上，與X向滑軌22平行，X坐標(biāo)標(biāo)尺9 指示旋轉(zhuǎn)底座13的位移。
圖2和圖3分別是旋轉(zhuǎn)底座示意圖和旋轉(zhuǎn)底座俯視圖。旋轉(zhuǎn)底座12由大齒輪盤 26、小齒輪盤27、固定平板28組成。大齒輪盤26與小齒輪盤27嚙合，分別利用標(biāo)準(zhǔn)軸安裝在固定平板28上。固定平板通過標(biāo)準(zhǔn)緊固件安裝在X向滑軌上，并通過螺紋件與X向絲杠形成螺紋連接，這樣旋轉(zhuǎn)底座可以通過旋轉(zhuǎn)X向絲杠在X向滑軌上運(yùn)動(dòng)。相機(jī)3的四角通過固定螺紋件31)固定在大齒輪盤25上，使大齒輪盤25圓心在相機(jī)3光軸上。小齒輪盤 26上有小齒輪盤旋鈕29,通過小齒輪盤旋鈕29可以控制小齒輪盤26轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)大齒輪盤 25轉(zhuǎn)動(dòng)。
大齒輪盤26齒數(shù)N1與小齒輪盤27齒數(shù)N2之間滿足關(guān)系=N1 =N2=IO0固定平板 28上小齒輪盤旋鈕29的外圍安裝有游標(biāo)角度尺30，用以指示小齒輪盤27的旋轉(zhuǎn)角度,游標(biāo)角度尺原理和游標(biāo)卡尺一樣，可以有效提高角度測(cè)量精度。
圖4是模型泵示意圖。模型泵I測(cè)試窗口表面的非測(cè)試區(qū)域，有激光加工的標(biāo)定卡2。
圖5是標(biāo)定卡示意圖。標(biāo)定卡2是由九個(gè)相等正方形組成的九宮格圖案,正方形邊長(zhǎng)約為IOmm—20mm,邊線寬度約為O. 5mm一Imm,根據(jù)模型泵I的大小改變標(biāo)定卡2的尺寸。模型泵I葉輪直徑D與標(biāo)定卡2正方形邊長(zhǎng)L和邊線寬度B之間滿足以下關(guān)系 D:L:B=400:20:1。
利用本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)相機(jī)拍攝平面與測(cè)試平面重合，相機(jī)測(cè)準(zhǔn)與調(diào)節(jié)裝置應(yīng)用示意圖如圖6所示,具體步驟如下a)按圖6所示連接各部分，打開計(jì)算機(jī)4和相機(jī)3，啟動(dòng)連續(xù)攝像模式。利用相機(jī)3的實(shí)時(shí)圖像和X向調(diào)整架6、Y向調(diào)整架7、Z向調(diào)整架8、旋轉(zhuǎn)底座5調(diào)整相機(jī)3的拍攝姿態(tài) X、Y、Z ^使標(biāo)定卡2占據(jù)相機(jī)3拍攝區(qū)域的1/2到3/4，調(diào)整好后切換相機(jī)3到單張拍攝模式。相機(jī)3拍攝姿態(tài)是指相機(jī)3所處的空間位置X，Y，Z和相機(jī)3隨旋轉(zhuǎn)底座5旋轉(zhuǎn)的角度P。相機(jī)拍攝姿態(tài)中的X、Y、Z、S分別指X坐標(biāo)標(biāo)尺讀數(shù)，Y坐標(biāo)標(biāo)尺讀數(shù)，Z坐標(biāo)標(biāo)尺讀數(shù)和游標(biāo)角度尺讀數(shù)。
b)調(diào)整相機(jī)3的光圈和焦距，使標(biāo)定卡2成像清晰，拍攝一張標(biāo)定卡的圖像。利用計(jì)算機(jī)4檢測(cè)圖像中的九宮格圖形是否是標(biāo)準(zhǔn)正方形。如果是，此時(shí)相機(jī)3平面與標(biāo)定卡2平面重合，與測(cè)試平面平行，繼續(xù)步驟d)。如果不是，則繼續(xù)步驟C)。圖像檢測(cè)過程可以通過CAD導(dǎo)入圖像的方法或者使用圖像識(shí)別程序完成。使用CAD檢測(cè)圖像時(shí)，在CAD 繪圖空間將導(dǎo)入的圖像放大到像素級(jí)別，在CAD空間中依次連接正方形的角點(diǎn)，利用CAD測(cè)量工具測(cè)量正方形四條邊長(zhǎng)是否相等檢測(cè)圖形是否是標(biāo)準(zhǔn)正方形。檢測(cè)中需要分別對(duì)9個(gè)小正方形和它們組成大正方形進(jìn)行檢測(cè)，以提高圖像檢 測(cè)的精度。
c)利用小齒輪盤27調(diào)整旋轉(zhuǎn)底座12,并重復(fù)實(shí)施步驟b)。
d)在PIV測(cè)試中，利用上述步驟調(diào)整相機(jī)3拍攝平面與測(cè)試平面平行，調(diào)整X向調(diào)整架6、Y向調(diào)整架7和Z向調(diào)整架8使相機(jī)3對(duì)準(zhǔn)拍攝模型泵2測(cè)試區(qū)域。
e)當(dāng)相機(jī)3拍攝平面與測(cè)試平面平行，且相機(jī)3對(duì)準(zhǔn)模型泵測(cè)試區(qū)域，調(diào)整相機(jī) 3焦距使相機(jī)3拍攝平面與測(cè)試平面重合，完成相機(jī)調(diào)整過程。
檢測(cè)圖像過程可以通過CAD導(dǎo)入圖像的方法或者使用圖像識(shí)別程序完成。使用 CAD檢測(cè)圖像時(shí)，在CAD繪圖空間將導(dǎo)入的圖像放大到像素級(jí)別，在CAD空間中依次連接正方形的角點(diǎn)，利用CAD測(cè)量工具測(cè)量正方形四條邊長(zhǎng)是否相等檢測(cè)圖形是否是標(biāo)準(zhǔn)正方形。檢測(cè)中需要分別對(duì)9個(gè)小正方形和它們組成大正方形進(jìn)行檢測(cè)，以提高圖像檢測(cè)的精度。
對(duì)于三維PIV測(cè)試，可采用兩個(gè)用于離心泵PIV相機(jī)測(cè)準(zhǔn)及調(diào)節(jié)裝置分別對(duì)兩臺(tái)相機(jī)⑶進(jìn)行步驟I一步驟5的調(diào)整過程，然后按scheimpflug條件布置相機(jī)即可完成三維相機(jī)調(diào)節(jié)。這里的scheimpflug條件是指在三維PIV測(cè)試中，為了獲得更大的圖像景深，需要調(diào)整測(cè)量平面、鏡頭平面和相機(jī)CCD成像平面，使三個(gè)平面交叉于一條共同的直線。8
權(quán)利要求
1.一種用于離心泵PIV相機(jī)測(cè)準(zhǔn)及調(diào)節(jié)裝置，其特征在于，包括相機(jī)測(cè)準(zhǔn)調(diào)節(jié)架、模型泵(I)、相機(jī)(3)、計(jì)算機(jī)(4);所述的相機(jī)測(cè)準(zhǔn)調(diào)節(jié)架包括移動(dòng)底座(5)、X向調(diào)整架(6)、Y向調(diào)整架(7)、Z向調(diào)整架(8)和旋轉(zhuǎn)底座(12);所述的移動(dòng)底座(5)為長(zhǎng)方形，在移動(dòng)底座(5)的四角下設(shè)有滾輪(13);所述的滾輪(13)上有固定裝置，使?jié)L輪(13)固定不動(dòng)；所述的Y向調(diào)整架⑵包括Y向調(diào)整架支架(14)、一根Y向絲杠(15)和兩根Y向滑軌(16)，Y向調(diào)整架支架(14)為矩形框架，Y向絲杠(15)和Y向滑軌(16)兩端分別與Y向調(diào)整架支架(14)相連，Y向絲杠(15)和兩根Y向滑軌(16)相互平行，且Y向絲杠(15)位于兩根Y向滑軌(16)中間；所述的Y向調(diào)整架支架(14)通過緊固件安裝在移動(dòng)底座(5)上；所述的Z向調(diào)整架⑶包括Z向調(diào)整架支架(17)、一根Z向絲杠(18)和兩根Z向滑軌(19)，Z向調(diào)整架支架(17)為矩形框架，Z向絲杠(18)和Z向滑軌(19)兩端與Z向調(diào)整架支架(17)相連，Z向絲杠(18)和兩根Z向滑軌(19)相互平行，且Z向絲杠(18)位于兩根Z向滑軌(19)中間；所述的Z向調(diào)整架支架(17)通過標(biāo)準(zhǔn)緊固件安裝在Y向滑軌(16)上，并通過螺紋件與Y向絲杠(15)形成螺紋連接，Z向調(diào)整架(8)通過旋轉(zhuǎn)Y向絲杠(15)在Y向滑軌(16)上運(yùn)動(dòng)；所述X向調(diào)整架(6)包括X向調(diào)整架支架(20)、一根X向絲杠(21)和兩根X向滑軌(22)，X向調(diào)整架支架(20)為矩形框架，X向絲杠(21)和X向滑軌(22)兩端與X向調(diào)整架支架(20)相連，X向絲杠(21)和兩根X向滑軌(22)相互平行，且X向絲杠(21)位于兩根X向滑軌(22)中間；所述的X向調(diào)整架支架(20)通過標(biāo)準(zhǔn)緊固件安裝在Z向滑軌(19)上，并通過螺紋件與Z向絲杠(18)形成螺紋連接，X向調(diào)整架(20)通過旋轉(zhuǎn)Z向絲杠(18)在Z向滑軌(19)上運(yùn)動(dòng)；所述相機(jī)(3)安裝在旋轉(zhuǎn)底座(12)上，旋轉(zhuǎn)底座(13)通過標(biāo)準(zhǔn)緊固件安裝在X向滑軌(22)上，并通過螺紋件與X向絲杠(21)形成螺紋連接，旋轉(zhuǎn)底座(13)通過旋轉(zhuǎn)X向絲杠(21)在X向滑軌(22)上運(yùn)動(dòng)；通過X向調(diào)整架(6)、Y向調(diào)整架(7)、Z向調(diào)整架⑶、旋轉(zhuǎn)底座(13)調(diào)整相機(jī)(3)的拍攝姿態(tài)；所述的模型泵(I)測(cè)試窗口的非測(cè)試區(qū)域表面有標(biāo)定卡(2)，輔助調(diào)整相機(jī)(3)的拍攝姿態(tài)；所述的計(jì)算機(jī)(4)與相機(jī)(3)相連，通過PIV測(cè)試軟件控制相機(jī)(3)切換連續(xù)攝像或單張拍攝。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于離心泵PIV相機(jī)測(cè)準(zhǔn)及調(diào)節(jié)裝置，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)底座(12)由大齒輪盤(26)、小齒輪盤(27)、固定平板(28)組成；所述大齒輪盤(26)與小齒輪盤(27)嚙合，分別利用標(biāo)準(zhǔn)軸安裝在固定平板(28)上；所述的固定平板(28)通過標(biāo)準(zhǔn)緊固件安裝在X向滑軌(20)上，并通過螺紋件與X向絲杠(19)形成螺紋連接，固定平板(28)通過旋轉(zhuǎn)X向絲杠(19)在X向滑軌(20)上運(yùn)動(dòng)；所述相機(jī)(3)的四角通過固定螺紋件(31)固定在大齒輪盤(25)上，使大齒輪盤(25)圓心在相機(jī)(3)光軸上；所述小齒輪盤(26)上有小齒輪盤旋鈕(29)，通過小齒輪盤旋鈕(29)控制小齒輪盤(26)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)大齒輪盤(25)轉(zhuǎn)動(dòng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的用于離心泵PIV相機(jī)測(cè)準(zhǔn)及調(diào)節(jié)裝置，其特征在于，還包括X坐標(biāo)標(biāo)尺(9)、Y坐標(biāo)標(biāo)尺(10)、Z坐標(biāo)標(biāo)尺(11);所述Y坐標(biāo)標(biāo)尺(10)安裝在移動(dòng)底座(5)上，與Y向滑軌(16)平行，指示Z向調(diào)整架⑶的位移；所述Z坐標(biāo)標(biāo)尺(11)安裝在Y向調(diào)整架⑵上，與Z向滑軌(19)平行，Z坐標(biāo)標(biāo)尺(11)指示X向調(diào)整架(6)的位移；所述X向調(diào)整架(6)和X向標(biāo)尺(9)安裝在Z向調(diào)整架⑶上，與X向滑軌(22)平行，X坐標(biāo)標(biāo)尺(9)指示旋轉(zhuǎn)底座(13)的位移。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于離心泵PIV相機(jī)測(cè)準(zhǔn)及調(diào)節(jié)裝置，其特征在于，所述大齒輪盤(26)齒數(shù)N1與小齒輪盤(27)齒數(shù)N2之間滿足關(guān)系=N1 =N2=IO0
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于離心泵PIV相機(jī)測(cè)準(zhǔn)及調(diào)節(jié)裝置，其特征在于，所述固定平板(28)上的小齒輪盤旋鈕(29)外圍安裝有游標(biāo)角度尺(30)，指示小齒輪盤(27)的旋轉(zhuǎn)角度。
6.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的用于離心泵PIV相機(jī)測(cè)準(zhǔn)及調(diào)節(jié)裝置，其特征在于，所述模型泵(I)材質(zhì)為有機(jī)玻璃；所述標(biāo)定卡(2)是由九個(gè)相等正方形組成的九宮格形狀，正方形邊長(zhǎng)為IOmm—20mm,邊線寬度為O. 5mm—Imm,根據(jù)模型泵(I)的大小改變標(biāo)定卡(2)的尺寸；模型泵(I)葉輪直徑D與標(biāo)定卡(2)正方形邊長(zhǎng)L和邊線寬度B之間滿足D:L:B=400:20:1。
7.實(shí)施權(quán)利要求I所述的用于離心泵PIV相機(jī)測(cè)準(zhǔn)及調(diào)節(jié)裝置的方法，其特征在于，具體步驟為 A)打開計(jì)算機(jī)(4)和相機(jī)(3)，啟動(dòng)連續(xù)攝像模式；利用相機(jī)的實(shí)時(shí)圖像和X向調(diào)整架(6)、Y向調(diào)整架(7)、Z向調(diào)整架⑶、旋轉(zhuǎn)底座(13)調(diào)整相機(jī)的拍攝姿態(tài)X、Y、Z、^使標(biāo)定卡占據(jù)相機(jī)拍攝區(qū)域的1/2到3/4 ;調(diào)整好后切換相機(jī)到單張拍攝模式； B)調(diào)整相機(jī)的光圈和焦距，使標(biāo)定卡成像清晰，拍攝一張標(biāo)定卡的圖像；利用計(jì)算機(jī)檢測(cè)圖像中的九宮格圖形是否是標(biāo)準(zhǔn)正方形；如果是，此時(shí)相機(jī)拍攝平面與標(biāo)定卡平面重合，與測(cè)試平面平行，繼續(xù)步驟D);如果不是，則繼續(xù)步驟C); C)利用小齒輪盤(27)調(diào)整旋轉(zhuǎn)底座(12)，并重復(fù)實(shí)施步驟B)； D)在PIV測(cè)試中，利用步驟A)—步驟C)調(diào)整相機(jī)(3)拍攝平面與測(cè)試平面平行，調(diào)整X向調(diào)整架(6)、Y向調(diào)整架(7)和Z向調(diào)整架(8)使相機(jī)(3)對(duì)準(zhǔn)拍攝模型泵(2)測(cè)試區(qū)域；Ε)當(dāng)相機(jī)(3)拍攝平面與測(cè)試平面平行，且相機(jī)(3)對(duì)準(zhǔn)模型泵測(cè)試區(qū)域，調(diào)整相機(jī)(3)焦距使相機(jī)(3)拍攝平面與測(cè)試平面重合，完成相機(jī)調(diào)整過程。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于離心泵PIV相機(jī)測(cè)準(zhǔn)及調(diào)節(jié)方法，其特征在于，步驟B)中，檢測(cè)圖像過程通過CAD導(dǎo)入圖像的方法完成；使用CAD檢測(cè)圖像時(shí)，在CAD繪圖空間將導(dǎo)入的圖像放大到像素級(jí)別，在CAD空間中依次連接正方形的角點(diǎn)，利用CAD測(cè)量工具測(cè)量正方形四條邊長(zhǎng)是否相等檢測(cè)圖形是否是標(biāo)準(zhǔn)正方形；檢測(cè)中需要分別對(duì)9個(gè)小正方形和它們組成大正方形進(jìn)行檢測(cè)，以提高圖像檢測(cè)的精度。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的用于離心泵PIV相機(jī)測(cè)準(zhǔn)及調(diào)節(jié)方法，其特征在于，步驟B)中，檢測(cè)圖像過程通過使用圖像識(shí)別程序完成。
10.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的用于離心泵PIV相機(jī)測(cè)準(zhǔn)及調(diào)節(jié)方法，其特征在于，對(duì)于三維PIV測(cè)試，采用兩個(gè)用于離心泵PIV相機(jī)測(cè)準(zhǔn)及調(diào)節(jié)裝置分別對(duì)兩臺(tái)相機(jī)(3)進(jìn)行步驟Α)—步驟Ε)的調(diào)整過程，然后按scheimpflug條件布置相機(jī)(3)即可完成三維相機(jī)調(diào)節(jié)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于離心泵PIV相機(jī)測(cè)準(zhǔn)及調(diào)節(jié)裝置及其方法，用于離心泵PIV內(nèi)流實(shí)驗(yàn)中相機(jī)拍攝姿態(tài)測(cè)準(zhǔn)與調(diào)節(jié)，涉及流體實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域。本發(fā)明的裝置包括相機(jī)測(cè)準(zhǔn)調(diào)節(jié)架、模型泵、相機(jī)、計(jì)算機(jī)。相機(jī)測(cè)準(zhǔn)調(diào)節(jié)架包括移動(dòng)底座、X向調(diào)整架、Y向調(diào)整架、Z向調(diào)整架、X坐標(biāo)標(biāo)尺、Y坐標(biāo)標(biāo)尺、Z坐標(biāo)標(biāo)尺、游標(biāo)角度尺、旋轉(zhuǎn)底座。模型泵測(cè)試窗口表面有標(biāo)定卡。本發(fā)明使用相機(jī)測(cè)準(zhǔn)調(diào)節(jié)架，可精確測(cè)量和調(diào)節(jié)相機(jī)拍攝姿態(tài)；通過對(duì)相機(jī)拍攝的標(biāo)定卡圖像測(cè)量，精確調(diào)整相機(jī)拍攝姿態(tài)，使相機(jī)拍攝平面與測(cè)試平面重合。本發(fā)明方法簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)，通用性強(qiáng)，為離心泵PIV相機(jī)拍攝姿態(tài)測(cè)準(zhǔn)與調(diào)節(jié)提供了有效的手段。
文檔編號(hào)F04D15/00GK102927018SQ201210446080
公開日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2012年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月9日
發(fā)明者劉厚林, 楊洪鑌, 王勇, 王凱, 任蕓, 談明高 申請(qǐng)人:江蘇大學(xué)