Page 33 - 理化检验-物理分册2023年第一期

刘 越, 等: 基于数字图像相关技术的鼓风机叶片动态应变试验

2.2 试验方法 线的中心或接近中心处; 然后, 调整镜头的焦点, 使
为了获得鼓风机叶片在第一阶固有频率共振时 相机成像尽量清晰, 根据拍摄视野和景深, 选择
的变形及整体应变分布情况, 须将叶片固定于振动 4mm 间距的标定板, 使视野范围至少覆盖70% , 从

试验台上, 以第一阶固有频率为振动台激励频率, 按 而保证两台相机能够识别充足有效的标记点; 最后,
规定的量值和时间进行振动试验。在此之前, 须采 将校正板放在叶片安装位置进行拍摄, 在采集图像
用正弦扫频试验的方法获得叶片的第一阶固有频 过程中标定板需多次改变摆放位置, 并在x 、 、 z 轴
y

率, 其中测得叶片的第一阶固有频率为500Hz 。 方向上旋转约20° , 每移动一次, 两台相机均需通过
首先, 叶片由夹具垂直固定在希尔 IPA60H / 手动触发进行同步拍摄, 两台相机共拍摄了28组标
LS437A 型电动振动台和 GT800W 型水平滑台上, 定图像( 见图4 )。

试验方向为水平 方 向; 然 后, 利 用 Pol y tecOFV-
5000型激光测振仪对叶片的根部进行位移测量, 理
论计算得到叶片共振时的最大位移位于叶根中心
处, 因此将激光测振仪的位移测量点设置为叶根中

心处; 最后, 结合 VR MedallionII型振动控制仪实

现振动试验的闭环控制, 测试面为叶背。
在振动试验过程中, 采用 VIC-3D 系统对叶背
表面的应变场及变形量进行测量, 该系统主要包括
三脚架, 两台发光二极管( LED ) 光源、 标定组件、 散
斑制作工具、 VIC-Sna p 图像采集系统和 VIC-3D 图
像处理系 统。为 了 采 集 叶 片 的 第 一 阶 固 有 频 率
( 500Hz ) 振动试验过程中叶背表面清晰的散斑图

像, 采用两台高速相机和两个高速镜头, 拍摄速率设

置为4000帧 / s , 分辨率为512像素×640像素, 一
个振动周期可采集8幅图像。采用五口网络交换机
实现两台高速相机的图像数据传输, 两台相机设置 图4 两台相机分别拍摄的标定图像

为主从方式, 通过外部触发装置实现图像同步采集, 拍摄完毕后, 用 VIC-3D 软件对28组标定图像
搭建的试验平台外观如图3所示。 进行校准计算, 软件将显示每一张标定图像的评估
分。两台相机识别标定板上的有效数据( 3 个中空
标记点) 为19组, 系统校正得分为0.013 , 该结果符
合不大于0.05的要求。
3.2 散斑的制作与评估
数字图像相关法是以物体表面的灰度信息为基
础, 根据灰度信息对变形前、 后的图像进行匹配计
算。为了得到较高的相关系数, 提高数字图像相关
法的精度, 需在试样表面制作一幅质量较高的散斑
图3 试验平台外观 图。高质量的散斑图具有非周期性、 各向同性、 高对
比度、 散斑半径足够小、 密度足够高、 灰度直方图分
3 试验过程
布均匀、 承载较多的信息等特征 [ 13 ] 。
3.1 相机的标定 散斑制作方法主要包括喷涂法、 印章法和人工
为了获得两台相机的内部参数和主、 从相机坐 点涂法。鼓风机叶背是一个凸面, 印章难以贴合, 采
标系之间的变换矩阵, 采用 VIC-3D 系统标定组件 用印章法可能造成散斑拖尾和变形, 而喷涂法受自
并进行立体标定校正。首先, 调整相机的视野范围 喷漆喷嘴的结构影响较大, 因此, 采用人工点涂法制
及相机与叶片之间的距离, 使两台相机的视野范围 作黑色散斑能很好地保证散斑点的随机性。
基本上一致, 同时使叶片中心位于相机画面十字准 首先, 对叶背表面进行打磨处理, 并均匀喷涂一
1
2