一种用于离心泵PIV相机测准及调节装置及其方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于离心泵PIV相机测准及调节装置及其方法，用于离心泵PIV内流实验中相机拍摄姿态测准与调节，涉及流体实验领域。本发明专利技术的装置包括相机测准调节架、模型泵、相机、计算机。相机测准调节架包括移动底座、X向调整架、Y向调整架、Z向调整架、X坐标标尺、Y坐标标尺、Z坐标标尺、游标角度尺、旋转底座。模型泵测试窗口表面有标定卡。本发明专利技术使用相机测准调节架，可精确测量和调节相机拍摄姿态；通过对相机拍摄的标定卡图像测量，精确调整相机拍摄姿态，使相机拍摄平面与测试平面重合。本发明专利技术方法简单、易于实现，通用性强，为离心泵PIV相机拍摄姿态测准与调节提供了有效的手段。

【技术实现步骤摘要】
—种用于离心泵Piv相机测准及调节装置及其方法
本专利技术涉及流体力学实验领域，特指一种用于离心泵Piv相机测准及调节装置及其方法。
技术介绍
粒子图像测速技术(Particle Image Velocimetry,简称PIV)是一种利用流场图像获得流场速度的测量技术，可实现二维和三维的非接触式测量，是流体力学领域测试流场速度的重要手段。由于具有多点测量、非接触、高精度的特点，已在流体力学、流体机械、 化学化工、航空航天、船舶与海洋等工程领域得到了广泛的应用。为了获得较好的实验结果，需要确保流场待测平面、激光照射平面和相机拍摄平面有较好的重合度，而现有的实验方法大多局限于用肉眼观察等经验方法来调整相机拍摄平面和激光器照射平面。徐胜金等在《一种用于粒子图像测速仪的三维激光测准定位仪》(2010)中提出了一种利用辅助调整激光位置和相机位置的装置，但没有给出精确调整相机与被测平面平行的方法。随着测试技术的发展，PIV中相机位置带来的误差逐渐成为离心泵PIV测试发展的障碍。本专利技术提供一种用于离心泵PIV相机测准及调节的方法和装置，该方法和装置可以精确调整相机拍摄姿态，使相机拍摄平面与被测平面重合，大幅提高PIV测试精度。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于离心泵PIV相机测准及调节装置及其方法，它可以使相机拍摄平面与被测平面重合。本专利技术用相机拍摄标定卡图像，利用计算机对图像进行测量，并辅助相机测准调节架精确调整相机的拍摄姿态，使相机拍摄平面与被测平面重合。标定卡是指在模型泵测试窗口表面的非测量区域加工的，九个相等正方形组成的九宫格图案。本专利技术的原理是打开计算机和相机，启动PIV测试软件，选取连续摄像模式；利用相机测准调节装置粗略调整相机的拍摄姿态X、Y、ζ、Θ，使标定卡占据相机拍摄区域的 1/2到3/4 ;调整相机的光圈和焦距，使标定卡成像清晰；切换相机为单张拍摄模式，拍摄一张标定卡的图像；利用计算机检测图像中的九宫格图形是否是标准正方形；图像检测过程可以通过CAD导入图像的方法或者使用图像识别程序完成；检测中需要分别对9个小正方形和它们组成大正方形进行检测，以提高图像检测的精度；利用游标角度尺调整旋转底座， 同时拍摄不同旋转角度下标定卡的图像；直到图像中的九宫格图形是标准正方形时，停止调整旋转底座，此时相机拍摄平面与标定卡平面重合，与测试平面平行；然后调整X向调整架、Y向调整架和Z向调整架使相机拍摄模型泵测试区域，并调整相机焦距使相机拍摄平面与测试平面重合，完成相机调整过程。本专利技术的装置包括相机测准调节架、模型泵、相机和计算机；相机测准调节架包括移动底座、X向调整架、Y向调整架、Z向调整架、旋转底座；移动底座为长方形，在其四角下安装有滚轮，可以在地面上移动；滚轮上有固定装置，使滚轮固定不动；γ向调整架包括Y向调整架支架，一根Y向丝杠和两根Y向滑轨，Y向调整架支架为矩形框架，Y向丝杠和Y向滑轨两端与Y向调整架支架相连，Y向丝杠和两根Y向滑轨相互平行，且Y向丝杠位于两根Y 向滑轨中间；γ向调整架支架通过标准紧固件安装在移动底座上，这样Y向调整架可以通过移动底座的滚轮在移动或固定位置；ζ向调整架包括Z向调整架支架，一根Z向丝杠和两根 Z向滑轨，Z向调整架支架为矩形框架，Z向丝杠和Z向滑轨两端与Z向调整架支架相连，Z 向丝杠和两根Z向滑轨相互平行，且Z向丝杠位于两根Z向滑轨中间；ζ向调整架支架通过标准紧固件安装在Y向滑轨上，并通过螺纹件与Y向丝杠形成螺纹连接，这样Z向调整架可以通过旋转Y向丝杠在Y向滑轨上运动；x向调整架包括X向调整架支架，一根X向丝杠和两根X向滑轨，X向调整架支架为矩形框架，X向丝杠和X向滑轨两端与X向调整架支架相连，X向丝杠和两根X向滑轨相互平行，且X向丝杠位于两根X向滑轨中间；χ向调整架支架通过标准紧固件安装在Z向滑轨上，并通过螺纹件与Z向丝杠形成螺纹连接，这样X向调整架可以通过旋转Z向丝杠在Z向滑轨上运动。相机安装在旋转底座上，旋转底座通过标准紧固件安装在X向滑轨上，并通过螺纹件与X向丝杠形成螺纹连接，旋转底座通过旋转X向丝杠在X向滑轨上运动；通过X向调整架、Y向调整架、Z向调整架和旋转底座调整相机的拍摄姿态；模型泵测试窗口表面有标定卡，用于辅助调整相机的拍摄姿态；计算机与相机相连， 通过Piv测试软件控制相机切换连续摄像或单张拍摄。相机测准调节架还包括X坐标标尺、Y坐标标尺、Z坐标标尺；Υ坐标标尺安装在移动底座上，与Y向滑轨平行，指示Z向调整架的位移；所述Z坐标标尺安装在Y向调整架上， 与Z向滑轨平行，Z坐标标尺指示X向调整架的位移；所述X向调整架和X向标尺安装在Z 向调整架上，与X向滑轨平行，X坐标标尺指示旋转底座的位移。旋转底座由大齿轮盘、小齿轮盘、固定平板组成；大齿轮盘和小齿轮盘啮合,分别利用标准轴安装在固定平板上；固定平板通过标准紧固件安装在X向滑轨上，并通过螺纹件与X向丝杠形成螺纹连接，这样旋转底座可以通过旋转X向丝杠在X向滑轨上运动；相机的四角通过固定螺纹件固定在大齿轮盘(25)上，使大齿轮盘圆心在相机光轴上；小齿轮盘上有小齿轮盘旋钮，通过小齿轮盘旋钮可以控制小齿轮盘转动，带动大齿轮盘转动。大齿轮盘齿数N1与小齿轮盘齿数N2之间满足关系A1 = N2=IO ;固定平板上的小齿轮盘旋钮外围安装有游标角度尺，指示小齿轮盘的旋转角度。模型泵材质为有机玻璃；模型泵测试窗口表面的非测试区域，有激光加工的标定卡。标定卡具有一定的尺寸和位置精度；标定卡是由九个相等正方形组成的九宫格图案，正方形边长L约为IOmm—20mm,边线宽度B约为O. 5mm一Imm,根据模型泵的大小改变标定卡的尺寸。模型泵叶轮直径D与标定卡正方形边长L和边线宽度B之间满足以下关系D:L:B=400:20:1。本专利技术的实施过程如下I.打开计算机和相机，启动连续摄像模式；利用相机的实时图像和X向调整架、Y向调整架、Z向调整架、旋转底座调整相机的拍摄姿态X、Y、Z、 A使标定卡占据相机拍摄区域的1/2到3/4 ;调整好后切换相机到单张拍摄模式。2.调整相机的光圈和焦距，使标定卡成像清晰，拍摄一张标定卡的图像；利用计算机检测图像中的九宫格图形是否是标准正方形；如果是，此时相机拍摄平面与标定卡平CN 102927018 A书明说3/5页面重合，与测试平面平行，继续步骤4 ;如果不是，则继续步骤3。3.利用小齿轮盘调整旋转底座,并重复实施步骤2。4.在PIV测试中，利用上述步骤调整相机拍摄平面与测试平面平行，调整X向调整架、Y向调整架和Z向调整架使相机对准拍摄模型泵测试区域。5.当相机拍摄平面与测试平面平行，且相机对准模型泵测试区域，调整相机焦距使相机拍摄平面与测试平面重合，完成相机调整过程。检测图像过程可以通过CAD导入图像的方法或者使用图像识别程序完成。使用 CAD检测图像时，在CAD绘图空间将导入的图像放大到像素级别，在CAD空间中依次连接正方形的角点，利用CAD测量工具测量正方形四条边长是否相等检测图形是否是标准正方形。检测中需要分别对9个小正方形和它们组成大正方形进行检测，以提高图像检测的精度。 对于三维PIV测试，可采用两个用于离心泵PIV相机测准及调节装置分别对两台相机⑶进行步骤I一步骤5的调整过程，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于离心泵PIV相机测准及调节装置，其特征在于，包括相机测准调节架、模型泵(1)、相机(3)、计算机(4)；所述的相机测准调节架包括移动底座(5)、X向调整架(6)、Y向调整架(7)、Z向调整架(8)和旋转底座(12)；所述的移动底座(5)为长方形，在移动底座(5)的四角下设有滚轮(13)；所述的滚轮(13)上有固定装置，使滚轮(13)固定不动；所述的Y向调整架(7)包括Y向调整架支架(14)、一根Y向丝杠(15)和两根Y向滑轨(16)，Y向调整架支架(14)为矩形框架，？Y向丝杠(15)和Y向滑轨(16)两端分别与Y向调整架支架(14)相连，？Y向丝杠(15)和两根Y向滑轨(16)相互平行，且Y向丝杠(15)位于两根Y向滑轨(16)中间；所述的Y向调整架支架(14)通过紧固件安装在移动底座(5)上；所述的Z向调整架(8)包括Z向调整架支架(17)、一根Z向丝杠(18)和两根Z向滑轨(19)，Z向调整架支架(17)？为矩形框架，Z向丝杠(18)和Z向滑轨(19)两端与Z向调整架支架(17)相连，Z向丝杠(18)和两根Z向滑轨(19)？相互平行，且Z向丝杠(18)位于两根Z向滑轨(19)中间；所述的Z向调整架支架(17)通过标准紧固件安装在Y向滑轨(16)上，并通过螺纹件与Y向丝杠(15)形成螺纹连接，Z向调整架(8)通过旋转Y向丝杠(15)在Y向滑轨(16)上运动；所述X向调整架(6)包括X向调整架支架(20)、一根X向丝杠(21)和两根X向滑轨(22)，X向调整架支架(20)？为矩形框架，X向丝杠(21)和X向滑轨(22)两端与X向调整架支架(20)相连，X向丝杠(21)和两根X向滑轨(22)？相互平行，且X向丝杠(21)位于两根X向滑轨(22)中间；所述的X向调整架支架(20)通过标准紧固件安装在Z向滑轨(19)上，并通过螺纹件与Z向丝杠(18)形成螺纹连接，？X向调整架(20)通过旋转Z向丝杠(18)在Z向滑轨(19)上运动；所述相机(3)安装在旋转底座(12)上，旋转底座(13)？通过标准紧固件安装在X向滑轨(22)上，并通过螺纹件与X向丝杠(21)形成螺纹连接，旋转底座(13)通过旋转X向丝杠(21)在X向滑轨(22)上运动；通过X向调整架(6)、Y向调整架(7)、Z向调整架(8)、旋转底座(13)调整相机(3)的拍摄姿态；所述的模型泵(1)测试窗口的非测试区域表面有标定卡(2)，辅助调整相机(3)的拍摄姿态；所述的计算机(4)与相机(3)相连，通过PIV测试软件控制相机(3)切换连续摄像或单张拍摄。...

【技术特征摘要】
1.一种用于离心泵PIV相机测准及调节装置，其特征在于，包括相机测准调节架、模型泵(I)、相机(3)、计算机(4);所述的相机测准调节架包括移动底座(5)、X向调整架(6)、Y向调整架(7)、Z向调整架(8)和旋转底座(12);所述的移动底座(5)为长方形，在移动底座(5)的四角下设有滚轮(13);所述的滚轮(13)上有固定装置，使滚轮(13)固定不动；所述的Y向调整架⑵包括Y向调整架支架(14)、一根Y向丝杠(15)和两根Y向滑轨(16)，Y向调整架支架(14)为矩形框架，Y向丝杠(15)和Y向滑轨(16)两端分别与Y向调整架支架(14)相连，Y向丝杠(15)和两根Y向滑轨(16)相互平行，且Y向丝杠(15)位于两根Y向滑轨(16)中间；所述的Y向调整架支架(14)通过紧固件安装在移动底座(5)上；所述的Z向调整架⑶包括Z向调整架支架(17)、一根Z向丝杠(18)和两根Z向滑轨(19)，Z向调整架支架(17)为矩形框架，Z向丝杠(18)和Z向滑轨(19)两端与Z向调整架支架(17)相连，Z向丝杠(18)和两根Z向滑轨(19)相互平行，且Z向丝杠(18)位于两根Z向滑轨(19)中间；所述的Z向调整架支架(17)通过标准紧固件安装在Y向滑轨(16)上，并通过螺纹件与Y向丝杠(15)形成螺纹连接，Z向调整架(8)通过旋转Y向丝杠(15)在Y向滑轨(16)上运动；所述X向调整架(6)包括X向调整架支架(20)、一根X向丝杠(21)和两根X向滑轨(22)，X向调整架支架(20)为矩形框架，X向丝杠(21)和X向滑轨(22)两端与X向调整架支架(20)相连，X向丝杠(21)和两根X向滑轨(22)相互平行，且X向丝杠(21)位于两根X向滑轨(22)中间；所述的X向调整架支架(20)通过标准紧固件安装在Z向滑轨(19)上，并通过螺纹件与Z向丝杠(18)形成螺纹连接，X向调整架(20)通过旋转Z向丝杠(18)在Z向滑轨(19)上运动；所述相机(3)安装在旋转底座(12)上，旋转底座(13)通过标准紧固件安装在X向滑轨(22)上，并通过螺纹件与X向丝杠(21)形成螺纹连接，旋转底座(13)通过旋转X向丝杠(21)在X向滑轨(22)上运动；通过X向调整架(6)、Y向调整架(7)、Z向调整架⑶、旋转底座(13)调整相机(3)的拍摄姿态；所述的模型泵(I)测试窗口的非测试区域表面有标定卡(2)，辅助调整相机(3)的拍摄姿态；所述的计算机(4)与相机(3)相连，通过PIV测试软件控制相机(3)切换连续摄像或单张拍摄。2.根据权利要求I所述的用于离心泵PIV相机测准及调节装置，其特征在于，所述旋转底座(12)由大齿轮盘(26)、小齿轮盘(27)、固定平板(28)组成；所述大齿轮盘(26)与小齿轮盘(27)啮合，分别利用标准轴安装在固定平板(28)上；所述的固定平板(28)通过标准紧固件安装在X向滑轨(20)上，并通过螺纹件与X向丝杠(19)形成螺纹连接，固定平板(28)通过旋转X向丝杠(19)在X向滑轨(20)上运动；所述相机(3)的四角通过固定螺纹件(31)固定在大齿轮盘(25)上，使大齿轮盘(25)圆心在相机(3)光轴上；所述小齿轮盘(26)上有小齿轮盘旋钮(29)，通过小齿轮盘旋钮(29)控制小齿轮盘(26)转动，带动大齿轮盘(25)转动。3.根据权利要求I或2所述的用于离心泵PIV相机测准及调节装置，...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘厚林，杨洪镔，王勇，王凯，任芸，谈明高，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：