專利名稱：一種用于離心泵piv相機測準及調(diào)節(jié)裝置及其方法
—種用于離心泵Piv相機測準及調(diào)節(jié)裝置及其方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及流體力學實驗領(lǐng)域，特指一種用于離心泵Piv相機測準及調(diào)節(jié)裝置及其方法。
背景技術(shù)：
粒子圖像測速技術(shù)(Particle Image Velocimetry,簡稱PIV)是一種利用流場圖像獲得流場速度的測量技術(shù)，可實現(xiàn)二維和三維的非接觸式測量，是流體力學領(lǐng)域測試流場速度的重要手段。由于具有多點測量、非接觸、高精度的特點，已在流體力學、流體機械、 化學化工、航空航天、船舶與海洋等工程領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。為了獲得較好的實驗結(jié)果，需要確保流場待測平面、激光照射平面和相機拍攝平面有較好的重合度，而現(xiàn)有的實驗方法大多局限于用肉眼觀察等經(jīng)驗方法來調(diào)整相機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速儀的三維激光測準定位儀》(2010)中提出了一種利用輔助調(diào)整激光位置和相機位置的裝置，但沒有給出精確調(diào)整相機與被測平面平行的方法。隨著測試技術(shù)的發(fā)展，PIV中相機位置帶來的誤差逐漸成為離心泵PIV測試發(fā)展的障礙。
本發(fā)明提供一種用于離心泵PIV相機測準及調(diào)節(jié)的方法和裝置，該方法和裝置可以精確調(diào)整相機拍攝姿態(tài)，使相機拍攝平面與被測平面重合，大幅提高PIV測試精度。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于離心泵PIV相機測準及調(diào)節(jié)裝置及其方法，它可以使相機拍攝平面與被測平面重合。
本發(fā)明用相機拍攝標定卡圖像，利用計算機對圖像進行測量，并輔助相機測準調(diào)節(jié)架精確調(diào)整相機的拍攝姿態(tài)，使相機拍攝平面與被測平面重合。
標定卡是指在模型泵測試窗口表面的非測量區(qū)域加工的，九個相等正方形組成的九宮格圖案。
本發(fā)明的原理是打開計算機和相機，啟動PIV測試軟件，選取連續(xù)攝像模式；利用相機測準調(diào)節(jié)裝置粗略調(diào)整相機的拍攝姿態(tài)X、Y、ζ、Θ，使標定卡占據(jù)相機拍攝區(qū)域的 1/2到3/4 ;調(diào)整相機的光圈和焦距，使標定卡成像清晰；切換相機為單張拍攝模式，拍攝一張標定卡的圖像；利用計算機檢測圖像中的九宮格圖形是否是標準正方形；圖像檢測過程可以通過CAD導(dǎo)入圖像的方法或者使用圖像識別程序完成；檢測中需要分別對9個小正方形和它們組成大正方形進行檢測，以提高圖像檢測的精度；利用游標角度尺調(diào)整旋轉(zhuǎn)底座， 同時拍攝不同旋轉(zhuǎn)角度下標定卡的圖像；直到圖像中的九宮格圖形是標準正方形時，停止調(diào)整旋轉(zhuǎn)底座，此時相機拍攝平面與標定卡平面重合，與測試平面平行；然后調(diào)整X向調(diào)整架、Y向調(diào)整架和Z向調(diào)整架使相機拍攝模型泵測試區(qū)域，并調(diào)整相機焦距使相機拍攝平面與測試平面重合，完成相機調(diào)整過程。
本發(fā)明的裝置包括相機測準調(diào)節(jié)架、模型泵、相機和計算機；相機測準調(diào)節(jié)架包括移動底座、X向調(diào)整架、Y向調(diào)整架、Z向調(diào)整架、旋轉(zhuǎn)底座；移動底座為長方形，在其四角下安裝有滾輪，可以在地面上移動；滾輪上有固定裝置，使?jié)L輪固定不動；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)整架支架通過標準緊固件安裝在移動底座上，這樣Y向調(diào)整架可以通過移動底座的滾輪在移動或固定位置；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)整架支架通過標準緊固件安裝在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向滑軌上運動；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)整架支架通過標準緊固件安裝在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向滑軌上運動。相機安裝在旋轉(zhuǎn)底座上，旋轉(zhuǎn)底座通過標準緊固件安裝在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向滑軌上運動；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)整相機的拍攝姿態(tài)；模型泵測試窗口表面有標定卡，用于輔助調(diào)整相機的拍攝姿態(tài)；計算機與相機相連， 通過Piv測試軟件控制相機切換連續(xù)攝像或單張拍攝。
相機測準調(diào)節(jié)架還包括X坐標標尺、Y坐標標尺、Z坐標標尺；Υ坐標標尺安裝在移動底座上，與Y向滑軌平行，指示Z向調(diào)整架的位移；所述Z坐標標尺安裝在Y向調(diào)整架上， 與Z向滑軌平行，Z坐標標尺指示X向調(diào)整架的位移；所述X向調(diào)整架和X向標尺安裝在Z 向調(diào)整架上，與X向滑軌平行，X坐標標尺指示旋轉(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,分別利用標準軸安裝在固定平板上；固定平板通過標準緊固件安裝在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向滑軌上運動；相機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，帶動大齒輪盤轉(zhuǎn)動。
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角度尺，指示小齒輪盤的旋轉(zhuǎn)角度。
模型泵材質(zhì)為有機玻璃；模型泵測試窗口表面的非測試區(qū)域，有激光加工的標定卡。標定卡具有一定的尺寸和位置精度；標定卡是由九個相等正方形組成的九宮格圖案，正方形邊長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定卡的尺寸。模型泵葉輪直徑D與標定卡正方形邊長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)明的實施過程如下I.打開計算機和相機，啟動連續(xù)攝像模式；利用相機的實時圖像和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)整相機的拍攝姿態(tài)X、Y、Z、 A使標定卡占據(jù)相機拍攝區(qū)域的1/2到3/4 ;調(diào)整好后切換相機到單張拍攝模式。
2.調(diào)整相機的光圈和焦距，使標定卡成像清晰，拍攝一張標定卡的圖像；利用計算機檢測圖像中的九宮格圖形是否是標準正方形；如果是，此時相機拍攝平面與標定卡平CN 102927018 A書明說3/5頁面重合，與測試平面平行，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)實施步驟2。
4.在PIV測試中，利用上述步驟調(diào)整相機拍攝平面與測試平面平行，調(diào)整X向調(diào)整架、Y向調(diào)整架和Z向調(diào)整架使相機對準拍攝模型泵測試區(qū)域。
5.當相機拍攝平面與測試平面平行，且相機對準模型泵測試區(qū)域，調(diào)整相機焦距使相機拍攝平面與測試平面重合，完成相機調(diào)整過程。
檢測圖像過程可以通過CAD導(dǎo)入圖像的方法或者使用圖像識別程序完成。使用 CAD檢測圖像時，在CAD繪圖空間將導(dǎo)入的圖像放大到像素級別，在CAD空間中依次連接正方形的角點，利用CAD測量工具測量正方形四條邊長是否相等檢測圖形是否是標準正方形。檢測中需要分別對9個小正方形和它們組成大正方形進行檢測，以提高圖像檢測的精度。
對于三維PIV測試，可采用兩個用于離心泵PIV相機測準及調(diào)節(jié)裝置分別對兩臺相機⑶進行步驟I一步驟5的調(diào)整過程，然后按scheimpflug條件布置相機即可完成三維相機調(diào)節(jié)。
使用本方法具有以下優(yōu)點使用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)整相機的拍攝姿態(tài)。X坐標標尺、Y坐標標尺和Z坐標標尺采用游標卡尺結(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。游標角度尺有效提高了旋轉(zhuǎn)底座旋轉(zhuǎn)角度精度。通過相機拍攝標定卡圖像，輔助相機拍攝姿態(tài)調(diào)整，可以使相機拍攝平面和測試平面重合。利用計算機對標定卡圖像測量的方法，判斷相機調(diào)整是否完成，有效避免了肉眼觀察等經(jīng)驗方法帶來的誤差。


圖I相機測準與調(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標定卡示意圖。
圖6相機測準與調(diào)節(jié)裝置應(yīng)用示意圖。
圖中1.模型泵，2.標定卡，3.相機，4.計算機，5.移動底座，6. X向調(diào)整架， 7. Y向調(diào)整架，8. Z向調(diào)整架，9. X坐標標尺，10. Y坐標標尺，11. Z坐標標尺，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.游標角度尺，31.固定螺紋件。
具體實施方式
下面將結(jié)合附圖詳細說明本發(fā)明提出的具體裝置的細節(jié)和工作情況。
本裝置包括模型泵I、標定卡2、相機3、計算機4、移動底座5、X向調(diào)整架6、Y向調(diào)整架7、Z向調(diào)整架8、X坐標標尺9、Y坐標標尺10、Z坐標標尺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、游標角度尺30、 固定螺紋件31。
圖I是相機測準與調(diào)節(jié)裝置圖。相機測準調(diào)節(jié)架包括移動底座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。移動底座5為長方形，在其四角下安裝有滾輪13， 可以在地面上移動；滾輪13上有固定裝置，使?jié)L輪13固定不動；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通過標準緊固件安裝在移動底座5上，這樣Y向調(diào)整架14可以通過移動底座5的滾輪13在移動或固定位置；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通過標準緊固件安裝在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上運動；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通過標準緊固件安裝在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上運動。
相機測準調(diào)節(jié)架還包括X坐標標尺9、Υ坐標標尺10、Ζ坐標標尺11 ； Y坐標標尺 10安裝在移動底座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坐標標尺 11安裝在Y向調(diào)整架7上，與Z向滑軌19平行，Z坐標標尺11指示X向調(diào)整架6的位移； 所述X向調(diào)整架6和X向標尺9安裝在Z向調(diào)整架8上，與X向滑軌22平行，X坐標標尺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，分別利用標準軸安裝在固定平板28上。固定平板通過標準緊固件安裝在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向滑軌上運動。相機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，帶動大齒輪盤 25轉(zhuǎn)動。
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的外圍安裝有游標角度尺30，用以指示小齒輪盤27的旋轉(zhuǎn)角度,游標角度尺原理和游標卡尺一樣，可以有效提高角度測量精度。
圖4是模型泵示意圖。模型泵I測試窗口表面的非測試區(qū)域，有激光加工的標定卡2。
圖5是標定卡示意圖。標定卡2是由九個相等正方形組成的九宮格圖案,正方形邊長約為IOmm—20mm,邊線寬度約為O. 5mm一Imm,根據(jù)模型泵I的大小改變標定卡2的尺寸。模型泵I葉輪直徑D與標定卡2正方形邊長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)明可實現(xiàn)相機拍攝平面與測試平面重合，相機測準與調(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，打開計算機4和相機3，啟動連續(xù)攝像模式。利用相機3的實時圖像和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3的拍攝姿態(tài) X、Y、Z ^使標定卡2占據(jù)相機3拍攝區(qū)域的1/2到3/4，調(diào)整好后切換相機3到單張拍攝模式。相機3拍攝姿態(tài)是指相機3所處的空間位置X，Y，Z和相機3隨旋轉(zhuǎn)底座5旋轉(zhuǎn)的角度P。相機拍攝姿態(tài)中的X、Y、Z、S分別指X坐標標尺讀數(shù)，Y坐標標尺讀數(shù)，Z坐標標尺讀數(shù)和游標角度尺讀數(shù)。
b)調(diào)整相機3的光圈和焦距，使標定卡2成像清晰，拍攝一張標定卡的圖像。利用計算機4檢測圖像中的九宮格圖形是否是標準正方形。如果是，此時相機3平面與標定卡2平面重合，與測試平面平行，繼續(xù)步驟d)。如果不是，則繼續(xù)步驟C)。圖像檢測過程可以通過CAD導(dǎo)入圖像的方法或者使用圖像識別程序完成。使用CAD檢測圖像時，在CAD 繪圖空間將導(dǎo)入的圖像放大到像素級別，在CAD空間中依次連接正方形的角點，利用CAD測量工具測量正方形四條邊長是否相等檢測圖形是否是標準正方形。檢測中需要分別對9個小正方形和它們組成大正方形進行檢測，以提高圖像檢 測的精度。
c)利用小齒輪盤27調(diào)整旋轉(zhuǎn)底座12,并重復(fù)實施步驟b)。
d)在PIV測試中，利用上述步驟調(diào)整相機3拍攝平面與測試平面平行，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3對準拍攝模型泵2測試區(qū)域。
e)當相機3拍攝平面與測試平面平行，且相機3對準模型泵測試區(qū)域，調(diào)整相機 3焦距使相機3拍攝平面與測試平面重合，完成相機調(diào)整過程。
檢測圖像過程可以通過CAD導(dǎo)入圖像的方法或者使用圖像識別程序完成。使用 CAD檢測圖像時，在CAD繪圖空間將導(dǎo)入的圖像放大到像素級別，在CAD空間中依次連接正方形的角點，利用CAD測量工具測量正方形四條邊長是否相等檢測圖形是否是標準正方形。檢測中需要分別對9個小正方形和它們組成大正方形進行檢測，以提高圖像檢測的精度。
對于三維PIV測試，可采用兩個用于離心泵PIV相機測準及調(diào)節(jié)裝置分別對兩臺相機⑶進行步驟I一步驟5的調(diào)整過程，然后按scheimpflug條件布置相機即可完成三維相機調(diào)節(jié)。這里的scheimpflug條件是指在三維PIV測試中，為了獲得更大的圖像景深，需要調(diào)整測量平面、鏡頭平面和相機CCD成像平面，使三個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相機測準及調(diào)節(jié)裝置，其特征在于，包括相機測準調(diào)節(jié)架、模型泵(I)、相機(3)、計算機(4);所述的相機測準調(diào)節(jié)架包括移動底座(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);所述的移動底座(5)為長方形，在移動底座(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；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)通過標準緊固件安裝在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)上運動；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)通過標準緊固件安裝在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)上運動；所述相機(3)安裝在旋轉(zhuǎn)底座(12)上，旋轉(zhuǎn)底座(13)通過標準緊固件安裝在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)上運動；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(3)的拍攝姿態(tài)；所述的模型泵(I)測試窗口的非測試區(qū)域表面有標定卡(2)，輔助調(diào)整相機(3)的拍攝姿態(tài)；所述的計算機(4)與相機(3)相連，通過PIV測試軟件控制相機(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相機測準及調(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，分別利用標準軸安裝在固定平板(28)上；所述的固定平板(28)通過標準緊固件安裝在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)上運動；所述相機(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(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，帶動大齒輪盤(25)轉(zhuǎn)動。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的用于離心泵PIV相機測準及調(diào)節(jié)裝置，其特征在于，還包括X坐標標尺(9)、Y坐標標尺(10)、Z坐標標尺(11);所述Y坐標標尺(10)安裝在移動底座(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坐標標尺(11)安裝在Y向調(diào)整架⑵上，與Z向滑軌(19)平行，Z坐標標尺(11)指示X向調(diào)整架(6)的位移；所述X向調(diào)整架(6)和X向標尺(9)安裝在Z向調(diào)整架⑶上，與X向滑軌(22)平行，X坐標標尺(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相機測準及調(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相機測準及調(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相機測準及調(diào)節(jié)裝置，其特征在于，所述模型泵(I)材質(zhì)為有機玻璃；所述標定卡(2)是由九個相等正方形組成的九宮格形狀，正方形邊長為IOmm—20mm,邊線寬度為O. 5mm—Imm,根據(jù)模型泵(I)的大小改變標定卡(2)的尺寸；模型泵(I)葉輪直徑D與標定卡(2)正方形邊長L和邊線寬度B之間滿足D:L:B=400:20:1。
7.實施權(quán)利要求I所述的用于離心泵PIV相機測準及調(diào)節(jié)裝置的方法，其特征在于，具體步驟為 A)打開計算機(4)和相機(3)，啟動連續(xù)攝像模式；利用相機的實時圖像和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)整相機的拍攝姿態(tài)X、Y、Z、^使標定卡占據(jù)相機拍攝區(qū)域的1/2到3/4 ;調(diào)整好后切換相機到單張拍攝模式； B)調(diào)整相機的光圈和焦距，使標定卡成像清晰，拍攝一張標定卡的圖像；利用計算機檢測圖像中的九宮格圖形是否是標準正方形；如果是，此時相機拍攝平面與標定卡平面重合，與測試平面平行，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)實施步驟B)； D)在PIV測試中，利用步驟A)—步驟C)調(diào)整相機(3)拍攝平面與測試平面平行，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(3)對準拍攝模型泵(2)測試區(qū)域；Ε)當相機(3)拍攝平面與測試平面平行，且相機(3)對準模型泵測試區(qū)域，調(diào)整相機(3)焦距使相機(3)拍攝平面與測試平面重合，完成相機調(diào)整過程。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于離心泵PIV相機測準及調(diào)節(jié)方法，其特征在于，步驟B)中，檢測圖像過程通過CAD導(dǎo)入圖像的方法完成；使用CAD檢測圖像時，在CAD繪圖空間將導(dǎo)入的圖像放大到像素級別，在CAD空間中依次連接正方形的角點，利用CAD測量工具測量正方形四條邊長是否相等檢測圖形是否是標準正方形；檢測中需要分別對9個小正方形和它們組成大正方形進行檢測，以提高圖像檢測的精度。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的用于離心泵PIV相機測準及調(diào)節(jié)方法，其特征在于，步驟B)中，檢測圖像過程通過使用圖像識別程序完成。
10.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的用于離心泵PIV相機測準及調(diào)節(jié)方法，其特征在于，對于三維PIV測試，采用兩個用于離心泵PIV相機測準及調(diào)節(jié)裝置分別對兩臺相機(3)進行步驟Α)—步驟Ε)的調(diào)整過程，然后按scheimpflug條件布置相機(3)即可完成三維相機調(diào)節(jié)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于離心泵PIV相機測準及調(diào)節(jié)裝置及其方法，用于離心泵PIV內(nèi)流實驗中相機拍攝姿態(tài)測準與調(diào)節(jié)，涉及流體實驗領(lǐng)域。本發(fā)明的裝置包括相機測準調(diào)節(jié)架、模型泵、相機、計算機。相機測準調(diào)節(jié)架包括移動底座、X向調(diào)整架、Y向調(diào)整架、Z向調(diào)整架、X坐標標尺、Y坐標標尺、Z坐標標尺、游標角度尺、旋轉(zhuǎn)底座。模型泵測試窗口表面有標定卡。本發(fā)明使用相機測準調(diào)節(jié)架，可精確測量和調(diào)節(jié)相機拍攝姿態(tài)；通過對相機拍攝的標定卡圖像測量，精確調(diào)整相機拍攝姿態(tài)，使相機拍攝平面與測試平面重合。本發(fā)明方法簡單、易于實現(xiàn)，通用性強，為離心泵PIV相機拍攝姿態(tài)測準與調(diào)節(jié)提供了有效的手段。
文檔編號F04D15/00GK102927018SQ201210446080
公開日2013年2月13日 申請日期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 申請人:江蘇大學