一种基于单目视觉的防弯器结构形变实时测量方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种基于单目视觉的防弯器结构形变实时测量方法及装置，包括：S1，基于棋盘格背景的摄像头标定；S2，安装防弯器、设置识别线；S3，拍摄防弯器初始状态；S4，拍摄防弯器被测状态；S5，提取别线的初始状态直角坐标曲线f

【技术实现步骤摘要】
一种基于单目视觉的防弯器结构形变实时测量方法及装置


[0001]本专利技术涉及防弯器测量
，特别涉及一种基于单目视觉的防弯器结构形变实时测量方法及装置。

技术介绍

[0002]防弯器是一种有效的柔性管缆弯曲保护装置，在海上风电、油气等海洋资源开发中有大量的应用。它通过装配在柔性管缆端部来防止弯曲刚度过度进而防止柔性管缆发生弯曲破坏。因此，防弯器在荷载作用下的弯曲形变测试，尤其是防弯器的弯曲变形实时测量是验证其使用性能的关键测试手段。
[0003]现阶段的防弯器弯曲变形测量主要基于激光位移传感器、光纤光栅两种传感器联合进行。如在端部挠度和轴向位置曲率测试时，在对防弯器施加荷载前先在其自由端布置激光位移传感器，并在其中性层粘贴光纤光栅传感器；并将这两个传感器分别连接到专用的采集设备以测量测试过程中的端部挠度和轴向位置曲率数据；另外，当前曲率测量也是基于光纤光栅的接触式测量；测试前需进行光纤光栅粘接，因此测试前调试较为复杂，测试需要专门的光纤光栅信号解调设备，使用成本高；类似的，端部挠度测量虽然可以通过激光位移传感器进行非接触式测量，但其固定在防弯器端部需要特定的工装，安装调试也较为麻烦。此外，这类基于激光位移传感器、光纤光栅传感器的测量方法还存在测量精度低、操作难度大的问题。
[0004]因此，提供一种结构简单、安装调试方便，成本低、易于实现，且测量精准，能够对防弯器的结构形变进行实时测量的装置和方法是本领域技术人员亟待解决的技术问题之一。

技术实现思路

[0005]本专利技术设计出一种基于单目视觉的防弯器结构形变实时测量方法及装置，以克服现有防弯器结构形变测量装置和方法存在的安装调整复杂、使用成本高，且测量精度低的技术问题。
[0006]为解决上述问题，本专利技术公开了一种基于单目视觉的防弯器结构形变实时测量方法，所述测量方法包括步骤：
[0007]S1，通过摄像头获取置于固定拉伸装置正后方的棋盘格背景图像，并利用摄像头内置的程序基于棋盘格背景进行标定；
[0008]S2，将防弯器安装至固定拉伸装置上，使其一端固定成为固定端，另一端作为自由端能够在拉伸装置的作用下产生形变，同时在防弯器上设置识别线；
[0009]S3，启动摄像机，并拍摄防弯器结构的初始状态；
[0010]S4，启动拉伸装置，通过拉伸装置牵引防弯器的自由端、使其发生弯曲变形进行防弯器弯曲结构测试，同时使用摄像机拍摄其在被测状态下的形变状态；
[0011]S5，提取所述识别线的初始状态直角坐标曲线f
s
(x)与被测状态位置直角坐标曲
线f
e
(x)；
[0012]S6，计算防弯器的端部挠度w
max
；
[0013]S7，计算曲线f
e
(x)上第i个坐标点处的曲率f
K
(x
i
)；
[0014]S8，将平面直角坐标曲率参数转化为轴向距离坐标曲率y
’
ki
；
[0015]S9，求解两组轴向距离坐标曲率之差，得到防弯器结构局部形变曲率；
[0016]S10，计算局部变形曲率积分得到防弯器形变转角θ
b
‑
f
。
[0017]进一步的，在所述步骤S2中，所述识别线位于所述防弯器的结构中性层上。
[0018]进一步的，在所述步骤S3中，所述摄像机为单目摄像机。
[0019]进一步的，在所述步骤S5中，使所述防弯器的固定端与直角坐标系的原点O重合，所述防弯器的自由端在拉伸装置的作用下向上运动，使得所述识别线在测试过程中始终处于所述直角坐标系的第一象限内。
[0020]进一步的，在所述步骤S6中，所述防弯器的端部挠度w
max
＝f
e
(x
max
)
‑
f
s
(x
max
)，其中，f
e
(x
max
)为被测状态位置直角坐标曲线f
e
(x)形成的坐标集中最大的横坐标对应的纵坐标，f
s
(x
max
)为初始状态直角坐标曲线f
s
(x)形成的坐标集中最大的横坐标对应的纵坐标。
[0021]进一步的，在所述步骤S7中，所述曲率f
K
(x
i
)按照下式计算：
[0022][0023]其中，i指曲线f
e
(x)上第i个坐标点的编号，i的取值为i＝1，2，
…
，n；x
i
为曲线f
e
(x)上第i个坐标点的横坐标；y
i
为曲线f
e
(x)第i个坐标点的纵坐标。
[0024]进一步的，在所述步骤S8中，所述轴向距离坐标曲率y
’
ki
按照下式计算：
[0025][0026]其中，x
’
i
为第i个坐标点在轴向距离坐标系中的自变量，y
’
ki
为第i个坐标点在轴向距离坐标系中因变量，y
’
ki
的值为该坐标点对应的曲率。
[0027]进一步的，在所述步骤S10中，所述防弯器形变转角θ
b
‑
f
按照下式计算：
[0028][0029]其中，θ
b
‑
f
为防弯器中某一段的转角，b为该段起始点的编号，f为该段终点的编号，x
’
f
，x
’
b
为二者对应的坐标点在轴向距离坐标系中的横坐标。
[0030]一种基于单目视觉的防弯器结构形变实时测量装置，所述测量装置用于上述的防弯器结构形变实时测量方法，所述测量装置包括：
[0031]固定拉伸装置，其用于固定安装防弯器，并能够带动所述防弯器产生形变；
[0032]背景板，其设置在所述固定拉伸装置的正后方，在所述背景板上设置棋盘格；
[0033]摄像机，其设置在所述固定拉伸装置的正前方，用于拍摄防弯器的形变状态。
[0034]进一步的，所述固定拉伸装置包括：
[0035]固定三脚架，其用于固定安装所述防弯器的固定端；
[0036]连接法兰，其连接所述固定三脚架和防弯器的固定端，用以将所述防弯器安装在所述固定三脚架上；
[0037]拉伸装置，其位于所述固定三脚架的对侧，所述拉伸装置与所述防弯器的自由端连接，用以带动所述防弯器发生弯曲形变。
[0038]本申请所述的基于单目视觉的防弯器结构形变实时测量方法及装置具有结构简单、安装调试方便，成本低、易于实现，且操作简单、测量精准的优点。
附图说明
[0039]图1为本专利技术所述基于单目视觉的防弯器结构形变实时测量装置的结本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于单目视觉的防弯器结构形变实时测量方法，其特征在于，所述测量方法包括步骤：S1，通过摄像头获取置于固定拉伸装置正后方的棋盘格背景图像，并利用摄像头内置的程序基于棋盘格背景进行标定；S2，将防弯器安装至固定拉伸装置上，使其一端固定成为固定端，另一端作为自由端能够在拉伸装置的作用下产生形变，同时在防弯器上设置识别线；S3，启动摄像机，并拍摄防弯器结构的初始状态；S4，启动拉伸装置，通过拉伸装置牵引防弯器的自由端、使其发生弯曲变形进行防弯器弯曲结构测试，同时使用摄像机拍摄其在被测状态下的形变状态；S5，提取所述识别线的初始状态直角坐标曲线f
s
(x)与被测状态位置直角坐标曲线f
e
(x)；S6，计算防弯器的端部挠度w
max
；S7，计算曲线f
e
(x)上第i个坐标点处的曲率f
K
(x
i
)；S8，将平面直角坐标曲率参数转化为轴向距离坐标曲率y
′
ki
；S9，求解两组轴向距离坐标曲率之差，得到防弯器结构局部形变曲率；S10，计算局部变形曲率积分得到防弯器形变转角θ
b
‑
f
。2.根据权利要求1所述的防弯器结构形变实时测量方法，其特征在于，在所述步骤S2中，所述识别线位于所述防弯器的结构中性层上。3.根据权利要求1所述的防弯器结构形变实时测量方法，其特征在于，在所述步骤S3中，所述摄像机为单目摄像机。4.根据权利要求1所述的防弯器结构形变实时测量方法，其特征在于，在所述步骤S5中，使所述防弯器的固定端与直角坐标系的原点O重合，所述防弯器的自由端在拉伸装置的作用下向上运动，使得所述识别线在测试过程中始终处于所述直角坐标系的第一象限内。5.根据权利要求1所述的防弯器结构形变实时测量方法，其特征在于，在所述步骤S6中，所述防弯器的端部挠度w
max
＝f
e
(x
max
)
‑
f
s
(x
max
)，其中，f
e
(x
max
)为被测状态位置直角坐标曲线f
e
(x)形成的坐标集中最大的横坐标对应的纵坐标，f
s
(x
max
)为初始状态直角坐标曲线f
s
(x)形成的坐标...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁乐声，张聪，陈金龙，毛彦东，芦兆宽，杨建业，阎军，胡海涛，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：