基于边缘视觉检测的柔性板弯曲和扭转低频振动测量与控制装置

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1、说明书摘要本发明公开了基于边缘视觉检测的柔性板结构低频弯曲和扭转模态振动测量及控制装置。为了检测柔性板弯曲和扭转振动，在柔性板自由端前方安装一只CCD相机，保证相机光轴与柔性板在静止时自由端横截面垂直；并且，振动时自由端边缘的ROI区域始终处于相机视场范围内。CCD相机测量边缘的振动的每一帧图像，计算机处理检测的图像序列，提取自由端面边缘，并采用提出的算法获取反映柔性板结构低频弯曲和扭转振动的参数。在柔性板两侧对称布置压电片作为驱动器，并通过对压电片的合理组合及施加电压方式，得到驱动柔性板弯曲和扭转振动的驱动器。以视觉测量的弯曲和

2、扭转振动信号，处理后分别进行反馈控制柔性板振动。1摘要附图1权利要求书1、基于边缘检测的柔性板弯曲和扭转低频装置，其特征在于：基座（1）、压电陶瓷驱动片（2~5）、柔性悬臂板（6）、光源（7）、镜头（8）、CCD相机（9）、计算机（10）和显示器（11）、双通道D/A数模转换器（12）、双通道电压放大器（13）柔性板（6）一端固定在基座（1）上，在柔性板（6）的表面粘帖压电陶瓷驱动片；柔性板（6）自由端前方安装一只CCD相机（9），CCD相机（9）光轴与静止时的柔性板（6）自由端横截面垂直，静止时的柔性板（6）自由端横截面处于相机

3、视场范围的水平中间位置；CCD相机（9）的镜头（8）前端安装光源（7），CCD相机（9）输出端口与计算机（10）连接，计算机（10）与双通道D/A转换器（12）的输入端连接，双通道D/A转换器（12）与双通道电压放大器（13）连接，双通道电压放大器（13）与压电陶瓷驱动片连接。2、根据权利要求1所述的基于边缘检测的柔性板弯曲和扭转低频装置，其特征在于所述压电陶瓷驱动片包括第一压电陶瓷驱动片（2）、第二压电陶瓷驱动片（3）、第三压电陶瓷驱动片（4）、第四压电陶瓷驱动片（5）；所述第一压电陶瓷驱动片（2）、第二压电陶瓷驱动片（3）两侧

4、压电驱动连接方式极性相反，连接方式相同；第三压电陶瓷驱动片（4）、第四压电陶瓷驱动片（5），两侧压电驱动连接方式极性相反，连接方式相同。3、根据权利要求2所述的基于边缘检测的柔性板弯曲和扭转低频装置，其特征在于所述的计算机（10）外接显示器（11）。4、根据权利要求1所述的基于边缘检测的柔性板弯曲和扭转低频控制方法，其特征在于控制方法步骤如下：4权利要求书a，CCD相机9获取柔性板6发生的弯曲和振动信息的图像序列，通过接口转换电路与计算机10连接；b，确定第一帧图像中的柔性板（6）自由端位置和后续图像中柔性板(6)自由端的最大变化

5、范围，确定图像ROI；c，通过边缘检测算法检测柔性板（6）自由端边缘，求取每行像素中两个极大值，初步确定柔性板（6）的边缘；利用Hough变换检测图像中直线，修正初步确定的边缘，获取柔性板自由端的边缘；d，计算机（10）采用改进的快速并行中值滤波算法对CCD相机（9）拍摄的图像序列进行视觉图像处理；e，把测量得出的柔性板（6）弯曲和扭转振动的参数作计算机（10）反馈信息，由计算机（9）控制算法产生相应的控制信号，双通道D/A转换器（12）对控制信号进行D/A转换，双通道电压放大（13）器放大控制电压，驱动相应的压电陶瓷驱动片（2~

6、5）。5.根据权利要求4所述的基于边缘检测的柔性板弯曲和扭转低频控制方法，其特征在于步骤b所述采用改进的快速并行中值滤波算法减少随机噪声影响；第一幅图像处理由图像高度的1/10、全部宽度方向数据组成的ROI；计算出第一幅图像中柔性板（6）自由端横截面的中心坐标后，对于后续序列图像，采用运动跟踪方法确定ROI范围，仅处理由同样高度、100列宽度方向数据组成的ROI。6.根据权利要求5所述的基于边缘检测的柔性板弯曲和扭转低频控制方法，其特征在于步骤c所述采用基于一阶微分的Roberts边缘检测算子，提取出图像4权利要求书ROI中柔性板

7、（6）自由端横截面的边缘；通过求取图像ROI中每行像素值的极大值点，初步得到柔性板（6）自由端横截面边缘；运用Hough变换，检测ROI中的直线，修正初步提取的边缘；柔性板（6）自由端横截面的中心即两边缘的中心，将该中心坐标与未振动时初始位置相减得到图像中柔性板自由端位移，利用标定得到的CCD相机（9）坐标系中距离与世界坐标系中距离之间的转换关系，计算得到柔性板（6）自由端横截面中心的实际位移；在图像坐标系空间中，利用最小二乘法，将柔性板（6）自由端横截面两直线边缘参数化，得到两直线边缘为，柔性板（6）扭转角为；其中为图像中自由端

8、横截面两平行直线边缘上第个像素水平坐标，表示横截面两平行直线上的像素总数，表示图像中柔性板（6）静止时自由端横截面水平中心坐标，是图像坐标系下距离与世界坐标系下距离之间的转换关系，、分别代表两边缘直线在纵坐标上的截距，为图像中自由端两平行直线边缘的