Устройство и способ для анализа вибраций с использованием высокоскоростных видеоданных и применение такого устройства для бесконтактного анализа вибраций
Заявленное изобретение относится к области анализа вибраций, в частности к анализу вибраций конструкции с использованием высокоскоростных видеоданных. Вариант осуществления устройства для анализа вибраций с использованием высокоскоростных видеоданных содержит систему камеры, выполненную с возможностью формирования по меньшей мере двух потоков высокоскоростных видеоданных конструкции, и модуль анализа данных, соединенный с системой камеры. Модуль анализа данных содержит модуль обработки, выполненный с возможностью нахождения вибрационных данных по меньшей мере части отснятой конструкции путем использования рассчитанных деформаций по меньшей мере части отснятой конструкции в первой плоскости и определенной информации глубины по меньшей мере части отснятой конструкции во второй плоскости, отличной от первой плоскости, или вдоль оси, лежащей во второй плоскости. Технический результат заключается в получении более подробной информации о вибрации в любом направлении в пространстве, обеспечении более чувствительного мониторинга конструкции на предмет возникновения опасных вибраций/деформаций. 3 н. и 10 з.п. ф-лы, 9 ил.
Область техники
Настоящее изобретение в общем относится к области анализа вибрации. Более конкретно, настоящее изобретение относится к технологии анализа вибрации конструкций с использованием высокоскоростных видеоданных.
Уровень техники
В настоящее время испытания на вибрацию и целостность конструкций в промышленности и, более конкретно, наземные и полетные испытания в авиационной промышленности основываются на использовании устройств, известных под названием акселерометров. Акселерометры, обладая высокой точностью и надежностью, тем не менее требуют длительного времени на подготовку и установку, высококвалифицированных операторов, нагружают испытываемую конструкцию своей собственной массой (изменяя тем самым вибрационный отклик конструкции) и могут выполнять измерения только в дискретных точках.
Более современные бесконтактные технические средства представлены лазерными доплеровскими виброметрами (ЛДВ). ЛДВ в основном используются в автомобильной промышленности, хотя некоторое применение находят и в авиации, строительстве, акустике, обороне и безопасности. Основными недостатками лазерных доплеровских виброметров являются недостаточная доступность (очень высокая цена), недостаточные эксплуатационные характеристики (качество работы ЛДВ падает при воздействии внешнего дневного света, а также быстро снижается с ростом расстояния до целевого объекта) и недостаточная эксплуатационная приспособляемость (эти приборы представляют собой активные оптические системы, характеризующиеся высоким энергопотреблением и, как правило, громоздкостью, т.е. их невозможно использовать в ограниченном пространстве или на большом удалении от исследуемой поверхности).
Кроме того, с использованием ЛДВ можно исследовать только целевые объекты ограниченного размера (как правило, порядка одного квадратного метра), а исследуемая поверхность должна быть перпендикулярна лазерному пучку.
Раскрытие изобретения
Таким образом, существует потребность в усовершенствованном способе анализа вибраций конструкций.
В соответствии с первым аспектом предлагается устройство для анализа вибраций конструкции с использованием высокоскоростных видеоданных. Устройство содержит систему камеры и модуль анализа данных. Система камеры выполнена с возможностью формирования по меньшей мере двух потоков высокоскоростных видеоданных конструкции. Модуль анализа данных соединен с системой камеры и содержит модуль обработки. Модуль обработки выполнен с возможностью расчета деформаций по меньшей мере части отснятой конструкции в первой плоскости, исходя из по меньшей мере одного из по меньшей мере двух потоков высокоскоростных видеоданных. Модуль обработки дополнительно выполнен с возможностью определения информации глубины по меньшей мере части отснятой конструкции во второй плоскости, отличной от первой плоскости, или вдоль оси, лежащей во второй плоскости, исходя из по меньшей мере двух потоков высокоскоростных видеоданных. Модуль обработки дополнительно выполнен с возможностью нахождения вибрационных данных по меньшей мере части отснятой конструкции путем использования рассчитанных деформаций по меньшей мере части отснятой конструкции в первой плоскости и определенной таким образом информации глубины по меньшей мере части отснятой конструкции во второй плоскости или вдоль оси, лежащей во второй плоскости.
Указанным образом на основании обработки высокоскоростных видеоданных может быть выполнен анализ вибраций конструкции. Здесь термин «высокоскоростные видеоданные» может пониматься как любые видеоданные, записанные с высоким временным разрешением, к примеру, по меньшей мере в два раза больше максимальной временной частоты представляющих интерес вибраций конструкции. Устройство для анализа вибраций с использованием высокоскоростных видеоданных может выполнять бесконтактный анализ вибраций на основе обработки высокоскоростных видеоданных. Иными словами, устройство может быть пригодно для выполнения бесконтактного анализа вибраций конструкции на основе высокоскоростных видеоданных. Устройство для анализа вибраций с использованием высокоскоростных видеоданных также может называться модульным устройством для анализа вибраций с использованием высокоскоростных видеоданных.
Вышеупомянутые части конструкции могут быть одинаковыми, к примеру, могут иметь одинаковый размер, форму и/или положение. Например, модуль обработки может быть выполнен с возможностью расчета деформаций по меньшей мере части отснятой конструкции в первой плоскости, исходя из ровно одного из по меньшей мере двух потоков высокоскоростных видеоданных. Осью, лежащей во второй плоскости, может быть ось, лежащая в несобственной плоскости или ось, параллельная оси, лежащей в несобственной плоскости. Ось, лежащая в несобственной плоскости, более подробно описывается ниже.
Под деформацией может пониматься деформация конструкции, которая может быть представлена деформацией отснятой конструкции в потоке высокоскоростных видеоданных, являющаяся любым видом колебания, движения или вибрации, которые могут порождать вибрационные данные.
Модуль обработки может быть выполнен с возможностью нахождения вибрационных данных по меньшей мере части отснятой конструкции путем комбинирования рассчитанных деформаций по меньшей мере части отснятой конструкции в первой плоскости и определенной информации глубины по меньшей мере части отснятой конструкции во второй плоскости.
Использование, такое как комбинирование, расчета деформаций и определения информации глубины дает возможность нахождения вибрационных данных по двум перпендикулярным плоскостям. В результате становится возможной регистрация любых колебаний конструкции в любом пространственном направлении, причем система камеры, например, одна или более высокоскоростных камер, может работать и в условиях дневного света. Указанная одна или более высокоскоростных камер в системе камеры может быть оптическим пассивным датчиком, не требующим излучения энергии, а расстояние до конструкции и/или пространственная протяженность конструкции могут быть учтены простой подстройкой оптики (т.е. фокусного расстояния и поля зрения).
В одном или более вариантах осуществления модуль анализа данных может дополнительно содержать модуль получения, выполненный с возможностью управления системой камеры и/или синхронизации по меньшей мере двух потоков высокоскоростных видеоданных.
Модуль обработки может быть дополнительно выполнен с возможностью корректирующей трансформации по меньшей мере двух потоков высокоскоростных видеоданных на первую плоскость.
Модуль обработки быть дополнительно выполнен с возможностью обнаружения вибрационных мод, связанных с рассчитанными деформациями по меньшей мере части отснятой конструкции в первой плоскости.
Модуль обработки может быть дополнительно выполнен с возможностью нахождения вибрационных данных по меньшей мере части отснятой конструкции путем комбинирования рассчитанных деформаций по меньшей мере части отснятой конструкции в первой плоскости, обнаруженных вибрационных мод, связанных с рассчитанными деформациями по меньшей мере части отснятой конструкции в первой плоскости, и вычисленных деформаций по меньшей мере части отснятой конструкции во второй плоскости.
Система камеры может содержать по меньшей мере одну высокоскоростную камеру. Например, система камеры может содержать по меньшей мере две высокоскоростные камеры. Каждая камера может быть установлена и выполнена с возможностью осуществления съемки конструкции и формирования потока высокоскоростных видеоданных из числа по меньшей мере двух потоков высокоскоростных видеоданных.
Как отмечено выше, вторая плоскость отлична от первой плоскости. Вторая плоскость может быть перпендикулярна первой плоскости. Например, первая плоскость может быть плоскостью системы камеры или содержать плоскость системы камеры, например, так называемую собственную плоскость (in-plane), т.е. плоскость системы камеры, на которую проецируется отснятая, т.е. записанная на видео, конструкция, и, возможно, окружение этой конструкции. Иными словами, первая плоскость может называться собственной плоскостью, представляющей проекцию отснятой конструкции и ее окружения на плоскости изображения высокоскоростных камер.
Второй плоскостью может быть несобственная плоскость или плоскость, содержащая несобственную плоскость (out-of-plane). Несобственная плоскость может быть перпендикулярна собственной плоскости и может быть образована по меньшей мере одним направлением зрения высокоскоростной камеры. Вторая плоскость может быть или содержать ось, лежащую в несобственной плоскости, например, оптическую ось системы камеры. В случае системы камеры, содержащей по меньшей мере две высокоскоростные камеры, эти по меньшей мере две камеры могут быть разнесены друг от друга на базу, которая может образовывать часть первой плоскости (например, собственной плоскости), причем база может иметь перпендикулярную ось, которая может образовывать вторую плоскость (например, несобственную плоскость). Также возможно, что база может образовывать вторую плоскость, а соответствующей перпендикулярной плоскостью может быть, соответственно, первая плоскость. Кроме того, вторая плоскость может быть или содержать ось, нормальную к первой плоскости, или первая плоскость может быть или содержать ось, нормальную ко второй плоскости.
Устройство для анализа вибраций с использованием высокоскоростных видеоданных может содержать модуль отображения. Модуль отображения может быть выполнен с возможностью отображения по меньшей мере одного элемента из следующего перечня: ввод пользователя, пользовательская настройка, один или более из по меньшей мере двух потоков высокоскоростных видеоданных, найденные вибрационные данные по меньшей мере части отснятой конструкции, синтезированное или основанное на модели представление рассчитанных деформаций, и/или определенная информация глубины. Модуль отображения дополнительно может быть соединен с модулем анализа данных через выделенный канал передачи данных с высокой пропускной способностью и/или шину данных.
Устройство для анализа вибраций с использованием высокоскоростных видеоданных может содержать графический пользовательский интерфейс. Графический пользовательский интерфейс может быть реализован с возможностью импорта и отображения основанных на модели результатов и совмещения основанных на модели результатов с найденными вибрационными данными, например, посредством специализированных элементов управления и окон графического пользовательского интерфейса. Графический пользовательский интерфейс может быть реализован с возможностью импорта и отображения основанных на модели результатов, созданных сторонней компьютерной программой. Графический пользовательский интерфейс дополнительно может быть выполнен с возможностью совмещения основанных на модели результатов с найденными вибрационными данными посредством специализированных элементов управления и окон графического пользовательского интерфейса. В число указанных элементов управления и окон могут входить ручки и ползунки, отображаемые в графическом пользовательском интерфейсе, предоставляющие пользователю возможность управления параметрами, влияющими на модуль обработки. В число указанных элементов управления и окон может входить селектор для выделения участка в по меньшей мере двух потоках высокоскоростных видеоданных с целью выбора точки или области на по меньшей мере части отснятой конструкции. В число указанных элементов управления и окон может входить элемент управления для указания направления, подлежащего исследованию, в первой плоскости и/или во второй плоскости. Пользователь может использовать модуль отображения для управления графическим пользовательским интерфейсом.
Система камеры может содержать высокоскоростную видеокамеру, выполненную с возможностью работы в видимом спектре, и высокоскоростную видеокамеру, выполненную с возможностью работы в невидимом спектре. Модульное устройство для анализа вибраций с использованием высокоскоростных видеоданных может быть выполнено с возможностью поддержки периферийных видеоустройств разных типов, работающих как в видимом спектре, так и в невидимом спектре, например, в ближней/средней/дальней инфракрасной области спектра, в ультрафиолетовой области спектра. Также возможно, что частота отображаемых видеокадров может меняться от 25 Гц - 120 Гц до высоких частот кадров, превосходящих 120 Гц, например, 1000 или 10000 кадров в секунду или выше. Использование смешанных конфигураций периферийных устройств является опцией, применяемой совместно с технологиями слияния данных датчиков (sensor fusion).
Устройство для анализа вибраций с использованием высокоскоростных видеоданных может дополнительно содержать модуль общего интерфейса. Модуль общего интерфейса может быть соединен с модулем анализа данных. Модуль общего интерфейса может быть выполнен с возможностью реализации ввода пользователя и может содержать по меньшей мере одно устройство из числя сенсорного дисплея, специализированной клавиатуры, мыши и универсальной последовательной шины.
Устройство для анализа вибраций с использованием высокоскоростных видеоданных может дополнительно содержать модуль памяти. Модуль памяти может быть соединен с модулем анализа данных через выделенный канал передачи данных с высокой пропускной способностью и/или шину данных. Модуль памяти может быть выполнен с возможностью сохранения потока высокоскоростных видеоданных.
Устройство для анализа вибраций с использованием высокоскоростных видеоданных может содержать модуль охлаждения. Модуль охлаждения может быть соединен с модулем анализа данных и может быть установлен и выполнен с возможностью рассеивания тепла.
Устройство для анализа вибраций с использованием высокоскоростных видеоданных может содержать модуль источника питания. Модуль источника питания может быть установлен и выполнен с возможностью подачи питания в систему камеры, например, в по меньшей мере две высокоскоростных камеры, модуль анализа данных и модуль охлаждения.
Модуль анализа данных устройства для анализа вибраций с использованием высокоскоростных видеоданных может содержать по меньшей мере один из числа модуля контроля и управления и компьютерного символьного генератора. Модуль контроля и управления может быть выполнен с возможностью синхронизации передачи данных и обработки данных в модуле анализа данных. Компьютерный символьный генератор может быть выполнен с возможностью комбинирования найденных вибрационных данных с по меньшей мере одним из по меньшей мере двух потоков высокоскоростных видеоданных, пользовательским вводом, пользовательской настройкой и/или основанными на модели результатами, созданными сторонней программой.
Система камеры и модуль анализа данных могут быть механически и электрически модульными. Система камеры и модуль анализа данных могут быть соединены через выделенный канал передачи видеоданных с высокой пропускной способностью и выделенную линию питания.
С модулем анализа данных посредством беспроводного канала связи соединено или может быть соединено устройство дистанционного управления, например, ручной планшетный компьютер. В этой связи модуль анализа данных может использоваться в качестве док-станции для зарядки аккумулятора устройства дистанционного управления. Устройство для анализа вибраций с использованием высокоскоростных видеоданных может храниться или быть выполнено с возможностью хранения в жестком портативном корпусе.
Устройство для анализа вибраций с использованием высокоскоростных видеоданных может содержать модуль головки датчика. Модуль головки датчика может быть установлен и выполнен с возможностью несения по меньшей мере двух высокоскоростных камер, выполненных с возможностью поворота в азимутальном и вертикальном направлениях и управляемых модулем анализа данных. Иными словами, система камеры, например, одна или более камер, может быть установлена на модуль головки датчика или размещена внутри модуля головки датчика, который может быть соединен с модулем анализа данных. Модуль головки датчика может содержать направляющий рельс для сдвига одной или более высокоскоростных камер, к примеру, по меньшей мере двух высокоскоростных камер.
Модуль анализа данных может быть выполнен с возможностью синхронизации модуля головки датчика и управления расстоянием между по меньшей мере двумя высокоскоростными камерами, ориентацией модуля головки датчика и наведением по меньшей мере двух высокоскоростных камер на целевой объект/конструкцию.
Устройство для анализа вибраций с использованием высокоскоростных видеоданных может содержать твердотельный акселерометр и/или гироскопический датчик и/или датчик движения. Для компенсации вибраций модуля головки датчика твердотельный акселерометр и/или гироскопический датчик и/или датчик движения может быть расположен в модуле головки датчика или внутри него. Внутри модуля головки датчика акселерометры и/или гироскопические датчики и/или датчики движения могут быть также расположены на системе камеры и/или в ней. Акселерометры и/или гироскопические датчики и/или датчики движения могут, таким образом, быть выполнены с возможностью обнаружения собственных вибраций модуля головки датчика и/или системы камеры. Модуль головки датчика может быть дополнительно выполнен с возможностью реализации операции регистрации, т.е. выполнен с возможностью считывания аналоговых/цифровых сигналов, создаваемых акселерометрами, гироскопическими датчиками и датчиками движения. Операция регистрации собственных вибраций может быть дополнительно реализована как синхронная с операцией регистрации видеоданных (т.е. для заданной частоты кадров высокоскоростной камеры может быть реализована возможность дополнительного связывания видеокадров, полученных с высокоскоростных камер в моменты времени ti, ti+1, … ti+N, с выходными сигналами акселерометров, гироскопов и датчиков движения в моменты времени ti, ti+1, … ti+N). Модуль головки датчика также может быть выполнен с возможностью дополнительной обработки сигналов, полученных из акселерометра, гироскопических датчиков и датчиков движения, с целью преобразования/обработки/объединения их в надлежащий поток данных, который мы называем здесь данными собственной вибрации. Модуль головки датчика также может быть выполнен с возможностью предоставления потока данных собственной вибрации совместно с потоком видеоданных или с встраиванием в поток видеоданных. Модуль головки датчика также может быть выполнен с возможностью предоставления в модуль анализа данных данных собственной вибрации, относящихся к модулю головки датчика и/или к системе камеры. Модуль обработки может, кроме того, быть выполнен с возможностью получения и обработки данных собственной вибрации с целью корректировки рассчитанных деформаций и/или определенной информации глубины контролируемых частей конструкции.
Устройство для анализа вибраций с использованием высокоскоростных видеоданных может содержать подвижную платформу, на которой установлена система камеры. Подвижной платформой может быть робототехническая платформа. Движение указанной платформы может управляться дистанционно.
Подвижная платформа может содержать свои собственные датчики. Например, платформа может содержать по меньшей мере одно из акселерометров и/или гироскопических датчиков и/или датчиков движения. Акселерометры и/или гироскопические датчики и/или датчики движения могут быть выполнены с возможностью обнаружения собственных вибраций подвижной платформы и/или системы камеры. Акселерометры и/или гироскопические датчики и/или датчики движения могут также быть выполнены с возможностью предоставления данных обнаруженных (результирующих) собственных вибраций или обнаруженных собственных вибраций в модуль анализа данных. Данные собственных вибраций или обнаруженные собственные вибрации могут предоставляться вместе с передаваемым в модуль анализа данных потоком видеоданных или со встраиванием в указанный поток, или же могут предоставляться вместе с предоставляемыми в модуль анализа данных по меньшей мере двумя потоками высокоскоростных видеоданных или со встраиванием в указанные потоки. Модуль обработки, кроме того, может быть выполнен с возможностью коррекции вибрационных данных контролируемых частей конструкции на основании обнаруженных собственных вибраций подвижной платформы и/или системы камеры.
Второй аспект изобретения направлен на применение устройства для анализа вибраций с использованием высокоскоростных видеоданных в соответствии с первым аспектом в бесконтактном анализе вибраций аэрокосмических транспортных средств или устройств и конструкций других типов, например, механизмов, автомобилей, зданий или мостов.
В соответствии с третьим аспектом предлагается способ анализа вибраций конструкции с использованием высокоскоростных видеоданных. Способ включает формирование системой камеры по меньшей мере двух потоков высокоскоростных видеоданных конструкции. Способ дополнительно включает расчет модулем обработки модуля анализа данных деформаций по меньшей мере части конструкции в первой плоскости, исходя из по меньшей мере одного из по меньшей мере двух потоков высокоскоростных видеоданных. Способ дополнительно включает определение модулем обработки информации глубины по меньшей мере части конструкции во второй плоскости, отличной от первой плоскости, или вдоль оси, лежащей во второй плоскости, исходя из по меньшей мере двух потоков высокоскоростных видеоданных. Способ дополнительно включает нахождение модулем обработки вибрационных данных по меньшей мере части отснятой конструкции путем использования рассчитанных деформаций по меньшей мере части отснятой конструкции в первой плоскости и определенной информации глубины по меньшей мере части отснятой конструкции во второй плоскости или вдоль оси, лежащей во второй плоскости.
Частью отснятой конструкции может быть выбранная пользователем точка и/или область конструкции.
Шаги расчета, определения и нахождения могут выполняться в выбранном пользователем порядке.
Вибрационные данные в соответствии с первым, вторым и третьим аспектом могут быть преобразованы в подходящий набор выходных данных, например, синтезированные маркеры в представляющей интерес области/точке, наложенные на потоки высокоскоростных видеоданных. Еще одними подходящими выходными данными могут быть виртуальные отклонения, наложенные на видеоданные конструкции и раскрашенные в соответствии со своими амплитудами. Еще одними подходящими выходными данными могут быть динамические графики и диаграммы, отображающие эволюцию во времени частот, амплитуд, скоростей, ускорений и преобразований Фурье. Еще одними подходящими выходными данными могут быть файлы данных, в которых сохранены все пользовательские настройки, входные потоки видеоданных и соответствующие обработанные выходные данные. Еще одними подходящими выходными данными могут быть звуковые оповещения, инициируемые задаваемыми пользователем событиями, например, превышением рассчитанной амплитудой или отклонением в конкретной представляющей интерес области/точке заранее заданного порогового значения, установленного посредством графического пользовательского интерфейса. Еще одними подходящими выходными данными могут быть таблицы и/или трехмерные модели, в которых данные ранее выполненного анализа, например, анализа методом конечных элементов, сравниваются и/или накладываются на поступающие потоки высокоскоростных видеоданных. Шаг указанного наложения может выполняться модулем компьютерного символьного генератора.
Конструкцией, о которой говорится в настоящем документе, может быть аэрокосмическое транспортное средство (к примеру, воздушное судно, вертолет или спутник) или иная конструкция. В соответствии с этим, указанной частью конструкции может быть область конструкции, деталь конструкции и/или компонент конструкции.
В целом, шаги любого из аспектов описанного здесь способа могут в равной степени быть выполнены в одном или более пригодных для этого компонентов, устройств или модулей, например, в пригодных для этого компонентах устройства для анализа вибраций, в частности, в модуле анализа данных, модуле обработки, системе камеры и т.п.
В соответствии с четвертым аспектом предлагается компьютерная программа. Компьютерная программа содержит части программного кода для обеспечения выполнения шагов любого из аспектов способа, описанных в настоящем документе, при выполнении указанной компьютерной программы на компьютерной системе или на одном или более компьютерных устройствах. Указанная компьютерная программа может быть сохранена на машиночитаемом записываемом носителе или может быть загружена в виде сигнала.
Краткое описание чертежей
Далее настоящее изобретение раскрывается подробнее со ссылкой на предлагаемые в качестве примера варианты осуществления изобретения, проиллюстрированные на чертежах, на которых:
фиг. 1 представляет собой схему варианта осуществления модульного устройства для анализа вибраций с использованием высокоскоростных видеоданных;
фиг. 2 представляет собой схему конструкции, которую снимают две высокоскоростные камеры;
фиг. 3 представляет собой схему модуля головки датчика, который показан в виде подвешенной на многоосевом подвесе системы, содержащей две высокоскоростные камеры;
фиг. 4 представляет собой схему варианта осуществления модульного устройства для анализа вибраций с использованием высокоскоростных видеоданных с подвешенным на многоосевом подвесе модулем головки датчика;
фиг. 5 представляет собой схему системы с двумя подвешенными на многоосевом подвесе модулями головки датчика, соединенными с усовершенствованным модулем анализа данных, снимающими целевой объект;
фиг. 6 представляет собой схему модуля отображения и модуля общего интерфейса, установленных сверху корпуса анализатора данных, имеющего входные отверстия для воздуха;
фиг. 7 представляет собой схему съемного ручного устройства и док-станции, которые могут быть использованы с описанным в настоящем документе анализатором данных;
фиг. 8 представляет собой диаграмму варианта осуществления способа дистанционного анализа вибраций конструкции на основе высокоскоростных видеоданных;
фиг. 9а представляет собой диаграмму варианта осуществления способа дистанционного анализа вибраций конструкции на основе высокоскоростных видеоданных;
фиг. 9b представляет собой диаграмму операции калибровки, которая может быть частью вариантов осуществления неконтактного анализа вибраций конструкции на основе высокоскоростных видеоданных;
фиг. 9c представляет собой обобщенную диаграмму операции регистрации видеоданных, которая может быть частью вариантов осуществления неконтактного анализа вибраций конструкции на основе высокоскоростных видеоданных;
фиг. 9d представляет собой диаграмму операции регистрации видеоданных с использованием операции множественного согласования, которая может быть частью вариантов осуществления неконтактного анализа вибраций конструкции на основе высокоскоростных видеоданных;
фиг. 9e представляет собой диаграмму операции стереоскопического согласования, которая может быть частью вариантов осуществления неконтактного анализа вибраций конструкции на основе высокоскоростных видеоданных;
фиг. 9f представляет собой диаграмму операции предварительной обработки, которая может быть частью вариантов осуществления неконтактного анализа вибраций конструкции на основе высокоскоростных видеоданных;
фиг. 9g представляет собой диаграмму вычисления корреспондирующих точек, которая может быть частью вариантов осуществления неконтактного анализа вибраций конструкции на основе высокоскоростных видеоданных;
фиг. 9h представляет собой диаграмму операции триангуляции, которая может быть частью вариантов осуществления неконтактного анализа вибраций конструкции на основе высокоскоростных видеоданных;
фиг. 9i представляет собой диаграмму операции вычисления смещения, которая может быть частью вариантов осуществления неконтактного анализа вибраций конструкции на основе высокоскоростных видеоданных; и
фиг. 9j представляет собой обобщенную диаграмму операции трехмерного анализа мод, которая может быть частью вариантов осуществления неконтактного анализа вибраций конструкции на основе высокоскоростных видеоданных.
Осуществление изобретения
В дальнейшем описании для целей пояснения и обеспечения обстоятельного понимания, но не ограничения настоящего изобретения, излагаются конкретные подробности, например, конкретные алгоритмы. Специалисту в данной области техники должно быть понятно, что настоящее изобретение может быть осуществлено на практике в других вариантах осуществления, имеющих отличия от этих конкретных подробностей. Например, несмотря на описание настоящего изобретения в основном на примере с двумя высокоскоростными камерами, возможно использование любого количества высокоскоростных камер.
Специалисту в данной области техники также должно быть понятно, что функции, поясняемые далее в настоящем документе, могут быть осуществлены с использованием индивидуальных аппаратно реализованных электронных схем, с использованием программного обеспечения, функционирующего совместно с запрограммированным микропроцессором или компьютером общего назначения, с использованием специализированной интегральной схемы (Application Specific Integrated Circuit, ASIC) и/или с использованием одного или более цифровых сигнальных процессоров (Digital Signal Processor, DSP). Также следует понимать, что когда настоящее изобретение описывается как способ, оно также может быть осуществлено в компьютерном процессоре и в памяти, связанной с указанным процессором, при этом в памяти закодирована одна или более программа для обеспечения выполнения процессором способов, раскрытых в настоящем документе, при выполнении программ на процессоре.
Фиг. 1 схематично иллюстрирует вариант осуществления устройства для анализа вибраций с использованием высокоскоростных видеоданных, далее называемого модульным устройством 100 для анализа вибраций с использованием высокоскоростных видеоданных. Модульное устройство 100 для анализа вибраций с использованием высокоскоростных видеоданных содержит две высокоскоростных камеры 10, которые в данном варианте осуществления образуют часть системы камеры. Модульные высокоскоростные камеры 10 соединены линиями питания и линиями данных с модулем 20 анализа данных. Несмотря на то, что на фиг. 1 в качестве примера показаны две камеры, настоящее изобретение не ограничено лишь двумя высокоскоростными камерами. Модуль 20 анализа данных содержит, как в качестве примера показано на фиг. 1, модуль 11 получения, модуль 12 обработки, модуль 13 памяти, модуль 14 контроля и управления и компьютерный символьный генератор 15. Модуль 11 получения управляет работой высокоскоростной камеры и захватом потоков высокоскоростных видеоданных из высокоскоростных камер 10.
Модуль 12 обработки содержит два основных последовательных каскада, называемых каскадом предварительной обработки и каскадом завершающей обработки. Каскад предварительной обработки выполняет пространственно-временную фильтрацию входных потоков видеоданных посредством использования технологий обработки изображений. Каскад завершающей обработки, работая с видеопотоком, прошедшим предварительную обработку, находит движения/вибрации отснятой конструкции, в настоящем документе называемые деформациями, отснятые/записанные в плоскости наблюдаемой поверхности (вдоль оси, лежащей в собственной плоскости) и/или нормально к ней (вдоль оси, лежащей в несобственной плоскости). Движение в несобственной плоскости, может быть экстраполировано посредством современных способов обработки стереоскопических изображений, например, путем получения изображения диспаритета, дополненного статистическим моделированием, с целью учета неопределенностей вычисленной глубины пикселов (рассчитанной глубины). Данные движения, соотнесенные с системой координат наблюдаемой поверхности/конструкции, могут быть соотнесены с другой системой координат, например, с системой x-y-z камеры, посредством канонического геометрического преобразования. Модуль 12 обработки с целью параллельной обработки поступающих потоков высокоскоростных данных может использовать расширяемые кластеры графических модулей обработки и процессорных модулей.
Модуль 13 памяти соединен с модулем анализа данных посредством канала данных с высокой пропускной способностью и выделенной линии питания, сохраняет захваченные/отснятые видеосессии/потоки высокоскоростных видеоданных и предоставляет их для воспроизведения. Модуль 13 памяти дополнительно выполнен с возможностью хранения тестовых настроек, входных и выходных данных в соответствии с требованиями пользователя. Доступ к содержанию модуля памяти возможен через программно реализованный графический пользовательский интерфейс устройства. Резервное копирование/загрузка данных, сохраненных в модуле памяти, может быть выполнена обычным имеющимся в продаже внешним модулем памяти, соединенным с указанным устройством посредством стандартных интерфейсов типа универсальных последовательных шин.
Модуль 14 контроля и управления синхронизирует передачу данных, обработку данных и все операции проводного/беспроводного ввода и вывода модуля 20 анализа данных. Компьютерный символьный генератор 15 комбинирует выходные данные модуля 12 обработки, например, частоты и амплитуды, с полученными видеоданными, вводом пользователя и пользовательскими настройками, основанными на модели результатами анализа вибраций (при наличии).
Фиг. 1 также иллюстрирует, посредством примера, модуль 16 источника питания, модуль 17 охлаждения, модуль 18 общего интерфейса и модуль 19 отображения, отдельные от модуля 20 анализа данных. Модуль 16 источника питания обеспечивает питанием модуль 17 охлаждения, высокоскоростные камеры 10 и модуль 20 анализа данных. Модуль 17 охлаждения обеспечивает отвод тепла от модуля 20 анализа данных. Модуль 18 общего интерфейса обеспечивает возможность использования специализированной клавиатуры, мыши и/или порта универсальной последовательной шины. Модуль 19 отображения обеспечивает возможность использования дисплея для отображения ввода пользователя и пользовательских настроек, вводимых видеоданных, например, в режиме повторного воспроизведения, найденных вибрационных данных, обработанных видеоданных и/или каких-либо синтезированных или основанных на модели представлений обнаруженных движений/вибраций/деформаций. Все модули модульного устройства 100 для анализа вибраций с использованием высокоскоростных видеоданных могут обладать модульными свойствами в механическом, электрическом и процедурном смысле.
Фиг. 2 схематично иллюстрирует систему, содержащую две высокоскоростные видеокамеры 10 и конструкцию 1, съемка которой будет проводиться, причем выражение «съемка проводится» можно понимать как то, что выполняется съемка конструкции посредством двух высокоскоростных камер 10. Возможно, что съемку конструкции 1 выполняет более двух камер 10. В ином варианте для съемки конструкции может быть установлена только одна камера 10, при этом камера 10 может быть выполнена подвижной для съемки конструкции 10 с различных точек зрения, и/или камера 10 может содержать оптику для формирования изображений, соответствующих изображениям, полученным с различных точек зрения. В указанной системе показаны две высокоскоростные камеры 10, разнесенные друг от друга на базу. Две высокоскоростных камеры 10 осуществляют съемку конструкции 1 с разных углов, и каждая из высокоскоростных камер 10 формирует поток высокоскоростных видеоданных. Две высокоскоростные камеры соединены с модулем анализа данных, таким как модуль 20 анализа данных, и синхронизируются модулем анализа данных, например, модулем 20 анализа данных. Высокоскоростные камеры 10 могут быть соединены с модулем анализа данных, например, с модулем 20 анализа данных через выделенный каналы передачи видеоданных с высокой пропускной способностью и выделенные линии питания. Высокоскоростные камеры 10 показаны установленными на переносных подставках типа треножных штативов 2 отдельно от модуля анализа данных, например, от модуля 20 анализа данных, и наведенными на представляющие интерес точки наблюдения в конструкции 1.
Фиг. 3 схематично иллюстрирует модуль 21 головки датчика, оснащающий модульное устройство 100 для анализа вибраций с использованием высокоскоростных видеоданных двумя камерами 10, расположенными на модуле 21 головки датчика. Модуль 21 головки датчика содержит двигатель вертикального перемещения и двигатель азимутального перемещения, обеспечивающие возможность вертикального (относительно горизонтальной оси) качания/поворота и азимутального (относительно вертикальной оси) качания/поворота. Модуль 21 головки датчика, хотя и показан установленным на модуль 20 анализа данных, также может располагаться как самостоятельное устройство или устанавливаться на отдельную конструкцию типа треножного штатива. Модуль 21 головки датчика содержит раздвижную направляющую со скользящими точками прикрепления высокоскоростных камер 10. Две высокоскоростные камеры 10 разнесены друг от друга на базу. Длина базы регулируется для работы со стереоскопическом зрением, что дает возможность управления общей точностью рассчитанной глубины отснятой конструкции. Модуль 21 головки датчика также может перемещаться в вертикальном направлении и в азимутальном направлении, что обеспечивает освещенность в пространстве. Модуль 21 головки датчика обеспечивает оптимальную ориентацию в направлении частей конструкции, подлежащих контролю, и реализацию широкого диапазона условий тестирования. При использовании с высокоскоростными камерами 10 специализированной оптики с изменяемым фокусным расстоянием могут исследоваться конструкции, находящиеся, по существу, на любом требуемом практикой расстоянии от оператора. Высокоскоростные камеры 10 предполагаются легко снимаемыми с модуля 21 головки датчика, что упрощает техническое обслуживание и ремонт оборудования. Смещения вдоль базы и повороты относительно осей подвеса в модуле головки датчика могут задаваться вручную или могут активно регулироваться модулем 20 анализа данных посредством двигателей и исполнительных устройств. При дополнительном использовании твердотельных акселерометров и/или гироскопических датчиков и/или датчиков движения, прикрепленных к снабженной двигателями платформе многоосевого подвеса и/или пассивным демпферам, модуль 21 головки датчика становится стабилизированным по отношению к движению, активно управляемым, что дает возможность компенсации собственного движения (например, в полетном испытании) с целью исключения нежелательных вибраций. Акселерометры и/или гироскопические датчики и/или датчики движения дают модульному устройству для анализа вибраций с использованием высокоскоростных видеоданных возможность отслеживания вибраций модуля 21 головки датчика и/или снабженной двигателями платформы многоосевого подвеса и/или высокоскоростных камер 10. В результате становится возможным отделение собственных вибраций модуля 21 головки датчика и/или снабженной двигателями платформы многоосевого подвеса и/или высокоскоростных камер 10 от вибраций контролируемых частей конструкции. Необходимость этого определяется передачей вибрации контролируемых частей конструкции на систему камеры, приводящей к возбуждению вибраций самой камеры. Датчики движения могут, в качестве одной из возможностей, использоваться для повышения точности и снижения объема обработки при расчете правильного положения высокоскоростных камер 10 по отношению к наблюдаемой среде и/или подлежащим контролю частям конструкции. Платформа легко укладывается на хранение в подходящий для этой цели портативный жесткий/усиленный корпус, что дает возможность реализовать систему, удобную в развертывании.
Фиг. 4 схематично иллюстрирует модульное устройство 100 для анализа вибраций с использованием высокоскоростных видеоданных с высокоскоростными камерами 10, установленными на систему 21 многоосевого подвеса, содержащего вертикальный подвес, азимутальный подвес и две направляющих, обеспечивающих регулировку длины базы. На фиг. 4, в дополнение к фиг. 1, показано управление для модуля 21 головки датчика, который в данном варианте осуществления является системой 21 многоосевого подвеса. Модуль 20 анализа данных принимает состояние модуля головки датчика и реагирует на это состояние, управляя ориентацией модуля головки датчика.
Фиг. 5 схематично иллюстрирует вариант осуществления модульного устройства 100 для анализа вибраций с использованием высокоскоростных видеоданных, снимающего/получающего изображение целевой конструкции 1 посредством двух отдельных системам 21 высокоскоростных камер, установленных на (или заключенных в) отдельную независимую конструкцию, систему многоосевого подвеса. Съемка целевой конструкции 1 производится обоими модулями 21 головки датчика, установленными под прямым углом друг к другу. Дополнительно для соединения нескольких независимых модулей 21 головки датчика и синхронизированного получения из них данных предусмотрен усовершенствованный модуль 20 анализа данных с двумя модулями 11 получения. Такая конфигурация обеспечивает точное представление деформаций/вибраций/движений целевой конструкции, например, связанных кручений/изгибов профиля крыла. Эта архитектура системы дает возможность перекрестной проверки вибрационных данных (мод и деформаций в собственной/несобственной плоскости), вычисленных для различных точек зрения, например, путем сравнения деформаций конструкции в виде спереди и виде сбоку. Эта архитектура системы также дает возможность объединения вибрационных данных с множества модулей 21 головки датчика с целью повышения точности и надежности выходных данных модульного устройства для анализа вибраций с использованием высокоскоростных видеоданных (слияние данных датчиков).
Фиг. 6 схематично иллюстрирует часть модульного устройства 100 для анализа вибраций с использованием высокоскоростных видеоданных, содержащего модуль 19 отображения, модуль 18 общего интерфейса и модуль 20 анализа данных, характеризующегося тем, что модуль 20 анализа данных расположен в жестком/усиленном корпусе. Модуль 19 отображения показан встроенным в портативный компьютер, который соединен с модулем 20 анализа данных, имеющим входные отверстия для воздуха с целью охлаждения.
Фиг. 7 схематично иллюстрирует портативный беспроводной дисплей 19, например, планшетное устройство, док-станцию и модуль 18 общего интерфейса. Показана возможность снятия или установки портативного беспроводного дисплея 19 на док-станцию, которая соединена с модулем 20 анализа данных. Компьютером может быть портативный компьютер, планшет или аналогичное устройство, которое может быть посредством проводной или беспроводной связи соединено с модулем 20 анализа данных. Планшетное устройство сочетает пользовательский интерфейс ввода и модуль 19 отображения в одной портативной единице оборудования. Док-станция используется для заряда аккумулятора планшета. Такое решение эффективно и применимо для дистанционного управления в ситуациях необходимости использования устройства в опасных зонах/зонах с особыми требованиями к безопасности, где безопасность оператора является важнейшей заботой.
Фиг. 8 представляет диаграмму варианта осуществления способа дистанционного анализа вибраций конструкции на основе высокоскоростных видеоданных. Указанный вариант осуществления способа может быть реализован любым пригодным для этого вариантом осуществления описанного в настоящем документе устройства 100 анализа вибраций с использованием высокоскоростных видеоданных. Система камеры формирует (на шаге S1) по меньшей мере два потока высокоскоростных видеоданных конструкции. Модуль обработки рассчитывает (на шаге S2), исходя из по меньшей мере одного из по меньшей мере двух потоков высокоскоростных видеоданных, деформации по меньшей мере части конструкции в первой плоскости. Модуль обработки далее определяет (на шаге S3), исходя из по меньшей мере двух потоков высокоскоростных видеоданных, информацию глубины по меньшей мере части конструкции во второй плоскости. Вторая плоскость отлична от первой плоскости. Модуль обработки далее находит (на шаге S4) вибрационные данные по меньшей мере части отснятой конструкции путем комбинирования рассчитанных деформаций по меньшей мере части отснятой конструкции в первой плоскости и определенной информации глубины по меньшей мере части отснятой конструкции во второй плоскости.
Фиг. 9a-9j могут, соответственно, быть частью варианта осуществления способа дистанционного анализа вибраций конструкции на основе использования высокоскоростных видеоданных. Вариант осуществления способа, содержащий один или более способов, представленных, соответственно, на фиг. 9a-9j, может рассматриваться в качестве более подробной версии варианта осуществления способа, показанного на фиг. 8. Вариант осуществления способа, содержащий один или более способов, представленных, соответственно, на фиг. 9a-9j, может быть реализован любым пригодным для этого вариантом осуществления описанного в настоящем документе устройства 100 анализа вибраций с использованием высокоскоростных видеоданных.
Фиг. 9а представляет диаграмму варианта осуществления способа дистанционного анализа вибраций конструкции на основе использования высокоскоростных видеоданных. Вариант осуществления способа на фиг. 9а включает, в качестве примера, шаги корректирующей трансформации видеоданных (шаг S14, подробно иллюстрируемый на фиг. 9c и 9d), операции стереоскопического согласования (шаг S16, подробно иллюстрируемый на фиг. 9e), вычисления смещения оптического потока (шаг S40, подробно иллюстрируемый на Фиг. 9i) и трехмерного анализа мод (шаг S54, подробно иллюстрируемый на фиг. 9j).
Эти шаги операций дистанционного анализа вибраций конструкции на основе использования высокоскоростных видеоданных подробно проиллюстрированы на по меньшей мере некоторых из фиг. 9b-9j.
Фиг. 9b представляет диаграмму операции (S11) калибровки модульного устройства 100 для анализа вибраций с использованием высокоскоростных видеоданных. Посредством видеорегистрации (шаг S10) выполняется съемка одного или более известных калибровочных образцов 1а в имеющемся световом поле 1 и световом поле 2. Эта видеорегистрация может рассматриваться в качестве шага, совместно выполняемого высокоскоростными камерами 10 и модулем 11 получения, в результате которого для операции автономной калибровки (шаг S12) предоставляются исходные видеоданные 1 и исходные видеоданные 2. В операции автономной калибровки (шаг S12) формируются, в свою очередь, данные стереокалибровки. В операции автономной калибровки (шаг S12) вычисляются внутренние параметры, например, фокусное расстояние, центры изображения и искажения объективов. Затем в операции автономной калибровки (шаг S12) вычисляются внешние параметры, например, аффинная матрица, определяющая совмещение высокоскоростных камер. Данные стереокалибровки передаются в операцию корректирующей трансформации видеоданных (преобразование и фильтрация видеоданных), в каскад предварительной обработки (покадровое повышение отношения сигнал/шум), в операцию триангуляции (расчет глубины пикселов, рассчитанной глубины) и на шаг построения трехмерного вектора смещения с использованием трехмерного анализа мод (расчет вибрационных данных).
Фиг. 9c представляет диаграмму операции съемки (шаг S13) целевого объекта/конструкции 1, снимаемого в световом поле 1 и световом поле 2 посредством видеорегистрации (шаг S10). Затем исходные видеоданные 1 и исходные видеоданные 2 предоставляются для операции корректирующей трансформации видеоданных (шаг S14). В операцию корректирующей трансформации видеоданных (шаг S14) передаются данные стереокалибровки, и операция корректирующей трансформации видеоданных (S14) выдает исправленные видеоданные 1 и исправленные видеоданные 2 в операцию стереоскопического согласования. Операция корректирующей трансформации видеоданных (S14) преобразует исходные стереопары видеоданных в стандартную форму с использованием способов устранения искажений объектива и способов трансляций с поворотами (отображение трехмерного пространства объекта на двумерную плоскость камеры).
Фиг. 9d представляет диаграмму дополнения операции регистрации, показанной на фиг. 9c, регистрацией (S10) видеоданных в по меньшей мере еще одном световом поле и операцией (S16) множественного согласования вместо операции стереоскопического согласования, показанной на фиг. 9c. В операцию согласования передается множество экземпляров видеоданных, откорректированных в ходе операции корректирующей трансформации видеоданных (S14).
Фиг. 9e представляет диаграмму операции стереоскопического согласования (S16), целью которой является нахождение имеющих общее происхождение «корреспондирующих» (соответствующих) точек во входной паре видеоданных. В эту операцию передаются исправленные видеоданные 1 и исправленные видеоданные 2. Шаг предварительной обработки (шаг S18, подробно иллюстрируемый на фиг. 9f) включает покадровое повышение отношения сигнал/шум. Каскад предварительной обработки выдает пару прошедших предварительную обработку пирамид видеоизображений. Затем с использованием выбранных пользователем (шаг S24) точек и представляющих интерес областей из графического пользовательского интерфейса (GUI) вычисляются корреспондирующие точки (шаг S20, подробно иллюстрируемый на фиг. 9g). Полученные в результате этого вычисления уточненная карта диспаритета и уточненные корреспондирующие точки передаются и используются в операции триангуляции (шаг S22, подробно иллюстрируемый на фиг.9п), которая выдает вычисленную карту временной вариации глубин Δdepth(i), называемую здесь рассчитанной глубиной, и рассчитанную вариацию глубины во времени.
Фиг. 9f представляет диаграмму предварительной обработки (шаг S18), в которой выполняется покадровое повышение отношения сигнал/шум путем вычисления пирамиды изображений (S26) для каждого кадра i с NG уровнями субквантования и затем двумерной фильтрации изображения (S28) каждого кадра i потока высокоскоростных видеоданных, например, фотометрической коррекции или повышения резкости границ. Указанной пирамидой изображений может быть, например, пирамида Гаусса или пирамида Лапласа или их сочетание. После построения пирамиды изображений (шаг S26) для вычисления смещения передается только один поток видеоданных, хотя возможно расширение с использованием двух или более потоков видеоданных. После двумерной фильтрации изображения (шаг S28) пара прошедших предварительную обработку пирамид видеоизображений (Pyr1(i,p) и Pyr2(i,p)) передается в операцию вычисления корреспондирующих точек.
Фиг. 9g представляет диаграмму вычисления корреспондирующих точек (шаг S20), основанного на использовании пары прошедших предварительную обработку пирамид видеоизображений и выбранных пользователем посредством графического пользовательского интерфейса (GUI) точек/представляющих интерес областей (шаг S24). Операция вычисления стоимости корреспондирующих точек/объединения (шаг S30) принимает точки/представляющие интерес области и обеспечивает вычисление диспаритета (шаг 332) с нахождением корреспондирующих точек в указанной паре пирамид видеоизображений. С использованием способов вычисления диспаритета (шаг S32) вычисляется грубая карта диспаритета, которая затем (шаг S34) уточняется, что дает уточненные корреспондирующие точки и уточненную карту диспаритета. Уточненные корреспондирующие точки и уточненная карта диспаритета передаются в операцию триангуляции, которая дополнительно выдает уточненные корреспондирующие точки для вычисления смещения.
Фиг. 9h представляет диаграмму операции триангуляции (S22), входными данными которой являются уточненная карта диспаритета, уточненные корреспондирующие точки и данные стереокалибровки. В операции триангуляции (шаг S22) вычисляется (шаг S36) карта глубины, затем вычисляется карта временной вариации глубины (шаг S38) и в трехмерный анализ мод передается изменение глубины пикселов (рассчитанная глубина ΔDepth(i)).
Фиг. 9i представляет диаграмму вычисления смещения (шаг S40) с использованием только одного потока видеоданных, содержащего пирамиду изображений (кадров). Вначале (шаг S42) выполняется нахождение локальных особенностей изображения (к примеру, локальной фазы и амплитуды), причем, как опция, может вычисляться усиление движения (шаг S44) и могут формироваться видеоданные с усиленным движением. Затем с помощью уточненных корреспондирующих точек рассчитываются скорости смещения вблизи уточненных корреспондирующих точек (шаг S46). После этого выполняется повышение отношения сигнал/шум (шаг S48) и строится сигнал смещения (шаг S50), в результате чего в операцию трехмерного анализа мод передается сигнал смещения в собственной плоскости. С использованием указанного сигнала смещения в собственной плоскости в результате трехмерного анализ мод выполняется нахождение (шаг S52) вибрационных мод.
Указанные два сигнала используются в трехмерном анализе мод (шаг S54), диаграмма которого показана на фиг. 9j. Указанные два сигнала и вариация рассчитанной глубины Δdepth(i) каждого кадра потока высокоскоростных видеоданных подаются на временной полосопропускающий фильтр (шаг S56). После временной полосовой фильтрации (S56) строится трехмерный вектор смещения (шаг S58, смещение в собственной плоскости/ в несобственной плоскости для частоты каждой моды, в окрестности каждой точки или области, представляющей интерес). Результат трехмерного анализа мод выдается в виде вибрационных данных.
С использованием вышеописанных вариантов осуществления становится возможным контроль и эксплуатация датчика на основе видеорегистрации, способного к раннему обнаружению/оповещению об опасных вибрациях/деформациях конструкций, в автомобильной, аэрокосмической (воздушные суда, вертолеты, спутники) отраслях, в гражданском строительстве (строительные конструкции, мосты, дороги, железные дороги), на транспорте (поезда, корабли), в обороне и безопасности; например, с использованием электрооптических и электроакустических датчиков можно обнаруживать (отслеживать) удаленные/быстро движущиеся/труднонаблюдаемые объекты путем анализа оптических/акустических вибраций, создаваемых в окружающей среде (примером служат инфракрасный ракетный извещатель и обнаружитель мин) и получать изображения в целях медицинской визуализации. Вибрационные испытания на крупноразмерных и/или сложных конструкциях могут быть выполнены модульным устройством для анализа вибраций с использованием высокоскоростных видеоданных и не ограничены в эффективности и портативности. Кроме того, указанными высокоскоростными камерами могут быть оптические пассивные датчики, не излучающие энергии и достигающие очень высоких цифровых разрешений. Прогнозируется ощутимое снижение затрат на разработку, производство, тестирование и техническое обслуживание, а также на сопутствующие затраты, не связанные с обеспечением качества. Это, соответственно, значительно снижает затраты на оплату труда и затраты, не относящиеся к обеспечению качества (техническое обслуживание и ремонт).
В соответствии с указанным, удобство использования по сравнению с современными достижениями, использующими ЛДВ, по меньшей мере сохраняется. Кроме того, предлагаются заметные преимущества по сравнению с ЛДВ, например, значительно большая доступность с точки зрения прямых затрат и большая универсальность сточки зрения условий эксплуатации.
Кроме того, устройство, описанное в настоящем документе, может использоваться под открытым небом и в закрытых помещениях, может иметь практически любую ориентацию и расстояние до целевого объекта и может контролировать конструкции любого размера.
Кроме того, могут быть снижены затраты на разработку и производство, и затраты, не связанные с обеспечением качества, на выпускаемые изделия/конструкции с одновременным повышением их качества. Результатом этого может стать снижение влияния большого числа недостатков, с которыми постоянно приходится сталкиваться в таких сферах деятельности, как разработка, производство и эксплуатация оборудования (например, временные ограничения или недостаток пространства и ресурсов).
Кроме того, описанный в настоящем документе способ дистанционного анализа вибраций может
a) требовать меньшего времени и меньших затрат на наладку (по сравнению с акселерометрами), и
b) обладать большей эксплуатационной гибкостью, работать в испытательных установках под открытым небом и в закрытых помещениях, использоваться для наземных и полетных испытаний.
1. Устройство для анализа вибраций с использованием высокоскоростных видеоданных, содержащее
систему камеры, выполненную с возможностью формирования по меньшей мере двух потоков высокоскоростных видеоданных конструкции;
модуль анализа данных, соединенный с системой камеры, содержащий модуль обработки, выполненный с возможностью
расчета деформаций по меньшей мере части отснятой конструкции в первой плоскости исходя из по меньшей мере одного из по меньшей мере двух потоков высокоскоростных видеоданных,
обнаружения вибрационных мод, связанных с рассчитанными деформациями по меньшей мере части отснятой конструкции в первой плоскости,
определения информации глубины по меньшей мере части отснятой конструкции во второй плоскости, отличной от первой плоскости, или вдоль оси, лежащей во второй плоскости, исходя из по меньшей мере двух потоков высокоскоростных видеоданных; и
нахождения вибрационных данных по меньшей мере части отснятой конструкции путем комбинирования рассчитанных деформаций по меньшей мере части отснятой конструкции в первой плоскости, обнаруженных вибрационных мод, связанных с рассчитанными деформациями по меньшей мере части отснятой конструкции в первой плоскости, и определенной информации глубины по меньшей мере части отснятой конструкции во второй плоскости.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что модуль анализа данных содержит модуль получения, выполненный с возможностью управления системой камеры и/или синхронизации по меньшей мере двух потоков высокоскоростных видеоданных.
3. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что модуль обработки выполнен с возможностью корректирующей трансформации по меньшей мере двух потоков высокоскоростных видеоданных на первую плоскость.
4. Устройство по любому из пп. 1-3, отличающееся тем, что система камеры содержит по меньшей мере две высокоскоростные камеры, а каждая из камер установлена и выполнена с возможностью осуществления съемки конструкции и формирования потока высокоскоростных видеоданных из числа по меньшей мере двух потоков высокоскоростных видеоданных.
5. Устройство по любому из пп. 1-4, отличающееся тем, что вторая плоскость перпендикулярна первой плоскости.
6. Устройство по любому из пп. 1-5, отличающееся тем, что дополнительно содержит модуль отображения, выполненный с возможностью отображения по меньшей мере одного элемента из следующего перечня: ввод пользователя, пользовательская настройка, один или более из по меньшей мере двух потоков высокоскоростных видеоданных, найденные вибрационные данные по меньшей мере части отснятой конструкции и синтезированное или основанное на модели представление рассчитанных деформаций и/или определенная информация глубины.
7. Устройство по любому из пп. 1-6, отличающееся тем, что дополнительно содержит графический пользовательский интерфейс, реализованный с возможностью импорта и отображения основанных на модели результатов и совмещения основанных на модели результатов с найденными вибрационными данными посредством специализированных элементов управления и окон графического пользовательского интерфейса.
8. Устройство по любому из пп. 1-7, отличающееся тем, что система камеры содержит высокоскоростную видеокамеру, выполненную с возможностью работы в видимом спектре, и высокоскоростную видеокамеру, выполненную с возможностью работы в невидимом спектре.
9. Устройство по любому из пп. 1-8, отличающееся тем, что содержит подвижную платформу, на которой установлена система камеры.
10. Устройство по п. 9, отличающееся тем, что подвижная платформа содержит по меньшей мере один компонент из следующего перечня: акселерометры, и/или гироскопические датчики, и/или датчики движения, выполненные с возможностью обнаружения собственных вибраций подвижной платформы и/или системы камеры и дополнительно выполненные с возможностью предоставления результирующих данных собственной вибрации в модуль анализа данных, при этом модуль обработки дополнительно выполнен с возможностью коррекции вибрационных данных контролируемых частей конструкции на основании обнаруженных собственных вибраций.
11. Применение устройства для анализа вибраций с использованием высокоскоростных видеоданных по любому из пп. 1-10 в бесконтактном анализе вибраций аэрокосмического транспортного средства или устройств или конструкций других типов, например механизмов, автомобилей, зданий или мостов.
12. Способ анализа вибраций конструкции с использованием высокоскоростных видеоданных, включающий:
формирование системой камеры по меньшей мере двух потоков высокоскоростных видеоданных конструкции;
расчет модулем обработки модуля анализа данных деформаций по меньшей мере части конструкции в первой плоскости исходя из по меньшей мере одного из по меньшей мере двух потоков высокоскоростных видеоданных;
обнаружение модулем обработки вибрационных мод, связанных с рассчитанными деформациями по меньшей мере части отснятой конструкции в первой плоскости;
определение модулем обработки информации глубины по меньшей мере части конструкции во второй плоскости, отличной от первой плоскости, или вдоль оси, лежащей во второй плоскости, исходя из по меньшей мере двух потоков высокоскоростных видеоданных; и
нахождение модулем обработки вибрационных данных по меньшей мере части отснятой конструкции путем комбинирования рассчитанных деформаций по меньшей мере части отснятой конструкции в первой плоскости, обнаруженных вибрационных мод, связанных с рассчитанными деформациями по меньшей мере части отснятой конструкции в первой плоскости, и определенной информации глубины по меньшей мере части отснятой конструкции во второй плоскости.
13. Способ по п. 12, отличающийся тем, что часть отснятой конструкции представляет собой выбранную пользователем точку и/или область конструкции и/или шаги расчета, определения и нахождения выполняются в выбранном пользователем порядке.
