CN101917552B - 一种大型土工离心机的成像装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大型土工离心机的成像装置，其组成是：在离心机的模型箱26的外侧固定有相机支架27，在相机支架27的外侧架上竖向固定有可横向和垂向移动的二维移动装置，相机18固定在二维移动装置上且相机18的镜头方向朝向模型箱26，二维移动装置及相机均与数据控制与处理装置电连接。该装置能正对模型的任意一点进行拍摄，图像的清晰度高，能更好的对模型进行分析；且其成本低、易于实施。
Description
技术领域
本发明涉及一种大型土工离心机的成像装置。
背景技术
大型土工离心机由旋转臂、与旋转臂相连的立柱、旋转臂一端的模型箱和另一端的配重箱以及驱动和控制系统构成。运行时，由配套的成像系统对高速旋转的模型箱里面的土工模型进行拍照，以得到在离心受力状态下的土工模型动态变化过程。现有的成像系统，一是装在离心机室的房顶上，照相机的拍照距离远，且与被照的土工模型存在高速相对运动，导致拍摄的照片模糊且很难准确对焦。二是采用多个相机紧密排列成阵列，布置在模型箱的固定支架上，虽能拍摄比较清楚的照片，但其相机位置仍然固定，其拍摄位置与焦距、曝光时间不能精确调节。从而仍不能精确的反映土工模型在离心力的作用下的受力情况；并且由于土工离心机成像使用的相机价格昂贵，使用多个相机导致其费用高昂，难以推广使用。
发明内容
本发明的目的是提供一种大型土工离心机的成像装置。该装置能正对模型的任意一点进行拍摄，图像的清晰度高，能更好的对模型进行分析；且其成本低、易于实施。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种大型土工离心机的成像装置，其组成是：在离心机的模型箱的外侧固定有相机支架，在相机支架的外侧架上竖向固定有可横向和垂向移动的二维移动装置，相机固定在二维移动装置上、且相机的镜头方向朝向模型箱，二维移动装置及相机均与数据控制与处理装置电连接。
本发明的工作过程和原理是，实验前将需要照相的拍摄点位置和路径预存于数据控制与处理装置中，实验时模型箱的模型随着离心机一起旋转时，固定于模型箱外侧的相机支架及其相机也随着模型箱同步旋转，相机与模型箱里的模型相对静止。当土工离心机的速度达到试验要求的转速时，在数据控制与处理装置的指令控制下，二维移动装置发生横向与垂向的运动，使相机移至规定的拍摄位置对模型箱的模型进行精确的定点自动调焦拍摄，按规定路径完成各个定点位置的拍照后即可提供完整清晰地图像信息供分析模型。
与现有技术相比本发明的有益效果是：
一、在数据控制与处理装置的控制下二维移动装置可将相机精确的移动至模型平面正前方的任意一点位置，精确度可以达到微米级别，因此可对模型的任意一点精确对准的定点拍摄。而现有的相机位置固定的阵列拍摄方式只能对准几个固定点进行拍摄。从而本发明能提供任意点的清晰图像，其拍照的清晰度大大提高，提供的信息更加充分、完整、准确，从而能更好的对模型进行分析，分析结果更精确、完整、可靠。
二、本发明的装置仅用一台相机，较之现有的相机阵列拍照装置，费用昂贵的相机数量大大减少，其成本明显降低，更易于实施。
上述的二维移动装置的具体构成是：
相机固定在相机支座上，相机的镜头套合在相机支座上的光栅座的孔中，相机支座背面的滑块套合在垂向移动底座的垂向导轨上；相机支座背面还固定有丝母座，丝母座内嵌丝母，丝母和垂向丝杠配合，垂向丝杠与电机的轴相连；
垂向移动底座背面的滑块套合在背板的横向导轨上，且垂向移动底座背面还通过滑动丝母与横向丝杠配合，横向丝杠与背板1上的横向电机的轴相连，背板固定在相机支架的外侧架上；
垂向电机和横向电机均与数据控制与处理装置电连接。
其工作过程和具体原理是，数据控制与处理装置控制垂向电机和横向电机的转动。垂向电机带动垂向丝杠的旋转，并进而带动相机支座沿垂向导轨垂向移动，从而带动相机移动至设定的垂向位置。横向电机带动横向丝杠的旋转，并进而带动垂向移动支座沿横向导轨横向移动，从而带动相机移动至设定的横向位置
这种结构的二维移动装置，结构简单且能可靠的实现微米级的高精度垂向与横向的移动及定位。
上述垂向丝杠的上部和下部均还通过轴承和轴承座固定在垂向移动底座上，且垂向丝杠的上部和下部位于垂向移动底座的轴承座外侧的部位上还分别安装有法兰；
上述横向丝杠的左右两侧还分别通过轴承固定在背板的轴承座上，且横向丝杠的左侧和右侧位于背板上的两轴承座外侧的部位上还分别安装有法兰。
通过轴承及轴承座的作用使横向丝杠与垂向丝杠可更加牢固的分别固定在垂向移动底座和背板上，而法兰则可使二者实现径向支撑及轴向定位，保证旋转精度及避免轴向脱位。从而使得整个装置的运行更加可靠，使用寿命长。
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。
附图说明
图1是本发明实施例安装在离心机上的主视结构示意图。
图2是图1去掉相机外架及离心机后的右视放大结构示意图。
图3是图2的A-A剖视图。
图4是图2的B-B剖视图。
图1中标号30的为旋转臂、标号31的为立柱
具体实施方式
实施例
图1-4示出，本发明的一种具体实施方式为，一种大型土工离心机的成像装置，其组成是：在离心机的模型箱26的外侧固定有相机支架27，在相机支架27的外侧架上竖向固定有可横向和垂向移动的二维移动装置，相机18固定在二维移动装置上、且相机18的镜头方向朝向模型箱26，二维移动装置及相机18均与数据控制与处理装置电连接。
本例的二维移动装置的具体构成是：
相机18固定在相机支座17上，相机18的镜头套合在相机支座17上的光栅座19的孔中，相机支座17背面(即相机支座远离相机镜头或离心机的一面)的滑块23套合在垂向移动底座21的垂向导轨7上；相机支座17背面还固定有丝母座25，丝母座25内嵌丝母24，丝母24和垂向丝杠13配合，垂向丝杠13与电机9的轴相连；
垂向移动底座21背面(即垂向移动底座远离相机镜头或离心机的一面)的滑块12套合在背板1的横向导轨2上，且垂向移动底座21背面还通过滑动丝母22与横向丝杠6配合，横向丝杠6与背板1上的横向电机16的轴相连，背板1固定在相机支架27的外侧架上；
垂向电机9和横向电机16均与数据控制与处理装置电连接。
本例的垂向丝杠13的上部和下部均还通过轴承和轴承座8固定在垂向移动底座21上，且垂向丝杠13的上部和下部位于垂向移动底座21的轴承座8外侧的部位上还分别安装有法兰11、20；横向丝杠6的左右两侧还分别通过轴承固定在背板1的轴承座4、14上，且横向丝杠6的左侧和右侧位于背板1上的两轴承座4、14外侧的部位上还分别安装有法兰29。
Claims (3)
1.一种大型土工离心机的成像装置，其组成是：在离心机的模型箱(26)的外侧固定有相机支架(27)，在相机支架(27)的外侧架上竖向固定有可横向和垂向移动的二维移动装置，相机(18)固定在二维移动装置上、且相机(18)的镜头方向朝向模型箱(26)，二维移动装置及相机(18)均与数据控制与处理装置电连接；实验前将需要照相的拍摄点位置和路径预存于数据控制与处理装置中，实验时模型箱的模型随着离心机一起旋转时，固定于模型箱外侧的相机支架及其相机也随着模型箱同步旋转，相机与模型箱里的模型相对静止；当土工离心机的速度达到实验要求的转速时，在数据控制与处理装置的指令控制下，二维移动装置发生横向与垂向的运动，使相机移至规定的拍摄位置对模型箱的模型进行精确的定点自动调焦拍摄，按规定路径完成各个定点位置的拍照后即可提供完整清晰地图像信息供分析模型。
2.根据权利要求1所述的一种大型土工离心机的成像装置，其特征在于：所述的二维移动装置的具体构成是：
相机(18)固定在相机支座(17)上，相机(18)的镜头套合在相机支座(17)上的光栅座(19)的孔中，相机支座(17)背面的滑块(23)套合在垂向移动底座(21)的垂向导轨(7)上；相机支座(17)背面还固定有丝母座(25)，丝母座(25)内嵌丝母(24)，丝母(24)和垂向丝杠(13)配合，垂向丝杠(13)与电机(9)的轴相连；
垂向移动底座(21)背面的滑块(12)套合在背板(1)的横向导轨(2)上，且垂向移动底座(21)背面还通过滑动丝母(22)与横向丝杠(6)配合，横向丝杠(6)与背板(1)上的横向电机(16)的轴相连，背板(1)固定在相机支架(27)的外侧架上；
垂向电机(9)和横向电机(16)均与数据控制与处理装置电连接。
3.根据权利要求2所述的一种大型土工离心机的成像装置，其特征在于：所述垂向丝杠(13)的上部和下部均还通过轴承和轴承座(8)固定在垂向移动底座(21)上，且垂向丝杠(13)的上部和下部位于垂向移动底座(21)的轴承座(8)外侧的部位上还分别安装有法兰(11、20)；
所述横向丝杠(6)的左右两侧还分别通过轴承固定在背板(1)的轴承座(4、14)上，且横向丝杠(6)的左侧和右侧位于背板(1)上的两轴承座(4、14)外侧的部位上还分别安装有法兰(29)。
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