CN114397079B - 一种智能化多功能碰撞恢复系数测量装置 - Google Patents

Abstract

一种智能化多功能碰撞恢复系数测量装置，属于物理性能测试仪器；包括平面镜、推拉电磁铁、底座、高速摄像机、背板、滑槽、碰撞滑道、夹持滑槽、坐标板、压力传感器、冲量传感器、待测材料固定槽、计算机；测试时通过角度、高度、物料释放位置可调的碰撞滑道控制物料碰撞，实现使用一套装置完成物料间及物料与其他材料间碰撞恢复系数的测量，通过高速摄像机、冲量传感器、压力传感器采集数据经搭载英伟达显卡的计算机采用智能化算法自动处理后同时获得牛顿恢复系数和Poisson恢复系数。

Description

一种智能化多功能碰撞恢复系数测量装置

所属技术领域

本发明涉及一种智能化多功能碰撞恢复系数测量装置，属于物理性能测试仪器。

背景技术

物料碰撞广泛存在于农业工程领域，对碰撞过程的准确描述可以极大的提高农业机械设计的合理性，碰撞恢复系数是表征碰撞体碰撞前后能量损失的物理量，对其准确的测量可以为农业机械设计过程中的理论分析与数值模拟提供依据，碰撞恢复系数分为3种，即牛顿恢复系数、Poisson恢复系数、能量恢复系数，现有碰撞恢复系数测量装置普遍存在功能单一、只能测量牛顿恢复系数、智能化程度低、数据需人工处理耗时耗力等问题。

发明内容

本发明创造的目的是提供一种智能化多功能碰撞恢复系数测量装置，通过角度、高度、物料释放位置可调的碰撞滑道控制物料碰撞，实现使用一套装置完成物料间及物料与其他材料间碰撞恢复系数的测量，通过高速摄像机、冲量传感器、压力传感器采集数据经搭载英伟达显卡的计算机采用智能化算法自动处理后同时获得牛顿恢复系数和Poisson恢复系数。

本发明创造的目的可通过如下方案来实现：一种智能化多功能碰撞恢复系数测量装置，包括平面镜、推拉电磁铁、底座、高速摄像机、背板、滑槽、碰撞滑道、夹持滑槽、坐标板、压力传感器、冲量传感器、待测材料固定槽、计算机，其中底座与背板成90°角固定安装，平面镜与背板成45°角固定安装，坐标板固装在背板上。背板上开有2条长条形滑槽，2条碰撞滑道分别通过螺栓和滑槽与背板固定，固定前通过改变螺栓在滑槽中的位置和碰撞滑道与水平面的角度实现对碰撞滑道高度和角度的调整。碰撞滑道上开有长条形夹持滑槽，推拉电磁铁通过螺栓和夹持滑槽固定在碰撞滑道上，固定前可通过改变螺栓在夹持滑槽中的位置调整推拉电磁铁前端与碰撞滑道底部间的距离。底座上开有长方形待测材料固定槽，待测材料固定槽底部安装有压力传感器与冲量传感器，高速摄像机架设于背板正前方，压力传感器、冲量传感器、高速摄像机通过数据线与计算机链接。

本发明创造的有益效果是：仅使用一套设备在碰撞角度、碰撞速度可调的前提下完成对两物料间及物料与其他材料间碰撞恢复系数的测量，通过安装于搭载英伟达显卡的计算机上的智能化处理算法，对装置采集到的数据进行处理，操作简单、测量准确、智能化程度高、省时省力、可同时获得牛顿恢复系数和Poisson恢复系数。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图。

图2是本发明的技术流程图。

图中件号说明：图中1平面镜，2推拉电磁铁，3底座，4高速摄像机，5背板，6滑槽，7碰撞滑道，8夹持滑槽，9坐标板，10压力传感器，11冲量传感器，12待测材料固定槽，13计算机。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本发明创造进一步说明。一种智能化多功能碰撞恢复系数测量装置，包括平面镜1、推拉电磁铁2、底座3、高速摄像机4、背板5、滑槽6、碰撞滑道7、夹持滑槽8、坐标板9、压力传感器10、冲量传感器11、待测材料固定槽12、计算机13其特征在于底座3与背板5成90°角固定安装，平面镜1与背板5成45°角固定安装，坐标板9固装在背板5上。背板5上开有2条长条形滑槽6，2条碰撞滑道7分别通过螺栓和滑槽6与背板5固定，固定前通过改变螺栓在滑槽6中的位置和碰撞滑道7与水平面的角度实现对碰撞滑道7高度和角度的调整。碰撞滑道7上开有长条形夹持滑槽8，推拉电磁铁2通过螺栓和夹持滑槽8固定在碰撞滑道7上，固定前可通过改变螺栓在夹持滑槽8中的位置调整推拉电磁铁2前端与碰撞滑道7底部间的距离。底座3上开有长方形待测材料固定槽12，待测材料固定槽12底部安装有压力传感器10与冲量传感器11，高速摄像机4架设于背板5正前方，压力传感器10、冲量传感器11、高速摄像机4通过数据线与计算机13链接。

在测量物料间碰撞恢复系数时，调整固定推拉电磁铁2的螺栓在夹持滑槽8中的位置，使推拉电磁铁2顶端横杆与碰撞滑道7间的距离略小于待测物料直径，将2个待测物料分别放置在推拉电磁铁2顶端横杆与碰撞滑道7之间，通过改变物料在碰撞滑道7上的位置调整物料在碰撞滑道7上的滑行时间，进而改变碰撞时物料的速度，物料位置确定后利用推拉电磁铁2自身弹力将物料夹持，松开固定碰撞滑道7的螺栓，镜像调整2个碰撞滑道7与水平面的角度，改变物料碰撞时的碰撞角度，调整完毕后，开启高速摄像机4和压力传感器10，通过外部电源(图中未画出)控制2个推拉电磁铁2同时收起，将夹在推拉电磁铁2与碰撞滑道7之间的物料释放，利用高速摄像机4记录正面碰撞过程和平面镜1中的碰撞过程，当物料碰撞后落到底座3上，通过安装在底座3上的压力传感器10获取物料的质量，将高速摄像机4与压力传感器10获取的数据导入计算机13中，依靠智能化处理算法自动处理数据，处理步骤为：1).分析视频图像帧，2).识别定位图像中的待测物料，3).计算物料图像几何中心，4).定位物料中心空间坐标，5).记录转换后坐标值及当前时刻，6).判断两物料是否发生碰撞(若未碰撞则回到第一步分析下一帧，若发生碰撞则进行下一步)，7).记录当前图像帧时间，8).基于时间序列计算物料碰撞速度和角度，9).判断两物料是否弹开(若未弹开则继续跟踪下一帧重复此步骤，若弹开则进行下一步)，10).计算物料弹开时像素帧时间，11).识别两物料并定位两几何中心坐标，12).基于时间序列计算两物料弹开时的速度和角度，13).等待物料掉落到底座上并静止，14).记录压力传感器数值，15).计算两物料间的牛顿恢复系数和Poisson恢复系数，16).显示输出数据并更新保存数据文件。

在测量物料与其他材料间碰撞恢复系数时，在待测材料固定槽12内铺设一层待测被碰撞材料，拆除一侧的碰撞滑道7，调整剩余一侧碰撞滑道7上固定推拉电磁铁2的螺栓在夹持滑槽8中的位置，使推拉电磁铁2顶端横杆与碰撞滑道7间的距离略小于待测物料直径，将待测物料放置在推拉电磁铁2顶端横杆与碰撞滑道7之间，通过改变物料在碰撞滑道7上的位置调整物料在碰撞滑道7上的滑行时间，进而改变碰撞时物料的速度，物料位置确定后利用推拉电磁铁2自身弹力将物料夹持，松开固定碰撞滑道7的螺栓调整碰撞滑道7与水平面的角度，改变物料碰撞时的碰撞角度，调整完毕后，开启高速摄像机4、压力传感器10、冲量传感器11，通过外部电源(图中未画出)控制推拉电磁铁2收起，将夹在推拉电磁铁2与碰撞滑道7之间的物料释放并与被碰撞材料发生碰撞，利用高速摄像机4机记录正面碰撞过程和平面镜1中的碰撞过程，当物料与被碰撞材料发生碰撞时，通过安装在底座3上的压力传感器10和冲量传感器11获取物料质量及碰撞前后的冲量，将高速摄像机4、压力传感器10与冲量传感器11获取的数据导入计算机13中，依靠智能化处理算法自动处理数据，处理步骤为：1).分析视频图像帧，2).识别定位图像中的待测物料，3).计算物料图像几何中心，4).定位物料中心空间坐标，5).记录转换后坐标值及当前时刻，6).判断物料是否触底(若未触底则回到第一步分析下一帧，若已触底则进行下一步)，7).记录当前图像帧时间，8).计算物料入射角，9).判断两物料是否弹起(若未弹起则继续跟踪下一帧并重复此步骤，若弹起则进行下一步)，10).计算物料弹起时像素帧时间，11).记下冲量传感器返回的最大值，12).计算物料弹起时像素帧时间，13)识别物料并定位几何中心坐标，14).基于时间序列计算两物料弹起时的速度，15).等待物料静止，16).记录压力传感器数值，17).计算两物料间的牛顿恢复系数和Poisson恢复系数，18).显示输出数据并更新保存数据文件。

本发明设计的一种智能化多功能碰撞恢复系数测量装置具有操作简单、智能化程度高、功能齐全等特点。

Claims (1)

1.一种智能化多功能碰撞恢复系数测量装置，包括平面镜(1)、推拉电磁铁(2)、底座(3)、高速摄像机(4)、背板(5)、滑槽(6)、碰撞滑道(7)、夹持滑槽(8)、坐标板(9)、压力传感器(10)、冲量传感器(11)、待测材料固定槽(12)、计算机(13)，其特征在于底座(3)与背板(5)成90°角固定安装，平面镜(1)与背板(5)成45°角固定安装，坐标板(9)固装在背板(5)上，背板(5)上开有2条长条形滑槽(6)，2条碰撞滑道(7)分别通过螺栓和滑槽(6)与背板(5)固定，固定前通过改变螺栓在滑槽(6)中的位置和碰撞滑道(7)与水平面的角度实现对碰撞滑道(7)高度和角度的调整，碰撞滑道(7)上开有长条形夹持滑槽(8)，推拉电磁铁(2)通过螺栓和夹持滑槽(8)固定在碰撞滑道(7)上，固定前可通过改变螺栓在夹持滑槽(8)中的位置调整推拉电磁铁(2)前端与碰撞滑道(7)底部间的距离，底座(3)上开有长方形待测材料固定槽(12)，待测材料固定槽(12)底部安装有压力传感器(10)与冲量传感器(11)，高速摄像机(4)架设于背板(5)正前方，压力传感器(10)、冲量传感器(11)、高速摄像机(4)通过数据线与计算机(13)链接。

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