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A method for detection and quantification of meshing characteristics of harmonic drive gears using computer vision

Science China(Technological Sciences) 2016年第9期59卷 1305-1319页

作者： MA DongHui WU JiaNing YAN ShaoZe State Key Laboratory of Tribology Department of Mechanical Engineering Tsinghua University

A lack of accurate description of the meshing characteristics and the corresponding frictional mechanism of the harmonic drive gear has limited progress toward modeling the hysteresis stiffness. This paper presents a method for detection and quantification of the meshing characteristics of the harmonic drive gear based on computer vision. First, an experimental set-up that integrates a high speed camera system with a lighting system is developed, and the image processing is adopted to extract and polish the tooth profiles of the meshed teeth pairs in each acquired video sequence. Next, a physical-mathematical model is established to determine the relative positions of the selected tooth pair in the process of the gear engagement, and the combined standard uncertainty is utilized to evaluate the accuracy of the calculated kinematics parameters. Last, the kinematics analysis of the gear engagement under the ultra-low speed condition is performed with our method and previous method, and the influence of the input rotational speed on the results is examined. The results validate the effectiveness of our method, and indicate that the conventional method is not available in the future friction analysis. It is also shown that the engaging-in phase is approximately a uniform motion process, the engaging-out phase is a variable motion process, and these characteristics remain unchanged with the variation of the input rotational speed. Our method affords the ability to understand the frictional mechanism on the meshed contact surfaces of the harmonic drive gear, and also allows for the dynamic monitoring of the meshing properties.

关键词：计算机视觉检测谐波齿轮传动啮合特性合成标准不确定度高速摄像系统视频图像序列物理数学模型齿轮传动机构

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空间电荷对棒—板间隙放电路径的影响研究

空间电荷对棒—板间隙放电路径的影响研究

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作者：郝丽霞华北电力大学（北京）

学位级别：硕士

绕击是造成超高压、特高压输电线路雷击跳闸的主要原因。一些保护角满足现有规程和设计标准的输电线路也会发生绕击事故。在雷电击中点影响因素的研究中,雷云静电场作用下地面突出物附近电晕放电产生的空间电荷或流注、先导发展中产生... 详细信息

绕击是造成超高压、特高压输电线路雷击跳闸的主要原因。一些保护角满足现有规程和设计标准的输电线路也会发生绕击事故。在雷电击中点影响因素的研究中,雷云静电场作用下地面突出物附近电晕放电产生的空间电荷或流注、先导发展中产生的空间电荷对击中点的影响已有所表现,这一因素可能是导致异常绕击事故的原因之一。本文针对空间电荷对放电路径的影响进行了研究。搭建了棒-板间隙试验平台并采用高速摄像系统对放电路径进行观测。一方面,利用预加直流电压并叠加雷电冲击电压进行直流加雷电冲击试验。模拟静电场形成的空间电荷对放电路径的影响,试验发现所加电压为负极性时,空间电荷对放电路径略有影响,而正极性时不明显。另一方面,通过正极性雷电波和操作波试验,验证放电过程中空间电荷的影响,试验统计结果表明操作波作用下尖头棒上放电点远离针尖的概率大于雷电波;随着正极性冲击波幅值的增大,放电点远离针尖的概率增大。棒电极头部形状影响空间电荷的产生和放电点的位置：当电极由尖头棒变为球头棒时,放电点集中分布于球头的现象明显。试验证明,操作冲击放电过程中棒电极尖端产生的空间电荷严重畸变了尖端周围电场强度,使棒电极放电点远离针尖;空间电荷影响大小受冲击电压极性、波形及幅值的影响。仿真结果也验证了空间电荷的电场屏蔽效应。

关键词：空间电荷棒-板间隙放电路径放电点高速摄像系统

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基于高速摄像的粮食颗粒流动特性测试分析

基于高速摄像的粮食颗粒流动特性测试分析

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作者：白嘎力内蒙古农业大学

学位级别：硕士

首先,本文利用高速摄像技术对垂直管内气固两相流场粮食颗粒流动状态进行可视化分析。本文使用Phantom高速数字摄影机对垂直管道内气固两相流进行图像采集,得到连续的图像信息,使用MATLAB图形图像处理技术,采用阈值分割迭代法进行图像处... 详细信息

首先,本文利用高速摄像技术对垂直管内气固两相流场粮食颗粒流动状态进行可视化分析。本文使用Phantom高速数字摄影机对垂直管道内气固两相流进行图像采集,得到连续的图像信息,使用MATLAB图形图像处理技术,采用阈值分割迭代法进行图像处理,对采集到的图像信息进行图像预处理和滤波,最后进行图像的分割,并对分割后的图像计算其黑白像素比得到投影面积比序列信号,探讨不同颗粒和黑白像素比的关系。其次,采用F308-32AD多通道压力测试系统对垂直管道内粮食颗粒进行总压、静压的测定,对风速和风量进行了计算。其主要目的是为气力输送装置在实际应用中能够提供参考价值的内容。并结合高速摄像系统研究垂直管道内不同管径、不同输送长度,不同种类物料以及颗粒自身的物理特性等因素对管内颗粒流动特性的影响,以及针对输送粮食颗粒的过程中减少粮食颗粒的机械损伤,有效的提高粮食颗粒的利用率问题进行深入研究,通过研究不同因素的影响,得到最佳的临界风速—悬浮速度。为气力输送装置的下限风速的选择和风机容量的确定提供参考依据。提高在粮食流通领域的输送效率以及粮食资源的节省有重要意义。采用上述两种方法分别测定了几种常见粮食颗粒的悬浮速度,分析了各种因素对颗粒悬浮速度的影响,并采用FLUENT软件进行粮食颗粒悬浮状态进行模拟研究,分析结果说明上述方法得到结论较吻合,所以采用非接触式高数摄像法是可行的,有效的降低了使用接触式测量方法对管内物料测量结果带来的弊端。

关键词：高速摄像系统图像处理粮食颗粒悬浮速度

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高速摄像技术在两相流场籽粒运动测量中的应用

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东北农业大学学报 2008年第4期39卷 22-24页

作者：周福君张巍东北农业大学工程学院哈尔滨150030 一拖技术中心研发五部河南洛阳470139

利用高速摄像技术研究多相流场物料籽粒运动规律。文章以振动输送装置中物料籽粒运动测量中的应用为例,采用高速摄像系统连续采集流场的图像,然后进行图像的分析和处理。对物料籽粒的运动轨迹、速度信息进行测量的结果表明,利用高速摄... 详细信息

利用高速摄像技术研究多相流场物料籽粒运动规律。文章以振动输送装置中物料籽粒运动测量中的应用为例,采用高速摄像系统连续采集流场的图像,然后进行图像的分析和处理。对物料籽粒的运动轨迹、速度信息进行测量的结果表明,利用高速摄像可以很好的研究多相流场的物料籽粒运动规律。

关键词：高速摄像系统气-固两相流振动输送装置籽粒运动轨迹

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仿生扑翼飞行器设计研究

仿生扑翼飞行器设计研究

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作者：杨楠涛东南大学

学位级别：硕士

当下科学技术飞速发展,无数的新兴技术催发了无数的新兴领域。其中,微飞行器就是在微机电系统等技术的快速发展下催生的新型产品。并在近几年快速发展,而在现今阶段,大多数的微飞行器所采用的设计是固定翼或者旋翼,虽其设计有着大量成... 详细信息

当下科学技术飞速发展,无数的新兴技术催发了无数的新兴领域。其中,微飞行器就是在微机电系统等技术的快速发展下催生的新型产品。并在近几年快速发展,而在现今阶段,大多数的微飞行器所采用的设计是固定翼或者旋翼,虽其设计有着大量成熟的理论和经验作为支撑,但是固定翼和旋翼的飞行机理就限制了其在尺寸和飞行性能方面的提升。因此本文开展了对蜻蜓的飞行姿态研究,利用仿生学的知识对扑翼微飞行器的传动机构进行设计,并展开对扑翼机翅翼的气动学研究。仿生学作为本论文中主要的研究途径,其主要方法就是对自然界中存在的生物进行系统的观察,并就观察得到的数据进行分析。本文所选的实验对象为蜻蜓,原因在于其异常优秀的飞行能力。为了研究蜻蜓的飞行姿态,本文采用了高速摄像系统,对人为固定着的蜻蜓的扑动过程进行了动态捕捉。在采取了大量的数据之后,利用专业软件进行图像的处理与分析,最终得到了其飞行姿态的详细数据,并利用几何分析和图形化的方法总结出其数学表达式。利用已经明晰的数学表达式,加之机械设计专业的相关知识,本文设计了一个基于齿轮轮系的扑翼机传动系统,该传动系统不仅完成了对蜻蜓飞行时翅膀扑动轨迹的拟合,同时也提供了一个仅利用一个原动件产生四个扑动输出,即对蜻蜓四翅飞行进行拟合的新方案。本文还对扑翼机的核心组件——翅翼进行了分析,同样参照昆虫的翅膀,对翅膀的结构进行了研究,在设计两套不同翅膀结构后,分析两者的优劣。主要研究了不同翅脉结构在运动时的应力状况,以及翅膀的气动学特性及其对扑翼机升力的有关影响。

关键词：微型飞行器仿生学高速摄像系统传动系统设计气动学分析

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基于光流法的气密性检测装置研究

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机电工程 2013年第8期30卷 947-951页

作者：吴春龙潘海鹏夏永明浙江理工大学机械与自动控制学院浙江杭州310018

针对用气泡检测小型压力容器气密性的方法存在工作效率低下以及较多的安全隐患等问题,进行了气泡图像处理法的研究。搭建了气泡图像采集系统。利用Matlab软件结合光流算法处理气泡图像,研究了基于光流理论的Horn-Schunck气泡图像处理算... 详细信息

针对用气泡检测小型压力容器气密性的方法存在工作效率低下以及较多的安全隐患等问题,进行了气泡图像处理法的研究。搭建了气泡图像采集系统。利用Matlab软件结合光流算法处理气泡图像,研究了基于光流理论的Horn-Schunck气泡图像处理算法。对气泡图像进行了定制阈值的图像区域分割,获得了层次分明的气泡图像;基于此方法设计了一套半自动化的气密性检测系统。利用此系统自动得到了气泡的数量和大小并以此计算泄漏量以及泄漏的部位。实验结果表明:此系统可准确检测的最小气泡直径为4 mm,气泡检测最适合的直径在8 mm左右,如气泡直径继续增大,气泡表面不规则程度加深,检测精确度变低,因此,该系统在一定的条件下能准确计算气泡数量及大小,实现了对泄漏气体的检测。

关键词：光流法气密性检测机器视觉高速摄像系统

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高压GMAW焊接试验台架设计

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北京石油化工学院学报 2010年第2期18卷 23-26页

作者：郭遵广薛龙吕涛徐立力北京化工大学机电工程学院北京100029 北京石油化工学院光机电装备技术北京市重点实验室北京102617

目前对水下干式高压焊接的研究多在高压舱中的实验台架上进行,为了开展对水下干式高压GMAW焊接技术的研究,需要设计试验台架。笔者搭建了干式高压GMAW焊接试验平台,该平台包括焊枪、焊接设备、变位机构、三维移动平台、高速摄影系统。... 详细信息

目前对水下干式高压焊接的研究多在高压舱中的实验台架上进行,为了开展对水下干式高压GMAW焊接技术的研究,需要设计试验台架。笔者搭建了干式高压GMAW焊接试验平台,该平台包括焊枪、焊接设备、变位机构、三维移动平台、高速摄影系统。介绍了该试验平台的设计目的和设计原理,此试验平台可在高压舱内实现GMAW焊接试验及数据采集,为GMAW干式焊接研究提供试验基础。

关键词：试验台架高速摄像系统高压焊接 GMAW

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热轧带钢面扫描摄像机检测系统

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柳钢科技 2013年第2期 6-6页

比较有代表性的热轧带钢表面质量在线检测系统是线扫描和面扫描摄像机检测系统。Parsytec公司的带钢表面质量在线检测装置采用CCD高速摄像系统,其主要设备包括上、下表面检测单元,图像数据转换单元,图像数据处理单元,图像数据记录单元,... 详细信息

比较有代表性的热轧带钢表面质量在线检测系统是线扫描和面扫描摄像机检测系统。Parsytec公司的带钢表面质量在线检测装置采用CCD高速摄像系统,其主要设备包括上、下表面检测单元,图像数据转换单元,图像数据处理单元,图像数据记录单元,网络设备,配电系统,操作终端,系统调整终端,打印设备及开发维护设备,辅助设备等。

关键词：在线检测系统热轧带钢摄像机面扫描带钢表面质量高速摄像系统在线检测装置检测单元

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高速摄像在起落架载荷测试中的应用

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光电技术应用 2011年第3期26卷 82-84页

作者：左益宏何红丽冯巧宁田伟峰中国飞行试验研究院陕西西安710089

根据起落架载荷分析对轨迹测量的需求,综合利用光电经纬仪(EOMS)、GPS(global position system)、全站仪(TPS110)等,设计了一套安全、可靠的测试及监控方案.从摄影测量和投影几何的角度出发,提出了一种基于序列影像的飞行器高精度轨迹... 详细信息

根据起落架载荷分析对轨迹测量的需求,综合利用光电经纬仪(EOMS)、GPS(global position system)、全站仪(TPS110)等,设计了一套安全、可靠的测试及监控方案.从摄影测量和投影几何的角度出发,提出了一种基于序列影像的飞行器高精度轨迹求取方法、相机的标定方法和精度检测的方法,经过分析证明了该方法测量精度优于6cm,所设计系统已经应用于飞行试验过程中,获得了很好的应用效果。

关键词：起落架载荷高速摄像系统飞行试验

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短跑支撑阶段重心水平速度的运动生物力学分析

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山东体育科技 2007年第2期29卷 28-30页

作者：黄达武台州学院体育科学学院浙江临海317000

对10名一级左右男子短跑运动员途中跑支撑阶段重心水平速度进行运动生物力学分析,结果显示:(1)支撑阶段支撑腿膝关节最小角出现在垂直支撑以后;重心水平速度在着地后逐渐下降,在垂直阶段之前达到最小,而后逐渐增大;(2)髋关节的运动学指... 详细信息

对10名一级左右男子短跑运动员途中跑支撑阶段重心水平速度进行运动生物力学分析,结果显示:(1)支撑阶段支撑腿膝关节最小角出现在垂直支撑以后;重心水平速度在着地后逐渐下降,在垂直阶段之前达到最小,而后逐渐增大;(2)髋关节的运动学指标在很大程度上反映运动员的短跑水平,髋关节的力量与柔韧性很大程度上决定运动员的竞技能力;(3)支撑腿支撑阶段踝关节的运动学参数应成为评定运动员短跑技术好坏的一项重要指标,过分追求小腿的回摆速度是不对的。

关键词：短跑支撑阶段运动生物力学高速摄像系统

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