基于视频图像处理技术测量滑动摩擦系数

发布时间：2021-11-06 00:56

　　针对目前滑动摩擦系数测量方法的不足,采用双弹簧振子系统,并基于视频图像处理技术,通过实验测量和数值计算相结合的方法测量了滑块与接触表面之间的滑动摩擦系数.该方法采用数码摄像机进行数据采集,测量工作量少,简便易行且成本低;借助基本的图像处理技术计算振动参量,算法简单,易于实现. 

【文章来源】：物理实验. 2020,40(06)

【文章页数】：4 页

【部分图文】：

水平双弹簧振子示意图

滑块采用了圆柱形的不锈钢钩码，经精密磨制，质量为50.0g，其底面半径r=12.50mm，高度h=14.00mm，并用游标卡尺进行了验证，因此可将底面半径值和高度值作为标准值用于像素大小的标定．将滑块置于松木板上，滑块两端连接相同的弹簧，弹簧质量均为30.0g，劲度系数均为25.0N/m．为方便以后提取滑块目标图像，预先将滑块外表面涂黑，但滑块与松木板的接触底面不涂黑，滑块往返振动，就构成了阻尼双弹簧振子系统，该振动系统的有效质量由式（3）计算为70.0g．开始时，滑块静止在平衡位置，采用数码摄像机拍摄一段振子的视频，通常6s左右即可，不必拍摄两弹簧两端的固定点位置．视频的帧率为24帧/s，每帧图像大小为640pixel×480pixel．在相同的拍摄条件下，将滑块向右平移一段位移后，再次开始拍摄，然后将滑块放开，滑块往返振动直至静止，即可停止拍摄．将2段视频编号，视频1对应滑块静止在平衡位置的情形，视频2对应滑块作阻尼振动情形，再将2段视频分别读入计算机，获取视频的每帧图像，对每帧图像进行预处理．预处理主要包括：灰度化、二值化和去噪声[14]等操作．图2是视频2中第31帧弹簧振子的图像，由于所使用的数码摄像机电子快门的时间在110 000～150s之间，拍摄时电子快门设置为自动电子快门方式，因此滑块突出清晰，不会产生拖尾现象．图3是对图2灰度化、二值化和去噪声后的结果，可见滑块目标已经完全分割出来了．其中去噪声主要采取了形态学的开运算，使得滑块的外轮廓线变得光滑，这在进一步计算滑块的几何特征参量时可以提高精度．图3 预处理后的滑块图片

预处理后的滑块图片

【参考文献】：
期刊论文
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[3]含非线性摩擦系数的单自由度颤振系统全局动力学行为数值研究[J]. 唐进元,熊兴波,陈思雨.  计算力学学报. 2011(03)
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[8]高速切削时摩擦系数对切削影响的数值模拟[J]. 姚永琪,郭乙木,朱凌,汪小芳.  工程设计学报. 2004(01)
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[10]用于摩擦系数测量的二维力传感器[J]. 史炎.  内燃机车. 2002(02)

硕士论文
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本文编号：3478844