在电器动作过程中,触头间隙会产生电弧。电弧的高温和电弧力的作用使触头材料发生汽化蒸发和液体喷溅,最终导致触头侵蚀或熔焊,严重影响电器的寿命和可靠性。由于电弧弧根处电流密度大,温度高,若电弧在整个燃弧期间在某一处燃烧,即使在很短的燃弧时间内,也将造成重大危害,因而有必要对弧根的运动规律进行研究。目前对于弧根的可视化研究大多数采用二维测试手段。由于电弧燃烧过程受动作机构、负载条件或外加磁场的影响,在各方向上均存在着不均匀性和不确定性,因此开展电器动作机构运动过程和电弧燃烧过程三维同步测试以及弧根运动特性研究,有助于了解电器动作机构和外部条件对弧根运动特性的影响,为电器产品优化设计提供依据,对于提高电器产品的寿命和可靠性具有重要的理论及实际意义。本文结合光学测量技术,建立了基于虚拟立体视觉原理的电器触头与弧根运动特性的三维同步测试系统。该系统由平面镜成像系统、照明系统、固定装置、图像采集系统四个部分组成。利用张正友标定法获得以高速摄像机为基础的图像采集系统的内外部参数,并通过对尺寸已知的物体进行测试与三维重建,验证该测试系统的准确性。利用三维同步测试系统对触头运动过程和电弧燃烧过程进行同步测试,采集接触器分断过程中的触头和电弧图像,利用图像处理技术进行预处理、高斯滤波、边缘检测和弧根提取,根据立体视觉原理进行三维重建,得到触头和弧根三维运动曲线。在此基础上利用MATLAB软件建立触头立体模型及其运动过程,并在触头表面上画出弧根运动轨迹,形成动图,直观地显示触头和弧根的三维运动情况。利用三维同步测试系统对不同反力弹簧、不同负载条件和外部磁场下接触器的分断电弧分别进行了测试,分析了燃弧阶段触头的分断速度、负载条件和磁场对弧根运动和燃弧时间的影响。研究结果表明,增大燃弧阶段触头分断速度有助于促进弧根的运动,减小燃弧时间;在相同功率的阻性负载条件下,随着电压的增大,熄灭电弧需要更大的触头开距;感性负载下弧根不易运动,燃弧时间较阻性负载大大增加;受外部磁场的作用,弧根不再随机运动,而是沿受力方向快速运动离开触头表面,大大缩短燃弧时间,减轻电弧对触头的侵蚀。