[發(fā)明專利]一種熱真空高低溫環(huán)境下結(jié)構(gòu)微變形測量方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611074395.5
• 申請日: 2016-11-29
• 公開（公告）號: CN106767478B
• 公開（公告）日: 2018-03-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊鳳龍;朱續(xù)勝;回天力;劉戰(zhàn)捷;黎昱
• 申請（專利權(quán)）人: 北京衛(wèi)星制造廠
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16
• 代理公司: 中國航天科技專利中心11009
• 代理人: 陳鵬

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種結(jié)構(gòu)微變形測量方法。

背景技術(shù)

真空高低溫環(huán)境下結(jié)構(gòu)微變形測量方法，主要解決高穩(wěn)定性結(jié)構(gòu)在真空高低溫環(huán)境下三維場的微小變形原位高精度實(shí)時(shí)測量問題。

目前真空高低溫環(huán)境下結(jié)構(gòu)微變形測量的方法，主要包括相隔光學(xué)玻璃的外部測量方法和原位環(huán)境下的攝影測量方法。由于高精度測量儀器主要由精密器件組成，一般在恒溫恒濕的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境或者常溫常壓環(huán)境下開展測量工作。因此，將測量儀器放置在真空設(shè)備外部，通過光學(xué)觀察窗對內(nèi)部結(jié)構(gòu)件的變形情況進(jìn)行局部測量。該類測量方法由于不是原位測量，存在空間尺寸遮擋等諸多空間物理約束，限制性較強(qiáng)，與本發(fā)明方法不具有可比性，在此不予深入討論。還有一種做法是將攝影測量CCD相機(jī)進(jìn)行溫度和壓力的保護(hù)后，直接放置于真空罐內(nèi)部，對結(jié)構(gòu)件的變形情況進(jìn)行原位測量。

當(dāng)前公開的技術(shù)文獻(xiàn)和資料顯示，原位測量主要采用攝影測量在常壓高低溫環(huán)境下開展，但是該方法主要存在如下問題：

(1)精度等級滿足不了微米級的微小變形測量需求。當(dāng)前攝影測量儀器標(biāo)定精度為微米級，按照測量1/3原則，測量目標(biāo)產(chǎn)品精度只能達(dá)到0.01mm量級，無法滿足產(chǎn)品微米級測量需求。

(2)無法進(jìn)行連續(xù)區(qū)域三維位移變形場測量。由于攝影測量是對多靶標(biāo)點(diǎn)位測量后進(jìn)行空間點(diǎn)位擬合計(jì)算，但是無法做到連續(xù)區(qū)域測量，無法得出相鄰子區(qū)域的變形趨勢。

(3)CCD相機(jī)需要移動，需額外增配多種附件，系統(tǒng)復(fù)雜。多相機(jī)視野重疊后被測視場區(qū)域較小，單相機(jī)主要采取電機(jī)移動等方式解決景深問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種熱真空高低溫環(huán)境下結(jié)構(gòu)微變形測量方法，解決精密儀器防護(hù)和三維場測量問題，對數(shù)字散斑圖像相關(guān)測量數(shù)據(jù)進(jìn)行有效融合，避免由于低氣壓和高低溫交變導(dǎo)致的測量數(shù)據(jù)失真問題。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：一種熱真空高低溫環(huán)境下結(jié)構(gòu)微變形測量方法，包括步驟如下：

步驟一、安裝測量系統(tǒng)，所述測量系統(tǒng)包括支撐裝置、相機(jī)保護(hù)單元、標(biāo)示點(diǎn)、測溫點(diǎn)、散斑攝像頭、數(shù)據(jù)儲存設(shè)備、真空泵、控制柜、液氮源、定制燈陣；將支撐裝置、相機(jī)保護(hù)單元、標(biāo)示點(diǎn)、測溫點(diǎn)、散斑攝像頭安裝在真空罐內(nèi)，將被測試結(jié)構(gòu)、相機(jī)保護(hù)單元分別安裝在支撐裝置兩側(cè)，調(diào)整被測試結(jié)構(gòu)使得被測試結(jié)構(gòu)的法向矢量與相機(jī)保護(hù)單元的中心線重合；將散斑攝像頭安裝在真空罐頂部，位于支撐裝置中部上方；在被測試結(jié)構(gòu)表面及其他指定區(qū)域粘貼測溫點(diǎn)，在被測試結(jié)構(gòu)表面噴涂標(biāo)示點(diǎn)；將真空泵、液氮源分別與真空罐相連，將控制柜分別與真空泵、液氮源相連控制真空泵、液氮源的運(yùn)行；將數(shù)據(jù)儲存設(shè)備與相機(jī)保護(hù)單元連接；

步驟二、對真空罐進(jìn)行抽真空，真空罐內(nèi)氣壓達(dá)到設(shè)定氣壓后，在常溫下，分別利用相機(jī)保護(hù)單元和散斑攝像頭對被測試結(jié)構(gòu)的初始狀態(tài)進(jìn)行測量并保存數(shù)據(jù)，測量參數(shù)及內(nèi)容包括初始狀態(tài)下被測試結(jié)構(gòu)的正反表面溫度、正面型面精度及外形；

步驟三、控制真空罐內(nèi)溫度達(dá)到目標(biāo)溫度t₁，利用散斑攝像頭對標(biāo)示點(diǎn)中的散斑點(diǎn)云圖像進(jìn)行捕獲，變換相機(jī)保護(hù)單位的姿態(tài)并利用相機(jī)保護(hù)單元獲取不同角度下的標(biāo)示點(diǎn)中的靶標(biāo)圖像；控制真空罐內(nèi)溫度載荷變化至下一個(gè)設(shè)定的目標(biāo)溫度t₂，重復(fù)步驟三直至完成最后目標(biāo)溫度t_n下的測量并儲存數(shù)據(jù)；n為正整數(shù)；

步驟四、對獲得的包括常溫在內(nèi)的n+1個(gè)不同溫度載荷下的標(biāo)示點(diǎn)的散斑圖像進(jìn)行灰度對比處理，剔除不滿足灰度要求的圖像；對上述n+1個(gè)不同溫度載荷中的任意兩個(gè)溫度載荷狀態(tài)下同一角度位置的標(biāo)示點(diǎn)散斑圖像中的選定子區(qū)域進(jìn)行相關(guān)性計(jì)算，獲得相關(guān)系數(shù)S(T)；如果相關(guān)系數(shù)S(T)≥0.8且其他相關(guān)系數(shù)低于當(dāng)前S(T)值30％以上，進(jìn)入步驟五；

步驟五、分別對步驟四中滿足相關(guān)性要求的兩個(gè)溫度載荷狀態(tài)下同一角度位置的標(biāo)示點(diǎn)散斑圖像中選定子區(qū)域中所有標(biāo)示點(diǎn)散斑進(jìn)行去剛體位移計(jì)算，得到在兩個(gè)溫度載荷狀態(tài)下同一角度位置的標(biāo)示點(diǎn)散斑圖像選定子區(qū)域內(nèi)散斑點(diǎn)的三維空間位移數(shù)據(jù)；

步驟六、將兩個(gè)溫度載荷狀態(tài)下同一角度位置的標(biāo)示點(diǎn)散斑圖像區(qū)域內(nèi)散斑點(diǎn)的三維空間位移數(shù)據(jù)作差，獲得兩個(gè)溫度載荷狀態(tài)之間的相對變形量；

步驟七、將步驟六中獲得的相對變形量與被測試結(jié)構(gòu)溫度載荷條件下理論仿真分析結(jié)果進(jìn)行對比：如果相對變形量與理論分析結(jié)果相差在一個(gè)數(shù)量級之內(nèi)，則將試驗(yàn)測試獲得的相對變形量數(shù)據(jù)作為結(jié)構(gòu)微變形測量值。