[發明專利]一種大型結構的三維動態在線測量裝置及其測量方法

有效

• 申請號: 201710257168.4
• 申請日: 2017-04-19
• 公開（公告）號: CN107091610B
• 公開（公告）日: 2019-05-07
• 發明（設計）人: 馮雪;索濤;張超;方旭飛;屈哲;蘇紅宏;黃浦
• 申請（專利權）人: 清華大學;西北工業大學
• 主分類號: G01B11/02
• 分類號: G01B11/02;G01B11/16;B64F5/60
• 代理公司: 北京萬象新悅知識產權代理有限公司 11360
• 代理人: 王巖

本發明公開了一種大型結構的三維動態在線測量裝置及其測量方法。本發明采用多組攝像機組，每組攝像機組包括兩個拍攝角度不同的攝像機，能夠測量大型復雜結構的三維全場變形情況，能實時觀察全場的變形情況，并能在試驗結束后分析攝像機每一幀的變形場；通過對攝像機組公共成像區域的進行擬合拼接的方法，將每組攝像機的結果統一到一個坐標系中，可以根據需要增加攝像機組的數量，可測量各種大型的結構，能測量出結構全場的三維坐標與變形場；通過邊緣檢測、特征點提取與極線擬合的方式來測量曲面結構表面的縫隙距離，可實現對視場所有縫隙距離的同時測量；在測量過程中不需對結構進行改動，無需接觸結構，變形場與縫隙距離能同時進行。

技術領域

本發明涉及大型結構動態在線測量技術，具體涉及一種大型結構的三維動態在線測量裝置及其測量方法。

背景技術

飛機的飛行高度一般較高，民航客機的飛行高度一般在10000米左右的平流層，而對于戰斗機其飛行高度能達到兩萬米甚至更高。當飛機處在一萬米高空時，其外部大氣壓強約為26.4KPa，而對于民航客機，其在巡航階段時為保證里面乘客的舒適性及出于飛機結構設計的考慮，其機艙內部的氣壓約為80KPa。由此可見飛機在飛行過程中飛機內外存在著較大的氣壓差，這對飛機機身結構、飛機開口部件及機艙密封部件如艙門會產生較大的影響。在1953年到1954年間，投入運營的9架彗星號客機，其飛機增壓倉內方形舷窗處的蒙皮，在反復的增壓和減壓沖擊下，產生變形、裂紋，最終導致金屬疲勞斷裂，就有3架墜毀。飛機在高空中，斷裂使得飛機座艙內外的壓差如同壓縮空氣一樣爆炸，使得飛機頃刻解體。

民航客機通過氣密艙來為旅客提供良好舒適而安全的乘機環境，《飛機設計手冊》中提到飛機結構必須有足夠的強度來承受飛行載荷和壓差載荷的作用。并且在飛機設計手冊中提到，對于飛機上的開口結構應考慮其在機身機構發生形變時對開口處的結構強度的影響。而在我國的運輸類飛機的適航標準中，對飛機的結構強度及變形也有明確的要求，對飛機在復合載荷作用下產生的變形做出了一系列規定。因此測量飛機在載荷作用下的變形是飛機設計中的一項重要測試實驗，飛機在地面進行強度試驗時一般采用應變片及激光位移傳感器的手段來測量飛機機身的變形。傳統的試驗方法所得到的試驗數據是基于所測點的結果或是基于靜態下的試驗結果，不能很好的放映整體的變形情況。而在民航客機的設計中不可避免在氣密艙上存在著各種各樣的開口，由于壓差載荷的反復作用及氣動載荷作用下會產生變形，以及部件間連接處的縫隙也會發生變化。尤其像艙門這種大開口設計在飛機飛行過程中很容易由于氣壓差及其它載荷而發生變形，并且其與機身結合處的縫隙也會發生變化，有可能對飛機的結構強度及氣動布局產生影響。由此可見在飛機設計中對飛機機身的變形及飛機表面縫隙的測量具有重要的意義。因此如何得到飛機表面變形的變形場及飛機結構縫隙的整體變化情況對飛機的設計及飛機的檢修具有重要作用。而如果能實時顯示結構的變形情況會更加有利于在試驗監控隨加載條件變化的變化情況，能根據試驗結果來改變試驗加載條件。

發明內容

針對現有技術中存在的問題，本發明提出了一種大型結構的三維動態在線測量裝置及其測量方法；本發明實現對大型結構的三維位移場及應變場的動態測量，并且能夠根據實際情況適應各種大型復雜結構的測量。

本發明的一個目的在于提出一種大型結構的三維動態在線測量裝置。