[發(fā)明專利]一種高速攝影測量三維位移的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810734074.6
• 申請日: 2018-07-06
• 公開（公告）號: CN109099845B
• 公開（公告）日: 2020-07-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 胡豪;劉國祥;孫福強;黃懷英;劉慶彬;劉征;熊俊濤;劉群根;朱利媛;林海彬;岳寶成;萬建平
• 申請（專利權(quán)）人: 江西洪都航空工業(yè)集團有限責(zé)任公司
• 主分類號: G01B11/02
• 分類號: G01B11/02
• 代理公司: 南昌新天下專利商標代理有限公司 36115
• 代理人: 施秀瑾

本發(fā)明公開了一種高速攝影測量三維位移的方法，該方法用一個拉線位移傳感器測量桿件一端的豎直方向位移，一臺高速攝影機捕獲桿件另一端的一個標記點，然后運用了拉線位移傳感器和高速攝影在測量桿件時的耦合關(guān)系，列出兩種設(shè)備測量出的物理量之間的耦合方程，求解中將方程的兩邊多次平方相加，消去桿件三維運動中的天頂角和方位角，將求解耦合方程轉(zhuǎn)化為求解只含未知量λ(t)的一個一元二次方程，最后利用世界坐標系和高速攝影機坐標系之間的關(guān)系，將高速攝影機坐標下的三維位移轉(zhuǎn)化為世界坐標系下的三維位移，實現(xiàn)了桿件自由端的三維位移測量；本發(fā)明的優(yōu)點是：簡化了數(shù)據(jù)處理，設(shè)備安裝簡單，測量過程中設(shè)備不受沖擊影響，保護了設(shè)備的安全。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及三維位移測量技術(shù)，具體涉及一種高速攝影測量三維位移的方法。

背景技術(shù)

三維測量技術(shù)廣泛用于工業(yè)生產(chǎn)，機械加工制造，跟蹤定位等各個領(lǐng)域，是一項十分重要的技術(shù)。中國專利ZL 201310675316.6公開了一種可測豎直位移的三維光柵位移測量系統(tǒng)，其局限在于光柵在一般情況下安裝不便。中國專利ZL 201510024111.0公開了拉線式位移傳感器測量三維相對位移方法，該方法將三個位置已知的拉線位移傳感器的拉線拉伸到同一個測量點，再利用確定的拉線長度確定物體的空間位置。但是，該方法在動態(tài)測量中會因為拉線沒有沿著拉線傳感器的出口平行的方向拉伸和收縮而導(dǎo)致較大的摩擦同時帶來較大的時間延時以及傳感器較大的磨損。此外，還有激光位移傳感器可以測量位移，但是激光位移傳感器價格昂貴，安裝困難。

落震試驗中某桿件呈現(xiàn)出明顯的三維運動，其中一端沿直線運動，另外一端是自由端。由于運動過程十分劇烈并且伴有劇烈撞擊，因此現(xiàn)有的測量設(shè)備不能滿足要求。一臺高速攝影機，可以通過多個輔助測量點測量三維位移，但是會造成較大的景深誤差。如果被測量的構(gòu)件比較小且無法安裝多個輔助測量點，那么一臺高速攝影機是無法測量三維位移的。而測量該桿件端點的三維位移對結(jié)構(gòu)設(shè)計和優(yōu)化有著十分重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述問題，本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有落震試驗中三維測量的不足，提供一種同時利用一個拉線位移傳感器測量一個方向的位移和一臺高速攝影只捕獲一個標記點，來測量三維位移的方法。在不增加設(shè)備成本的情況下，該方法可以有效測量三維位移。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為，一種高速攝影測量三維位移的方法，該方法是通過以下步驟實現(xiàn)的：

1)在桿件的自由端處設(shè)置一個端點標記P，另一端設(shè)置一個端點標記H，H點沿著坐標系oxyz的z軸運動，P點為自由端；

2)安裝高速攝影機，且將高速攝影機的光心和坐標系o′x′y′z′的坐標原點o′點重合，安裝過程中選擇合適的拍攝角度即可；

3)標定高速攝影機的內(nèi)方位信息，即高速攝影機的光心到像平面的距離以及高速攝影機的光心在像平面投影點的位置；

4)在坐標系oxyz的坐標原點安裝拉線位移傳感器，用拉線位移傳感器測量端點標記H的高度h，用高速攝影機捕獲端點標記P，該高速攝影機僅僅捕獲一個標記點；

5)規(guī)定坐標oxyz是為世界坐標系，坐標系o′x′y′z′為高速攝影機坐標系；

6)確定高速攝影機的姿態(tài)，即高速攝影機坐標系和世界坐標系之間的轉(zhuǎn)角關(guān)系[β_ii′]；放置一個已知的靶標，高速攝影機捕獲該靶標，通過該靶標中的信息和照片中的信息標定出高速攝影機的姿態(tài)，即為β_ii′，其中[β_ii′]＝[β]，β_ii′是矩陣[β]中的元素；

7)對照片中的端點標記P進行跟蹤定位獲得P′點在像平面中的軌跡，記為其中a(t)為高速攝影機光心到像平面的距離，這是一個常數(shù)；b(t)，c(t)分別為像點P′在高速攝影機坐標系o′x′y′z′中沿y軸和z軸的位移分量；