[發明專利]一種三維變形場測量裝置

在審

• 申請號: 202010971295.2
• 申請日: 2020-09-16
• 公開（公告）號: CN111982005A
• 公開（公告）日: 2020-11-24
• 發明（設計）人: 宮文然;何小元;榮克林;王智勇;蘇志龍;謝俊良;劉函;孝春成;王則力
• 申請（專利權）人: 北京強度環境研究所
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16;G01N25/16
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一種三維變形場測量裝置，所述測量裝置的主體結構包括分光路系統和相機系統；所述分光路系統由LED光源、左平面鏡、右平面鏡、雙棱鏡、分光路集成殼組成；所述相機系統由相機鏡頭、CCD相機、相機外殼、電線出口組成；所述分光路系統中左平面鏡位于分光路集成殼左側內部，所述右平面鏡位于分光路集成殼右側內部，所述雙棱鏡位于左平面鏡與右平面鏡中間，LED光源位于分光路集成殼的矩形外框中間位置；所述的相機系統中的CCD相機處于相機外殼后部，通過螺釘與相機外殼連接；相機鏡頭通過螺紋直接與CCD相機連接，電線出口位于相機外殼外部左側，分光路集成殼與相機外殼通過螺紋連接。本發明可實現單相機雙目視覺測量三維測量，無需配備傳統雙相機即可實現。

技術領域

本發明屬于飛行器結構強度評估技術領域，具體涉及力熱復合環境試驗測試技術中的一體化三維變形場測量裝置。

背景技術

飛行器高超聲速飛行時，其大面積防熱結構溫度可達1200℃，端頭、前緣等部位溫度更高，由分離流和激波沖擊引起的噪聲載荷可達165dB，還面臨劇烈振動環境。為了適應嚴酷的服役環境，高超聲速飛行器結構大量采用以C/C、C/SiC等為代表的新型防熱承載一體化材料。對飛行器艙段、翼舵以及全系統開展熱強度、振動/熱振動、噪聲/熱噪聲等力熱試驗，考核驗證結構設計與承載能力，是高超聲速飛行器等研制進程中必需開展的關鍵環節。飛行器結構地面力熱試驗中的熱環境模擬多采用輻射加熱方式，高溫、強光輻射、振動以及強噪聲等環境給試驗測量帶來了極大困難。在飛行器結構力熱試驗中需要測量溫度、位移、應變、加速度等參數。

以接觸式位移計為代表的接觸式位移測試方法，存在設備熱防護困難、只能進行單點位移測試等問題，非接觸式的光學測量方法為解決極端力熱環境下變形場測試提供了新的途徑。其中，數字圖像相關方法是非接觸式光學測量方法的最新研究方向，但輻射加熱方式下構件熱變形的非接觸式測量，遇到輻射加熱器對數字圖像光學測試系統光路遮擋的難題，市場上常規的數字圖像設備依靠多相機、大角度拍攝，也無法直接裝入飛行器艙內完成測量，而建立能夠置于飛行器艙內等狹小空間的高溫變形測試方法使從內部測量高溫結構變形成為可能。

發明內容

本發明的目的是針對地面試驗環境，高溫復合材料試驗件內部局部變形場測試需求，提供一種適用于高溫復合材料結構內部局部空間的單相機三維數字圖像相關表面變形場測試小型化設備。

本發明采用以下技術方案：一種三維變形場測量裝置，所述測量裝置的主體結構包括分光路系統和相機系統；所述分光路系統由LED光源、左平面鏡、右平面鏡、雙棱鏡、分光路集成殼組成；所述相機系統由相機鏡頭、CCD相機、相機外殼、電線出口組成；所述分光路系統中左平面鏡位于分光路集成殼左側內部，所述右平面鏡位于分光路集成殼右側內部，所述雙棱鏡位于左平面鏡與右平面鏡中間，LED光源位于分光路集成殼的矩形外框中間位置；所述的相機系統中的CCD相機處于相機外殼后部，通過螺釘與相機外殼連接；相機鏡頭通過螺紋直接與CCD相機連接，電線出口位于相機外殼外部左側，所述分光路集成殼與相機外殼通過螺紋連接。

進一步的，所述測量裝置還包括熱防護系統，所述熱防護系統位于測量裝置外部，由水冷系統和氣冷系統構成，所述水冷系統包括水冷外殼a，水冷外殼b及水冷外殼c、水冷循環入口、水冷循環出口、導流片，水從水冷循環入口依次進入水冷外殼c、水冷外殼b、水冷外殼a中，利用導流片把水分成入、出兩部分進行循環；所述氣冷系統包括氣冷循環入口、入氣管、出氣管、氣冷循環出口，氮氣從氣冷循環入口通過入氣管進入分光路集成外殼的夾層中，從分光路集成外殼另外一端的氣孔，通過出氣管從氣冷循環出口排出，氣冷系統對半反半透濾鏡進行冷卻；所述的分光路集成殼前端與水冷外殼a前端通過一圈螺釘連接；所述分光路集成殼與相機外殼通過螺紋連接；所述的相機外殼后端與水冷外殼b后端通過定位螺釘連接；所述的水冷外殼a后端與水冷外殼b前端通過一圈螺釘連接；所述的水冷外殼b后端與水冷外殼c通過一圈螺釘連接。

進一步的，所述LED光源1為藍色光源，光源波長450nm。