一種板殼結(jié)構(gòu)表面位移場的測量系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種非接觸位移場的測量系統(tǒng)，具體涉及一種板殼結(jié)構(gòu)表面位移場因溫度或外力荷載作用而產(chǎn)生的變形的測量系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]板殼結(jié)構(gòu)具有很好的空間傳力性能，能以較薄的厚度形成大跨度、剛度大、承載力強(qiáng)的結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)形式豐富，因此在工程中應(yīng)用十分廣泛。然而板殼結(jié)構(gòu)的現(xiàn)有理論還不能完全的解釋其力學(xué)行為，精確計算板殼結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形還是十分復(fù)雜，因此通過實(shí)驗(yàn)研宄板殼結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性，測量板殼結(jié)構(gòu)的位移場具有重要意義。
[0003]目前有多種方法可以測量板殼結(jié)構(gòu)的位移:位移計測量法，該類方法為接觸式測量，難以得到全場的位移分布、操作麻煩、可能對待測的板殼結(jié)構(gòu)造成擾動；激光點(diǎn)掃描和線掃描法，該方法為非接觸式測量法，測量精度高，但是測量速度較慢；激光散斑干涉方法，該方法為非接觸式測量法，可測量全場位移，但是在測量形狀復(fù)雜的板殼結(jié)構(gòu)時容易產(chǎn)生誤差且操作稍顯繁瑣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明目的是提供一種板殼結(jié)構(gòu)表面位移場的測量系統(tǒng)，本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)非接觸測量、整個板殼結(jié)構(gòu)表面的三維位移場的測量、操作簡單、熒光斑點(diǎn)數(shù)字圖解析過程簡單、測量結(jié)果穩(wěn)定精度高。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過如下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):
[0006]本發(fā)明的一種板殼結(jié)構(gòu)表面位移場的測量系統(tǒng)，包括實(shí)驗(yàn)臺、安裝在實(shí)驗(yàn)臺上位置及角度可調(diào)的待測板殼結(jié)構(gòu)、均勻設(shè)置在待測板殼結(jié)構(gòu)上的長效夜光沙(已知現(xiàn)有物質(zhì))、數(shù)據(jù)處理計算機(jī)和安裝在待測板殼結(jié)構(gòu)上方能夠拍攝到整個待測板殼結(jié)構(gòu)待測面的Z向工業(yè)照相機(jī)、X向工業(yè)照相機(jī)及拍攝角度可調(diào)的第三臺工業(yè)照相機(jī)；所述Z向工業(yè)照相機(jī)、X向工業(yè)照相機(jī)及第三臺工業(yè)照相機(jī)在黑暗條件下拍攝待測板殼結(jié)構(gòu)在變形過程中各時刻的熒光斑點(diǎn)數(shù)字圖，然后將各時刻采集到的熒光斑點(diǎn)數(shù)字圖傳入數(shù)據(jù)處理計算機(jī)；所述數(shù)據(jù)處理計算機(jī)首先對Z向工業(yè)照相機(jī)和X向工業(yè)照相機(jī)采集的熒光斑點(diǎn)數(shù)字圖進(jìn)行圖形處理與轉(zhuǎn)換獲得數(shù)字像素，再經(jīng)過全場匹配(全場匹配方法為現(xiàn)有技術(shù)，此處不再贅述)計算得到待測板殼結(jié)構(gòu)表面的三維位移場；然后對所述第三臺工業(yè)照相機(jī)采集的熒光斑點(diǎn)數(shù)字圖進(jìn)行圖形處理與轉(zhuǎn)換獲得數(shù)字像素，從而對計算得到的三維位移場進(jìn)行校正獲得最終的校正結(jié)果；最后，將不同時刻、各個象素點(diǎn)的位置變化并連成整個位移場。
[0007]最終的校正結(jié)果通過如下方式得到:數(shù)據(jù)處理計算機(jī)通過對Z向工業(yè)照相機(jī)與X向工業(yè)照相機(jī)采集的熒光斑點(diǎn)數(shù)字圖進(jìn)行計算可得到兩個時刻間發(fā)生的位移，通過對所述Y向工業(yè)照相機(jī)與Z向工業(yè)照相機(jī)，Y向工業(yè)照相機(jī)與X向工業(yè)照相機(jī)采集的熒光斑點(diǎn)數(shù)字圖分別進(jìn)行計算可得到這兩個時刻間發(fā)生的位移，將三種組合算的結(jié)果平均后作為最終的校正結(jié)果。
[0008]上述數(shù)據(jù)處理計算機(jī)對熒光斑點(diǎn)數(shù)字圖采用圖形處理軟件進(jìn)行降噪處理，用于提高其清晰度；并利用數(shù)字圖像處理軟件，將熒光斑點(diǎn)數(shù)字圖轉(zhuǎn)換為數(shù)字象素。
[0009]上述長效夜光沙通過膠水均勻的黏附在待測板殼結(jié)構(gòu)表面。
[0010]本發(fā)明的有益效果如下:(I)直接通過黏附于待測板殼結(jié)構(gòu)表面的長效夜光沙可以獲取熒光斑點(diǎn)數(shù)字圖，無需激光散斑干涉方法中復(fù)雜的光學(xué)元件，原理與設(shè)備簡單穩(wěn)定；
(2)本發(fā)明可以采集測表面較大范圍的熒光斑點(diǎn)數(shù)字圖，無需多次分區(qū)測量，測量效率高；
(3)本發(fā)明通過調(diào)整第三臺工業(yè)照相機(jī)的拍攝角度、待測板殼結(jié)構(gòu)的位置及角度可以更好的采集整個待測表面的熒光斑點(diǎn)數(shù)字圖，能測量各種空間形狀復(fù)雜的板殼結(jié)構(gòu)的表面位移場；(4)由X、Z兩個方向的工業(yè)照相機(jī)采集的熒光斑點(diǎn)數(shù)字圖預(yù)計算待測表面的三維位移場，第三臺工業(yè)照相機(jī)采集的熒光斑點(diǎn)數(shù)字圖校正計算結(jié)果的方法，可以提高計算結(jié)果的可靠度及精度。
【附圖說明】
[0011]圖1為本發(fā)明的一種板殼結(jié)構(gòu)表面位移場的測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012]為使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。
[0013]參見圖1，本發(fā)明的系統(tǒng)包括Z向工業(yè)照相機(jī)1、X向工業(yè)照相機(jī)2、第三臺工業(yè)照相機(jī)3、數(shù)據(jù)處理計算機(jī)4、待測的板殼結(jié)構(gòu)、長效夜光沙6和實(shí)驗(yàn)臺7。
[0014]在待測板殼結(jié)構(gòu)5的表面噴一層薄薄的膠水，將長效夜光沙6均勻的黏附到殼體結(jié)構(gòu)表面。
[0015]將三個高分辨率的數(shù)字工業(yè)照相機(jī)固定到板殼結(jié)構(gòu)所在的實(shí)驗(yàn)臺7上，使其中兩臺分別處于X、Z兩個方向，另外一臺根據(jù)板殼結(jié)構(gòu)的形狀特點(diǎn)確定恰當(dāng)放置方位。
[0016]這樣Z向工業(yè)照相機(jī)1、X向工業(yè)照相機(jī)2、第三臺工業(yè)照相機(jī)3在黑暗的條件下拍攝長效夜光沙6就能直接獲取熒光斑點(diǎn)數(shù)字圖。注意所噴膠水的種類和用量要不影響待測板殼結(jié)構(gòu)5的力學(xué)特性。調(diào)節(jié)工業(yè)數(shù)字照相機(jī)的焦距和曝光時間，保證采集到的熒光斑點(diǎn)數(shù)字圖的清晰度。
[0017]其中，Z向工業(yè)照相機(jī)1、X向工業(yè)照相機(jī)2、第三臺工業(yè)照相機(jī)3是采集熒光斑點(diǎn)數(shù)字圖的主要裝置，這三臺工業(yè)照相機(jī)將每一時段采集到的熒光斑點(diǎn)數(shù)字圖傳入數(shù)據(jù)處理計算機(jī)4，以供后續(xù)位移場計算之用。
[0018]三臺工業(yè)照相機(jī)的安裝位置需要滿足一定要求:其中Z向工業(yè)照相機(jī)I和X向工業(yè)照相機(jī)2分別處于Z、X兩個方向，第三臺工業(yè)照相機(jī)3需要根據(jù)板殼結(jié)構(gòu)的形狀特點(diǎn)確定恰當(dāng)放置方位。
[0019]待長效夜光沙6與待測板殼結(jié)構(gòu)5牢固粘結(jié)后，根據(jù)待測板殼結(jié)構(gòu)5的空間形狀特征調(diào)整在實(shí)驗(yàn)臺7上的位置并施加約束，調(diào)整待測板殼結(jié)構(gòu)5的位置及角度，確保整個待測面均能被Z向工業(yè)照相機(jī)I和X向工業(yè)照相機(jī)2很好的拍攝。然后調(diào)節(jié)第三臺相機(jī)拍攝角度，使其也能很好的拍攝到整個待測表面。
[0020]施加溫度或外力荷載，采集施加荷載前后各階段的熒光斑點(diǎn)數(shù)字圖。將這些熒光斑點(diǎn)數(shù)字圖輸入數(shù)據(jù)處理計算機(jī)4，用圖形處理軟件對這些熒光斑點(diǎn)數(shù)字圖進(jìn)行降噪處理，進(jìn)一步提高其清晰度。然后利用數(shù)字圖像處理軟件，將熒光斑點(diǎn)數(shù)字圖轉(zhuǎn)換為數(shù)字象素。
[0021]將變形前與變形后的數(shù)字象素進(jìn)行全場匹配和相關(guān)計算，由X、Z兩個方向的工業(yè)照相機(jī)采集的熒光斑點(diǎn)數(shù)字圖預(yù)計算待測表面的三維位移場，由第三臺工業(yè)照相機(jī)3采集的熒光斑點(diǎn)數(shù)字圖校正計算結(jié)果，提高計算精度。然后將不同時刻、各個象素點(diǎn)的位置變化并連成整個位移場。
[0022]具體的操作方法包括以下幾個步驟:
[0023]步驟1:在待測板殼結(jié)構(gòu)5的表面黏附長效夜光沙6 ；
[0024]步驟2:將Z向工業(yè)照相機(jī)1、X向工業(yè)照相機(jī)2、第三臺工業(yè)照相機(jī)3固定在板殼結(jié)構(gòu)所處的實(shí)驗(yàn)臺7上，使其中兩臺分別處于X、Z兩個方向，另外一臺根據(jù)板殼結(jié)構(gòu)的形狀特點(diǎn)確定恰當(dāng)放置方位；
[0025]步驟3:在黑暗的條件下采集待測板殼結(jié)構(gòu)5在未發(fā)生位移形和發(fā)生變形后三個方向的熒光斑點(diǎn)數(shù)字圖；
[0026]步驟4:將采集的熒光斑點(diǎn)數(shù)字圖用圖形處理軟件進(jìn)行降噪處理，再利用數(shù)字圖像處理軟件將熒光斑點(diǎn)數(shù)字圖轉(zhuǎn)換為數(shù)字象素；將變形前與變形后的數(shù)字象素進(jìn)行全場匹配和相關(guān)計算，由X、Z兩個方向的工業(yè)照相機(jī)采集的熒光斑點(diǎn)數(shù)字圖預(yù)計算出待測表面的三維位移場，由第三臺工業(yè)照相機(jī)3采集的熒光斑點(diǎn)數(shù)字圖校正計算結(jié)果，提高計算精度。
[0027]本發(fā)明具有操作簡單、穩(wěn)定性好、測量精度高、不影響板殼結(jié)構(gòu)變形特性的優(yōu)點(diǎn)。
[0028]以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種板殼結(jié)構(gòu)表面位移場的測量系統(tǒng)，其特征在于，包括實(shí)驗(yàn)臺(7)、安裝在實(shí)驗(yàn)臺(7)上位置及角度可調(diào)的待測板殼結(jié)構(gòu)(5)、均勻設(shè)置在待測板殼結(jié)構(gòu)(5)上的長效夜光沙(6)、數(shù)據(jù)處理計算機(jī)(4)和安裝在待測板殼結(jié)構(gòu)(5)上方能夠拍攝到整個待測板殼結(jié)構(gòu)(5)待測面的Z向工業(yè)照相機(jī)⑴、X向工業(yè)照相機(jī)(2)及拍攝角度可調(diào)的第三臺工業(yè)照相機(jī)⑶； 所述Z向工業(yè)照相機(jī)(I)、X向工業(yè)照相機(jī)(2)及第三臺工業(yè)照相機(jī)(3)在黑暗條件下拍攝待測板殼結(jié)構(gòu)(5)在變形過程中各時刻的熒光斑點(diǎn)數(shù)字圖，然后將各時刻采集到的熒光斑點(diǎn)數(shù)字圖傳入數(shù)據(jù)處理計算機(jī)(4); 所述數(shù)據(jù)處理計算機(jī)(4)首先對Z向工業(yè)照相機(jī)(I)和X向工業(yè)照相機(jī)(2)采集的熒光斑點(diǎn)數(shù)字圖進(jìn)行圖形處理與轉(zhuǎn)換獲得數(shù)字像素，再經(jīng)過全場匹配計算得到待測板殼結(jié)構(gòu)(5)表面的三維位移場；然后對所述第三臺工業(yè)照相機(jī)(3)采集的熒光斑點(diǎn)數(shù)字圖進(jìn)行圖形處理與轉(zhuǎn)換獲得數(shù)字像素，從而對計算得到的三維位移場進(jìn)行校正獲得最終的校正結(jié)果；最后，將不同時刻、各個象素點(diǎn)的位置變化并連成整個位移場。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的板殼結(jié)構(gòu)表面位移場的測量系統(tǒng)，其特征在于，最終的校正結(jié)果通過如下方式得到: 所述數(shù)據(jù)處理計算機(jī)(4)通過對Z向工業(yè)照相機(jī)(I)與X向工業(yè)照相機(jī)(2)采集的熒光斑點(diǎn)數(shù)字圖進(jìn)行計算可得到兩個時刻間發(fā)生的位移，通過對所述Y向工業(yè)照相機(jī)與Z向工業(yè)照相機(jī)(I)，Y向工業(yè)照相機(jī)與X向工業(yè)照相機(jī)(2)采集的熒光斑點(diǎn)數(shù)字圖分別進(jìn)行計算可得到這兩個時刻間發(fā)生的位移，將三種組合算的結(jié)果平均后作為最終的校正結(jié)果。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的板殼結(jié)構(gòu)表面位移場的測量系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)處理計算機(jī)(4)對熒光斑點(diǎn)數(shù)字圖采用圖形處理軟件進(jìn)行降噪處理，用于提高其清晰度；并利用數(shù)字圖像處理軟件，將熒光斑點(diǎn)數(shù)字圖轉(zhuǎn)換為數(shù)字象素。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的板殼結(jié)構(gòu)表面位移場的測量系統(tǒng)，其特征在于，所述長效夜光沙(6)通過膠水均勻的黏附在待測板殼結(jié)構(gòu)(5)表面。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種板殼結(jié)構(gòu)表面位移場的測量系統(tǒng)，包括實(shí)驗(yàn)臺、待測板殼結(jié)構(gòu)、長效夜光沙、數(shù)據(jù)處理計算機(jī)和Z向、X向及第三臺工業(yè)照相機(jī)；Z向、X向及第三臺工業(yè)照相機(jī)在黑暗條件下拍攝待測板殼結(jié)構(gòu)的熒光斑點(diǎn)數(shù)字圖，然后將熒光斑點(diǎn)數(shù)字圖傳入數(shù)據(jù)處理計算機(jī)；數(shù)據(jù)處理計算機(jī)對Z向和X向工業(yè)照相機(jī)采集的熒光斑點(diǎn)數(shù)字圖進(jìn)行圖形處理與轉(zhuǎn)換獲得數(shù)字像素，再經(jīng)過全場匹配得到待測板殼結(jié)構(gòu)表面的三維位移場；對第三臺工業(yè)照相機(jī)采集的熒光斑點(diǎn)數(shù)字圖進(jìn)行圖形處理與轉(zhuǎn)換獲得數(shù)字像素，校正獲得最終的校正結(jié)果；最后將不同時刻、各個象素點(diǎn)的位置變化并連成整個位移場。本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)整個板殼結(jié)構(gòu)表面的三維位移場的測量，測量結(jié)果精度高。
【IPC分類】G01B11/02
【公開號】CN104897065
【申請?zhí)枴緾N201510313202
【發(fā)明人】熊勃勃, 高世凱, 喬一帆
【申請人】河海大學(xué)
【公開日】2015年9月9日
【申請日】2015年6月9日