CN101551238A - 大尺寸工件变形测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大尺寸工件变形的测量方法,第一步,放置固定点;第二步,粘贴变形点;第三步,取样拍摄;第四步,重建变形点信息;第五步,坐标拼合;第六步,重置变形点ID;第七步,计算变形量。通过上述操作步骤,本发明可以测量大尺寸工件在受到附加力载荷、热载荷等情况下所引起三维变形的变形方向和变形大小,具有操作简便、不受工件尺寸限制、测量信息丰富、结果准确可靠、效率高且为非接触测量的特点。
Description
技术领域
本发明涉及测量技术领域的一种测量方法,更进一步涉及一种用光学摄影测量的方法对100mm~30m的大尺寸工件的变形进行测量的方法。
背景技术
随着对工件在负载作用下的装配、使用等条件的要求越来越高,对于工件在负载情况下的受载荷情况下变形的测量需要日益增加。在工程变形测量中广泛使用位移计和应变片测量结构构件的位移与应变和使用经纬仪或全站仪测量结构构件的位移与应变的变形测量方法。
在中国发明专利ZL专利号03102422.X中公开了一种非接触式电容复合电极型位移传感器及测量仪。主要缺点是:粘贴后传感器的质量和稳定性受基底、粘贴剂、防护剂的老化以及粘贴过程中的手工作业质量影响,容易出现长期漂移和质量不稳定,而且温度稳定性较差且只能测量一个方向的变形量。同时因大尺寸工件的尺寸宏大和变形复杂存在一定的局限性,比如测点有限、量程有限、仪表必须与试件接触、无法获得位移场和变形场等全局数据,且具有无法避免的系统量测误差。
文献“公路大型构筑物变形监测技术研究”(李雪刚,硕士学位论文,长沙理工大学,2007)研究了全站仪对公路大型构筑物的变形监测。全站仪在变形监测中的缺点是:测量精度低,测量点设置数目增加将大大增加测量的工作量,大型工件变形测量中需要前期设置测量控制网工作量大,不易实现自动化监测。
发明内容
为了克服现有的变形测量方式中的不足,满足工业实际使用中的效率和工件尺寸的要求,本发明提供了一种大尺寸工件变形测量方法,可以高效的在大尺寸的工件变形中获得高精度的测量结果。
为达到以上目的,本发明是采取如下操作步骤予以实现的:
第一步,放置固定点,在所需要测量的工件四周的固定位置处粘贴编码标志点,为后期变形状态间的相互关联作为基准;
第二步,粘贴变形点,在工件变形区域粘贴标志点,标志点将随工件的变形而改变空间位置,以作为后期反映工件变形量的计算数据;
第三步,取样拍摄,当每个变形结束后,对被测工件的变形状态,获取工件的不同角度的图片信息,所获得的图片信息用于后期的变形点重建;
第四步,重建变形点信息,采用光学摄影测量的方法对每个变形状态的图片信息进行处理,将各个变形状态的变形点信息进行重建;
第五步,坐标拼合,使用最小二乘算法对放置固定点进行坐标拼合,将所有的变形状态下的变形点坐标转换到同一坐标系下;
第六步,重置变形点ID,使用领域搜索算法将同一变形点在各个变形状态下的第四步重建变形点获得的重建信息中的编号置为相同;
第七步,计算变形量,根据第六步中的重置变形点ID及其第四步重建变形点获得的信息,计算各变形点变形量的大小,根据固定点所转换的同一坐标下的所有变形点的坐标信息和ID信息,将相同ID的变形点相互关联起来,计算坐标信息在各个变形状态下的差值,计算变形量的大小、方向并绘制变形射谱图。
本发明方法具有以下优点:
(1)由于本方法使用摄影测量的原理,可以根据不同测量工件的尺寸大小选择合理的测量距离和标志点大小,所以测量工件不受尺寸大小的限制。
(2)由于本方法使用的是标志点识别的方法对变形进行重建,所以适用于复杂受力情况下的位移场和变形场测量,同时可以观测的变形点较多。
(3)由于本方法系统需求简单,现场操作仅需要拍照即可,所以成本相对较低,测量结果丰富,测量局限性小,在大变形破坏性实验中尤为适用,并为研究复杂受力的构件提供了可靠的实验依据。
(4)由于本方法现场仅需要拍照操作,数据可在线处理,所以在测量过程中测量方便,计算完全自动化,测量周期较短,大幅度的提高了测量的效率。
(5)由于本方法使用摄影测量的方法进行单一变形状态的重建,所以测量精度高,精度可以达到0.1mm/m
附图说明
图1是本发明具体操作步骤的流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步的详细说明。
在测量某一种大尺寸工件变形时,第一步,放置固定点。在所需要测量的工件四周的固定位置(变形过程中不发生位移变化)处粘贴编码标志点,为后期变形状态间的相互关联作为基准。固定点的放置应满足:固定点作为各个状态间相互转换的基准,应放置在不随工件发生变形的位置,以保证变形过程中全球点的空间位置不发生改变。根据不同的工件尺寸和形状,放置固定点时应使固定点不少于4个,并且所有固定点应不在同一平面内。所有固定点所组成的包围区域应将变形工件包围在内。
第二步,粘贴变形点。在工件上粘贴标志点(包括编码标志点和非编码标志点),标志点将随工件的变形而改变空间位置,以作为后期反映工件变形量的计算数据。变形点的粘贴应满足:a)变形点作为后期变形计算的数据,应紧密粘贴在工件的变形区域,使其在变形过程中不会发生脱落,粘贴时切勿折叠或弄脏变形点;b)要求编码标志点的粘贴密度应满足每张照片中有大于4个编码标志点;c)摆放非编码标志点时应满足尽可能的让各个方向的拍照都能看到8个以上;d)要求非编码标志点每2个之间的距离应大于变形工件每个变形状态之间最大变形量的2倍。
第三步,取样拍摄。在每个变形状态,根据工件形状,对工件的不同角度进行取样拍摄,获取各个变形状态的图片信息用于后期的变形点重建。对变形状态进行取样拍摄应满足:a)标尺不要压在工件上以免工件变形;b)所有变形状态中应使用同一标尺;c)拍摄时相机应使用黑白模式,感光度200为佳,光线特别暗时,可以调高感光度,但要注意拍摄时保持稳定;d)拍摄时相机应使用自动对焦模式,闪光等处于打开状态;保持一定的焦距,在拍摄过程中不要调焦距;e)拍摄时相机不要晃动,保证照片不要模糊;f)按被测物大小不同,每个被测物应拍摄30-100张不同角度的照片;g)保证每张照片包含至少8个非编码点;h)保证每个编码点至少在8张照片中出现;i)标尺被整体拍到的次数在三次以上。
一批图片由许多连续的交叠的图片组成,比如在与被测物体成45度的方向顺时针照一周记录的方法需要好多各个方向看的图片。选择物体被测量的标尺,一般情况下两个标尺都要用。理想的讲物体的大小与标尺是1∶1的,并且标尺和被测量的物体至少在一张图片中被完全覆盖,这样会在很多相关联的图片中有很多相同的非编码点,这样会使测量结果精度非常高,并且自动算出非编码点。当测量一个无法在一张图片中完全显示的大件物体时,可以用拼接的方法。
第四步,重建变形点信息。通过对每个状态所获得的图片信息进行处理,将各个状态的变形点信息进行重建。各状态的变形点信息的重建采用光学摄影测量的原理,包括对拍摄照片的图像识别以获得标志点在各个图像上的中心坐标,再通过捆绑调整和图片匹配的方法对变形点的空间位置进行精确重建,并对每个变形点进行编号。重建变形点信息应满足:a)基准状态的固定点应全部重建成功;b)其余变形状态的固定点数目应多于4个;c)各个变形状态的标尺使用成功;d)所有变形状态中的变形点信息均重建成功。
第五步,坐标拼合。通过固定点进行坐标拼合。根据固定点在不同状态重建后的坐标信息,使用最小二乘算法进行坐标拼合,将所有的状态下的变形点坐标转换到同一坐标系下。坐标拼合应满足:所有状态均成功将坐标转换到某一给定坐标系下。
第六步,重置变形点ID。对重建变形点获得的重建信息中的编号进行重置,使用领域搜索算法将同一变形点在各个变形状态下的第四步重建变形点获得的重建信息中的编号置为相同。根据全球点所转换的同一坐标系下的所有非标志点坐标,通过领域搜索算法,将所有的重建变形点获得的重建信息中的编号进行重新编号,使同一变形点在各个变形状态下的第四步重建变形点获得的重建信息中的编号置为相同。重置变形点ID应满足:通过领域搜索算法,同一变形点在各个变形状态下的第四步重建变形点获得的重建信息中的编号置为相同。
第七步,计算变形量,根据第六步中的重置变形点ID及其第四步重建变形点获得的信息,计算各变形点变形量的大小。根据固定点所转换的同一坐标下的所有变形点的坐标信息和ID信息,将相同ID的变形点相互关联起来,计算坐标信息在各个变形状态下的差值,计算变形量的大小、方向并绘制变形射谱图。计算变形量应满足:同一变形点在各个变形状态下的编号应为相同。
Claims (5)
1、大尺寸工件变形测量方法,其特征在于,包括下述步骤:
第一步,放置固定点,在被测工件四周固定位置处粘贴编码标志点;
第二步,粘贴变形点,在被测工件变形区域粘贴标志点;
第三步,取样拍摄,当每个变形结束后,拍摄被测工件的变形状态,获取工件的不同角度的图片信息;
第四步,重建变形点信息,采用光学摄影测量的方法对每个变形状态的图片信息进行处理;
第五步,坐标拼合,使用最小二乘算法对放置固定点进行坐标拼合,将所有的变形状态下的变形点坐标转换到同一坐标系下;
第六步,重置变形点ID,使用领域搜索算法将同一变形点在各个变形状态下的第四步重建变形点获得的重建信息中的编号置为相同;
第七步,计算变形量,根据第六步中的重置变形点ID及其第四步重建变形点获得的信息,计算各变形点变形量的大小,根据固定点所转换的同一坐标下的所有变形点的坐标信息和ID信息,将相同ID的变形点相互关联起来,计算坐标信息在各个变形状态下的差值,计算变形量的大小、方向并绘制变形射谱图。
2、如权利要求1所述的大尺寸工件变形测量方法,其特征在于,所述固定点不少于4个,设置的所有固定点应不在同一平面内,并不随工件变形而发生位置改变。
3、如权利要求1所述的大尺寸工件变形测量方法,其特征在于,通过不同角度进行取样拍摄,应使变形工件的各个变形区域和固定点存在于图片信息中,且能通过光学摄影测量方法进行重建。
4、如权利要求1所述的大尺寸工件变形测量方法,其特征在于,所述第四步中的光学摄影测量方法,首先通过对所获得的图片信息进行图像识别,再通过捆绑调整和图片匹配的方法对变形点与固定点的空间位置进行精确重建,并对每个变形点与固定点进行编号。
5、如权利要求1所述的大尺寸工件变形测量方法,其特征在于,所述的领域搜索算法,首先通过获得一个变形状态下的变形点坐标信息和变形点ID,根据所设置的领域搜索半径,在下一个变形状态中判断搜索领域内是否存在满足搜索条件的变形点,当满足条件的变形点有且仅有一个时,将搜索获得的变形点编号与第一个变形状态下的变形点ID设置为相同。
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