CN104897065A - 一种板壳结构表面位移场的测量系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种板壳结构表面位移场的测量系统，包括实验台、待测板壳结构、长效夜光沙、数据处理计算机和Z向、X向及第三台工业照相机；Z向、X向及第三台工业照相机在黑暗条件下拍摄待测板壳结构的荧光斑点数字图，然后将荧光斑点数字图传入数据处理计算机；数据处理计算机对Z向和X向工业照相机采集的荧光斑点数字图进行图形处理与转换获得数字像素，再经过全场匹配得到待测板壳结构表面的三维位移场；对第三台工业照相机采集的荧光斑点数字图进行图形处理与转换获得数字像素，校正获得最终的校正结果；最后将不同时刻、各个象素点的位置变化并连成整个位移场。本发明可实现整个板壳结构表面的三维位移场的测量，测量结果精度高。
Description
技术领域
本发明涉及一种非接触位移场的测量系统，具体涉及一种板壳结构表面位移场因温度或外力荷载作用而产生的变形的测量系统。
背景技术
板壳结构具有很好的空间传力性能，能以较薄的厚度形成大跨度、刚度大、承载力强的结构，其结构形式丰富，因此在工程中应用十分广泛。然而板壳结构的现有理论还不能完全的解释其力学行为，精确计算板壳结构的内力和变形还是十分复杂，因此通过实验研究板壳结构的力学特性，测量板壳结构的位移场具有重要意义。
目前有多种方法可以测量板壳结构的位移：位移计测量法，该类方法为接触式测量，难以得到全场的位移分布、操作麻烦、可能对待测的板壳结构造成扰动；激光点扫描和线扫描法，该方法为非接触式测量法，测量精度高，但是测量速度较慢；激光散斑干涉方法，该方法为非接触式测量法，可测量全场位移，但是在测量形状复杂的板壳结构时容易产生误差且操作稍显繁琐。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供一种板壳结构表面位移场的测量系统，本发明可实现非接触测量、整个板壳结构表面的三维位移场的测量、操作简单、荧光斑点数字图解析过程简单、测量结果稳定精度高。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：
本发明的一种板壳结构表面位移场的测量系统，包括实验台、安装在实验台上位置及角度可调的待测板壳结构、均匀设置在待测板壳结构上的长效夜光沙(已知现有物质)、数据处理计算机和安装在待测板壳结构上方能够拍摄到整个待测板壳结构待测面的Z向工业照相机、X向工业照相机及拍摄角度可调的第三台工业照相机；所述Z向工业照相机、X向工业照相机及第三台工业照相机在黑暗条件下拍摄待测板壳结构在变形过程中各时刻的荧光斑点数字图，然后将各时刻采集到的荧光斑点数字图传入数据处理计算机；所述数据处理计算机首先对Z向工业照相机和X向工业照相机采集的荧光斑点数字图进行图形处理与转换获得数字像素，再经过全场匹配(全场匹配方法为现有技术，此处不再赘述)计算得到待测板壳结构表面的三维位移场；然后对所述第三台工业照相机采集的荧光斑点数字图进行图形处理与转换获得数字像素，从而对计算得到的三维位移场进行校正获得最终的校正结果；最后，将不同时刻、各个象素点的位置变化并连成整个位移场。
最终的校正结果通过如下方式得到：数据处理计算机通过对Z向工业照相机与X向工业照相机采集的荧光斑点数字图进行计算可得到两个时刻间发生的位移，通过对所述Y向工业照相机与Z向工业照相机，Y向工业照相机与X向工业照相机采集的荧光斑点数字图分别进行计算可得到这两个时刻间发生的位移，将三种组合算的结果平均后作为最终的校正结果。
上述数据处理计算机对荧光斑点数字图采用图形处理软件进行降噪处理，用于提高其清晰度；并利用数字图像处理软件，将荧光斑点数字图转换为数字象素。
上述长效夜光沙通过胶水均匀的黏附在待测板壳结构表面。
本发明的有益效果如下：(1)直接通过黏附于待测板壳结构表面的长效夜光沙可以获取荧光斑点数字图，无需激光散斑干涉方法中复杂的光学元件，原理与设备简单稳定；(2)本发明可以采集测表面较大范围的荧光斑点数字图，无需多次分区测量，测量效率高；(3)本发明通过调整第三台工业照相机的拍摄角度、待测板壳结构的位置及角度可以更好的采集整个待测表面的荧光斑点数字图，能测量各种空间形状复杂的板壳结构的表面位移场；(4)由X、Z两个方向的工业照相机采集的荧光斑点数字图预计算待测表面的三维位移场，第三台工业照相机采集的荧光斑点数字图校正计算结果的方法，可以提高计算结果的可靠度及精度。
附图说明
图1为本发明的一种板壳结构表面位移场的测量系统结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
参见图1，本发明的系统包括Z向工业照相机1、X向工业照相机2、第三台工业照相机3、数据处理计算机4、待测的板壳结构、长效夜光沙6和实验台7。
在待测板壳结构5的表面喷一层薄薄的胶水，将长效夜光沙6均匀的黏附到壳体结构表面。
将三个高分辨率的数字工业照相机固定到板壳结构所在的实验台7上，使其中两台分别处于X、Z两个方向，另外一台根据板壳结构的形状特点确定恰当放置方位。
这样Z向工业照相机1、X向工业照相机2、第三台工业照相机3在黑暗的条件下拍摄长效夜光沙6就能直接获取荧光斑点数字图。注意所喷胶水的种类和用量要不影响待测板壳结构5的力学特性。调节工业数字照相机的焦距和曝光时间，保证采集到的荧光斑点数字图的清晰度。
其中，Z向工业照相机1、X向工业照相机2、第三台工业照相机3是采集荧光斑点数字图的主要装置，这三台工业照相机将每一时段采集到的荧光斑点数字图传入数据处理计算机4，以供后续位移场计算之用。
三台工业照相机的安装位置需要满足一定要求：其中Z向工业照相机1和X向工业照相机2分别处于Z、X两个方向，第三台工业照相机3需要根据板壳结构的形状特点确定恰当放置方位。
待长效夜光沙6与待测板壳结构5牢固粘结后，根据待测板壳结构5的空间形状特征调整在实验台7上的位置并施加约束，调整待测板壳结构5的位置及角度，确保整个待测面均能被Z向工业照相机1和X向工业照相机2很好的拍摄。然后调节第三台相机拍摄角度，使其也能很好的拍摄到整个待测表面。
施加温度或外力荷载，采集施加荷载前后各阶段的荧光斑点数字图。将这些荧光斑点数字图输入数据处理计算机4，用图形处理软件对这些荧光斑点数字图进行降噪处理，进一步提高其清晰度。然后利用数字图像处理软件，将荧光斑点数字图转换为数字象素。
将变形前与变形后的数字象素进行全场匹配和相关计算，由X、Z两个方向的工业照相机采集的荧光斑点数字图预计算待测表面的三维位移场，由第三台工业照相机3采集的荧光斑点数字图校正计算结果，提高计算精度。然后将不同时刻、各个象素点的位置变化并连成整个位移场。
具体的操作方法包括以下几个步骤：
步骤1：在待测板壳结构5的表面黏附长效夜光沙6；
步骤2：将Z向工业照相机1、X向工业照相机2、第三台工业照相机3固定在板壳结构所处的实验台7上，使其中两台分别处于X、Z两个方向，另外一台根据板壳结构的形状特点确定恰当放置方位；
步骤3：在黑暗的条件下采集待测板壳结构5在未发生位移形和发生变形后三个方向的荧光斑点数字图；
步骤4：将采集的荧光斑点数字图用图形处理软件进行降噪处理，再利用数字图像处理软件将荧光斑点数字图转换为数字象素；将变形前与变形后的数字象素进行全场匹配和相关计算，由X、Z两个方向的工业照相机采集的荧光斑点数字图预计算出待测表面的三维位移场，由第三台工业照相机3采集的荧光斑点数字图校正计算结果，提高计算精度。
本发明具有操作简单、稳定性好、测量精度高、不影响板壳结构变形特性的优点。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (4)
1.一种板壳结构表面位移场的测量系统，其特征在于，包括实验台(7)、安装在实验台(7)上位置及角度可调的待测板壳结构(5)、均匀设置在待测板壳结构(5)上的长效夜光沙(6)、数据处理计算机(4)和安装在待测板壳结构(5)上方能够拍摄到整个待测板壳结构(5)待测面的Z向工业照相机(1)、X向工业照相机(2)及拍摄角度可调的第三台工业照相机(3)；
所述Z向工业照相机(1)、X向工业照相机(2)及第三台工业照相机(3)在黑暗条件下拍摄待测板壳结构(5)在变形过程中各时刻的荧光斑点数字图，然后将各时刻采集到的荧光斑点数字图传入数据处理计算机(4)；
所述数据处理计算机(4)首先对Z向工业照相机(1)和X向工业照相机(2)采集的荧光斑点数字图进行图形处理与转换获得数字像素，再经过全场匹配计算得到待测板壳结构(5)表面的三维位移场；然后对所述第三台工业照相机(3)采集的荧光斑点数字图进行图形处理与转换获得数字像素，从而对计算得到的三维位移场进行校正获得最终的校正结果；最后，将不同时刻、各个象素点的位置变化并连成整个位移场。
2.根据权利要求1所述的板壳结构表面位移场的测量系统，其特征在于，最终的校正结果通过如下方式得到：
所述数据处理计算机(4)通过对Z向工业照相机(1)与X向工业照相机(2)采集的荧光斑点数字图进行计算可得到两个时刻间发生的位移，通过对所述Y向工业照相机与Z向工业照相机(1)，Y向工业照相机与X向工业照相机(2)采集的荧光斑点数字图分别进行计算可得到这两个时刻间发生的位移，将三种组合算的结果平均后作为最终的校正结果。
3.根据权利要求1所述的板壳结构表面位移场的测量系统，其特征在于，所述数据处理计算机(4)对荧光斑点数字图采用图形处理软件进行降噪处理，用于提高其清晰度；并利用数字图像处理软件，将荧光斑点数字图转换为数字象素。
4.根据权利要求1所述的板壳结构表面位移场的测量系统，其特征在于，所述长效夜光沙(6)通过胶水均匀的黏附在待测板壳结构(5)表面。
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