CN112284278A - 一种模拟空间环境下大视场高精度结构变形测量系统 - Google Patents

一种模拟空间环境下大视场高精度结构变形测量系统 Download PDF

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CN112284278A CN202010981066.9A CN202010981066A CN112284278A CN 112284278 A CN112284278 A CN 112284278A CN 202010981066 A CN202010981066 A CN 202010981066A CN 112284278 A CN112284278 A CN 112284278A
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Abstract

本发明公开了一种模拟空间环境下大视场高精度结构变形测量系统，包括：空间环境模拟罐体、安装底板、测量基座、测量运动机构、测量运动滑槽结构、运动机构控制线路、运动机构控制软硬件系统、局部环境控制与视觉测量线路、局部环境控制与视觉测量软硬件系统和图像获取单元；测量基座的两端分别连接空间环境模拟罐体和测量运动滑槽结构；测量运动机构与测量运动滑槽结构连接；测量运动机构下方依次设置有图像获取单元和安装底板；运动机构控制软硬件系统通过运动机构控制线路与测量运动机构连接；局部环境控制与视觉测量软硬件系统通过局部环境控制与视觉测量线路与图像获取单元连接。本发明解决了在模拟环境下大视场高精度结构变形场测量的问题。

Description

一种模拟空间环境下大视场高精度结构变形测量系统
技术领域
本发明属于航天技术领域，尤其涉及一种模拟空间环境下大视场高精度结构变形测量系统。
背景技术
为了保证高精度测量卫星及星载设备指标稳定可靠，其载荷安装基准结构必须具有高稳定特性，即在空间环境下结构只产生微小变形或“近零变形”的特性。以高精度固面天线、精密载荷支架等为代表的高稳定结构，对航天器精度具有重大影响，直接决定整器性能，甚至关系到任务成败。在模拟空间环境下，高精度实时获取其稳定性能参数是空间高稳定结构地面研制阶段的核心环节和评价的重要手段。
目前，常规结构变形测量方法分为应变计测量方法、机械式的千分表法、顶杆法等接触式测量方法，以及激光位移传感器、激光跟踪仪、三坐标方法、摄影测量方法、雷达测试技术、散斑干涉方法、数字图像相关方法等非接触式测量方法。接触式测量方法多为单点测量，测量结果数据有限，且需要传感器与产品表面接触，无法用于复杂结构的变形场测量。而非接触式测量方式中的探针式和非接触式坐标测量仪等仅能用于结构形貌测试，很难测量变形场；常规摄影测量方法受限于特征匹配方法，仅能在标记点处测得准确的坐标和位移信息，且在模拟空间环境下存在较大的配准误差，无法用于大视场变形测量；而现有散斑干涉方法、数字图像相关等方法主要应用于在常温常压环境，在模拟空间环境下仪器精度及设备安全性不足，不适用于模拟空间环境下变形测量，同时常规数字图像相关方法存在大视场与高精度很难兼顾的矛盾，散斑干涉方法存在光路复杂、系统稳定性差等问题，无法克服模拟空间环境中微振动影响。
发明内容
本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种模拟空间环境下大视场高精度结构变形测量系统，以解决在模拟环境下大视场高精度结构变形场测量的问题。
为了解决上述技术问题，本发明公开了一种模拟空间环境下大视场高精度结构变形测量系统，包括：空间环境模拟罐体、安装底板、测量基座、测量运动机构、测量运动滑槽结构、运动机构控制线路、运动机构控制软硬件系统、局部环境控制与视觉测量线路、局部环境控制与视觉测量软硬件系统和图像获取单元；
安装底板、测量基座、测量运动机构、测量运动滑槽结构和图像获取单元设置在空间环境模拟罐体内，运动机构控制软硬件系统和局部环境控制与视觉测量软硬件系统设置在空间环境模拟罐体外；
测量基座的一端固定在空间环境模拟罐体的顶部，另一端与测量运动滑槽结构连接；测量运动机构通过设定接口与测量运动滑槽结构连接；图像获取单元安装在测量运动机构下方、与测量运动机构连接；安装底板设置在图像获取单元下方，用于安装被测试件；
运动机构控制软硬件系统通过运动机构控制线路与测量运动机构连接；
局部环境控制与视觉测量软硬件系统通过局部环境控制与视觉测量线路与图像获取单元连接。
在上述模拟空间环境下大视场高精度结构变形测量系统中，图像获取单元，包括：高稳定测量基线杆、CCD探头a、CCD探头b、局部环境控制舱和高透光率石英玻璃；
高稳定测量基线杆的长度方向中心与测量运动机构连接；
CCD探头a和CCD探头b对称安装在高稳定测量基线杆的两端；
局部环境控制舱安装于测量运动机构下部；其中，高稳定测量基线杆、CCD探头a和CCD探头b密封在局部环境控制舱内部；
高透光率石英玻璃安装在局部环境控制舱底部，与局部环境控制舱共同组成一个密闭的舱体。
在上述模拟空间环境下大视场高精度结构变形测量系统中，还包括：测控穿舱件；
测控穿舱件设置在空间环境模拟罐体上；
运动机构控制线路通过测控穿舱件将运动机构控制软硬件系统与测量运动机构进行连接；
局部环境控制与视觉测量线路通过测控穿舱件将局部环境控制与视觉测量软硬件系统与局部环境控制舱进行连接。
在上述模拟空间环境下大视场高精度结构变形测量系统中，局部环境控制与视觉测量软硬件系统，用于：
控制局部环境控制舱内的温度和压力，确保测量过程中局部环境控制舱内的温度和压力保持稳定；其中，局部环境控制与视觉测量软硬件系统对局部环境控制舱的温度控制稳定度优于±1℃，压力控制稳定度优于±1％；
控制视觉测量单元进行图像采集，并对获取的视觉图像进行解算处理得到不同条件下的变形场测量数据。
在上述模拟空间环境下大视场高精度结构变形测量系统中，安装在安装底板上的被测试件的被测表面被划分为多个被测子区域，包括：根据被测试件与图像获取单元的位置关系以及图像获取单元的视场区域，被测试件的被测表面被划分为第一被测子区域、第二被测子区域、第三被测子区域、第四被测子区域、第五被测子区域、第六被测子区域、···、第n-2被测子区域、第n-1被测子区域和第n被测子区域。
在上述模拟空间环境下大视场高精度结构变形测量系统中，运动机构控制软硬件系统，用于：
根据划分的多个被测子区域，规划测量运动机构在测量运动滑槽结构上的运动路线；
控制测量运动机构在测量运动滑槽结构上按照规划的路线运动，确保各相邻被测子区域均存在公共视场区域；其中，图像获取单元随测量运动机构一起运动，并采集得到被测试件在不同被测子区域不同试验温度的视觉图像。
在上述模拟空间环境下大视场高精度结构变形测量系统中，两相邻被测子区域的公共视场区域的面积为不小于两相邻被测子区域最大面积的10％。
在上述模拟空间环境下大视场高精度结构变形测量系统中，规划的测量运动机构在测量运动滑槽结构上的运动路线为：覆盖所有被测子区域的最短路径。
在上述模拟空间环境下大视场高精度结构变形测量系统中，高稳定测量基线杆的热稳定性优于5×10-8/k；测量基座的热稳定性优于10-7/k；测量运动滑槽结构的热稳定性优于10-7/k。
在上述模拟空间环境下大视场高精度结构变形测量系统中，局部环境控制与视觉测量软硬件系统根据被测试件在不同被测子区域不同试验温度的视觉图像，解算得到整个被测试件在统一坐标系下不同试验温度条件下的变形场测量数据时，包括：
确定第一被测子区域、第二被测子区域、第三被测子区域、第四被测子区域、第五被测子区域、第六被测子区域、···、第n-2被测子区域、第n-1被测子区域和第n被测子区域环控前的初始扫描图像，依次记为：G0-(1)、G0-(2)、G0-(3)、G0-(4)、G0-(5)、G0-(6)、····、G0-(n-2)、G0-(n-1)、G0-(n)；
确定在空间环境状态Bk下，第一被测子区域、第二被测子区域、第三被测子区域、第四被测子区域、第五被测子区域、第六被测子区域、···、第n-2被测子区域、第n-1被测子区域和第n被测子区域的扫描图像，依次记为：Gk-(1)、Gk-(2)、Gk-(3)、Gk-(4)、Gk-(5)、Gk-(6)、····、Gk-(n-2)、Gk-(n-1)、Gk-(n)；
采用环控前初始扫描图像采集的坐标系On(U,V,W)对第一被测子区域、第二被测子区域、第三被测子区域、第四被测子区域、第五被测子区域、第六被测子区域、···、第n-2被测子区域、第n-1被测子区域和第n被测子区域分别进行子区域数字图像解算，并得到模拟空间环境状态Bk下，每个被测子区域在各自环控前初始扫描图像坐标系On(U,V,W)下的坐标及变形场数据，依次记为：[Uk-O1-(1),Vk-O1-(1),Wk-O1-(1)]、[Uk-O2-(2),Vk-O2-(2),Wk-O2-(2)]、[Uk-O3-(3),Vk-O3-(3),Wk-O3-(3)]、[Uk-O4-(4),Vk-O4-(4),Wk-O4-(4)]、[Uk-O5-(5),Vk-O5-(5),Wk-O5-(5)]、[Uk-O6-(6),Vk-O6-(6),Wk-O6-(6)]、···、[Uk-On-2-(n-2),Vk-On-2-(n-2),Wk-On-2-(n-2)]、[Uk-On-1-(n-1),Vk-On-1-(n-1),Wk-On-1-(n-1)]、[Uk-On-(n),Vk-On-(n),Wk-On-(n)]；
根据[Uk-O1-(1),Vk-O1-(1),Wk-O1-(1)]、[Uk-O2-(2),Vk-O2-(2),Wk-O2-(2)]、[Uk-O3-(3),Vk-O3-(3),Wk-O3-(3)]、[Uk-O4-(4),Vk-O4-(4),Wk-O4-(4)]、[Uk-O5-(5),Vk-O5-(5),Wk-O5-(5)]、[Uk-O6-(6),Vk-O6-(6),Wk-O6-(6)]、···、[Uk-On-2-(n-2),Vk-On-2-(n-2),Wk-On-2-(n-2)]、[Uk-On-1-(n-1),Vk-On-1-(n-1),Wk-On-1-(n-1)]、[Uk-On-(n),Vk-On-(n),Wk-On-(n)]，结合相邻被测子区域的公共视场区域，进行数据融合与坐标系配准；
根据数据融合与坐标系配准结果，将每个被测子区域的各点坐标及变形场数据通过统一的坐标系O(U,V,W)给出，依次记为：[Uk-(1),Vk-(1),Wk-(1)]、[Uk-(2),Vk-(2),Wk-(2)]、[Uk-(3),Vk-(3),Wk-(3)]、[Uk-(4),Vk-(4),Wk-(4)]、[Uk-(5),Vk-(5),Wk-(5)]、[Uk-(6),Vk-(6),Wk-(6)]、[Uk-(n-2),Vk-(n-2),Wk-(n-2)]、[Uk-(n-1),Vk-(n-1),Wk-(n-1)]、[Uk-(n),Vk-(n),Wk-(n)]；
将被测子区域的各点坐标及变形场图像拼接，得到一个覆盖被测试件所有被测子区域的变形场图像，记为：[Uk,Vk,Wk]。
本发明具有以下优点：
(1)本发明公开了一种模拟空间环境下大视场高精度结构变形测量系统，具有非接触、高精度、大视场、环境下动态实时测量等优点，测量简单、通用、易实施，能够对模拟空间环境下高稳定结构的变形实现大视场精确测量。
(2)本发明公开了一种模拟空间环境下大视场高精度结构变形测量系统，采用基于数字图像相关的大视场扫描测量方法、基于公共视场图像拼接方法，对被测子区域分布式的小区域视觉图像进行拼接，配合图像数据融合方法，解决传统双目视觉测量方法的视场不足的问题、以及传统双目视觉扫描式测量过程中，各双目系统视觉图像与相邻图像匹配时出现标定误差累积，而导致的整个表面三维变形测量精度不足的问题。
(3)本发明公开了一种模拟空间环境下大视场高精度结构变形测量系统，采用高稳定测量基线设计及防护对模拟空间环境下双目测量系统测量基线采用超低热胀系数材料设计以使测量基线保持高稳定性，通过对基线采用环境隔离防护，确保了视觉测量CCD相对位姿的高稳定性，克服了模拟空间环境影响的问题。
(4)本发明公开了一种模拟空间环境下大视场高精度结构变形测量系统，适用于不同大小、不同结构形式的模拟空间环境试验下动、静态工况的结构变形测量，也适用于其他类似常压、真空环境下的结构大视场高精度变形场测量。
附图说明
图1是本发明实施例中一种模拟空间环境下大视场高精度结构变形测量系统的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明公开的实施方式作进一步详细描述。
本发明针对传统测量方法在航天器高稳定结构变形测量应用方面存在的问题，提出了一种基于图像拼接、大视场扫描、基线防护和数字图像技术结合的模拟空间环境下大视场高精度结构变形测量系统，解决了在模拟环境下大视场高精度结构变形场测量的问题。本发明适用于模拟空间环境下大尺寸结构高精度变形场测量，也适用于其他类似环境下结构变形场测量。
如图1，在本实施例中，该模拟空间环境下大视场高精度结构变形测量系统，包括：空间环境模拟罐体1、安装底板2、测量基座14、测量运动机构15、测量运动滑槽结构16、运动机构控制线路17、运动机构控制软硬件系统19、局部环境控制与视觉测量线路25、局部环境控制与视觉测量软硬件系统26和图像获取单元。其中，安装底板2、测量基座14、测量运动机构15、测量运动滑槽结构16和图像获取单元设置在空间环境模拟罐体1内，运动机构控制软硬件系统19和局部环境控制与视觉测量软硬件系统26设置在空间环境模拟罐体1外；测量基座14的一端固定在空间环境模拟罐体1的顶部，另一端与测量运动滑槽结构16连接；测量运动机构15通过设定接口与测量运动滑槽结构16连接；图像获取单元安装在测量运动机构15下方、与测量运动机构15连接；安装底板2设置在图像获取单元下方，用于安装被测试件3；运动机构控制软硬件系统19通过运动机构控制线路17与测量运动机构15连接；局部环境控制与视觉测量软硬件系统26通过局部环境控制与视觉测量线路25与图像获取单元连接。
在本实施例中，图像获取单元具体可以包括：高稳定测量基线杆20、CCD探头a21、CCD探头b22、局部环境控制舱23和高透光率石英玻璃24。其中，高稳定测量基线杆20的长度方向中心与测量运动机构15连接；CCD探头a21和CCD探头b22对称安装在高稳定测量基线杆20的两端；局部环境控制舱23安装于测量运动机构15下部，高稳定测量基线杆20、CCD探头a21和CCD探头b22密封在局部环境控制舱23内部；高透光率石英玻璃24安装在局部环境控制舱23底部，与局部环境控制舱23共同组成一个密闭的舱体。优选的，高稳定测量基线杆20的热稳定性优于5×10-8/k；测量基座14的热稳定性优于10-7/k；测量运动滑槽结构16的热稳定性优于10-7/k。
在本实施例中，该模拟空间环境下大视场高精度结构变形测量系统，还可以包括：测控穿舱件18。其中，测控穿舱件18设置在空间环境模拟罐体1上，运动机构控制线路17通过测控穿舱件18将运动机构控制软硬件系统19与测量运动机构15进行连接，局部环境控制与视觉测量线路25通过测控穿舱件18将局部环境控制与视觉测量软硬件系统26与局部环境控制舱23进行连接。
在本实施例中，局部环境控制与视觉测量软硬件系统26，用于控制局部环境控制舱23内的温度和压力，确保测量过程中局部环境控制舱23内的温度和压力保持稳定；以及控制视觉测量单元进行图像采集，并对获取的视觉图像进行解算处理得到不同条件下的变形场测量数据。优选的，局部环境控制与视觉测量软硬件系统26对局部环境控制舱23的温度控制稳定度优于±1℃，压力控制稳定度优于±1％。
在本实施例中，安装在安装底板2上的被测试件3的被测表面被划分为多个被测子区域，包括：根据被测试件3与图像获取单元的位置关系以及图像获取单元的视场区域，被测试件3的被测表面被划分为第一被测子区域4、第二被测子区域5、第三被测子区域6、第四被测子区域7、第五被测子区域8、第六被测子区域9、···、第n-2被测子区域10、第n-1被测子区域11和第n被测子区域12。其中，两相邻被测子区域的公共视场区域的面积为两相邻被测子区域最大面积的10％。
优选的，运动机构控制软硬件系统19具体可以用于：根据被测试件3上划分的多个被测子区域，规划测量运动机构15在测量运动滑槽结构16上的运动路线；控制测量运动机构15在测量运动滑槽结构16上按照规划的路线运动，确保各相邻被测子区域均存在公共视场区域13；其中，图像获取单元随测量运动机构15一起运动，并采集得到被测试件3在不同被测子区域不同试验温度的视觉图像。其中，规划的测量运动机构15在测量运动滑槽结构16上的运动路线为：覆盖所有被测子区域的最短路径。
进一步的，局部环境控制与视觉测量软硬件系统26根据被测试件3在不同被测子区域不同试验温度的视觉图像，解算得到整个被测试件在统一坐标系O(U,V,W)下不同试验温度条件下的变形场测量数据时，具体可以包括：确定第一被测子区域4、第二被测子区域5、第三被测子区域6、第四被测子区域7、第五被测子区域8、第六被测子区域9、···、第n-2被测子区域10、第n-1被测子区域11和第n被测子区域12环控前的初始扫描图像，依次记为：G0-(1)、G0-(2)、G0-(3)、G0-(4)、G0-(5)、G0-(6)、····、G0-(n-2)、G0-(n-1)、G0-(n)；确定在空间环境状态Bk下，第一被测子区域4、第二被测子区域5、第三被测子区域6、第四被测子区域7、第五被测子区域8、第六被测子区域9、···、第n-2被测子区域10、第n-1被测子区域11和第n被测子区域12的扫描图像，依次记为：Gk-(1)、Gk-(2)、Gk-(3)、Gk-(4)、Gk-(5)、Gk-(6)、····、Gk-(n-2)、Gk-(n-1)、Gk-(n)；采用环控前初始扫描图像采集的坐标系对第一被测子区域4、第二被测子区域5、第三被测子区域6、第四被测子区域7、第五被测子区域8、第六被测子区域9、···、第n-2被测子区域10、第n-1被测子区域11和第n被测子区域12分别进行子区域数字图像解算，并得到模拟空间环境状态Bk下，每个被测子区域在各自环控前初始扫描图像坐标系On(U,V,W)下的坐标及变形场数据，依次记为：[Uk-O1-(1),Vk-O1-(1),Wk-O1-(1)]、[Uk-O2-(2),Vk-O2-(2),Wk-O2-(2)]、[Uk-O3-(3),Vk-O3-(3),Wk-O3-(3)]、[Uk-O4-(4),Vk-O4-(4),Wk-O4-(4)]、[Uk-O5-(5),Vk-O5-(5),Wk-O5-(5)]、[Uk-O6-(6),Vk-O6-(6),Wk-O6-(6)]、···、[Uk-On-2-(n-2),Vk-On-2-(n-2),Wk-On-2-(n-2)]、[Uk-On-1-(n-1),Vk-On-1-(n-1),Wk-On-1-(n-1)]、[Uk-On-(n),Vk-On-(n),Wk-On-(n)]；根据[Uk-O1-(1),Vk-O1-(1),Wk-O1-(1)]、[Uk-O2-(2),Vk-O2-(2),Wk-O2-(2)]、[Uk-O3-(3),Vk-O3-(3),Wk-O3-(3)]、[Uk-O4-(4),Vk-O4-(4),Wk-O4-(4)]、[Uk-O5-(5),Vk-O5-(5),Wk-O5-(5)]、[Uk-O6-(6),Vk-O6-(6),Wk-O6-(6)]、···、[Uk-On-2-(n-2),Vk-On-2-(n-2),Wk-On-2-(n-2)]、[Uk-On-1-(n-1),Vk-On-1-(n-1),Wk-On-1-(n-1)]、[Uk-On-(n),Vk-On-(n),Wk-On-(n)]，结合相邻被测子区域的公共视场区域，进行数据融合与坐标系配准；根据数据融合与坐标系配准结果，将每个被测子区域的各点坐标及变形场数据通过统一的坐标系O(U,V,W)给出，依次记为：[Uk-(1),Vk-(1),Wk-(1)]、[Uk-(2),Vk-(2),Wk-(2)]、[Uk-(3),Vk-(3),Wk-(3)]、[Uk-(4),Vk-(4),Wk-(4)]、[Uk-(5),Vk-(5),Wk-(5)]、[Uk-(6),Vk-(6),Wk-(6)]、[Uk-(n-2),Vk-(n-2),Wk-(n-2)]、[Uk-(n-1),Vk-(n-1),Wk-(n-1)]、[Uk-(n),Vk-(n),Wk-(n)]；将被测子区域的各点坐标及变形场图像拼接，得到一个覆盖被测试件所有被测子区域的变形场图像，记为：[Uk,Vk,Wk]。
其中，需要说明的是：Uk-Oi-(i)表示在Bk状态下第i被测子区域在Oi(U,V,W)坐标系下U方向变形场，Vk-Oi-(i)表示在Bk状态下第i被测子区域在Oi(U,V,W)坐标系下V方向变形场，Wk-Oi-(i)表示在Bk状态下第i被测子区域在Oi(U,V,W)坐标系下W方向变形场；Uk-(i)表示在Bk状态下第i被测子区域在O(U,V,W)坐标系下U方向变形场，Vk-(i)表示在Bk状态下第i被测子区域在O(U,V,W)坐标系下V方向变形场，Wk-(i)表示在Bk状态下第i被测子区域在O(U,V,W)坐标系下W方向变形场；Uk表示在Bk状态下所有被测子区域在O(U,V,W)坐标系下U方向变形场，Vk表示在Bk状态下所有被测子区域在O(U,V,W)坐标系下V方向变形场，Wk表示在Bk状态下所有被测区域在O(U,V,W)坐标系下W方向变形场；i＝1、2、3、···、n。
在上述实施例的基础上，下面结合该模拟空间环境下大视场高精度结构变形测量系统的测量流程进行说明。
在本实施例中，该模拟空间环境下大视场高精度结构变形测量系统的测量流程包括：
步骤1：被测试件3安装。
将被测试件3在安装底板2的中间位置，并按照变形测量要求进行边界约束。其中，被测试件3优选地安装于高稳定测量基线杆20的正下方中间位置。被测试件3的被测区域表面制作有随机散斑，散斑总体特征尺寸控制在CCD探头a21和CCD探头b22在被测子区域表面视场3～10倍的像素特征尺寸。
步骤2：视觉测量与运动相关单元安装。
将测量基座14的一端固定在空间环境模拟罐体1的顶部，另一端与测量运动滑槽结构16连接；测量运动机构15通过设定接口与测量运动滑槽结构16连接；运动机构控制线路17通过测控穿舱件18将运动机构控制软硬件系统19与测量运动机构15进行连接。高稳定测量基线杆20的长度方向中心与测量运动机构15连接；CCD探头a21和CCD探头b22对称安装在高稳定测量基线杆20的两端。
优选的，CCD探头a21和CCD探头b22对称安装在高稳定测量基线杆20正下方中间位置，并使CCD探头a21和CCD探头b22公共视场最大化。
步骤3：局部环境控制单元安装。
局部环境控制舱23安装于测量运动机构15下部；其中，高稳定测量基线杆20、CCD探头a21和CCD探头b22密封在局部环境控制舱23内部；高透光率石英玻璃24安装在局部环境控制舱23底部，与局部环境控制舱23共同组成一个密闭的舱体；局部环境控制与视觉测量线路25通过测控穿舱件18将局部环境控制与视觉测量软硬件系统26与局部环境控制舱23进行连接。
步骤4：测量运动机构路径规划与测量分区。
通过观察被测试件与图像获取单元的位置关系以及图像获取单元视场区域，对被测试件3被测表面进行测量分区，将被测试件3的被测表面划分为第一被测子区域4、第二被测子区域5、第三被测子区域6、第四被测子区域7、第五被测子区域8、第六被测子区域9、···、第n-2被测子区域10、第n-1被测子区域11和第n被测子区域12。
进一步的，根据划分的多个被测子区域，规划测量运动机构15在测量运动滑槽结构16上的运动路线，确保各相邻被测子区域均存在公共视场区域13。
步骤5：图像获取视场调节。
通过调CCD探头a21和CCD探头b22在高稳定测量基线杆20两端的安装位置以及安装角度，进行测量视场调节。
步骤6：局部环境控制单元开启。
开启局部环境控制舱23使其开始工作，设定目标温度、压力等局部环境参数控制值Ta0、Pa0，启动局部环境控制程序通过局部环境控制与视觉测量软硬件系统26控制局部环境控制舱内温度、压力等局部环境参数达到控制值Ta0、Pa0，并保持稳定。
步骤7：测量系统标定。
待局部环境控制舱内温度、压力等局部环境参数达到控制值并保持稳定后，选取与图像获取单元单次测量区域面积相当的标定板对测量系统进行标定。
步骤8：环控前扫描图像获取。
标定完成后，测量运动机构15在测量运动滑槽结构16上按照规划的路线运动，图像获取单元随测量运动机构15一起运动，采集得到第一被测子区域4、第二被测子区域5、第三被测子区域6、第四被测子区域7、第五被测子区域8、第六被测子区域9、···、第n-2被测子区域10、第n-1被测子区域11和第n被测子区域12进行环控前的初始扫描图像，依次记为G0-(1)、G0-(2)、G0-(3)、G0-(4)、G0-(5)、G0-(6)、G0-(n-2)、G0-(n-1)、G0-(n)。
步骤9：模拟空间试验环境控制。
按照模拟空间环境试验的要求，启动环境控制程序，依次进行B1、B2、B3、……、Bk模拟空间环境状态(包括温度和压力)进行控制。
步骤10：扫描图像获取。
待模拟环境温度、压力等参数达到目标模拟空间环境状态Bk，且达到稳定时间tk后，测量运动机构15在测量运动滑槽结构16上按照规划的路线运动，图像获取单元随测量运动机构15一起运动，采集得到第一被测子区域4、第二被测子区域5、第三被测子区域6、第四被测子区域7、第五被测子区域8、第六被测子区域9、···、第n-2被测子区域10、第n-1被测子区域11和第n被测子区域12进行环控后的扫描图像。将目标模拟空间环境状态Bk下，各被测子区域图像依次记为：Gk-(1)、Gk-(2)、Gk-(3)、Gk-(4)、Gk-(5)、Gk-(6)、Gk-(n-2)、Gk-(n-1)、Gk-(n)。
步骤11：子区域图像解算。
采用环控前初始扫描图像采集的坐标系对第一被测子区域4、第二被测子区域5、第三被测子区域6、第四被测子区域7、第五被测子区域8、第六被测子区域9、···、第n-2被测子区域10、第n-1被测子区域11和第n被测子区域12分别进行子区域数字图像解算，并得到目标模拟空间环境状态Bk下，每个被测子区域在各自环控前初始扫描图像坐标系On(U,V,W)下的坐标及变形场数据，分别记为：[Uk-O1-(1),Vk-O1-(1),Wk-O1-(1)]、[Uk-O2-(2),Vk-O2-(2),Wk-O2-(2)]、[Uk-O3-(3),Vk-O3-(3),Wk-O3-(3)]、[Uk-O4-(4),Vk-O4-(4),Wk-O4-(4)]、[Uk-O5-(5),Vk-O5-(5),Wk-O5-(5)]、[Uk-O6-(6),Vk-O6-(6),Wk-O6-(6)]、[Uk-On-2-(n-2),Vk-On-2-(n-2),Wk-On-2-(n-2)]、[Uk-On-1-(n-1),Vk-On-1-(n-1),Wk-On-1-(n-1)]、[Uk-On-(n),Vk-On-(n),Wk-On-(n)]。
步骤12：数据融合与坐标变换。
获得每个子区域在各自坐标系下的坐标及变形场数据后，根据相邻测量子区域的公共视场，进行数据融合与坐标系配准。
步骤13：变形测量数据图像拼接。
根据数据融合与坐标系配准结果，将每个子区域的各点坐标及变形场数据通过统一的坐标系O(U,V,W)给出，记为[Uk-(1),Vk-(1),Wk-(1)]、[Uk-(2),Vk-(2),Wk-(2)]、[Uk-(3),Vk-(3),Wk-(3)]、[Uk-(4),Vk-(4),Wk-(4)]、[Uk-(5),Vk-(5),Wk-(5)]、[Uk-(6),Vk-(6),Wk-(6)]、[Uk-(n-2),Vk-(n-2),Wk-(n-2)]、[Uk-(n-1),Vk-(n-1),Wk-(n-1)]、[Uk-(n),Vk-(n),Wk-(n)]；并将子区域的各点坐标及变形场图像拼接，最终形成一个覆盖被测试件所有被测区域的变形场图像，记为[Uk,Vk,Wk]。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种模拟空间环境下大视场高精度结构变形测量系统，其特征在于，包括：空间环境模拟罐体(1)、安装底板(2)、测量基座(14)、测量运动机构(15)、测量运动滑槽结构(16)、运动机构控制线路(17)、运动机构控制软硬件系统(19)、局部环境控制与视觉测量线路(25)、局部环境控制与视觉测量软硬件系统(26)和图像获取单元；
安装底板(2)、测量基座(14)、测量运动机构(15)、测量运动滑槽结构(16)和图像获取单元设置在空间环境模拟罐体(1)内，运动机构控制软硬件系统(19)和局部环境控制与视觉测量软硬件系统(26)设置在空间环境模拟罐体(1)外；
测量基座(14)的一端固定在空间环境模拟罐体(1)的顶部，另一端与测量运动滑槽结构(16)连接；测量运动机构(15)通过设定接口与测量运动滑槽结构(16)连接；图像获取单元安装在测量运动机构(15)下方、与测量运动机构(15)连接；安装底板(2)设置在图像获取单元下方，用于安装被测试件(3)；
运动机构控制软硬件系统(19)通过运动机构控制线路(17)与测量运动机构(15)连接；
局部环境控制与视觉测量软硬件系统(26)通过局部环境控制与视觉测量线路(25)与图像获取单元连接。
2.根据权利要求1所述的模拟空间环境下大视场高精度结构变形测量系统，其特征在于，图像获取单元，包括：高稳定测量基线杆(20)、CCD探头a(21)、CCD探头b(22)、局部环境控制舱(23)和高透光率石英玻璃(24)；
高稳定测量基线杆(20)的长度方向中心与测量运动机构(15)连接；
CCD探头a(21)和CCD探头b(22)对称安装在高稳定测量基线杆(20)的两端；
局部环境控制舱(23)安装于测量运动机构(15)下部；其中，高稳定测量基线杆(20)、CCD探头a(21)和CCD探头b(22)密封在局部环境控制舱(23)内部；
高透光率石英玻璃(24)安装在局部环境控制舱(23)底部，与局部环境控制舱(23)共同组成一个密闭的舱体。
3.根据权利要求2所述的模拟空间环境下大视场高精度结构变形测量系统，其特征在于，还包括：测控穿舱件(18)；
测控穿舱件(18)设置在空间环境模拟罐体(1)上；
运动机构控制线路(17)通过测控穿舱件(18)将运动机构控制软硬件系统(19)与测量运动机构(15)进行连接；
局部环境控制与视觉测量线路(25)通过测控穿舱件(18)将局部环境控制与视觉测量软硬件系统(26)与局部环境控制舱(23)进行连接。
4.根据权利要求3所述的模拟空间环境下大视场高精度结构变形测量系统，其特征在于，局部环境控制与视觉测量软硬件系统(26)，用于：
控制局部环境控制舱(23)内的温度和压力，确保测量过程中局部环境控制舱(23)内的温度和压力保持稳定；其中，局部环境控制与视觉测量软硬件系统(26)对局部环境控制舱(23)的温度控制稳定度优于±1℃，压力控制稳定度优于±1％；
控制视觉测量单元进行图像采集，并对获取的视觉图像进行解算处理得到不同条件下的变形场测量数据。
5.根据权利要求1所述的模拟空间环境下大视场高精度结构变形测量系统，其特征在于，安装在安装底板(2)上的被测试件(3)的被测表面被划分为多个被测子区域，包括：根据被测试件(3)与图像获取单元的位置关系以及图像获取单元的视场区域，被测试件(3)的被测表面被划分为第一被测子区域(4)、第二被测子区域(5)、第三被测子区域(6)、第四被测子区域(7)、第五被测子区域(8)、第六被测子区域(9)、···、第n-2被测子区域(10)、第n-1被测子区域(11)和第n被测子区域(12)。
6.根据权利要求5所述的模拟空间环境下大视场高精度结构变形测量系统，其特征在于，运动机构控制软硬件系统(19)，用于：
根据划分的多个被测子区域，规划测量运动机构(15)在测量运动滑槽结构(16)上的运动路线；
控制测量运动机构(15)在测量运动滑槽结构(16)上按照规划的路线运动，确保各相邻被测子区域均存在公共视场区域(13)；其中，图像获取单元随测量运动机构(15)一起运动，并采集得到被测试件(3)在不同被测子区域不同试验温度的视觉图像。
7.根据权利要求6所述的模拟空间环境下大视场高精度结构变形测量系统，其特征在于，两相邻被测子区域的公共视场区域的面积为不小于两相邻被测子区域最大面积的10％。
8.根据权利要求6所述的模拟空间环境下大视场高精度结构变形测量系统，其特征在于，规划的测量运动机构(15)在测量运动滑槽结构(16)上的运动路线为：覆盖所有被测子区域的最短路径。
9.根据权利要求2所述的模拟空间环境下大视场高精度结构变形测量系统，其特征在于，高稳定测量基线杆(20)的热稳定性优于5×10-8/k；测量基座(14)的热稳定性优于10-7/k；测量运动滑槽结构(16)的热稳定性优于10-7/k。
10.根据权利要求6所述的模拟空间环境下大视场高精度结构变形测量系统，其特征在于，局部环境控制与视觉测量软硬件系统(26)根据被测试件(3)在不同被测子区域不同试验温度的视觉图像，解算得到整个被测试件在统一坐标系下不同试验温度条件下的变形场测量数据时，包括：
确定第一被测子区域(4)、第二被测子区域(5)、第三被测子区域(6)、第四被测子区域(7)、第五被测子区域(8)、第六被测子区域(9)、···、第n-2被测子区域(10)、第n-1被测子区域(11)和第n被测子区域(12)环控前的初始扫描图像，依次记为：G0-(1)、G0-(2)、G0-(3)、G0-(4)、G0-(5)、G0-(6)、····、G0-(n-2)、G0-(n-1)、G0-(n)；
确定在空间环境状态Bk下，第一被测子区域(4)、第二被测子区域(5)、第三被测子区域(6)、第四被测子区域(7)、第五被测子区域(8)、第六被测子区域(9)、···、第n-2被测子区域(10)、第n-1被测子区域(11)和第n被测子区域(12)的扫描图像，依次记为：Gk-(1)、Gk-(2)、Gk-(3)、Gk-(4)、Gk-(5)、Gk-(6)、····、Gk-(n-2)、Gk-(n-1)、Gk-(n)；
采用环控前初始扫描图像采集的坐标系On(U,V,W)对第一被测子区域(4)、第二被测子区域(5)、第三被测子区域(6)、第四被测子区域(7)、第五被测子区域(8)、第六被测子区域(9)、···、第n-2被测子区域(10)、第n-1被测子区域(11)和第n被测子区域(12)分别进行子区域数字图像解算，并得到模拟空间环境状态Bk下，每个被测子区域在各自环控前初始扫描图像坐标系On(U,V,W)下的坐标及变形场数据，依次记为：[Uk-O1-(1),Vk-O1-(1),Wk-O1-(1)]、[Uk-O2-(2),Vk-O2-(2),Wk-O2-(2)]、[Uk-O3-(3),Vk-O3-(3),Wk-O3-(3)]、[Uk-O4-(4),Vk-O4-(4),Wk-O4-(4)]、[Uk-O5-(5),Vk-O5-(5),Wk-O5-(5)]、[Uk-O6-(6),Vk-O6-(6),Wk-O6-(6)]、···、[Uk-On-2-(n-2),Vk-On-2-(n-2),Wk-On-2-(n-2)]、[Uk-On-1-(n-1),Vk-On-1-(n-1),Wk-On-1-(n-1)]、[Uk-On-(n),Vk-On-(n),Wk-On-(n)]；
根据[Uk-O1-(1),Vk-O1-(1),Wk-O1-(1)]、[Uk-O2-(2),Vk-O2-(2),Wk-O2-(2)]、[Uk-O3-(3),Vk-O3-(3),Wk-O3-(3)]、[Uk-O4-(4),Vk-O4-(4),Wk-O4-(4)]、[Uk-O5-(5),Vk-O5-(5),Wk-O5-(5)]、[Uk-O6-(6),Vk-O6-(6),Wk-O6-(6)]、···、[Uk-On-2-(n-2),Vk-On-2-(n-2),Wk-On-2-(n-2)]、[Uk-On-1-(n-1),Vk-On-1-(n-1),Wk-On-1-(n-1)]、[Uk-On-(n),Vk-On-(n),Wk-On-(n)]，结合相邻被测子区域的公共视场区域，进行数据融合与坐标系配准；
根据数据融合与坐标系配准结果，将每个被测子区域的各点坐标及变形场数据通过统一的坐标系O(U,V,W)给出，依次记为：[Uk-(1),Vk-(1),Wk-(1)]、[Uk-(2),Vk-(2),Wk-(2)]、[Uk-(3),Vk-(3),Wk-(3)]、[Uk-(4),Vk-(4),Wk-(4)]、[Uk-(5),Vk-(5),Wk-(5)]、[Uk-(6),Vk-(6),Wk-(6)]、[Uk-(n-2),Vk-(n-2),Wk-(n-2)]、[Uk-(n-1),Vk-(n-1),Wk-(n-1)]、[Uk-(n),Vk-(n),Wk-(n)]；
将被测子区域的各点坐标及变形场图像拼接，得到一个覆盖被测试件所有被测子区域的变形场图像，记为：[Uk,Vk,Wk]。
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