CN113815897B - 一种飞机宽范围升温下机体变形测量方法 - Google Patents

一种飞机宽范围升温下机体变形测量方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种飞机宽范围升温下机体变形测量方法，该方法包括以下步骤：一、飞机的进入固定及系统搭设构建；二、在飞机机体的待测试区域表面涂抹散斑；三、在飞机机体的待测试区域外侧选取刚体位移测试点；四、初始图像的采集及处理；五、操作第一温控系统和第二温控系统工作，以使飞机所处实验室的温度从[‑55℃，+74℃]升温，并获取不同温度下图像；六、获取不同温度下待测试区域的各个散斑处的自身变形量。本发明设计合理，操作便捷，从‑55℃到+74℃的升温过程中，获取不同温度下待测试区域的各个散斑处的自身变形量，实现飞机结构自身的变形测量。

Description

一种飞机宽范围升温下机体变形测量方法
技术领域
本发明属于飞机在气候试验中机体变形技术领域，尤其是涉及一种飞机宽范围升温下机体变形测量方法。
背景技术
现有的飞机气候试验是在实验室模拟环境条件下，例如高温、低温、淋雨、降雾、降雪、冻雨、积冰和太阳辐照等典型气候环境，按照规定的条件和试验顺序，让测试飞机经受各种气候环境应力的作用，从而对其环境适应性进行考核。飞机气候环境从低温（最低-55℃）到高温（最高+74℃）的过程中，飞机机体由于材料的热胀冷缩效应，会引起飞机机体的变形，为了考核飞机整机结构在各个温度下的变形，对飞机结构自身的变形进行测量是非常必要的，具体体现在以下方面：飞机结构组成中包括不同的材料，如铝合金、钛合金、复合材料等，由于热膨胀系数不一致，使得结构变形是一个复杂的过程，可能引起局部的曲翘、鼓包等现象，飞机设计方也会关注飞机在各个环境下的整体变形情况。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种飞机宽范围升温下机体变形测量方法，其设计合理，操作便捷，从-55℃到+74℃的升温过程中，获取不同温度下待测试区域的各个散斑处的自身变形量，实现飞机结构自身的变形测量。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种飞机宽范围升温下机体变形测量方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、飞机的进入固定及系统搭设构建：
步骤101、将飞机移入实验室，并通过刹车、轮档或系留装置将飞机固定在实验室飞机设计位置；
步骤102、设定飞机静止不动，飞机上APU工作；
步骤103、搭设双目立体视觉系统；其中，所述双目立体视觉系统朝向飞机机体的待测试区域；
步骤104、构建升温系统；其中，升温系统包括第一温控系统和第二温控系统，所述第一温控系统包括依次连接的第一压缩机（1-1）、第一冷凝器（1-2）、第一气动节流阀（1-3）和第一蒸发器（1-4），以及与第一蒸发器（1-4）连接的一次侧LM-8载冷剂循环回路和与所述一次侧LM-8载冷剂循环回路连接的第一管道电加热器（9）；
所述第二温控系统包括第一制冷回路、第二制冷回路和第三制冷回路，所述第一制冷回路包括依次连接的第二压缩机（2-1）、第二冷凝器（2-2）、第二气动节流阀（2-3）和第二蒸发器（2-4），所述第二制冷回路包括第三气动节流阀（3-3）和冷凝蒸发器（3-1）；所述第三制冷回路包括第三压缩机（4-1）、导液罐（4-2）、第四气动节流阀（4-3）和第三蒸发器（4-4），所述第二气动节流阀（2-3）和第三气动节流阀（3-3）的输入端均与第二冷凝器（2-2）的制冷剂输出端连接，所述第二气动节流阀（2-3）的输出端与第二蒸发器（2-4）的制冷剂进液端连接，所述第三气动节流阀（3-3）的输出端与冷凝蒸发器（3-1）的制冷剂进液端连接，所述第二蒸发器（2-4）的制冷剂出气端和冷凝蒸发器（3-1）的制冷剂出气端均连接第二压缩机（2-1）的输入端；
所述冷凝蒸发器（3-1）的制冷剂出液端连接导液罐（4-2）的输入端，所述导液罐（4-2）的输出端和第四气动节流阀（4-3）的输入端连接，所述第四气动节流阀（4-3）的输出端与第三蒸发器（4-4）的制冷剂进液端连接，所述第三蒸发器（4-4）的制冷剂出气端与第三压缩机（4-1）的输入端连接，所述第三压缩机（4-1）的输出端和冷凝蒸发器（3-1）的制冷剂进气端连接；
所述第二蒸发器（2-4）和所述第三蒸发器（4-4）均连接一次侧二氯甲烷载冷剂循环回路，所述一次侧二氯甲烷载冷剂循环回路和第二管道电加热器（10）连接；
步骤二、在飞机机体的待测试区域表面涂抹散斑；
步骤三、在飞机机体的待测试区域外侧选取刚体位移测试点；其中，各个所述刚体位移测试点分别设置一个标靶；
步骤四、初始图像的采集及处理：
利用双目立体视觉系统对飞机机体的待测试区域和刚体位移测试点进行初始图像采集并发送至计算机，计算机通过立体匹配算法对初始图像处理，获取初始图像中各个散斑的中心在摄像机坐标系下的三维坐标和各个标靶的中心在摄像机坐标系下的三维坐标；
步骤五、操作第一温控系统和第二温控系统工作，以使飞机所处实验室的温度从[-55℃，+74℃]升温，并获取不同温度下图像：
在飞机所处实验室的温度从[-55℃，+74℃]升温过程中，每升温一次设定的温度，利用双目立体视觉系统对飞机机体的待测试区域和刚体位移测试点进行图像采集并发送至计算机，计算机得到不同温度下图像；其中，设定的温度取值范围为3℃～5℃，具体过程如下：
步骤501、操作第二温控系统工作，以使飞机所处实验室的温度从[-55℃,-25℃]升温，且在飞机所处实验室的温度从[-55℃,-25℃]升温过程中，每升温一次设定的温度，利用双目立体视觉系统对飞机机体的待测试区域和刚体位移测试点进行图像采集并发送至计算机，计算机得到第一升温阶段图像；
步骤502、操作第二温控系统继续工作，以使飞机所处实验室的温度从（-25℃,0℃）升温，且在飞机所处实验室的温度从（-25℃,0℃）升温过程中，每升温一次设定的温度，利用双目立体视觉系统对飞机机体的待测试区域和刚体位移测试点进行图像采集并发送至计算机，计算机得到第二升温阶段图像；
步骤503、操作第二温控系统切换至第一温控系统工作，以使飞机所处实验室的温度从[0℃,74℃]升温，且在飞机所处实验室的温度从[0℃,74℃]升温过程中，每升温一次设定的温度，利用双目立体视觉系统对飞机机体的待测试区域和刚体位移测试点进行图像采集并发送至计算机，计算机得到第三升温阶段图像;
步骤504、计算机将第一升温阶段图像、第二升温阶段图像和第三升温阶段图像中各个图像按照温度递减顺序，将各个不同温度下图像分别记作第1个温度下图像，...，第
Figure 379852DEST_PATH_IMAGE001
个温度下图像，...，第
Figure 510619DEST_PATH_IMAGE002
个温度下图像；其中，
Figure 649476DEST_PATH_IMAGE001
和
Figure 967325DEST_PATH_IMAGE003
均为正整数，且
Figure 46402DEST_PATH_IMAGE004
；
步骤六、获取不同温度下待测试区域的各个散斑处的自身变形量：
计算机通过立体匹配算法对各个不同温度下图像进行处理，得到不同温度下待测试区域的各个散斑处的自身变形量。
上述的一种飞机宽范围升温下机体变形测量方法，其特征在于：所述第一压缩机（1-1）的输出端和第一冷凝器（1-2）的制冷剂输入端的连接处以及所述第一蒸发器（1-4）的制冷剂出气端和第一压缩机（1-1）的输入端的连接处并联有第一热气旁通阀（1-6）；
所述第二压缩机（2-1）的输出端和第二冷凝器（2-2）的制冷剂输入端的连接处以及所述第二蒸发器（2-4）的制冷剂出气端和第二压缩机（2-1）的输入端的连接处并联有第二热气旁通阀（2-6）；
所述第二压缩机（2-1）的输出端和第二冷凝器（2-2）的输入端的连接处以及所述冷凝蒸发器（3-1）的制冷剂出气端和第二压缩机（2-1）的输入端的连接处并联有第三热气旁通阀（3-6）；
所述第三压缩机（4-1）的输出端和冷凝蒸发器（3-1）的制冷剂进气端的连接处以及所述第三蒸发器（4-4）的制冷剂出气端与第三压缩机（4-1）的输入端的连接处并联有第四热气旁通阀（4-6）。
上述的一种飞机宽范围升温下机体变形测量方法，其特征在于：所述一次侧LM-8载冷剂循环回路包括LM-8载冷剂出液管、LM-8载冷剂回液管、LM-8载冷剂循环泵（1-5）和第一止回阀（1-7），所述LM-8载冷剂出液管的入口端与第一蒸发器（1-4）的载冷剂出口连接，所述LM-8载冷剂出液管的出口端和LM-8载冷剂循环泵（1-5）的入口连接，所述LM-8载冷剂循环泵（1-5）的出口与所述第一止回阀（1-7）的入口连接，所述第一止回阀（1-7）的出口与所述LM-8载冷剂回液管的入口端连接，所述LM-8载冷剂回液管的出口端和所述第一蒸发器（1-4）的载冷剂进口连接。
上述的一种飞机宽范围升温下机体变形测量方法，其特征在于：所述一次侧二氯甲烷载冷剂循环回路包括第一二氯甲烷载冷剂出液管、第一二氯甲烷载冷剂回液管、第二二氯甲烷载冷剂出液管、第二二氯甲烷载冷剂回液管、二氯甲烷载冷剂循环泵（5）和第二止回阀（5-1），所述第一二氯甲烷载冷剂出液管的入口端与第二蒸发器（2-4）的载冷剂出口连接，所述第二二氯甲烷载冷剂出液管的入口端与第三蒸发器（4-4）的载冷剂出口连接，所述第一二氯甲烷载冷剂出液管的出口端和第二二氯甲烷载冷剂出液管的出口端均与二氯甲烷载冷剂循环泵（5）的入口连接，所述二氯甲烷载冷剂循环泵（5）的出口和第二止回阀（5-1）的入口连接，所述第二止回阀（5-1）的出口均连接第一阀门（2-5）的一端和第二阀门（4-5）的一端，所述第一阀门（2-5）的另一端与所述第一二氯甲烷载冷剂回液管的入口端连接，所述第一二氯甲烷载冷剂回液管的出口端和所述第二蒸发器（2-4）的载冷剂进口连接；
所述第二阀门（4-5）的另一端与所述第二二氯甲烷载冷剂回液管的入口端连接，所述第二二氯甲烷载冷剂回液管的出口端和所述第三蒸发器（4-4）的载冷剂进口连接。
上述的一种飞机宽范围升温下机体变形测量方法，其特征在于：还包括二次侧LM-8载冷剂循环回路和二次侧二氯甲烷载冷剂循环回路，所述二次侧LM-8载冷剂循环回路包括二次侧LM-8载冷剂循环泵（6）、二次侧第一阀门（6-1）、二次侧第一止回阀（6-2）、二次侧第二阀门（6-3）、二次侧第二止回阀（6-4）和第一换热器（8-1），所述二次侧LM-8载冷剂循环泵（6）的入口与所述LM-8载冷剂出液管的出口端和LM-8载冷剂循环泵（1-5）的入口的连接处连接，所述二次侧LM-8载冷剂循环泵（6）的出口与二次侧第一阀门（6-1）的一端和二次侧第二阀门（6-3）的一端连接，所述二次侧第一阀门（6-1）的另一端和二次侧第一止回阀（6-2）的一端连接，所述二次侧第一止回阀（6-2）的另一端和第一换热器（8-1）入口端连接，所述二次侧第二阀门（6-3）的另一端和二次侧第二止回阀（6-4）的一端连接，所述二次侧第二止回阀（6-4）的另一端、所述第一止回阀（1-7）的出口和第一换热器（8-1）的出口均与所述LM-8载冷剂回液管的入口端连接；
所述二次侧二氯甲烷载冷剂循环回路包括二次侧二氯甲烷载冷剂循环泵（7）、二次侧第三阀门（7-1）、二次侧第三止回阀（7-2）、二次侧第四阀门（7-3）、二次侧第四止回阀（7-4）和第二换热器（8-2），所述二次侧二氯甲烷载冷剂循环泵（7）的入口与所述第一二氯甲烷载冷剂出液管的出口端、第二二氯甲烷载冷剂出液管的出口端和二氯甲烷载冷剂循环泵（5）的入口的连接处连接，所述二次侧二氯甲烷载冷剂循环泵（7）的出口与二次侧第三阀门（7-1）的一端和二次侧第四阀门（7-3）的一端连接，所述二次侧第三阀门（7-1）的另一端和二次侧第三止回阀（7-2）的一端连接，所述二次侧第三止回阀（7-2）的另一端和第二换热器（8-2）入口端连接，所述二次侧第四阀门（7-3）的另一端和二次侧第四止回阀（7-4）的一端连接，所述二次侧第四止回阀（7-4）的另一端、第二止回阀（5-1）的出口和第二换热器（8-2）出口端均与第一阀门（2-5）的一端和第二阀门（4-5）的一端的连接处连接。
上述的一种飞机宽范围升温下机体变形测量方法，其特征在于：所述LM-8载冷剂出液管的出口端和LM-8载冷剂循环泵（1-5）的入口的连接端与二次侧LM-8载冷剂循环泵（6）的入口之间设置有第一管道电加热器（9）；
所述第一二氯甲烷载冷剂出液管的出口端、第二二氯甲烷载冷剂出液管的出口端和二氯甲烷载冷剂循环泵（5）的入口的连接处与二次侧二氯甲烷载冷剂循环泵（7）的入口之间设置有第二管道电加热器（10）。
上述的一种飞机宽范围升温下机体变形测量方法，其特征在于：步骤三中在待测试区域外侧选取刚体位移测试点，具体过程如下：
选取待测试区域外侧飞机刚性结构区域作为刚体位移测试区域，在刚体位移测试区域内选取多个刚体位移测试点，并在每个所述刚体位移测试点粘贴一个标靶；其中，所述刚体位移测试点和所述标靶的个数相同且一一对应，每个所述刚体位移测试点均靠近待测试区域布设，所述刚体位移测试点与待测试区域最接近所述刚体位移测试点的边缘之间的间距为20cm～30cm。
上述的一种飞机宽范围升温下机体变形测量方法，其特征在于：步骤501中操作第二温控系统工作，以使飞机所处实验室的温度从[-55℃,-25℃]升温时，设定飞机所处实验室的温度为
Figure 31675DEST_PATH_IMAGE005
，其中，
Figure 341434DEST_PATH_IMAGE005
的范围为[-55℃,-25℃]，则具体过程如下：
步骤5011、操作第一阀门（2-5）关闭，第二阀门（4-5）打开，第二气动节流阀（2-3）关闭，第三气动节流阀（3-3）和第四气动节流阀（4-3）打开；其中，第一温控系统关闭；
步骤5012、第二压缩机（2-1）、第二冷凝器（2-2）、第三气动节流阀（3-3）和冷凝蒸发器（3-1）回路工作，同时第三压缩机（4-1）、冷凝蒸发器（3-1）、导液罐（4-2）、第四气动节流阀（4-3）和第三蒸发器（4-4）回路工作，在冷凝蒸发器（3-1）中R507制冷剂冷却第三压缩机（4-1）输出端的R23制冷剂高温高压蒸汽，以使R23制冷剂高温高压蒸汽液化，液态R23制冷剂经过导液罐（4-2）、第四气动节流阀（4-3）进入第三蒸发器（4-4），进而和第三蒸发器（4-4）中的二氯甲烷载冷剂换热，以冷却二氯甲烷载冷剂；
步骤5013、第三压缩机（4-1）、冷凝蒸发器（3-1）、导液罐（4-2）、第四气动节流阀（4-3）和第三蒸发器（4-4）回路工作，以使第二二氯甲烷载冷剂出液管中二氯甲烷载冷剂的温度满足
Figure 146579DEST_PATH_IMAGE006
，且通过操作二次侧第三阀门（7-1）和二次侧第四阀门（7-3）的开度，从而调节二氯甲烷载冷剂进入第二换热器（8-2）的流量，以使飞机所处实验室的温度满足
Figure 262302DEST_PATH_IMAGE007
;其中，
Figure 102082DEST_PATH_IMAGE008
表示载冷剂温度相对飞机所处实验室的温度的补偿量，且
Figure 582742DEST_PATH_IMAGE008
的取值范围为[4℃,12℃]；
步骤502中操作第二温控系统继续工作，以使飞机所处实验室的温度从（-25℃,0℃）升温，设定飞机所处实验室的温度为
Figure 140762DEST_PATH_IMAGE009
，
Figure 732281DEST_PATH_IMAGE009
的范围为（-25℃,0℃）；
按照步骤5013所述的方法，第二二氯甲烷载冷剂出液管中二氯甲烷载冷剂的温度满足
Figure 754463DEST_PATH_IMAGE010
，且通过操作二次侧第三阀门（7-1）和二次侧第四阀门（7-3）的开度，从而调节二氯甲烷载冷剂进入第二换热器（8-2）的流量，以使飞机所处实验室的温度满足
Figure 406025DEST_PATH_IMAGE009
;
步骤503中操作第二温控系统切换至第一温控系统工作，以使飞机所处实验室的温度[0℃,74℃]升温，具体过程如下：
步骤5031、当飞机所处实验室的温度
Figure 185762DEST_PATH_IMAGE011
时，准备如下：
操作第二气动节流阀（2-3）继续关闭，在第一蒸发器（1-4）中充满液态R507制冷剂，并操作LM-8载冷剂循环泵（1-5）和第一止回阀（1-7）工作，以使LM-8载冷剂在第一蒸发器（1-4）中循环；
步骤5032、操作第一压缩机（1-1）、第一冷凝器（1-2）、第一气动节流阀（1-3）和第一蒸发器（1-4）回路工作，以使R507制冷剂冷却LM-8载冷剂，直至第二二氯甲烷载冷剂出液管中二氯甲烷载冷剂的温度和LM-8载冷剂出液管中LM-8载冷剂的温度相同；
步骤5033、操作二次侧LM-8载冷剂循环泵（6）工作、二次侧第一止回阀（6-2）和二次侧第二止回阀（6-4）打开；并操作二次侧第三阀门（7-1）的开度逐渐减少，二次侧第四阀门（7-3）的开度逐渐增大，同时，操作二次侧第一阀门（6-1）的开度逐渐增大；其中，二次侧第一阀门（6-1）的开度的增大速率和二次侧第三阀门（7-1）的开度的减少速率相同；
且在二次侧第一阀门（6-1）的开度增大和二次侧第三阀门（7-1）的开度减少的过程中，重复步骤5032以使R507制冷剂冷却LM-8载冷剂，直至第二二氯甲烷载冷剂出液管中二氯甲烷载冷剂的温度再次保持相同；
步骤5034、设定飞机所处实验室的温度为
Figure 580971DEST_PATH_IMAGE012
，其中，
Figure 395343DEST_PATH_IMAGE012
的范围为[0℃,74℃]；
步骤5035、在R507制冷剂冷却LM-8载冷剂的过程中，以使LM-8载冷剂出液管的入口端中LM-8载冷剂的温度满足
Figure 280123DEST_PATH_IMAGE013
时，二次侧LM-8载冷剂循环泵（6）将冷却后的LM-8载冷剂送入换热器（8）对飞机所处实验室的温度制冷，且通过操作二次侧第一阀门（6-1）和二次侧第二阀门（6-3）的开度，从而调节LM-8载冷剂进入第一换热器（8-1）的流量，直至飞机所处实验室的温度满足
Figure 547156DEST_PATH_IMAGE014
。
上述的一种飞机宽范围升温下机体变形测量方法，其特征在于：步骤二中飞机机体的待测试区域内散斑的总数为M，且M为大于100000的正整数，所述散斑为圆形散斑，所述散斑的直径为1mm～2mm，将各个散斑依次记作第1个散斑，...，第m个散斑，...，第M个散斑，且m和M均为正整数，且1≤m≤M;
步骤三中所述标靶的总数为N，且N为10～20的正整数，将各个标靶依次记作第1个标靶，...，第n个标靶，...，第N个标靶，且n和N均为正整数，且1≤n≤N;
步骤四中将初始图像中第m个散斑的中心在摄像机坐标系下的三维坐标记作
Figure 746056DEST_PATH_IMAGE015
，第n个标靶的中心在摄像机坐标系下的三维坐标记作
Figure 414935DEST_PATH_IMAGE016
。
上述的一种飞机宽范围升温下机体变形测量方法，其特征在于：采用计算机对第
Figure 408299DEST_PATH_IMAGE017
个温度下图像进行处理，具体过程如下：
步骤601、计算机通过立体匹配算法对第
Figure 162628DEST_PATH_IMAGE017
个温度下图像进行处理，获取第
Figure 726071DEST_PATH_IMAGE017
个温度下第m个散斑的中心在摄像机坐标系下的三维坐标记作
Figure 249456DEST_PATH_IMAGE018
，第
Figure 413721DEST_PATH_IMAGE017
个温度下第n个标靶的中心在摄像机坐标系下的三维坐标记作
Figure 655347DEST_PATH_IMAGE019
;
步骤602、计算机根据公式
Figure 196050DEST_PATH_IMAGE020
，得到第
Figure 636258DEST_PATH_IMAGE017
个温度下第m个散斑处的总变形量
Figure 237004DEST_PATH_IMAGE021
；
步骤603、计算机根据公式
Figure 700346DEST_PATH_IMAGE022
，得到第
Figure 44740DEST_PATH_IMAGE017
个温度下第n个标靶处的刚体变形量
Figure 277138DEST_PATH_IMAGE023
；
步骤604、计算机根据公式
Figure 111102DEST_PATH_IMAGE024
，得到第
Figure 61740DEST_PATH_IMAGE017
个温度下飞机机体的刚体变形量
Figure 944246DEST_PATH_IMAGE025
；
步骤605、计算机根据公式
Figure 296730DEST_PATH_IMAGE026
，得到第
Figure 239278DEST_PATH_IMAGE017
个温度下第m个散斑处的自身变形量
Figure 677213DEST_PATH_IMAGE027
。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明第一温控系统设置一次侧LM-8载冷剂循环回路，第二温控系统设置一次侧CH2CL2载冷剂循环回路，通过CH2CL2载冷剂以使飞机所处实验室的温度-55℃～0℃升温模拟，通过载冷剂LM-8以使飞机所处实验室的温度0℃～-74℃升温模拟，以使飞机所处实验室的实验模拟温度范围广，从-55℃到+74℃的升温模拟。
2、本发明冷凝蒸发器，是为了在冷凝蒸发器中R507制冷剂冷却第三压缩机输出端的高温高压R23制冷剂蒸汽液化，液态R23制冷剂经过导液罐、第四气动节流阀进入第三蒸发器，并和第三蒸发器中的CH2CL2载冷剂换热，以冷却CH2CL2载冷剂。
3、本发明设置第三蒸发器，一方面，是因为R23制冷剂的临界温度为26.13℃，R23制冷剂超过26.13℃会气化，所以采用先冷却一次侧CH2CL2载冷剂温度到低温，然后用低温的CH2CL2载冷剂进入第三蒸发器先反哺R23使其快速液化；另一方面，是为了R23制冷剂冷却CH2CL2载冷剂速度加快。
4、本发明飞机宽范围升温下机体变形测量方法步骤简单、实现方便且操作简便，首先是飞机的进入固定及系统搭设构建；其次是在飞机机体的待测试区域表面涂抹散斑和在待测试区域外侧选取刚体位移测试点；接着是初始图像的采集；然后操作第一温控系统和第二温控系统工作，以使飞机所处实验室的温度从[-55℃，+74℃]升温，并获取不同温度下图像，最后获取不同温度下待测试区域的各个散斑处的自身变形量。
综上所述，本发明设计合理，操作便捷，从-55℃到+74℃的升温过程中，获取不同温度下待测试区域的各个散斑处的自身变形量，实现飞机结构自身的变形测量。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明升温系统第一温控系统的结构示意图。
图2为本发明升温系统第二温控系统的结构示意图。
图3为本发明飞机宽范围升温下机体变形测量方法的流程框图。
附图标记说明:
1-1—第一压缩机； 1-2—第一冷凝器； 1-3—第一气动节流阀；
1-4—第一蒸发器； 1-5—LM-8载冷剂循环泵； 1-6—第一热气旁通阀；
1-7—第一止回阀； 2-1—第二压缩机； 2-2—第二冷凝器；
2-3—第二气动节流阀； 2-4—第二蒸发器；
2-5—第一阀门； 2-6—第二热气旁通阀； 3-1—冷凝蒸发器；
3-3—第三气动节流阀；3-6—第三热气旁通阀； 4-1—第三压缩机；
4-2—导液罐； 4-3—第四气动节流阀； 4-4—第三蒸发器；
4-5—第二阀门； 4-6—第四热气旁通阀；
5—CH2CL2载冷剂循环泵； 5-1—第二止回阀；
6—二次侧LM-8载冷剂循环泵； 6-1—二次侧第一阀门；
6-2—二次侧第一止回阀； 6-3—二次侧第二阀门；
6-4—二次侧第二止回阀； 7—二次侧CH2CL2载冷剂循环泵；
7-1—二次侧第三阀门； 7-2—二次侧第三止回阀；
7-3—二次侧第四阀门； 7-4—二次侧第四止回阀；
8-1—第一换热器; 8-2—第二换热器；
9—第一管道电加热器； 10—第二管道电加热器。
具体实施方式
如图1至图3所示的一种飞机宽范围升温下机体变形测量方法，该方法包括以下步骤：
步骤一、飞机的进入固定及系统搭设构建：
步骤101、将飞机移入实验室，并通过刹车、轮档或系留装置将飞机固定在实验室飞机设计位置；
步骤102、设定飞机静止不动，飞机上APU工作；
步骤103、搭设双目立体视觉系统；其中，所述双目立体视觉系统朝向飞机机体的待测试区域；
步骤104、构建升温系统；其中，升温系统包括第一温控系统和第二温控系统，所述第一温控系统包括依次连接的第一压缩机（1-1）、第一冷凝器（1-2）、第一气动节流阀（1-3）和第一蒸发器（1-4），以及与第一蒸发器（1-4）连接的一次侧LM-8载冷剂循环回路和与所述一次侧LM-8载冷剂循环回路连接的第一管道电加热器（9）；
所述第二温控系统包括第一制冷回路、第二制冷回路和第三制冷回路，所述第一制冷回路包括依次连接的第二压缩机（2-1）、第二冷凝器（2-2）、第二气动节流阀（2-3）和第二蒸发器（2-4），所述第二制冷回路包括第三气动节流阀（3-3）和冷凝蒸发器（3-1）；所述第三制冷回路包括第三压缩机（4-1）、导液罐（4-2）、第四气动节流阀（4-3）和第三蒸发器（4-4），所述第二气动节流阀（2-3）和第三气动节流阀（3-3）的输入端均与第二冷凝器（2-2）的制冷剂输出端连接，所述第二气动节流阀（2-3）的输出端与第二蒸发器（2-4）的制冷剂进液端连接，所述第三气动节流阀（3-3）的输出端与冷凝蒸发器（3-1）的制冷剂进液端连接，所述第二蒸发器（2-4）的制冷剂出气端和冷凝蒸发器（3-1）的制冷剂出气端均连接第二压缩机（2-1）的输入端；
所述冷凝蒸发器（3-1）的制冷剂出液端连接导液罐（4-2）的输入端，所述导液罐（4-2）的输出端和第四气动节流阀（4-3）的输入端连接，所述第四气动节流阀（4-3）的输出端与第三蒸发器（4-4）的制冷剂进液端连接，所述第三蒸发器（4-4）的制冷剂出气端与第三压缩机（4-1）的输入端连接，所述第三压缩机（4-1）的输出端和冷凝蒸发器（3-1）的制冷剂进气端连接；
所述第二蒸发器（2-4）和所述第三蒸发器（4-4）均连接一次侧二氯甲烷载冷剂循环回路，所述一次侧二氯甲烷载冷剂循环回路和第二管道电加热器（10）连接；
步骤二、在飞机机体的待测试区域表面涂抹散斑；
步骤三、在飞机机体的待测试区域外侧选取刚体位移测试点；其中，各个所述刚体位移测试点分别设置一个标靶；
步骤四、初始图像的采集及处理：
利用双目立体视觉系统对飞机机体的待测试区域和刚体位移测试点进行初始图像采集并发送至计算机，计算机通过立体匹配算法对初始图像处理，获取初始图像中各个散斑的中心在摄像机坐标系下的三维坐标和各个标靶的中心在摄像机坐标系下的三维坐标；
步骤五、操作第一温控系统和第二温控系统工作，以使飞机所处实验室的温度从[-55℃，+74℃]升温，并获取不同温度下图像：
在飞机所处实验室的温度从[-55℃，+74℃]升温过程中，每升温一次设定的温度，利用双目立体视觉系统对飞机机体的待测试区域和刚体位移测试点进行图像采集并发送至计算机，计算机得到不同温度下图像；其中，设定的温度取值范围为3℃～5℃，具体过程如下：
步骤501、操作第二温控系统工作，以使飞机所处实验室的温度从[-55℃,-25℃]升温，且在飞机所处实验室的温度从[-55℃,-25℃]升温过程中，每升温一次设定的温度，利用双目立体视觉系统对飞机机体的待测试区域和刚体位移测试点进行图像采集并发送至计算机，计算机得到第一升温阶段图像；
步骤502、操作第二温控系统继续工作，以使飞机所处实验室的温度从（-25℃,0℃）升温，且在飞机所处实验室的温度从（-25℃,0℃）升温过程中，每升温一次设定的温度，利用双目立体视觉系统对飞机机体的待测试区域和刚体位移测试点进行图像采集并发送至计算机，计算机得到第二升温阶段图像；
步骤503、操作第二温控系统切换至第一温控系统工作，以使飞机所处实验室的温度从[0℃,74℃]升温，且在飞机所处实验室的温度从[0℃,74℃]升温过程中，每升温一次设定的温度，利用双目立体视觉系统对飞机机体的待测试区域和刚体位移测试点进行图像采集并发送至计算机，计算机得到第三升温阶段图像;
步骤504、计算机将第一升温阶段图像、第二升温阶段图像和第三升温阶段图像中各个图像按照温度递减顺序，将各个不同温度下图像分别记作第1个温度下图像，...，第
Figure 425726DEST_PATH_IMAGE001
个温度下图像，...，第
Figure 632716DEST_PATH_IMAGE002
个温度下图像；其中，
Figure 746166DEST_PATH_IMAGE001
和
Figure 671396DEST_PATH_IMAGE003
均为正整数，且
Figure 895704DEST_PATH_IMAGE004
；
步骤六、获取不同温度下待测试区域的各个散斑处的自身变形量：
计算机通过立体匹配算法对各个不同温度下图像进行处理，得到不同温度下待测试区域的各个散斑处的自身变形量。
本实施例中，所述第一压缩机（1-1）的输出端和第一冷凝器（1-2）的制冷剂输入端的连接处以及所述第一蒸发器（1-4）的制冷剂出气端和第一压缩机（1-1）的输入端的连接处并联有第一热气旁通阀（1-6）；
所述第二压缩机（2-1）的输出端和第二冷凝器（2-2）的制冷剂输入端的连接处以及所述第二蒸发器（2-4）的制冷剂出气端和第二压缩机（2-1）的输入端的连接处并联有第二热气旁通阀（2-6）；
所述第二压缩机（2-1）的输出端和第二冷凝器（2-2）的输入端的连接处以及所述冷凝蒸发器（3-1）的制冷剂出气端和第二压缩机（2-1）的输入端的连接处并联有第三热气旁通阀（3-6）；
所述第三压缩机（4-1）的输出端和冷凝蒸发器（3-1）的制冷剂进气端的连接处以及所述第三蒸发器（4-4）的制冷剂出气端与第三压缩机（4-1）的输入端的连接处并联有第四热气旁通阀（4-6）。
本实施例中，所述一次侧LM-8载冷剂循环回路包括LM-8载冷剂出液管、LM-8载冷剂回液管、LM-8载冷剂循环泵（1-5）和第一止回阀（1-7），所述LM-8载冷剂出液管的入口端与第一蒸发器（1-4）的载冷剂出口连接，所述LM-8载冷剂出液管的出口端和LM-8载冷剂循环泵（1-5）的入口连接，所述LM-8载冷剂循环泵（1-5）的出口与所述第一止回阀（1-7）的入口连接，所述第一止回阀（1-7）的出口与所述LM-8载冷剂回液管的入口端连接，所述LM-8载冷剂回液管的出口端和所述第一蒸发器（1-4）的载冷剂进口连接。
本实施例中，所述一次侧二氯甲烷载冷剂循环回路包括第一二氯甲烷载冷剂出液管、第一二氯甲烷载冷剂回液管、第二二氯甲烷载冷剂出液管、第二二氯甲烷载冷剂回液管、二氯甲烷载冷剂循环泵（5）和第二止回阀（5-1），所述第一二氯甲烷载冷剂出液管的入口端与第二蒸发器（2-4）的载冷剂出口连接，所述第二二氯甲烷载冷剂出液管的入口端与第三蒸发器（4-4）的载冷剂出口连接，所述第一二氯甲烷载冷剂出液管的出口端和第二二氯甲烷载冷剂出液管的出口端均与二氯甲烷载冷剂循环泵（5）的入口连接，所述二氯甲烷载冷剂循环泵（5）的出口和第二止回阀（5-1）的入口连接，所述第二止回阀（5-1）的出口均连接第一阀门（2-5）的一端和第二阀门（4-5）的一端，所述第一阀门（2-5）的另一端与所述第一二氯甲烷载冷剂回液管的入口端连接，所述第一二氯甲烷载冷剂回液管的出口端和所述第二蒸发器（2-4）的载冷剂进口连接；
所述第二阀门（4-5）的另一端与所述第二二氯甲烷载冷剂回液管的入口端连接，所述第二二氯甲烷载冷剂回液管的出口端和所述第三蒸发器（4-4）的载冷剂进口连接。
本实施例中，还包括二次侧LM-8载冷剂循环回路和二次侧二氯甲烷载冷剂循环回路，所述二次侧LM-8载冷剂循环回路包括二次侧LM-8载冷剂循环泵（6）、二次侧第一阀门（6-1）、二次侧第一止回阀（6-2）、二次侧第二阀门（6-3）、二次侧第二止回阀（6-4）和第一换热器（8-1），所述二次侧LM-8载冷剂循环泵（6）的入口与所述LM-8载冷剂出液管的出口端和LM-8载冷剂循环泵（1-5）的入口的连接处连接，所述二次侧LM-8载冷剂循环泵（6）的出口与二次侧第一阀门（6-1）的一端和二次侧第二阀门（6-3）的一端连接，所述二次侧第一阀门（6-1）的另一端和二次侧第一止回阀（6-2）的一端连接，所述二次侧第一止回阀（6-2）的另一端和第一换热器（8-1）入口端连接，所述二次侧第二阀门（6-3）的另一端和二次侧第二止回阀（6-4）的一端连接，所述二次侧第二止回阀（6-4）的另一端、所述第一止回阀（1-7）的出口和第一换热器（8-1）的出口均与所述LM-8载冷剂回液管的入口端连接；
所述二次侧二氯甲烷载冷剂循环回路包括二次侧二氯甲烷载冷剂循环泵（7）、二次侧第三阀门（7-1）、二次侧第三止回阀（7-2）、二次侧第四阀门（7-3）、二次侧第四止回阀（7-4）和第二换热器（8-2），所述二次侧二氯甲烷载冷剂循环泵（7）的入口与所述第一二氯甲烷载冷剂出液管的出口端、第二二氯甲烷载冷剂出液管的出口端和二氯甲烷载冷剂循环泵（5）的入口的连接处连接，所述二次侧二氯甲烷载冷剂循环泵（7）的出口与二次侧第三阀门（7-1）的一端和二次侧第四阀门（7-3）的一端连接，所述二次侧第三阀门（7-1）的另一端和二次侧第三止回阀（7-2）的一端连接，所述二次侧第三止回阀（7-2）的另一端和第二换热器（8-2）入口端连接，所述二次侧第四阀门（7-3）的另一端和二次侧第四止回阀（7-4）的一端连接，所述二次侧第四止回阀（7-4）的另一端、第二止回阀（5-1）的出口和第二换热器（8-2）出口端均与第一阀门（2-5）的一端和第二阀门（4-5）的一端的连接处连接。
本实施例中，所述LM-8载冷剂出液管的出口端和LM-8载冷剂循环泵（1-5）的入口的连接端与二次侧LM-8载冷剂循环泵（6）的入口之间设置有第一管道电加热器（9）；
所述第一二氯甲烷载冷剂出液管的出口端、第二二氯甲烷载冷剂出液管的出口端和二氯甲烷载冷剂循环泵（5）的入口的连接处与二次侧二氯甲烷载冷剂循环泵（7）的入口之间设置有第二管道电加热器（10）。
本实施例中，步骤三中在待测试区域外侧选取刚体位移测试点，具体过程如下：
选取待测试区域外侧飞机刚性结构区域作为刚体位移测试区域，在刚体位移测试区域内选取多个刚体位移测试点，并在每个所述刚体位移测试点粘贴一个标靶；其中，所述刚体位移测试点和所述标靶的个数相同且一一对应，每个所述刚体位移测试点均靠近待测试区域布设，所述刚体位移测试点与待测试区域最接近所述刚体位移测试点的边缘之间的间距为20cm～30cm。
本实施例中，步骤501中操作第二温控系统工作，以使飞机所处实验室的温度从[-55℃,-25℃]升温时，设定飞机所处实验室的温度为
Figure 786562DEST_PATH_IMAGE005
，其中，
Figure 805334DEST_PATH_IMAGE005
的范围为[-55℃,-25℃]，则具体过程如下：
步骤5011、操作第一阀门（2-5）关闭，第二阀门（4-5）打开，第二气动节流阀（2-3）关闭，第三气动节流阀（3-3）和第四气动节流阀（4-3）打开；其中，第一温控系统关闭；
步骤5012、第二压缩机（2-1）、第二冷凝器（2-2）、第三气动节流阀（3-3）和冷凝蒸发器（3-1）回路工作，同时第三压缩机（4-1）、冷凝蒸发器（3-1）、导液罐（4-2）、第四气动节流阀（4-3）和第三蒸发器（4-4）回路工作，在冷凝蒸发器（3-1）中R507制冷剂冷却第三压缩机（4-1）输出端的R23制冷剂高温高压蒸汽，以使R23制冷剂高温高压蒸汽液化，液态R23制冷剂经过导液罐（4-2）、第四气动节流阀（4-3）进入第三蒸发器（4-4），进而和第三蒸发器（4-4）中的二氯甲烷载冷剂换热，以冷却二氯甲烷载冷剂；
步骤5013、第三压缩机（4-1）、冷凝蒸发器（3-1）、导液罐（4-2）、第四气动节流阀（4-3）和第三蒸发器（4-4）回路工作，以使第二二氯甲烷载冷剂出液管中二氯甲烷载冷剂的温度满足
Figure 217861DEST_PATH_IMAGE006
，且通过操作二次侧第三阀门（7-1）和二次侧第四阀门（7-3）的开度，从而调节二氯甲烷载冷剂进入第二换热器（8-2）的流量，以使飞机所处实验室的温度满足
Figure 245859DEST_PATH_IMAGE007
;其中，
Figure 427442DEST_PATH_IMAGE008
表示载冷剂温度相对飞机所处实验室的温度的补偿量，且
Figure 945011DEST_PATH_IMAGE008
的取值范围为[4℃,12℃]；
步骤502中操作第二温控系统继续工作，以使飞机所处实验室的温度从（-25℃,0℃）升温，设定飞机所处实验室的温度为
Figure 579255DEST_PATH_IMAGE009
，
Figure 145365DEST_PATH_IMAGE009
的范围为（-25℃,0℃）；
按照步骤5013所述的方法，第二二氯甲烷载冷剂出液管中二氯甲烷载冷剂的温度满足
Figure 447034DEST_PATH_IMAGE010
，且通过操作二次侧第三阀门（7-1）和二次侧第四阀门（7-3）的开度，从而调节二氯甲烷载冷剂进入第二换热器（8-2）的流量，以使飞机所处实验室的温度满足
Figure 73187DEST_PATH_IMAGE009
;
步骤503中操作第二温控系统切换至第一温控系统工作，以使飞机所处实验室的温度[0℃,74℃]升温，具体过程如下：
步骤5031、当飞机所处实验室的温度
Figure 257044DEST_PATH_IMAGE011
时，准备如下：
操作第二气动节流阀（2-3）继续关闭，在第一蒸发器（1-4）中充满液态R507制冷剂，并操作LM-8载冷剂循环泵（1-5）和第一止回阀（1-7）工作，以使LM-8载冷剂在第一蒸发器（1-4）中循环；
步骤5032、操作第一压缩机（1-1）、第一冷凝器（1-2）、第一气动节流阀（1-3）和第一蒸发器（1-4）回路工作，以使R507制冷剂冷却LM-8载冷剂，直至第二二氯甲烷载冷剂出液管中二氯甲烷载冷剂的温度和LM-8载冷剂出液管中LM-8载冷剂的温度相同；
步骤5033、操作二次侧LM-8载冷剂循环泵（6）工作、二次侧第一止回阀（6-2）和二次侧第二止回阀（6-4）打开；并操作二次侧第三阀门（7-1）的开度逐渐减少，二次侧第四阀门（7-3）的开度逐渐增大，同时，操作二次侧第一阀门（6-1）的开度逐渐增大；其中，二次侧第一阀门（6-1）的开度的增大速率和二次侧第三阀门（7-1）的开度的减少速率相同；
且在二次侧第一阀门（6-1）的开度增大和二次侧第三阀门（7-1）的开度减少的过程中，重复步骤5032以使R507制冷剂冷却LM-8载冷剂，直至第二二氯甲烷载冷剂出液管中二氯甲烷载冷剂的温度再次保持相同；
步骤5034、设定飞机所处实验室的温度为
Figure 626845DEST_PATH_IMAGE012
，其中，
Figure 783020DEST_PATH_IMAGE012
的范围为[0℃,74℃]；
步骤5035、在R507制冷剂冷却LM-8载冷剂的过程中，以使LM-8载冷剂出液管的入口端中LM-8载冷剂的温度满足
Figure 580075DEST_PATH_IMAGE013
时，二次侧LM-8载冷剂循环泵（6）将冷却后的LM-8载冷剂送入换热器（8）对飞机所处实验室的温度制冷，且通过操作二次侧第一阀门（6-1）和二次侧第二阀门（6-3）的开度，从而调节LM-8载冷剂进入第一换热器（8-1）的流量，直至飞机所处实验室的温度满足
Figure 188911DEST_PATH_IMAGE014
。
本实施例中，步骤二中飞机机体的待测试区域内散斑的总数为M，且M为大于100000的正整数，所述散斑为圆形散斑，所述散斑的直径为1mm～2mm，将各个散斑依次记作第1个散斑，...，第m个散斑，...，第M个散斑，且m和M均为正整数，且1≤m≤M;
步骤三中所述标靶的总数为N，且N为10～20的正整数，将各个标靶依次记作第1个标靶，...，第n个标靶，...，第N个标靶，且n和N均为正整数，且1≤n≤N;
步骤四中将初始图像中第m个散斑的中心在摄像机坐标系下的三维坐标记作
Figure 159141DEST_PATH_IMAGE015
，第n个标靶的中心在摄像机坐标系下的三维坐标记作
Figure 169822DEST_PATH_IMAGE016
。
本实施例中，采用计算机对第
Figure 137778DEST_PATH_IMAGE017
个温度下图像进行处理，具体过程如下：
步骤601、计算机通过立体匹配算法对第
Figure 233910DEST_PATH_IMAGE017
个温度下图像进行处理，获取第
Figure 945514DEST_PATH_IMAGE017
个温度下第m个散斑的中心在摄像机坐标系下的三维坐标记作
Figure 810702DEST_PATH_IMAGE018
，第
Figure 510411DEST_PATH_IMAGE017
个温度下第n个标靶的中心在摄像机坐标系下的三维坐标记作
Figure 93839DEST_PATH_IMAGE019
;
步骤602、计算机根据公式
Figure 609134DEST_PATH_IMAGE020
，得到第
Figure 328829DEST_PATH_IMAGE017
个温度下第m个散斑处的总变形量
Figure 638587DEST_PATH_IMAGE021
；
步骤603、计算机根据公式
Figure 771628DEST_PATH_IMAGE022
，得到第
Figure 825035DEST_PATH_IMAGE017
个温度下第n个标靶处的刚体变形量
Figure 664815DEST_PATH_IMAGE028
；
步骤604、计算机根据公式
Figure 145475DEST_PATH_IMAGE024
，得到第
Figure 703495DEST_PATH_IMAGE017
个温度下飞机机体的刚体变形量
Figure 357330DEST_PATH_IMAGE025
；
步骤605、计算机根据公式
Figure 51617DEST_PATH_IMAGE026
，得到第
Figure 968757DEST_PATH_IMAGE017
个温度下第m个散斑处的自身变形量
Figure 748494DEST_PATH_IMAGE027
。
本实施例中，设置第一管道电加热器（9）辅助对LM-8载冷剂的温度进行加热，以使LM-8载冷剂的温度满足飞机所处实验室的温度要求。
本实施例中，设置第二管道电加热器（10）辅助对CH2CL2载冷剂的温度进行加热，以使CH2CL2载冷剂的温度满足飞机所处实验室的温度要求。
本实施例中，所述第一压缩机（1-1）、第二压缩机（2-1）和第三压缩机（4-1）均为双螺杆机压缩机。
本实施例中，因为双螺杆机压缩机的制冷量调节范围在10%～100%之间，飞机所处实验室在严格控温的情况下会出现微冷负荷的需求，飞机所处实验室的所需的制冷量低于双螺杆机压缩机的最小制冷量时，则当第一压缩机（1-1）工作时操作第一热气旁通阀（1-6）打开，以使第一压缩机（1-1）输出的R507制冷剂高温高压气体一路进入第一冷凝器（1-2），另一路通过第一热气旁通阀（1-6）重新进入第一压缩机（1-1）的输入端，从而实现了第一压缩机（1-1）的制冷量在（0%，10%）范围内调节；
当第二压缩机（2-1）、第二冷凝器（2-2）和第二蒸发器（2-4）工作时操作第二热气旁通阀（2-6）打开，以使第二压缩机（2-1）输出的R507制冷剂高温高压气体一路进入第二冷凝器（2-2），另一路通过第二热气旁通阀（2-6）重新进入第二压缩机（2-1）的输入端，从而实现了第一制冷回路中第二压缩机（2-1）的制冷量在（0%，10%）范围内调节；
当第二压缩机（2-1）、第二冷凝器（2-2）和冷凝蒸发器（3-1）工作时操作第三热气旁通阀（3-6）打开，以使第二压缩机（2-1）输出的R507制冷剂高温高压气体一路进入第二冷凝器（2-2），另一路通过第三热气旁通阀（3-6）重新进入第二压缩机（2-1）的输入端，从而实现了第二制冷回路中第二压缩机（2-1）的制冷量在（0%，10%）范围内调节；
当第三压缩机（4-1）工作时操作第四热气旁通阀（4-6）打开，以使第三压缩机（4-1）输出的R507制冷剂高温高压气体一路进入冷凝蒸发器（3-1），另一路通过第四热气旁通阀（4-6）重新进入第三压缩机（4-1）的输入端，从而实现了第三制冷回路中第三压缩机（4-1）的制冷量在（0%，10%）范围内调节。
本实施例中，所述标靶的表面设置有黑白相间的图案。
本实施例中，设置导液罐（4-2），是因为由于导液罐（4-2）安装在第四气动节流阀（4-3）的前端，这样就确保进入第三蒸发器（4-4）的制冷剂进液端的R23制冷剂全部为液相，避免会出现气液混合的R23制冷剂第三蒸发器（4-4）的情况。
本实施例中，需要说明的是，飞机刚性结构区域是指在70℃左右的温差影响下不易产生大的目视可见变形的区域，在飞机刚性结构区域选取刚体位移测试点，刚体位移测试点所发生的变形为飞机姿态变化引起的刚体变形，进而可以认为双目立体视觉系统测量到的刚体位移测试点的变形量为飞机机体的刚体变形量，即为待测试区域的刚体变形量；标靶的中心点与刚体位移测试点相重合，通过在刚体位移测试点上粘贴标靶，并在标靶的表面设置黑白相间的图案，便于双目立体视觉系统对标靶的中心点进行识别，进而便于双目立体视觉系统快速识别刚体位移测试点；所述刚体位移测试点靠近待测试区域布设，便于双目立体视觉系统在对待测试区域和刚体位移测试点进行图像采集时，能够同时拍摄到待测试区域和N个刚体位移测试点。
本实施例中，需要说明的是，再进行步骤四之前，还需要进行如下步骤：
步骤A01、对双目立体视觉系统中的两个摄像头进行标定，得到双目立体视觉系统中左摄像头的左内参数矩阵与左畸变参数矩阵以及双目立体视觉系统中右摄像头的右内参数矩阵与右畸变参数矩阵；其中，所述左畸变参数矩阵包括左径向畸变参数和左切向畸变参数，所述右畸变参数矩阵包括右径向畸变参数和右切向畸变参数；
步骤A02、对双目立体视觉系统中的两个摄像头进行立体标定，获得双目立体视觉系统中左摄像头与右摄像头之间的旋转矩阵R和平移矩阵T；
步骤A03、计算机调取透镜畸变矫正模块，并输入左摄像头的内参数矩阵与畸变参数矩阵、右摄像头的内参数矩阵与畸变参数矩阵、旋转矩阵R以及平移矩阵T，分别对计算机得到第
Figure 143704DEST_PATH_IMAGE029
个温度下图像中左图像和右图像进行畸变校正，得到畸变校正后第
Figure 20393DEST_PATH_IMAGE029
个温度下图像中的左图像和右图像；其中，畸变校正后第
Figure 842855DEST_PATH_IMAGE029
个温度下图像中的左图像和畸变校正后的右图像的行严格对齐。
本实施例中，初始图像也经过步骤A03处理，得到畸变校正后的初始图像中的左图像和右图像。
本实施例中，所述立体匹配算法进一步为稠密匹配方法。
本实施例中，计算机通过立体匹配算法对畸变校正后第
Figure 109889DEST_PATH_IMAGE029
个温度下图像中的左图像和右图像进行处理，得到与第m个散斑的中心对应的第
Figure 308789DEST_PATH_IMAGE029
个温度下图像中左匹配点和右匹配，并将与第m个散斑的中心对应的第
Figure 977668DEST_PATH_IMAGE029
个温度下图像第m个左匹配点的像素坐标记作
Figure 534813DEST_PATH_IMAGE030
，与第m个散斑的中心对应的第
Figure 289142DEST_PATH_IMAGE029
个温度下图像第m个右匹配点的像素坐标记作
Figure 26154DEST_PATH_IMAGE031
；然后计算机根据公式
Figure 549540DEST_PATH_IMAGE032
，得到第
Figure 979384DEST_PATH_IMAGE029
个温度下第m个散斑的中心在摄像机坐标系下的三维坐标
Figure 283326DEST_PATH_IMAGE033
；其中，
Figure 558450DEST_PATH_IMAGE034
表示双目立体视觉系统中的两个摄像头的光心之间的基线距离；
Figure 201921DEST_PATH_IMAGE035
表示
Figure 537087DEST_PATH_IMAGE036
轴上的归一化焦距，
Figure 266009DEST_PATH_IMAGE037
表示
Figure 407140DEST_PATH_IMAGE038
轴上的归一化焦距，
Figure 905117DEST_PATH_IMAGE039
表示摄像头光心在
Figure 676764DEST_PATH_IMAGE040
轴上的坐标，
Figure 627403DEST_PATH_IMAGE041
表示摄像头光心在
Figure 509908DEST_PATH_IMAGE042
轴上的坐标；
本实施例中，计算机过立体匹配算法对第
Figure 924709DEST_PATH_IMAGE029
个温度下图像进行处理，获取第
Figure 867257DEST_PATH_IMAGE029
个温度下第n个标靶的中心在摄像机坐标系下的三维坐标记作
Figure 305192DEST_PATH_IMAGE043
的方法和获取第
Figure 725809DEST_PATH_IMAGE029
个温度下第m个散斑的中心在摄像机坐标系下的三维坐标记作
Figure 198379DEST_PATH_IMAGE044
的方法相同。
本实施例中，计算机通过立体匹配算法对初始图像处理，获取初始图像中各个散斑的中心在摄像机坐标系下的三维坐标和各个标靶的中心在摄像机坐标系下的三维坐标，与上述方法相同。
本实施例中，初始图像的采集，是在常温状态19℃～23℃下采集。
综上所述，本发明设计合理，操作便捷，从-55℃到+74℃的升温过程中，获取不同温度下待测试区域的各个散斑处的自身变形量，实现飞机结构自身的变形测量。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (8)

1.一种飞机宽范围升温下机体变形测量方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、飞机的进入固定及系统搭设构建：
步骤101、将飞机移入实验室，并通过刹车、轮档或系留装置将飞机固定在实验室飞机设计位置；
步骤102、设定飞机静止不动，飞机上APU工作；
步骤103、搭设双目立体视觉系统；其中，所述双目立体视觉系统朝向飞机机体的待测试区域；
步骤104、构建升温系统；其中，升温系统包括第一温控系统和第二温控系统，所述第一温控系统包括依次连接的第一压缩机（1-1）、第一冷凝器（1-2）、第一气动节流阀（1-3）和第一蒸发器（1-4），以及与第一蒸发器（1-4）连接的一次侧LM-8载冷剂循环回路和与所述一次侧LM-8载冷剂循环回路连接的第一管道电加热器（9）；
所述第二温控系统包括第一制冷回路、第二制冷回路和第三制冷回路，所述第一制冷回路包括依次连接的第二压缩机（2-1）、第二冷凝器（2-2）、第二气动节流阀（2-3）和第二蒸发器（2-4），所述第二制冷回路包括第三气动节流阀（3-3）和冷凝蒸发器（3-1）；所述第三制冷回路包括第三压缩机（4-1）、导液罐（4-2）、第四气动节流阀（4-3）和第三蒸发器（4-4），所述第二气动节流阀（2-3）和第三气动节流阀（3-3）的输入端均与第二冷凝器（2-2）的制冷剂输出端连接，所述第二气动节流阀（2-3）的输出端与第二蒸发器（2-4）的制冷剂进液端连接，所述第三气动节流阀（3-3）的输出端与冷凝蒸发器（3-1）的制冷剂进液端连接，所述第二蒸发器（2-4）的制冷剂出气端和冷凝蒸发器（3-1）的制冷剂出气端均连接第二压缩机（2-1）的输入端；
所述冷凝蒸发器（3-1）的制冷剂出液端连接导液罐（4-2）的输入端，所述导液罐（4-2）的输出端和第四气动节流阀（4-3）的输入端连接，所述第四气动节流阀（4-3）的输出端与第三蒸发器（4-4）的制冷剂进液端连接，所述第三蒸发器（4-4）的制冷剂出气端与第三压缩机（4-1）的输入端连接，所述第三压缩机（4-1）的输出端和冷凝蒸发器（3-1）的制冷剂进气端连接；
所述第二蒸发器（2-4）和所述第三蒸发器（4-4）均连接一次侧二氯甲烷载冷剂循环回路，所述一次侧二氯甲烷载冷剂循环回路和第二管道电加热器（10）连接；
步骤二、在飞机机体的待测试区域表面涂抹散斑；
步骤三、在飞机机体的待测试区域外侧选取刚体位移测试点；其中，各个所述刚体位移测试点分别设置一个标靶；
步骤四、初始图像的采集及处理：
利用双目立体视觉系统对飞机机体的待测试区域和刚体位移测试点进行初始图像采集并发送至计算机，计算机通过立体匹配算法对初始图像处理，获取初始图像中各个散斑的中心在摄像机坐标系下的三维坐标和各个标靶的中心在摄像机坐标系下的三维坐标；
步骤五、操作第一温控系统和第二温控系统工作，以使飞机所处实验室的温度从[-55℃，+74℃]升温，并获取不同温度下图像：
在飞机所处实验室的温度从[-55℃，+74℃]升温过程中，每升温一次设定的温度，利用双目立体视觉系统对飞机机体的待测试区域和刚体位移测试点进行图像采集并发送至计算机，计算机得到不同温度下图像；其中，设定的温度取值范围为3℃～5℃，具体过程如下：
步骤501、操作第二温控系统工作，以使飞机所处实验室的温度从[-55℃,-25℃]升温，且在飞机所处实验室的温度从[-55℃,-25℃]升温过程中，每升温一次设定的温度，利用双目立体视觉系统对飞机机体的待测试区域和刚体位移测试点进行图像采集并发送至计算机，计算机得到第一升温阶段图像；
步骤502、操作第二温控系统继续工作，以使飞机所处实验室的温度从（-25℃,0℃）升温，且在飞机所处实验室的温度从（-25℃,0℃）升温过程中，每升温一次设定的温度，利用双目立体视觉系统对飞机机体的待测试区域和刚体位移测试点进行图像采集并发送至计算机，计算机得到第二升温阶段图像；
步骤503、操作第二温控系统切换至第一温控系统工作，以使飞机所处实验室的温度从[0℃,74℃]升温，且在飞机所处实验室的温度从[0℃,74℃]升温过程中，每升温一次设定的温度，利用双目立体视觉系统对飞机机体的待测试区域和刚体位移测试点进行图像采集并发送至计算机，计算机得到第三升温阶段图像;
步骤504、计算机将第一升温阶段图像、第二升温阶段图像和第三升温阶段图像中各个图像按照温度递减顺序，将各个不同温度下图像分别记作第1个温度下图像，...，第
Figure 122750DEST_PATH_IMAGE001
个温度下图像，...，第
Figure 206987DEST_PATH_IMAGE002
个温度下图像；其中，
Figure 371252DEST_PATH_IMAGE001
和
Figure 612878DEST_PATH_IMAGE003
均为正整数，且
Figure 153581DEST_PATH_IMAGE004
；
步骤六、获取不同温度下待测试区域的各个散斑处的自身变形量：
计算机通过立体匹配算法对各个不同温度下图像进行处理，得到不同温度下待测试区域的各个散斑处的自身变形量；
步骤二中飞机机体的待测试区域内散斑的总数为M，且M为大于100000的正整数，所述散斑为圆形散斑，所述散斑的直径为1mm～2mm，将各个散斑依次记作第1个散斑，...，第m个散斑，...，第M个散斑，且m和M均为正整数，且1≤m≤M;
步骤三中所述标靶的总数为N，且N为10～20的正整数，将各个标靶依次记作第1个标靶，...，第n个标靶，...，第N个标靶，且n和N均为正整数，且1≤n≤N；
步骤四中将初始图像中第m个散斑的中心在摄像机坐标系下的三维坐标记作
Figure 531472DEST_PATH_IMAGE005
，第n个标靶的中心在摄像机坐标系下的三维坐标记作
Figure 194535DEST_PATH_IMAGE006
；
采用计算机对第
Figure 657877DEST_PATH_IMAGE007
个温度下图像进行处理，具体过程如下：
步骤601、计算机通过立体匹配算法对第
Figure 2271DEST_PATH_IMAGE007
个温度下图像进行处理，获取第
Figure 500248DEST_PATH_IMAGE007
个温度下第m个散斑的中心在摄像机坐标系下的三维坐标记作
Figure 6316DEST_PATH_IMAGE008
，第
Figure 284851DEST_PATH_IMAGE007
个温度下第n个标靶的中心在摄像机坐标系下的三维坐标记作
Figure 167356DEST_PATH_IMAGE009
;
步骤602、计算机根据公式
Figure 519840DEST_PATH_IMAGE010
，得到第
Figure 196809DEST_PATH_IMAGE007
个温度下第m个散斑处的总变形量
Figure 634744DEST_PATH_IMAGE011
；
步骤603、计算机根据公式
Figure 383257DEST_PATH_IMAGE012
，得到第
Figure 590247DEST_PATH_IMAGE007
个温度下第n个标靶处的刚体变形量
Figure 703697DEST_PATH_IMAGE013
；
步骤604、计算机根据公式
Figure 628927DEST_PATH_IMAGE014
，得到第
Figure 853235DEST_PATH_IMAGE007
个温度下飞机机体的刚体变形量
Figure 744093DEST_PATH_IMAGE015
；
步骤605、计算机根据公式
Figure 28444DEST_PATH_IMAGE016
，得到第
Figure 175391DEST_PATH_IMAGE007
个温度下第m个散斑处的自身变形量
Figure 203390DEST_PATH_IMAGE017
。
2.按照权利要求1所述的一种飞机宽范围升温下机体变形测量方法，其特征在于：所述第一压缩机（1-1）的输出端和第一冷凝器（1-2）的制冷剂输入端的连接处以及所述第一蒸发器（1-4）的制冷剂出气端和第一压缩机（1-1）的输入端的连接处并联有第一热气旁通阀（1-6）；
所述第二压缩机（2-1）的输出端和第二冷凝器（2-2）的制冷剂输入端的连接处以及所述第二蒸发器（2-4）的制冷剂出气端和第二压缩机（2-1）的输入端的连接处并联有第二热气旁通阀（2-6）；
所述第二压缩机（2-1）的输出端和第二冷凝器（2-2）的输入端的连接处以及所述冷凝蒸发器（3-1）的制冷剂出气端和第二压缩机（2-1）的输入端的连接处并联有第三热气旁通阀（3-6）；
所述第三压缩机（4-1）的输出端和冷凝蒸发器（3-1）的制冷剂进气端的连接处以及所述第三蒸发器（4-4）的制冷剂出气端与第三压缩机（4-1）的输入端的连接处并联有第四热气旁通阀（4-6）。
3.按照权利要求1所述的一种飞机宽范围升温下机体变形测量方法，其特征在于：所述一次侧LM-8载冷剂循环回路包括LM-8载冷剂出液管、LM-8载冷剂回液管、LM-8载冷剂循环泵（1-5）和第一止回阀（1-7），所述LM-8载冷剂出液管的入口端与第一蒸发器（1-4）的载冷剂出口连接，所述LM-8载冷剂出液管的出口端和LM-8载冷剂循环泵（1-5）的入口连接，所述LM-8载冷剂循环泵（1-5）的出口与所述第一止回阀（1-7）的入口连接，所述第一止回阀（1-7）的出口与所述LM-8载冷剂回液管的入口端连接，所述LM-8载冷剂回液管的出口端和所述第一蒸发器（1-4）的载冷剂进口连接。
4.按照权利要求3所述的一种飞机宽范围升温下机体变形测量方法，其特征在于：所述一次侧二氯甲烷载冷剂循环回路包括第一二氯甲烷载冷剂出液管、第一二氯甲烷载冷剂回液管、第二二氯甲烷载冷剂出液管、第二二氯甲烷载冷剂回液管、二氯甲烷载冷剂循环泵（5）和第二止回阀（5-1），所述第一二氯甲烷载冷剂出液管的入口端与第二蒸发器（2-4）的载冷剂出口连接，所述第二二氯甲烷载冷剂出液管的入口端与第三蒸发器（4-4）的载冷剂出口连接，所述第一二氯甲烷载冷剂出液管的出口端和第二二氯甲烷载冷剂出液管的出口端均与二氯甲烷载冷剂循环泵（5）的入口连接，所述二氯甲烷载冷剂循环泵（5）的出口和第二止回阀（5-1）的入口连接，所述第二止回阀（5-1）的出口均连接第一阀门（2-5）的一端和第二阀门（4-5）的一端，所述第一阀门（2-5）的另一端与所述第一二氯甲烷载冷剂回液管的入口端连接，所述第一二氯甲烷载冷剂回液管的出口端和所述第二蒸发器（2-4）的载冷剂进口连接；
所述第二阀门（4-5）的另一端与所述第二二氯甲烷载冷剂回液管的入口端连接，所述第二二氯甲烷载冷剂回液管的出口端和所述第三蒸发器（4-4）的载冷剂进口连接。
5.按照权利要求4所述的一种飞机宽范围升温下机体变形测量方法，其特征在于：还包括二次侧LM-8载冷剂循环回路和二次侧二氯甲烷载冷剂循环回路，所述二次侧LM-8载冷剂循环回路包括二次侧LM-8载冷剂循环泵（6）、二次侧第一阀门（6-1）、二次侧第一止回阀（6-2）、二次侧第二阀门（6-3）、二次侧第二止回阀（6-4）和第一换热器（8-1），所述二次侧LM-8载冷剂循环泵（6）的入口与所述LM-8载冷剂出液管的出口端和LM-8载冷剂循环泵（1-5）的入口的连接处连接，所述二次侧LM-8载冷剂循环泵（6）的出口与二次侧第一阀门（6-1）的一端和二次侧第二阀门（6-3）的一端连接，所述二次侧第一阀门（6-1）的另一端和二次侧第一止回阀（6-2）的一端连接，所述二次侧第一止回阀（6-2）的另一端和第一换热器（8-1）入口端连接，所述二次侧第二阀门（6-3）的另一端和二次侧第二止回阀（6-4）的一端连接，所述二次侧第二止回阀（6-4）的另一端、所述第一止回阀（1-7）的出口和第一换热器（8-1）的出口均与所述LM-8载冷剂回液管的入口端连接；
所述二次侧二氯甲烷载冷剂循环回路包括二次侧二氯甲烷载冷剂循环泵（7）、二次侧第三阀门（7-1）、二次侧第三止回阀（7-2）、二次侧第四阀门（7-3）、二次侧第四止回阀（7-4）和第二换热器（8-2），所述二次侧二氯甲烷载冷剂循环泵（7）的入口与所述第一二氯甲烷载冷剂出液管的出口端、第二二氯甲烷载冷剂出液管的出口端和二氯甲烷载冷剂循环泵（5）的入口的连接处连接，所述二次侧二氯甲烷载冷剂循环泵（7）的出口与二次侧第三阀门（7-1）的一端和二次侧第四阀门（7-3）的一端连接，所述二次侧第三阀门（7-1）的另一端和二次侧第三止回阀（7-2）的一端连接，所述二次侧第三止回阀（7-2）的另一端和第二换热器（8-2）入口端连接，所述二次侧第四阀门（7-3）的另一端和二次侧第四止回阀（7-4）的一端连接，所述二次侧第四止回阀（7-4）的另一端、第二止回阀（5-1）的出口和第二换热器（8-2）出口端均与第一阀门（2-5）的一端和第二阀门（4-5）的一端的连接处连接。
6.按照权利要求5所述的一种飞机宽范围升温下机体变形测量方法，其特征在于：所述LM-8载冷剂出液管的出口端和LM-8载冷剂循环泵（1-5）的入口的连接端与二次侧LM-8载冷剂循环泵（6）的入口之间设置有第一管道电加热器（9）；
所述第一二氯甲烷载冷剂出液管的出口端、第二二氯甲烷载冷剂出液管的出口端和二氯甲烷载冷剂循环泵（5）的入口的连接处与二次侧二氯甲烷载冷剂循环泵（7）的入口之间设置有第二管道电加热器（10）。
7.按照权利要求1所述的一种飞机宽范围升温下机体变形测量方法，其特征在于：步骤三中在待测试区域外侧选取刚体位移测试点，具体过程如下：
选取待测试区域外侧飞机刚性结构区域作为刚体位移测试区域，在刚体位移测试区域内选取多个刚体位移测试点，并在每个所述刚体位移测试点粘贴一个标靶；其中，所述刚体位移测试点和所述标靶的个数相同且一一对应，每个所述刚体位移测试点均靠近待测试区域布设，所述刚体位移测试点与待测试区域最接近所述刚体位移测试点的边缘之间的间距为20cm～30cm。
8.按照权利要求5所述的一种飞机宽范围升温下机体变形测量方法，其特征在于：步骤501中操作第二温控系统工作，以使飞机所处实验室的温度从[-55℃,-25℃]升温时，设定飞机所处实验室的温度为
Figure 384973DEST_PATH_IMAGE018
，其中，
Figure 840225DEST_PATH_IMAGE018
的范围为[-55℃,-25℃]，则具体过程如下：
步骤5011、操作第一阀门（2-5）关闭，第二阀门（4-5）打开，第二气动节流阀（2-3）关闭，第三气动节流阀（3-3）和第四气动节流阀（4-3）打开；其中，第一温控系统关闭；
步骤5012、第二压缩机（2-1）、第二冷凝器（2-2）、第三气动节流阀（3-3）和冷凝蒸发器（3-1）回路工作，同时第三压缩机（4-1）、冷凝蒸发器（3-1）、导液罐（4-2）、第四气动节流阀（4-3）和第三蒸发器（4-4）回路工作，在冷凝蒸发器（3-1）中R507制冷剂冷却第三压缩机（4-1）输出端的R23制冷剂高温高压蒸汽，以使R23制冷剂高温高压蒸汽液化，液态R23制冷剂经过导液罐（4-2）、第四气动节流阀（4-3）进入第三蒸发器（4-4），进而和第三蒸发器（4-4）中的二氯甲烷载冷剂换热，以冷却二氯甲烷载冷剂；
步骤5013、第三压缩机（4-1）、冷凝蒸发器（3-1）、导液罐（4-2）、第四气动节流阀（4-3）和第三蒸发器（4-4）回路工作，以使第二二氯甲烷载冷剂出液管中二氯甲烷载冷剂的温度满足
Figure 802365DEST_PATH_IMAGE019
，且通过操作二次侧第三阀门（7-1）和二次侧第四阀门（7-3）的开度，从而调节二氯甲烷载冷剂进入第二换热器（8-2）的流量，以使飞机所处实验室的温度满足
Figure 368475DEST_PATH_IMAGE020
;其中，
Figure 404565DEST_PATH_IMAGE021
表示载冷剂温度相对飞机所处实验室的温度的补偿量，且
Figure 30718DEST_PATH_IMAGE021
的取值范围为[4℃,12℃]；
步骤502中操作第二温控系统继续工作，以使飞机所处实验室的温度从（-25℃,0℃）升温，设定飞机所处实验室的温度为
Figure 152258DEST_PATH_IMAGE022
，
Figure 584376DEST_PATH_IMAGE022
的范围为（-25℃,0℃）；
按照步骤5013所述的方法，第二二氯甲烷载冷剂出液管中二氯甲烷载冷剂的温度满足
Figure 740551DEST_PATH_IMAGE023
，且通过操作二次侧第三阀门（7-1）和二次侧第四阀门（7-3）的开度，从而调节二氯甲烷载冷剂进入第二换热器（8-2）的流量，以使飞机所处实验室的温度满足
Figure 537606DEST_PATH_IMAGE022
;
步骤503中操作第二温控系统切换至第一温控系统工作，以使飞机所处实验室的温度[0℃,74℃]升温，具体过程如下：
步骤5031、当飞机所处实验室的温度
Figure 146442DEST_PATH_IMAGE024
时，准备如下：
操作第二气动节流阀（2-3）继续关闭，在第一蒸发器（1-4）中充满液态R507制冷剂，并操作LM-8载冷剂循环泵（1-5）和第一止回阀（1-7）工作，以使LM-8载冷剂在第一蒸发器（1-4）中循环；
步骤5032、操作第一压缩机（1-1）、第一冷凝器（1-2）、第一气动节流阀（1-3）和第一蒸发器（1-4）回路工作，以使R507制冷剂冷却LM-8载冷剂，直至第二二氯甲烷载冷剂出液管中二氯甲烷载冷剂的温度和LM-8载冷剂出液管中LM-8载冷剂的温度相同；
步骤5033、操作二次侧LM-8载冷剂循环泵（6）工作、二次侧第一止回阀（6-2）和二次侧第二止回阀（6-4）打开；并操作二次侧第三阀门（7-1）的开度逐渐减少，二次侧第四阀门（7-3）的开度逐渐增大，同时，操作二次侧第一阀门（6-1）的开度逐渐增大；其中，二次侧第一阀门（6-1）的开度的增大速率和二次侧第三阀门（7-1）的开度的减少速率相同；
且在二次侧第一阀门（6-1）的开度增大和二次侧第三阀门（7-1）的开度减少的过程中，重复步骤5032以使R507制冷剂冷却LM-8载冷剂，直至第二二氯甲烷载冷剂出液管中二氯甲烷载冷剂的温度再次保持相同；
步骤5034、设定飞机所处实验室的温度为
Figure 54355DEST_PATH_IMAGE025
，其中，
Figure 127353DEST_PATH_IMAGE025
的范围为[0℃,74℃]；
步骤5035、在R507制冷剂冷却LM-8载冷剂的过程中，以使LM-8载冷剂出液管的入口端中LM-8载冷剂的温度满足
Figure 95309DEST_PATH_IMAGE026
时，二次侧LM-8载冷剂循环泵（6）将冷却后的LM-8载冷剂送入换热器（8）对飞机所处实验室的温度制冷，且通过操作二次侧第一阀门（6-1）和二次侧第二阀门（6-3）的开度，从而调节LM-8载冷剂进入第一换热器（8-1）的流量，直至飞机所处实验室的温度满足
Figure 191441DEST_PATH_IMAGE027
。
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