一種基于視覺測量的柔壁噴管的測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于航空航天技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種基于視覺測量的柔壁噴管的測量方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在空氣動力學(xué)的風(fēng)洞試驗(yàn)中，采用技術(shù)更先進(jìn)的柔壁噴管代替固塊噴管，具有較 寬的馬赫數(shù)調(diào)節(jié)范圍，并可得到較好的流場品質(zhì)，能夠大幅提高風(fēng)洞試驗(yàn)的柔性和效率，降 低風(fēng)洞的試驗(yàn)費(fèi)用。這里的柔壁噴管指的是多支點(diǎn)全撓性噴管，為二維形狀，左右側(cè)壁板平 行，柔板上下對稱布置。柔板由噴管進(jìn)口端一直延伸到噴管出口端并加以固定，在入口端可 以滑動以適應(yīng)柔板彎曲時長度和斜率的變化。在柔板的背氣流面上布置許多鉸鏈支撐點(diǎn)并 與執(zhí)行機(jī)構(gòu)相連，通過控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的行程來控制柔板的彎曲形狀使之與噴管理論氣動型 面吻合，以得到不同試驗(yàn)馬赫數(shù)的噴管型面，保證試驗(yàn)要求的馬赫數(shù)和氣流型面吻合，并且 在風(fēng)洞運(yùn)行時應(yīng)使柔板在氣動載荷的作用下其彈性曲面的斜率變化最小，以保證在試驗(yàn)段 內(nèi)得到所要求的馬赫數(shù)的均勻流場。
[0003] 從多支點(diǎn)柔壁噴管的運(yùn)動特點(diǎn)來看，柔壁噴管是個多剛體和柔性體組成的復(fù)雜多 體系統(tǒng)，該機(jī)構(gòu)動力學(xué)屬于剛?cè)狁詈舷到y(tǒng)動力學(xué)范疇，準(zhǔn)確求解這類多體系統(tǒng)的運(yùn)動學(xué)問 題需要合理處理剛體運(yùn)動和柔性體彈性變形的關(guān)系。執(zhí)行機(jī)構(gòu)在運(yùn)動至相對應(yīng)的行程，柔 壁噴管型面改變后，需要有一套非常精確的柔板型面的測量系統(tǒng)，使之更加直觀的反映出 柔板的彎曲形狀是否與噴管理論氣動型面吻合。
[0004] 現(xiàn)有柔壁噴管型面測量技術(shù)
[0005] 1、激光跟蹤測量技術(shù)，此類測量采用過截面測量方式，首先建立測量坐標(biāo)系，設(shè)定 測量用的截面（風(fēng)洞中采用沿氣流方向的縱截面），然后再被測面上沿截面兩側(cè)來回移動 靶球，通過界面的數(shù)據(jù)將被采集下來，然后進(jìn)行排序、曲線擬合、偏移、插值等處理得到型面 測量結(jié)果。
[0006] 此類方法不足：此類方法須考慮誤差較多，誤差分析需考慮儀器誤差、靶球球度誤 差、靶球球心誤差和數(shù)據(jù)處理誤差，如有轉(zhuǎn)站還要考慮轉(zhuǎn)站誤差。由于是截面測量方式，所 以并不適用于面實(shí)時測量的應(yīng)用場合。
[0007] 2、其他可能測量方法例如三坐標(biāo)機(jī)測量法，此種方法測量精度較高，能達(dá)到微米 量級，但需要接觸被測物體，可能會對被測物產(chǎn)生一定的損傷，而且屬于離線測量，不能在 線實(shí)時反饋柔壁噴管型面的變化信息。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 針對所提到的問題，本發(fā)明提供了一種基于視覺測量的柔壁噴管的測量方法，步 驟包括：
[0009] 1)在柔壁噴管的被測柔性壁板的左右兩側(cè)各設(shè)置一臺高成像精度的攝像機(jī)，使得 所述柔壁噴管的被測柔性壁板在調(diào)整位置前和調(diào)整位置后均分別完全清晰成像在兩臺所 述攝像機(jī)的有效視場范圍內(nèi)；
[0010] 2)在所述被測柔性壁板的表面上設(shè)置無規(guī)則的散斑；
[0011] 3)采用二維標(biāo)定法計算兩臺所述攝像機(jī)的參數(shù)；
[0012] 4)通過兩臺所述攝像機(jī)分別拍攝的所述被測柔性壁板的圖像，并對相應(yīng)區(qū)域進(jìn)行 散斑計算，匹配出兩幅圖像中各點(diǎn)相對應(yīng)的位置坐標(biāo)，根據(jù)所述圖像中的位置坐標(biāo)和已經(jīng) 得到的所述攝像機(jī)的參數(shù)，求出所述被測柔性壁板的圖像的各點(diǎn)在世界坐標(biāo)系中的位置坐 標(biāo)；
[0013] 5)將由所述被測柔性壁板的三維型貌與噴管理論氣動型貌在同一坐標(biāo)系下進(jìn)行 對比，獲得兩者之間誤差函數(shù)；
[0014] 6)以所述柔壁噴管的端點(diǎn)作為約束，調(diào)節(jié)布置在所述被測柔性壁板上的多對電動 推桿的支撐位置，以使所述誤差函數(shù)絕對值的積分達(dá)到最小。
[0015] 優(yōu)選方案是：所述步驟3)包括：將二維標(biāo)定靶精確的安裝在所述被測柔性壁板上 或者已知距離的附近，作為標(biāo)定物，從不同角度拍攝若干張模板圖象，檢測出圖象中的特征 點(diǎn)，估算理想無畸變的情況下，計算出包含五個內(nèi)參和所有外參的系數(shù)矩陣。
[0016] 優(yōu)選方案是：在所述被測柔性壁板上布置6對電動推桿。
[0017] 優(yōu)選方案是：所述步驟3)包括：通過計算機(jī)配合同步裝置驅(qū)動所述兩臺攝像機(jī)對 被測柔壁噴管的柔性壁板同時成像，將采集同一時刻的圖像相應(yīng)像點(diǎn)進(jìn)行匹配計算，從而 得到兩臺攝像機(jī)圖像的各對應(yīng)點(diǎn)的坐標(biāo)。
[0018] 優(yōu)選方案是：所述散斑的厚度為〇· 01mm。
[0019] 本發(fā)明的有益效果：
[0020] 1.本發(fā)明是一種非接觸的快速在線光學(xué)測量方法，不會對柔壁噴管產(chǎn)生任何干擾 或者破壞；
[0021] 2.本發(fā)明測量范圍較廣，屬于面測量；
[0022] 3.本發(fā)明由于系統(tǒng)需求簡單，所以成本相對較低；
[0023] 4.本發(fā)明測量出的結(jié)果可以作為型面執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動力控制的反饋，進(jìn)而可以為柔 壁噴管設(shè)計和改進(jìn)提供可靠的數(shù)據(jù)支持。
【附圖說明】
[0024] 圖1為本發(fā)明在模型中的裝配示意圖；
[0025] 圖2為本發(fā)明獲取攝像機(jī)參數(shù)原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明，以令本領(lǐng)域技術(shù)人員參照說明書文 字能夠據(jù)以實(shí)施。
[0027] 應(yīng)當(dāng)理解，本文所使用的諸如"具有"、"包含"以及"包括"術(shù)語并不配出一個或多 個其它元件或其組合的存在或添加。
[0028] 本發(fā)明提供了一種基于視覺測量的柔壁噴管的測量方法，步驟包括：
[0029] 1)在柔壁噴管的被測柔性壁板的左右兩側(cè)各設(shè)置一臺高成像精度的攝像機(jī)，使得 所述柔壁噴管的被測柔性壁板在調(diào)整位置前和調(diào)整位置后均分別完全清晰成像在兩臺所 述攝像機(jī)的有效視場范圍內(nèi)；
[0030] 2)在所述被測柔性壁板的表面上設(shè)置無規(guī)則的散斑；
[0031] 3)采用二維標(biāo)定法計算兩臺所述攝像機(jī)的參數(shù)；
[0032] 4)通過兩臺所述攝像機(jī)分別拍攝的所述被測柔性壁板的圖像，并對相應(yīng)區(qū)域進(jìn)行 散斑計算，匹配出兩幅圖像中各點(diǎn)相對應(yīng)的位置坐標(biāo)，根據(jù)所述圖像中的位置坐標(biāo)和已經(jīng) 得到的所述攝像機(jī)的參數(shù)，求出所述被測柔性壁板的圖像的各點(diǎn)在世界坐標(biāo)系中的位置坐 標(biāo)；
[0033] 5)將由所述被測柔性壁板的三維型貌與噴管理論氣動型貌在同一坐標(biāo)系下進(jìn)行 對比，獲得兩者之間誤差函數(shù)；
[0034] 6)以所述柔壁噴管的端點(diǎn)作為約束，調(diào)節(jié)布置在所述被測柔性壁板上的多對電動 推桿的支撐位置，以使所述誤差函數(shù)絕對值的積分達(dá)到最小。
[0035] 優(yōu)選方案是：所述步驟3)包括：將二維標(biāo)定靶精確的安裝在所述被測柔性壁板上 或者已知距離的附近，作為標(biāo)定物，從不同角度拍攝若干張模板圖象，檢測出圖象中的特征 點(diǎn)，估算理想無畸變的情況下，計算出包含五個內(nèi)參和所有外參的系數(shù)矩陣。
[0036] 優(yōu)選方案是：在所述被測柔性壁板上布置6對電動推桿。
[0037] 優(yōu)選方案是：所述步驟3)包括：通過計算機(jī)配合同步裝置驅(qū)動所述兩臺攝像機(jī)對 被測柔壁噴管的柔性壁板同時成像，將采集同一時刻的圖像相應(yīng)像點(diǎn)進(jìn)行匹配計算，從而 得到兩臺攝像機(jī)圖像的各對應(yīng)點(diǎn)的坐標(biāo)。
[0038] 優(yōu)選方案是：所述散斑的厚度為0· 01mm。
[0039] 本發(fā)明的主要工作原理如下：
[0040] 基于視覺的柔壁噴管測量方法是依據(jù)雙目視覺的原理而測量得到柔壁噴管的面 型信息。第一步是安裝系統(tǒng)，第二步是在柔板表面制作散斑，第三步對測量系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定， 二維標(biāo)定靶是一個人工定標(biāo)物體，平面上有已知二維坐標(biāo)的特征點(diǎn)。讓兩個相機(jī)同時對標(biāo) 定靶成像，根據(jù)右手定則建立空間直角坐標(biāo)，此坐標(biāo)系與計算噴管理論氣動型面時所用坐 標(biāo)系為同一坐標(biāo)系，在兩個相機(jī)所成的像中準(zhǔn)確找到特征點(diǎn)的對應(yīng)圖像特征點(diǎn)坐標(biāo)，建立 攝像機(jī)圖像像素位置與場景點(diǎn)位置之間的關(guān)系