一种基于视觉测量的柔壁喷管的测量方法技术

本发明专利技术公开了一种基于视觉测量的柔壁喷管的测量方法，步骤包括：安装系统、制作散斑、对系统进行标定、获取喷管型面、得到的柔板三维型貌信息，将喷管理论气动型面和三维型貌信息在同一坐标系下进行对比，获得两者之间误差函数、以误差函数绝对值的积分最小作为性能指标，运用最优控制原理调节电动推杆协调动作。本发明专利技术可以实时获得柔壁喷管内表面在调整过程中的精确的型面数据，为进一步合理解释柔壁喷管的风洞实验结果提供可靠依据。本技术是一种非接触的光学测量方法，不会对柔壁喷管及流场产生任何干扰等优势。另外由于本方法系统需求简单，操作简便以及成本较低等易于推广使用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于航空航天
，特别是一种基于视觉测量的柔壁喷管的测量方 法。
技术介绍
在空气动力学的风洞试验中，采用技术更先进的柔壁喷管代替固块喷管，具有较 宽的马赫数调节范围，并可得到较好的流场品质，能够大幅提高风洞试验的柔性和效率，降 低风洞的试验费用。这里的柔壁喷管指的是多支点全挠性喷管，为二维形状，左右侧壁板平 行，柔板上下对称布置。柔板由喷管进口端一直延伸到喷管出口端并加以固定，在入口端可 以滑动以适应柔板弯曲时长度和斜率的变化。在柔板的背气流面上布置许多铰链支撑点并 与执行机构相连，通过控制执行机构的行程来控制柔板的弯曲形状使之与喷管理论气动型 面吻合，以得到不同试验马赫数的喷管型面，保证试验要求的马赫数和气流型面吻合，并且 在风洞运行时应使柔板在气动载荷的作用下其弹性曲面的斜率变化最小，以保证在试验段 内得到所要求的马赫数的均匀流场。 从多支点柔壁喷管的运动特点来看，柔壁喷管是个多刚体和柔性体组成的复杂多 体系统，该机构动力学属于刚柔耦合系统动力学范畴，准确求解这类多体系统的运动学问 题需要合理处理刚体运动和柔性体弹性变形的关系。执行机构在运动至相对应的行程，柔 壁喷管型面改变后，需要有一套非常精确的柔板型面的测量系统，使之更加直观的反映出 柔板的弯曲形状是否与喷管理论气动型面吻合。 现有柔壁喷管型面测量技术 1、激光跟踪测量技术，此类测量采用过截面测量方式，首先建立测量坐标系，设定 测量用的截面（风洞中采用沿气流方向的纵截面），然后再被测面上沿截面两侧来回移动 靶球，通过界面的数据将被采集下来，然后进行排序、曲线拟合、偏移、插值等处理得到型面 测量结果。 此类方法不足：此类方法须考虑误差较多，误差分析需考虑仪器误差、靶球球度误 差、靶球球心误差和数据处理误差，如有转站还要考虑转站误差。由于是截面测量方式，所 以并不适用于面实时测量的应用场合。 2、其他可能测量方法例如三坐标机测量法，此种方法测量精度较高，能达到微米 量级，但需要接触被测物体，可能会对被测物产生一定的损伤，而且属于离线测量，不能在 线实时反馈柔壁喷管型面的变化信息。
技术实现思路
针对所提到的问题，本专利技术提供了，步 骤包括： 1)在柔壁喷管的被测柔性壁板的左右两侧各设置一台高成像精度的摄像机，使得 所述柔壁喷管的被测柔性壁板在调整位置前和调整位置后均分别完全清晰成像在两台所 述摄像机的有效视场范围内； 2)在所述被测柔性壁板的表面上设置无规则的散斑； 3)采用二维标定法计算两台所述摄像机的参数； 4)通过两台所述摄像机分别拍摄的所述被测柔性壁板的图像，并对相应区域进行 散斑计算，匹配出两幅图像中各点相对应的位置坐标，根据所述图像中的位置坐标和已经 得到的所述摄像机的参数，求出所述被测柔性壁板的图像的各点在世界坐标系中的位置坐 标； 5)将由所述被测柔性壁板的三维型貌与喷管理论气动型貌在同一坐标系下进行 对比，获得两者之间误差函数； 6)以所述柔壁喷管的端点作为约束，调节布置在所述被测柔性壁板上的多对电动 推杆的支撑位置，以使所述误差函数绝对值的积分达到最小。 优选方案是：所述步骤3)包括：将二维标定靶精确的安装在所述被测柔性壁板上 或者已知距离的附近，作为标定物，从不同角度拍摄若干张模板图象，检测出图象中的特征 点，估算理想无畸变的情况下，计算出包含五个内参和所有外参的系数矩阵。 优选方案是：在所述被测柔性壁板上布置6对电动推杆。 优选方案是：所述步骤3)包括：通过计算机配合同步装置驱动所述两台摄像机对 被测柔壁喷管的柔性壁板同时成像，将采集同一时刻的图像相应像点进行匹配计算，从而 得到两台摄像机图像的各对应点的坐标。 优选方案是：所述散斑的厚度为〇· 01mm。 本专利技术的有益效果： 1.本专利技术是一种非接触的快速在线光学测量方法，不会对柔壁喷管产生任何干扰 或者破坏； 2.本专利技术测量范围较广，属于面测量； 3.本专利技术由于系统需求简单，所以成本相对较低； 4.本专利技术测量出的结果可以作为型面执行机构驱动力控制的反馈，进而可以为柔 壁喷管设计和改进提供可靠的数据支持。【附图说明】 图1为本专利技术在模型中的装配示意图； 图2为本专利技术获取摄像机参数原理图。【具体实施方式】 下面结合附图对本专利技术做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文 字能够据以实施。 应当理解，本文所使用的诸如"具有"、"包含"以及"包括"术语并不配出一个或多 个其它元件或其组合的存在或添加。 本专利技术提供了，步骤包括： 1)在柔壁喷管的被测柔性壁板的左右两侧各设置一台高成像精度的摄像机，使得 所述柔壁喷管的被测柔性壁板在调整位置前和调整位置后均分别完全清晰成像在两台所 述摄像机的有效视场范围内； 2)在所述被测柔性壁板的表面上设置无规则的散斑； 3)采用二维标定法计算两台所述摄像机的参数； 4)通过两台所述摄像机分别拍摄的所述被测柔性壁板的图像，并对相应区域进行 散斑计算，匹配出两幅图像中各点相对应的位置坐标，根据所述图像中的位置坐标和已经 得到的所述摄像机的参数，求出所述被测柔性壁板的图像的各点在世界坐标系中的位置坐 标； 5)将由所述被测柔性壁板的三维型貌与喷管理论气动型貌在同一坐标系下进行 对比，获得两者之间误差函数； 6)以所述柔壁喷管的端点作为约束，调节布置在所述被测柔性壁板上的多对电动 推杆的支撑位置，以使所述误差函数绝对值的积分达到最小。 优选方案是：所述步骤3)包括：将二维标定靶精确的安装在所述被测柔性壁板上 或者已知距离的附近，作为标定物，从不同角度拍摄若干张模板图象，检测出图象中的特征 点，估算理想无畸变的情况下，计算出包含五个内参和所有外参的系数矩阵。 优选方案是：在所述被测柔性壁板上布置6对电动推杆。 优选方案是：所述步骤3)包括：通过计算机配合同步装置驱动所述两台摄像机对 被测柔壁喷管的柔性壁板同时成像，将采集同一时刻的图像相应像点进行匹配计算，从而 得到两台摄像机图像的各对应点的坐标。 优选方案是：所述散斑的厚度为0· 01mm。 本专利技术的主要工作原理如下： 基于视觉的柔壁喷管测量方法是依据双目视觉的原理而测量得到柔壁喷管的面 型信息。第一步是安装系统，第二步是在柔板表面制作散斑，第三步对测量系统进行标定， 二维标定靶是一个人工定标物体，平面上有已知二维坐标的特征点。让两个相机同时对标 定靶成像，根据右手定则建立空间直角坐标，此坐标系与计算喷管理论气动型面时所用坐 标系为同一坐标系，在两个相机所成的像中准确找到特征点的对应图像特征点坐标，建立 摄像机图像像素位置与场景点位置之间的关系当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于视觉测量的柔壁喷管的测量方法，其特征在于，步骤包括：1)在柔壁喷管的被测柔性壁板的左右两侧各设置一台高成像精度的摄像机，使得所述柔壁喷管的被测柔性壁板在调整位置前和调整位置后均分别完全清晰成像在两台所述摄像机的有效视场范围内；2)在所述被测柔性壁板的表面上设置无规则的散斑；3)采用二维标定法计算两台所述摄像机的参数；4)通过两台所述摄像机分别拍摄的所述被测柔性壁板的图像，并对相应区域进行散斑计算，匹配出两幅图像中各点相对应的位置坐标，根据所述图像中的位置坐标和已经得到的所述摄像机的参数，求出所述被测柔性壁板的图像的各点在世界坐标系中的位置坐标；5)将由所述被测柔性壁板的三维型貌与喷管理论气动型貌在同一坐标系下进行对比，获得两者之间误差函数；6)以所述柔壁喷管的端点作为约束，调节布置在所述被测柔性壁板上的多对电动推杆的支撑位置，以使所述误差函数绝对值的积分达到最小。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张业华，陈丁，刘怀印，黄炳修，
申请(专利权)人：北京航天益森风洞工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11