运动模型表面压力与三维形貌同步测量方法及测量装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种运动模型表面压力与三维形貌同步测量方法，包括以下步骤：在测试模型和标定样品的表面制备相同的压敏漆；采用两台相机对测试模型进行双目标定获得系统参数；发射测试模型，同步触发脉冲激光器和其中一台相机，发出脉冲激光束并激发压敏漆，拍摄第一图像，延迟触发另一台相机，拍摄第二图像；对两张图像进行图像匹配，逐像素计算三维坐标，逐像素计算两张图像的光强值之比；对样品进行压力敏感性标定，获取光强比

【技术实现步骤摘要】
measurement of surface shape and pressure using structured illumination”提出了一种使用改装的紫外LCD投影仪投影散斑图案，使用双目系统重建模型三维坐标。该方法仍使用基于强度法的压敏漆数据采集方法，不适合于运动模型测量。
[0009]期刊《Measurement》发表的论文“Simultaneous pressure and deformation field measurement on helicopter rotor blades using a grid
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pattern pressure
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sensitive paint system”提出了一种基于双目视觉系统和网格压敏漆的旋翼空间姿态和压力测量方法，该方法使用的压敏漆表面需要设置网格图案，造成了网格点处的压力信息缺失，降低了空间分辨率，同时网格图案边缘数据的间断也会引入新的测量误差。
[0010]综上所述，在气动热力学试验研究中，实现运动模型表面压力、及三维形貌与姿态同步测量面临诸多挑战，开发相应的测量方法及测量装置具有重要意义。

技术实现思路

[0011]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种非接触式的、高空间分辨率的和高效率的运动模型压力与三维形貌同步测量方法及测量装置。
[0012]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0013]根据本专利技术的一个方面，提供一种运动模型表面压力与三维形貌同步测量方法，包括以下步骤：
[0014]S1：分别在测试模型和用于压力敏感性标定的样品表面制备相同的压敏漆；
[0015]S2：采用两台相机组成双目图像采集系统，对所述测试模型进行双目标定，获取系统标定参数；
[0016]S3：发射所述测试模型，使得所述测试模型处于自由飞行状态，按照时序控制，同步触发脉冲激光器和其中一台相机，发出脉冲激光束并投影至所述测试模型以激发压敏漆，并拍摄第一图像，延迟触发另一台相机，拍摄第二图像；
[0017]S4：根据图像散斑特征对第一图像和第二图像进行匹配，并根据所述系统标定参数重构测试模型的三维坐标，同时根据图像匹配结果建立的像素点映射关系逐像素计算两张图像的光强值之比；
[0018]S5：使用压力标定系统对制备有压敏漆的样品进行压力敏感性标定，获取光强比
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压力标定曲线；
[0019]S6：根据光强比
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压力标定曲线，逐点计算测试模型的光强比对应的压力数值，最终获得模型表面每个像素点的三维坐标与压力数值，实现三维形貌和压力分布的同步测量。
[0020]优选地，所述脉冲激光束依次经过毛玻璃扩散片和投影镜头的中心线，形成含有带有散斑图案的大面积面光源投影并覆盖所述测试模型的表面，以激发所述测试模型表面的压敏漆。
[0021]优选地，两台相机的曝光时间相同，均为1～10μs。
[0022]优选地，所述第二图像的拍摄时间与所述第一图像的拍摄时间相差1～10μs。
[0023]优选地，所述S5包括以下步骤：
[0024]S5.1：将S1中制备有压敏漆的样品置于开设有玻璃视窗的压力标定舱内；
[0025]S5.2：使用与S3相同的时序和图像采集方法获取两张压敏漆样品图像；
[0026]S5.3：调节所述压力标定舱内的压力到目标压力值，在两张压敏漆样品图像的中心点附近分别取相同边长的正方形区域，对正方形区域中的像素光强值求平均，并将平均光强值相除，获取目标压力值下的光强比数值；
[0027]S5.4：重复S5.3，获取多组压力－光强比数据，使标定的压力范围覆盖测试量程，并根据所有压力－光强比数据绘制光强比
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压力标定曲线。
[0028]根据本专利技术的另一方面，提供了一种实现所述的一种运动模型表面压力与三维形貌同步测量方法的同步测量装置，用以同步测量测试模型的表面压力和三维形貌，其特征在于，包括：
[0029]信号发生器：用以产生触发信号；
[0030]延迟脉冲发生器：用以实现所述触发信号的同步和延迟；
[0031]激发光模块：用以生成脉冲激发光并形成散斑图案均匀分布的面光投射至测试模型；
[0032]图像测量模块：用以进行双目标定，获取系统标定参数和捕获被激发后的压敏漆发光图像；
[0033]计算机：用以存储图像测量模块捕获的图像和获取的系统标定参数。
[0034]优选地，所述激发光模块包括依次设置的脉冲激光器、毛玻璃扩散片和投影镜头，所述脉冲激光器发出脉冲激光束，经毛玻璃扩散片的调制，形成带有散斑图案的小面积面光源，再经投影镜头扩束后形成含有大散斑图案的大面积面光源，覆盖所述测试模型的表面，进而激发所述测试模型表面的压敏漆。
[0035]优选地，所述脉冲激光器发出的脉冲激光波长为200～1000nm，脉冲能量范围为1mJ～1000mJ。
[0036]优选地，所述图像测量模块包括一号相机和二号相机，一号相机和二号相机上均设有成像镜头和用以滤除激发光仅保留压敏漆的荧光信号的滤光片。
[0037]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0038](1)本专利技术通过采用一套测量装置，能实现对高速运动模型，即运动速度为100～2000m/s的运动模型的的非接触式压力和空间三维形貌同步性测量，即在同一模型运动过程中的某一时刻，进行一次性图像数据采集，通过数据处理重构模型表面瞬态压力及三维形貌与空间姿态。
[0039](2)本专利技术通过使用由脉冲激光器、毛玻璃扩散片和投影镜头组成的调制光路产生含有大散斑图案的大面积面光源，投影至测量模型表面激发压敏漆，使得压敏漆发光图像中存在相同的散斑图案，由于散斑图案能满足散斑暗部所在区域压敏漆对激发光强度的能量要求，确保了压敏漆在全域范围内的有效激发，实现全场压力测量，避免了在压敏漆表面直接进行标记的繁琐和标记点当地信号的缺失，保证全场压力数据的完整性。
[0040](3)本专利技术通过使用两台相机进行图像拍摄，并延迟其中一台相机的曝光开始时间，对两张图像的光强求比值，能够反映压敏漆发光寿命的变化，进一步使用系统标定参数获得压力值。由于两张图像均来自同一束脉冲激光对压敏漆的激发，因此对模型运动过程中激发光空间光强分布的改变不敏感，即具有自参考特性，适用于运动模型的压敏漆测量。
[0041](4)本专利技术通过使用两台相机在有限的短时曝光采集压敏漆图像，最大程度地减小了运动模型图像的模糊。
附图说明
[0042]图1为本实施例的一种运动模型表面压力与三维形貌同步测量方法的流程图；
[0043]图2为图1所示实施例的时序控制图；
[0044]图3为实现图1所示实施例的测试装置的结构示意图；
[0045]图中标记为：1、信号发生器；2、延迟脉冲发生器；3、脉冲激光器；4、毛玻璃扩散片；5、投影镜头；6、测试模型；7、计算机；8本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种运动模型表面压力与三维形貌同步测量方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：分别在测试模型和用于压力敏感性标定的样品表面制备相同的压敏漆；S2：采用两台相机组成双目图像采集系统，对所述测试模型进行双目标定，获取系统标定参数；S3：发射所述测试模型，使得所述测试模型处于自由飞行状态，按照时序控制，同步触发脉冲激光器和其中一台相机，发出脉冲激光束并投影至所述测试模型以激发压敏漆，并拍摄第一图像，延迟触发另一台相机，拍摄第二图像；S4：根据图像散斑特征对第一图像和第二图像进行匹配，并根据所述系统标定参数重构测试模型的三维坐标，同时根据图像匹配结果建立的像素点映射关系逐像素计算两张图像的光强值之比；S5：使用压力标定系统对制备有压敏漆的样品进行压力敏感性标定，获取光强比
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压力标定曲线；S6：根据光强比
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压力标定曲线，逐点计算测试模型的光强比对应的压力数值，最终获得模型表面每个像素点的三维坐标与压力数值，实现三维形貌和压力分布的同步测量。2.根据权利要求1所述的一种运动模型表面压力与三维形貌同步测量方法，其特征在于，所述脉冲激光束依次经过毛玻璃扩散片和投影镜头的中心线，形成含有带有散斑图案的大面积面光源投影并覆盖所述测试模型的表面，以激发所述测试模型表面的压敏漆。3.根据权利要求1所述的一种运动模型表面压力与三维形貌同步测量方法，其特征在于，两台相机的曝光时间相同，均为1～10μs。4.根据权利要求3所述的一种运动模型表面压力与三维形貌同步测量方法，所述第二图像的拍摄时间与所述第一图像的拍摄时间相差1～10μs。5.根据权利要求1所述的一种运动模型表面压力与三维形貌同步测量方法，其特征在于，所述S5包括以下步骤：S5.1：将S1中制备有压敏漆的样品置于开设有玻璃视窗的压力标定舱内；S5.2：使用与S3相同的时序和图像采集方法获...

【专利技术属性】
技术研发人员：李永增，王宗浩，董哲，彭迪，刘应征，
申请(专利权)人：中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所，
类型：发明
国别省市：