提出了一种基于三维数字图像相关(3D-DIC)技术的船用螺旋桨3D变形测量方法。测量系统由双目立体相机、闪光灯和同步装置组成,采用空泡水筒对螺旋桨进行加载。首先,用基于极线约束的自标定方法对系统的外部参数进行标定,以获得桨叶表面的3D位移分布。然后,对重构的桨毂部分进行点云配准,得到变形后螺旋桨叶根部点云的平移向量和旋转矩阵,以消除桨毂位置差异导致的刚体位移。最后,构建了空气-玻璃-水三种介质的折射光路,对3D重构的物点坐标进行折射修正,得到空泡水筒中桨叶的真实3D形貌。实验结果表明,用本方法对空泡水筒中螺旋桨的变形情况进行测量,可得到螺旋桨叶片在固定相位下的全场3D位移分布,为船用螺旋桨的变形测量提供了一种可行的非接触、全场测量方案。

数字图像相关方法(DIC)是一种非接触式全场光学测量方法,在许多领域已被用于物体表面位移和应变的测量。传统的DIC全场应变测量通常使用高精度逐点局部位移场最小二乘法,但该方法对于旋转物体的应变测量仍存在显著误差。为此,在传统DIC应变计算方法的基础上,引入变形前后的旋转矩阵,提出一种考虑旋转的局部位移场最小二乘应变计算方法。该方法能够补偿由旋转引起的应变误差,从而实现任意旋转角度下应变的高精度测量。在模拟实验中,分别对多种旋转角度下的同一应变以及同一旋转角度下的不同应变进行测量,由两种实验应变测量获得的均方根误差(RMSE)平均值相对传统DIC方法分别为由0.00498降低到0.00011以及由0.00703降低到0.00027,两种实验结果均证明所提方法能较大程度地提高旋转条件下的应变测量精度。