1 上海大学力学与工程科学学院上海市应用数学与力学研究所, 上海 200444
2 湖州师范学院工学院, 浙江 湖州 313000
3 中国船舶科学研究中心江苏省绿色船舶技术重点实验室, 江苏 无锡 214082
4 上海市能源力学重点实验室, 上海 200444
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。
测量与计量 三维变形测量 数字图像相关 相机自标定 折射修正 光学学报
2021, 41(12): 1212001
基于数字散斑干涉(Digital Speckle Pattern Interferometry, DSPI)成像原理,提出了一种利用空间相位移技术的材料三维变形检测系统。并以薄铝板为测试材料,在固定点机械受力条件下进行了热膨胀变形测试实验。通过对检测系统进行坐标标定和不同传感器图像间的相关运算,获取三个不同视觉方向图像之间各像素的匹配关系,然后对匹配好的图像进行滤波和解包裹处理,从而可解析出物体在形变过程中X、Y、Z 三个方向的位移。结果表明所提出的方法可为非结构化环境下材料表面三维应变高精度检测提供了一种有效的方法。
数字散斑干涉 图像相关 空间相位移 同步采集 三维变形测量 digital speckle pattern interferometry image correlation spatial phase-shift synchronous acquisition three-dimensional deformation measurement
东南大学 江苏省工程力学分析重点实验室, 江苏 南京 210096
建立了非接触光学测量实验系统, 对薄壁球壳受刚性平面压缩的连续变形及失稳行为进行了实验研究。实验以理想弹塑性材料制成的薄且壁厚均匀的乒乓球为压缩对象, 采用透明石英玻璃板作为刚性平面, 用相机透过玻璃板采集清晰的散斑图像。然后利用具有非接触、全场、高精度等优点的三维数字图像相关(3D-DIC)技术对与刚性平面接触的乒乓球表面的连续变形进行直接测量, 同时利用二维数字图像相关技术结合压力传感器得到对应的力-位移关系。实验研究表明, 基于3D-DIC方法测量三维表面变形场, 实现了对受刚性平面压缩的乒乓球表面从局部压平阶段到轴对称屈曲阶段, 进而演化到非轴对称屈曲阶段等力学行为的可视化。实验结果表明, 对乒乓球半径的测量精度可达0.5%, 利用Abaqus有限元方法得到的结果与实验结果非常吻合, 验证了所提方法的有效性。
数字图像相关 连续变形测量 三维变形测量 薄壁球壳 屈曲 digital image correlation continuous deformation measurement 3D deformation measurement thin-walled sphere buckling
1 上海大学 精密机械工程系,上海 200072
2 上海仪电物理光学仪器有限公司,上海 201199
提出了一种基于相移和颜色分光的电子散斑干涉(ESPI)瞬态三维变形测量方法,该方法包括一个彩色CCD和红绿蓝三种不同波长的激光器,可同时采集来自三路的散斑干涉图像。物体面内水平方向、竖直方向以及离面方向的散斑干涉图像信息通过颜色分光实现分离,并利用相移算法对散斑干涉条纹图进行分析处理,分别解调出水平、竖直及离面方向的变形场相位,实现三维变形场的测量。模拟及实验分析表明,此方法能同时实现物体面内水平方向、竖直方向以及离面方向的变形测量,可用于物体表面的三维瞬态变形测量,也可单独完成面内或离面的二维变形测量。
电子散斑干涉 颜色分光 相移算法 三维变形测量 electronic speckle pattern interferometry(ESPI) color splitting phase shifting algorithm three-dimensional deformation measurement
1 郑州航空工业管理学院，河南 郑州 450015
2 西安交通大学 机械工程学院，陕西 西安 710049
考虑输电塔架结构复杂，需要做承载变形真型实验来检测塔架实际承载能力的问题，本文提出了一种三维全场变形光学测量方法来解决塔架真型试验中存在的大尺寸、大变形、多测点、三维变形、塔架承载形态保持时间短等测量难点。该方法基于工业近景摄影测量技术重建单个状态下塔架测点的三维结构，利用具有身份信息的人工标志点来实现不同状态测量结果的对齐。通过跟踪固定在塔架上的变形点，计算相应部位的位移来获取真型塔架在不同负载下的整体变形。精度评估实验表明，提出的方法测量精度优于0.1 mm/4 m; 真型实验显示，测量结果能够为塔架结构力学性能分析和改进塔架设计提供有价值的参考数据。该方法具有现场工作量小、不干扰测量对象、量程弹性大等优点，能够满足各型塔架三维变形测量对效率和精度的要求。
输电塔架 三维变形测量 近景摄影测量 光束平差 坐标对齐 power transmission tower 3D deformation measurement close-range photogrammetry bundle adjustment coordinate registration
西安交通大学 机械工程学院 , 陕西 西安 710049
针对材料力学实验中的三维变形测量，提出并实现了一种基于双目立体视觉、摄影测量术和数字图像相关法的便携式三维变形测量系统。研究了该系统涉及的双目摄像机标定，图像相关算法，三维重建，以及三维位移、应变计算等关键技术。提出了一种基于摄影测量术的摄像机标定算法，该算法采用10参数镜头畸变模型，不需要高精度标定板即可实现摄像机的高精度标定。利用最小二乘非线性优化算法实现了数字图像的高精度匹配，针对非线性优化初值难求的问题，提出了一种基于种子点的初值计算方法，为非线性优化提供了可靠的初值。最后，介绍了三维重建以及计算三维位移、三维应变的方法。实验结果表明，标定结果的重投影误差为0.03 pixel，图像匹配的误差约为0.02 pixel，静态外形及位移的测量精度为0.05%，应变的测量精度优于0.5%。与传统的测量方法相比，本文提出的系统可以更准确、全面、直观地实现对位移场、应变场的测量。
三维变形测量 立体视觉 数字图像相关 摄像机标定 摄影测量 种子点 three-dimensional deformation measurement stereo vision digital image correlation camera calibration photogrammetry seed point 光学 精密工程
2010, 18(10): 2244
