1 安徽大学电气工程与自动化学院，安徽 合肥 230601
2 安徽建筑大学机械与电气工程学院，安徽 合肥 230601
三维数字图像相关技术在获取工件表面信息方面有重要应用，针对单相机系统在全场测量中的局限性及多相机系统在全场测量中的复杂性，本文提出一种双平面镜辅助的双相机视觉测量方法，并应用在三维重建中。即：分析像素点到三维点的实际映射关系，基于公垂线中点法进行目标点三维重构，确定棋盘格标定板角点的三维坐标；分析角点在镜面的虚实对应关系，标定镜面位置方程，得到反射变换矩阵；通过反射变换矩阵完成物面的虚实转换，最终实现三维全场测量。为验证该方法的可行性和可靠性，分别进行了静态实验和动态实验。结果表明：在游戏币静态实验中，其正反轮廓的三维重建效果良好；在五棱铝柱热变形动态实验中，铝柱外侧表面高度变化均值与Ansys软件的仿真结果基本一致，且优于在镜面上喷涂散斑的重建方法，具有较高的精度。
测量 双相机 数字图像相关 全场测量 热变形
南京邮电大学地理与生物信息学院，江苏 南京 210023
针对传统变形监测中整体变形模型无法有效提供监测对象局部独特详细变形信息的不足，基于地面三维激光扫描技术提出一种包含元变形、子变形、变形图的三层混合变形模型，并设计了一种基于单元的变形计算方法。该方法主要包括单元分割、变形估计、变形融合等3方面内容，可以实现无先验监测信息条件下，自动增量地提取不同尺度的变形信息。模拟实验结果表明，在该方法下，RANSAC算法的平面拟合回归估计角度变化误差均值为1.21″，估计可靠性在一定范围内随单元大小增大而提高；滑坡实验结果表明，最小值法位移估计结果噪声更少，0.2 m单元大小分割可以提供更多的变形估计细节。所提方法尤其适用于具有非均匀变形特性的监测领域，对推动滑坡等人员难以到达的灾害监测从“点监测”向“面监测”的转变具有一定的理论与实际意义。
测量 激光扫描 变形监测 混合模型 三维分割 变形估计 激光与光电子学进展
2024, 61(8): 0812009
1 长安大学地质工程与测绘学院，陕西 西安 710054
2 中国自然资源航空物探遥感中心，北京 100083
3 武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室，湖北 武汉 430079
目前主流的神经网络在面对复杂多样的地物目标时难以精确区分，同时样本数量少、弱监督条件也容易为神经网络带来大量噪声与错误。为此，在分析遥感影像的地物特点后，提出一种基于权重动态变形的双重网络遥感影像分类方法，通过构架灵活、简易却有效的权重动态变形结构，构建经过改进的分类网络与目标识别网络，形成双网络对照的自我验证，从而提高学习性能、修复误差、增补遗漏、提高分类精度。实验结果表明，所提方法在容易实施的基础上，表现出更强的地物认知能力和更强的噪声抵抗能力，即其能够适应各种遥感影像的分类任务，具有较为广阔的应用潜力。
遥感影像分类 神经网络 权重动态变形 双重神经网络 自我验证 激光与光电子学进展
2024, 61(8): 0828001
1 深圳市智能光测与感知重点实验室，广东 深圳 518060
2 深圳大学物理与光电工程学院，广东 深圳 518060
3 国防科技大学空天科学学院，湖南 长沙 410073
4 图像测量与视觉导航湖南省重点实验室，湖南 长沙 410073
5 深圳市鹰眼在线电子科技有限公司，广东 深圳 518114
变形测量是大型工程建设与运维的基础性、常规性任务，是实验力学、结构健康监测学科最重要的内容之一，现有测量方法难以精准高效经济地实现大型工程结构大尺度高精度测量需求，迫切需要建立新的测量方法和技术。近年来，以摄像机/照相机为传感器的摄像测量理论手段具有非接触性、精度高、成本低等优势，被逐步应用于各种工程结构测量中。本文结合本团队的相机网络测量方法与系统，综述了单相机、多相机摄像测量系统，介绍了多相机系统的图像采集、相机标定、特征提取与跟踪、变形计算等关键算法，论述了摄像测量技术在长期监测和快速检测领域的相关应用，以及系统稳定性的主要影响因素，最后对大型工程结构静动态变形摄像测量方法与技术的成果和问题进行了总结，并展望了其未来发展趋势。
大型结构 变形 静动态 摄像测量 多相机系统 激光与光电子学进展
2024, 61(1): 0112001
Author Affiliations
Abstract
1 CAS Key Laboratory of Mechanical Behavior and Design of Materials, Department of Modern Mechanics, University of Science and Technology of China, Hefei 230027, China
2 Shenzhen Key Laboratory of Intelligent Optical Measurement and Detection, College of Physics and Optoelectronic Engineering, Shenzhen University, Shenzhen 518060, China
A new electronic speckle pattern interferometry method is proposed to realize in situ deformation measurements. The feature of the method is the combination of a high-speed camera and multiple laser Doppler vibrometers (LDVs) for synchronous measurements. The high-speed camera is used to record and select effective interferograms, while the LDVs are used to measure the rigid body displacement caused by vibrations. A series of effective interferograms with known shifted phase values are obtained to calculate the deformation phase. The experimental results show that the method performs well in measuring static and dynamic deformations with high accuracy in vibrating environments.
speckle pattern interferometry laser Doppler vibrometers in situ deformation measurements Chinese Optics Letters
2024, 22(1): 011202
1 上海市星系与宇宙学半解析研究重点实验室，上海 200234
2 上海师范大学 数理学院，上海 200234
3 中国科学院南京天文仪器有限公司，江苏 南京 210042
4 中国科学技术大学 南京天文仪器研制中心，江苏 南京 210042
研制了基于三分区镜的倒立式三视场施密特型望远镜，对其关键技术进行了分析。利用正三棱锥的几何对称性，推导了3个视场的视轴夹角与分区镜面夹角之间的关系式，设计了用于实现多视场观测功能的三分区镜；通过有限元法分析了倒立式施密特望远镜主镜重力形变对像质的影响，阐述了检测光路关键参数对施密特修正镜加工误差的影响程度，采用蒙特卡罗法对该光学系统的杂散光进行了分析。最后对整个光学系统进行了实验检测，检测结果表明：实际研制的三分区镜镜面之间的夹角为133.08°，可同时对相互垂直的3个视场进行观测；该望远镜光学系统的，RMS = 0.105 λ(λ= 632.8 nm)。该系统可用于地球空间姿态测量，拓展了施密特望远镜的应用范围。
施密特望远镜 三分区镜 重力形变 施密特修正镜 Schmidt telescope 3-facet mirror gravitational deformation Schmidt corrector
1 福建工程学院机械与汽车工程学院，福建 福州 350118
2 福建省汽车电子与电驱动重点实验室(福建工程学院)，福建 福州 350118
针对金属材料3D打印过程模拟异常复杂和耗时问题，以金属材料激光选区熔化(SLM)加工工艺为研究对象，采用修正固有应变方法，实现3D打印过程残余变形的精确快速预测。考虑到3D打印过程的周期性，对连续两个打印层进行热-弹-塑性耦合分析，通过修正固有应变理论，提取3D打印过程等效的修正固有应变载荷；将提取到的修正固有应变逐层施加到弹性有限元模型，实现3D打印过程高效模拟及残余变形精确预测；通过与3D打印完整过程热-固耦合分析及3D打印试验对比，验证修正固有应变方法预测3D打印残余变形的精确性和高效性。
激光选区熔化 残余变形 修正固有应变 数值模拟 selective laser melting residual deformation modified inherent strain numerical simulation
1 山东理工大学激光高端制造研究中心, 山东 淄博 255000
2 山东理工大学机械工程学院, 山东 淄博 255000
3 山东理工大学材料科学与工程学院, 山东 淄博 255000
借助ABAQUS软件建立了微尺度激光冲击强化(micro-scale laser shock peening, μLSP)过程的有限元模型, 对T2纯铜的μLSP过程进行了数值模拟, 分析了μLSP过程中纯铜的位移、塑性应变和等效应力的动态响应情况以及残余应力的分布规律。结果表明, 冲击波作用到纯铜表面后, 极短时间内便可达到纯铜的动态屈服极限。纯铜表面的位移影响区域直径约为激光光斑的2倍, 并在27 ns时达到位移最大值约0.85 μm。随着冲击波压力的加载, 纯铜产生加工硬化, 塑性应变和等效应力的最大值均出现在加载区域内部的近表层处, 分别约为0.062 MPa和297 MPa。μLSP后纯铜表面激光辐照区域主要表现为残余压应力, 最大值约为199 MPa, 影响深度达40 μm。在激光辐照区域表面边缘存在一定的残余拉应力, 产生“残余应力洞”。同时, μLSP工艺试验结果与数值模拟结果基本一致, 从而验证有限元模型的合理性与可靠性。
微尺度激光冲击强化 数值模拟 有限元分析 塑性变形 残余应力 micro-scale laser shock peening numerical simulation finite element analysis plastic deformation residual stress
为了研究冷却塔原地倒塌爆破工艺，采用有限元软件进行切口模拟分析，用高清摄像头对筒体及人字形立柱变形进行数据采集，针对筒体变形时间、塌落速度、切口闭合变化、筒体扭曲变形后塌落范围情况进行了详细的分析。实践结果表明：冷却塔原地塌落切口设计并不能按常规4等分平均分配，四个区域对等分配易造成整体下座不倒，第四个区域周长（最后引爆）略大第一区域四分之一，四个区域孔内延期时间分别为MS4/MS8/MS8/HS3孔外为MS2; 通过有限元软件模拟筒体产生塌落趋势需要1 s,筒体的开槽口产生闭合需要3 s，筒体空中挤压扭曲触地需要6.8 s,各区域孔内延期时必须在合理时间内完成变形工作，经爆后影像分析测算与模拟时间相同，原地塌落筒体90%在池内，上部圈梁外抛出水池约6 m，对周边制氢站、循环水泵房、钢闸门等设施未造成影响; 未对23 m外天然气埋管造成影响,经测量天然气管网塌落振动值仅2.095 cm/s说明原地塌落爆破技术对于触地减震起到较大作用，能有效控制筒体塌落外抛距离。
冷却塔爆破 原地塌落 360°切口 变形分析 cooling tower blasting in situ collapse 360° incision deformation analysis
中国电子科技集团公司第十二研究所微波电真空器件国家级重点实验室, 北京 100015
设计了用于 G波段行波管的聚焦极调制皮尔斯电子枪, 电子注电压 20 kV, 电流50.9 mA, 注腰半径 0.056 mm, 射程 10.3 mm。利用热-结构耦合分析和电子注轨迹仿真方法, 分析了热形变对电子枪性能造成的显著影响。为了消除电子枪热形变的影响, 设计了装配模具进行补偿, 并得到了实验验证。该电子枪已用于多种 G波段行波管, 解决了关键部件技术问题。
G波段行波管 电子枪 热形变 G band traveling wave tube electron gun thermal deformation 太赫兹科学与电子信息学报
2023, 21(7): 895
