[发明专利]一种热真空高低温环境下结构微变形测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种结构微变形测量方法。

背景技术

真空高低温环境下结构微变形测量方法，主要解决高稳定性结构在真空高低温环境下三维场的微小变形原位高精度实时测量问题。

目前真空高低温环境下结构微变形测量的方法，主要包括相隔光学玻璃的外部测量方法和原位环境下的摄影测量方法。由于高精度测量仪器主要由精密器件组成，一般在恒温恒湿的实验室环境或者常温常压环境下开展测量工作。因此，将测量仪器放置在真空设备外部，通过光学观察窗对内部结构件的变形情况进行局部测量。该类测量方法由于不是原位测量，存在空间尺寸遮挡等诸多空间物理约束，限制性较强，与本发明方法不具有可比性，在此不予深入讨论。还有一种做法是将摄影测量CCD相机进行温度和压力的保护后，直接放置于真空罐内部，对结构件的变形情况进行原位测量。

当前公开的技术文献和资料显示，原位测量主要采用摄影测量在常压高低温环境下开展，但是该方法主要存在如下问题：

(1)精度等级满足不了微米级的微小变形测量需求。当前摄影测量仪器标定精度为微米级，按照测量1/3原则，测量目标产品精度只能达到0.01mm量级，无法满足产品微米级测量需求。

(2)无法进行连续区域三维位移变形场测量。由于摄影测量是对多靶标点位测量后进行空间点位拟合计算，但是无法做到连续区域测量，无法得出相邻子区域的变形趋势。

(3)CCD相机需要移动，需额外增配多种附件，系统复杂。多相机视野重叠后被测视场区域较小，单相机主要采取电机移动等方式解决景深问题。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种热真空高低温环境下结构微变形测量方法，解决精密仪器防护和三维场测量问题，对数字散斑图像相关测量数据进行有效融合，避免由于低气压和高低温交变导致的测量数据失真问题。

本发明的技术解决方案是：一种热真空高低温环境下结构微变形测量方法，包括步骤如下：

步骤一、安装测量系统，所述测量系统包括支撑装置、相机保护单元、标示点、测温点、散斑摄像头、数据储存设备、真空泵、控制柜、液氮源、定制灯阵；将支撑装置、相机保护单元、标示点、测温点、散斑摄像头安装在真空罐内，将被测试结构、相机保护单元分别安装在支撑装置两侧，调整被测试结构使得被测试结构的法向矢量与相机保护单元的中心线重合；将散斑摄像头安装在真空罐顶部，位于支撑装置中部上方；在被测试结构表面及其他指定区域粘贴测温点，在被测试结构表面喷涂标示点；将真空泵、液氮源分别与真空罐相连，将控制柜分别与真空泵、液氮源相连控制真空泵、液氮源的运行；将数据储存设备与相机保护单元连接；

步骤二、对真空罐进行抽真空，真空罐内气压达到设定气压后，在常温下，分别利用相机保护单元和散斑摄像头对被测试结构的初始状态进行测量并保存数据，测量参数及内容包括初始状态下被测试结构的正反表面温度、正面型面精度及外形；

步骤三、控制真空罐内温度达到目标温度t₁，利用散斑摄像头对标示点中的散斑点云图像进行捕获，变换相机保护单位的姿态并利用相机保护单元获取不同角度下的标示点中的靶标图像；控制真空罐内温度载荷变化至下一个设定的目标温度t₂，重复步骤三直至完成最后目标温度t_n下的测量并储存数据；n为正整数；

步骤四、对获得的包括常温在内的n+1个不同温度载荷下的标示点的散斑图像进行灰度对比处理，剔除不满足灰度要求的图像；对上述n+1个不同温度载荷中的任意两个温度载荷状态下同一角度位置的标示点散斑图像中的选定子区域进行相关性计算，获得相关系数S(T)；如果相关系数S(T)≥0.8且其他相关系数低于当前S(T)值30％以上，进入步骤五；

步骤五、分别对步骤四中满足相关性要求的两个温度载荷状态下同一角度位置的标示点散斑图像中选定子区域中所有标示点散斑进行去刚体位移计算，得到在两个温度载荷状态下同一角度位置的标示点散斑图像选定子区域内散斑点的三维空间位移数据；

步骤六、将两个温度载荷状态下同一角度位置的标示点散斑图像区域内散斑点的三维空间位移数据作差，获得两个温度载荷状态之间的相对变形量；

步骤七、将步骤六中获得的相对变形量与被测试结构温度载荷条件下理论仿真分析结果进行对比：如果相对变形量与理论分析结果相差在一个数量级之内，则将试验测试获得的相对变形量数据作为结构微变形测量值。