一種利用照相對飛機靜力試驗中位移量進行測量的方法
【專利摘要】本發明涉及一種利用照相對飛機靜力試驗中位移量進行測量的方法，可有效解決靜力試驗測量位移設備多，布設難，精度低的問題，技術方案是，一、安裝相機；二、對相機進行定向，確定相機之間的相對位置及姿態關系；三、安裝工裝；四、坐標轉換；五、進行靜力試驗；本發明方法是一種非接觸的測量方式；其為三維測量技術，可以同時測量出被測點在三個坐標方向上的位移量；測量量程比大，理論量程是相機的整個視場，實際試驗最大量程達6米；精度高，測量精度達1/10000；可以同時測量大批量的目標點；可以實現動態實時測量，連續幀速可以達到5幀/秒；設備布設方便，操作簡單；是靜力試驗位移測量方法上的創新。
【專利說明】一種利用照相對飛機靜力試驗中位移量進行測量的方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及移量測量方法，特別是一種利用照相對飛機靜力試驗中位移量進行測 量的方法。
【背景技術】
[0002] 靜力試驗是用試驗的方法研究飛機結構在靜載荷作用下的靜強度特性，即檢驗結 構承受極限外載荷的能力，研究工程結構在靜載荷作用下的強度、剛度和穩定性等靜特性 問題。在靜力試驗中，試驗對象的位移是非常重要參數之一，目前多采用位移傳感器或激光 測距儀測量位移，這種方法有較多的不足：
[0003] 1)測量精度較低。位移傳感器的相對精度為1/1000,激光測距儀的精度大約為 1mm；
[0004] 2)需要較多的測量設備。每一個目標點需要至少一臺位移傳感器（或激光測距 儀），如果需要測定目標點的三維位移，則至少需要兩臺位移傳感器（或激光測距儀）；
[0005] 3)設備布設較困難。由于使用的位移傳感器（或激光測距儀）較多，就造成了設 備的布設較困難；
[0006] 4)接觸測量。如果采用位移傳感器，則傳感器一端需要布設在試驗對象上，會對試 驗結果造成一定程度的影響。
【發明內容】
[0007] 針對上述情況，為克服現有技術之缺陷，本發明之目的就是提供一種利用照相對 飛機靜力試驗中位移量進行測量的方法，可有效解決靜力試驗測量位移設備多，布設難，精 度低的問題。
[0008] 本發明解決的技術方案是：
[0009] -種利用照相對飛機靜力試驗中位移量進行測量的方法，包括以下步驟：
[0010] 一、安裝相機
[0011] 在飛機上方通過支架安裝相機，共采用8臺相機，其中四臺為一組，每組相機可 以作為單個系統獨立使用，安裝時，保證待試驗的飛機結構的每個被測點至少在其中3臺 相機的視場中，而在測量過程中只要有兩臺相機可以拍攝到被測點就可以測得被測點的坐 標，這樣在一個相機被遮擋的情況下，仍能測到被測點的坐標，提高系統測量的穩定性；所 述的相機均經控制器與計算機相連。
[0012] 二、對相機進行定向，確定相機之間的相對位置及姿態關系
[0013] 一共采用了 8臺相機，其中每四臺相機為一組進行定向，定向過程如下：
[0014] (1)確定一臺相機為相機坐標系的零點相機，這臺相機的投影中心為坐標系原 占.
[0015] (2)通過坐標解算，對零點相機與其臨近的相機進行定向，具體方法為，通過飛機 結構上的已知的控制點，利用后方交會解算，即可得到零點相機和與其臨近的相機的攝影 中心SI、S2的位置及其與像片面pi、p2的朝向關系，即得，兩相機的位置及姿態；
[0016] 所述的控制點為飛機上在靜力試驗過程中始終保持不動的已知點，控制點至少有 4個；
[0017] (3)根據已定向的相機與零點相機，用同樣的方法，逐步的對其他相機進行定向；
[0018] (4)當所有相機都完成定向后，對所有相機進行光束法平差，得出每個相機最終的 位置與姿態。
[0019] 三、安裝工裝
[0020] 將工裝安裝在飛機上，該安裝位置在靜力試驗過程中始終保持不動，裝上有五個 攝影標志，建立一個工裝坐標系》'，￥'，2'），這五個點在工裝坐標系》'，￥'，2'）下的坐 標已知；
[0021] 四、坐標轉換
[0022] 照相測量的得到的數據是在相機坐標系（U，V，W)下，最后的測量結果要轉化到飛 機坐標系下（X，Y，Z);
[0023] 所述的相機坐標系以相機投影中心為坐標原點，U軸、V軸分別平行于像平面中相 互垂直的兩條邊，W軸與U軸、V軸垂直組成右手坐標系；
[0024] 所述的飛機坐標系以機身上某不動點為坐標原點，X軸為飛機飛行方向，Y軸平行 于飛機翼展方向，Z軸堅直向上組成右手坐標系；
[0025] 其中，所述的工裝坐標系（X'，Y'，Z'）與飛機坐標系（X，Y，Z)的關系已知，為了建 立飛機坐標系（X，Y，Z)，需要通過所述的工裝坐標系（X'，Y'，Z'）進行轉換，工裝上有五個 攝影標志在工裝坐標系下的坐標已知，通過照相測量得到工裝上面五個點在相機坐標系下 的坐標，然后進行公共點轉換，求出相機坐標系到工裝坐標系的轉換關系，然后把相機的定 向參數轉換到工裝坐標系下，由于工裝坐標系與飛機坐標系關系已知，這樣就把相機坐標 系下的測量點統一到了飛機坐標系下。
[0026] 具體公共點轉換過程如下：
[0027] (1)相機坐標系與工裝坐標系的關系可用下式表示：
[0028]
【權利要求】
1. 一種利用照相對飛機靜力試驗中位移量進行測量的方法，其特征在于，包括以下步 驟： 一、 安裝相機 在飛機上方通過支架安裝相機，共采用8臺相機，其中四臺為一組，每組相機可以作為 單個系統獨立使用，安裝時，保證待試驗的飛機結構的每個被測點至少在其中3臺相機的 視場中，而在測量過程中只要有兩臺相機可以拍攝到被測點就可以測得被測點的坐標，這 樣在一個相機被遮擋的情況下，仍能測到被測點的坐標，提高系統測量的穩定性；所述的相 機均經控制器與計算機相連； 二、對相機進行定向，確定相機之間的相對位置及姿態關系 一共采用了 8臺相機，其中每四臺相機為一組進行定向，定向過程如下： (1) 確定一臺相機為相機坐標系的零點相機，這臺相機的投影中心為坐標系原點； (2) 通過坐標解算，對零點相機與其臨近的相機進行定向，具體方法為，通過飛機結構 上的已知的控制點，利用后方交會解算，即可得到零點相機和與其臨近的相機的攝影中心 S1、S2的位置及其與像片面pl、p2的朝向關系，即得，兩相機的位置及姿態； 所述的控制點為飛機上在靜力試驗過程中始終保持不動的已知點，控制點至少有4 個； (3) 根據已定向的相機與零點相機，用同樣的方法，逐步的對其他相機進行定向； (4) 當所有相機都完成定向后，對所有相機進行光束法平差，得出每個相機最終的位置 與姿態。 三、安裝工裝 將工裝（1)安裝在飛機上，該安裝位置在靜力試驗過程中始終保持不動，裝上有五個 攝影標志（la)，建立一個工裝坐標系（X'，Y'，Z'），這五個點在工裝坐標系（X'，Y'，Z'） 下的坐標已知； 四、 坐標轉換 照相測量的得到的數據是在相機坐標系（U，V，W)下，最后的測量結果要轉化到飛機坐 標系下（X，Y,Z); 所述的相機坐標系以相機投影中心為坐標原點，U軸、V軸分別平行于像平面中相互垂 直的兩條邊，W軸與U軸、V軸垂直組成右手坐標系； 所述的飛機坐標系以機身上某不動點為坐標原點，X軸為飛機飛行方向，Y軸平行于飛 機翼展方向，Z軸堅直向上組成右手坐標系； 其中，所述的工裝坐標系（x'，Y'，z'）與飛機坐標系（X，Y，Z)的關系已知，為了建立飛 機坐標系（X，Υ，Ζ)，需要通過所述的工裝坐標系（X'，Υ'，Ζ'）進行轉換，工裝上有五個攝影 標志在工裝坐標系下的坐標已知，通過照相測量得到工裝上面五個點在相機坐標系下的坐 標，然后進行公共點轉換，求出相機坐標系到工裝坐標系的轉換關系，然后把相機的定向參 數轉換到工裝坐標系下，由于工裝坐標系與飛機坐標系關系已知，這樣就把相機坐標系下 的測量點統一到了飛機坐標系下。 具體公共點轉換過程如下： (1)相機坐標系與工裝坐標系的關系可用下式表示：
其中（dx，dy，dz)分別表示（U，V，W)三個坐標軸方向的平移量，（外ω，κ)表示三個坐 標軸的旋轉量；式（1)中共六個未知數一個公共點可列出三個方程，式 (1)為三個方程，則至少兩個公共點即可完成公共點轉換；工裝上共有五個點，利用最小二 乘原理求解出六個未知數； (2) 工裝坐標系與飛機坐標系的轉換關系如下式：
其中（ΛΧ，ΛΥ，ΛΖ)為已知量，分別表示（Χ'，Υ'，Ζ'）在三個軸方向上的平移量； (3) 結合式⑴與式（2)可以得到，從相機坐標系到飛機坐標系的轉換公式如下：
五、進行靜力試驗 開始對待試驗的飛機部位加載靜荷載，同時通過計算機控制相機進行拍照，采集到的 相片通過步驟四所述的方法進行坐標轉換，得到測量點在飛機坐標系下的坐標，即得到測 量部位的位移量。
【文檔編號】G01B11/03GK104236469SQ201410544551
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年10月15日 優先權日:2014年10月15日
【發明者】王河偉, 馬海金 申請人:鄭州辰維科技股份有限公司
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