[发明专利]一种利用照相对飞机静力试验中位移量进行测量的方法

摘要

本发明涉及一种利用照相对飞机静力试验中位移量进行测量的方法，可有效解决静力试验测量位移设备多，布设难，精度低的问题，技术方案是，一、安装相机；二、对相机进行定向，确定相机之间的相对位置及姿态关系；三、安装工装；四、坐标转换；五、进行静力试验；本发明方法是一种非接触的测量方式；其为三维测量技术，可以同时测量出被测点在三个坐标方向上的位移量；测量量程比大，理论量程是相机的整个视场，实际试验最大量程达6米；精度高，测量精度达1/10000；可以同时测量大批量的目标点；可以实现动态实时测量，连续帧速可以达到5帧/秒；设备布设方便，操作简单；是静力试验位移测量方法上的创新。

主权项

一种利用照相对飞机静力试验中位移量进行测量的方法，其特征在于，包括以下步骤：一、安装相机在飞机上方通过支架安装相机，共采用8台相机，其中四台为一组，每组相机可以作为单个系统独立使用，安装时，保证待试验的飞机结构的每个被测点至少在其中3台相机的视场中，而在测量过程中只要有两台相机可以拍摄到被测点就可以测得被测点的坐标，这样在一个相机被遮挡的情况下，仍能测到被测点的坐标，提高系统测量的稳定性；所述的相机均经控制器与计算机相连；二、对相机进行定向，确定相机之间的相对位置及姿态关系一共采用了8台相机，其中每四台相机为一组进行定向，定向过程如下：(1)确定一台相机为相机坐标系的零点相机，这台相机的投影中心为坐标系原点；(2)通过坐标解算，对零点相机与其临近的相机进行定向，具体方法为，通过飞机结构上的已知的控制点，利用后方交会解算，即可得到零点相机和与其临近的相机的摄影中心S1、S2的位置及其与像片面p1、p2的朝向关系，即得，两相机的位置及姿态；所述的控制点为飞机上在静力试验过程中始终保持不动的已知点，控制点至少有4个；(3)根据已定向的相机与零点相机，用同样的方法，逐步的对其他相机进行定向；(4)当所有相机都完成定向后，对所有相机进行光束法平差，得出每个相机最终的位置与姿态。三、安装工装将工装(1)安装在飞机上，该安装位置在静力试验过程中始终保持不动，装上有五个摄影标志(1a)，建立一个工装坐标系(X’,Y’,Z’)，这五个点在工装坐标系(X’,Y’,Z’)下的坐标已知；四、坐标转换照相测量的得到的数据是在相机坐标系(U,V,W)下，最后的测量结果要转化到飞机坐标系下(X,Y,Z)；所述的相机坐标系以相机投影中心为坐标原点，U轴、V轴分别平行于像平面中相互垂直的两条边，W轴与U轴、V轴垂直组成右手坐标系；所述的飞机坐标系以机身上某不动点为坐标原点，X轴为飞机飞行方向，Y轴平行于飞机翼展方向，Z轴竖直向上组成右手坐标系；其中，所述的工装坐标系(X’,Y’,Z’)与飞机坐标系(X,Y,Z)的关系已知，为了建立飞机坐标系(X,Y,Z)，需要通过所述的工装坐标系(X’,Y’,Z’)进行转换，工装上有五个摄影标志在工装坐标系下的坐标已知，通过照相测量得到工装上面五个点在相机坐标系下的坐标，然后进行公共点转换，求出相机坐标系到工装坐标系的转换关系，然后把相机的定向参数转换到工装坐标系下，由于工装坐标系与飞机坐标系关系已知，这样就把相机坐标系下的测量点统一到了飞机坐标系下。具体公共点转换过程如下：(1)相机坐标系与工装坐标系的关系可用下式表示：其中(dx,dy,dz)分别表示(U,V,W)三个坐标轴方向的平移量，表示三个坐标轴的旋转量；式(1)中共六个未知数一个公共点可列出三个方程，式(1)为三个方程，则至少两个公共点即可完成公共点转换；工装上共有五个点，利用最小二乘原理求解出六个未知数；(2)工装坐标系与飞机坐标系的转换关系如下式：$\left[\begin{array}{c}X\\ Y\\ Z\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{X}^{\′}\\ Y^{\′}\\ Z^{\′}\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}\mathrm{\ΔX}\\ \mathrm{\ΔY}\\ \mathrm{\ΔZ}\end{array}\right]---\left(2\right)$其中(ΔX,ΔY,ΔZ)为已知量，分别表示(X',Y',Z')在三个轴方向上的平移量；(3)结合式(1)与式(2)可以得到，从相机坐标系到飞机坐标系的转换公式如下：五、进行静力试验开始对待试验的飞机部位加载静荷载，同时通过计算机控制相机进行拍照，采集到的相片通过步骤四所述的方法进行坐标转换，得到测量点在飞机坐标系下的坐标，即得到测量部位的位移量。