[发明专利]一种热真空高低温环境下结构微变形测量方法

摘要

本发明公开了一种热真空高低温环境下结构微变形测量方法，本发明包含测量分系统、温控分系统和结构支撑分系统三个部分。将被测试结构进行散斑喷涂完毕后，安装在真空罐的支撑装置上，粘贴对应靶标点和测温传感器。准备工作完毕后，封闭真空罐并进行抽真空。通过调节液氮供给和加热器进行内部环境温度调节。到达目标温度工况后，通过电机控制调节相机位置，获得图像。在实验数据获取完毕后，利用软件进行相关性计算和去刚体位移，最终获得被测试结构变形量。本发明为高精度结构热变形的测量提供了较好的软硬件系统支撑，可以在宽温域范围真空条件下开展原位的高精度热变形测量。

主权项

一种热真空高低温环境下结构微变形测量方法，其特征在于，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(5)、相机保护单元(6)、标示点(7)、测温点(8)、散斑摄像头(10)、数据储存设备(4)、真空泵(1)、控制柜(2)、液氮源(3)、定制灯阵；将支撑装置(5)、相机保护单元(6)、标示点(7)、测温点(8)、散斑摄像头(10)安装在真空罐内，将被测试结构(9)、相机保护单元(6)分别安装在支撑装置(5)两侧，调整被测试结构(9)使得被测试结构(9)的法向矢量与相机保护单元(6)的中心线重合；将散斑摄像头(10)安装在真空罐顶部，位于支撑装置(5)中部上方；在被测试结构(9)表面及其他指定区域粘贴测温点(8)，在被测试结构(9)表面喷涂标示点(7)；将真空泵(1)、液氮源(3)分别与真空罐相连，将控制柜(2)分别与真空泵(1)、液氮源(3)相连控制真空泵(1)、液氮源(3)的运行；将数据储存设备(4)与相机保护单元(6)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(6)和散斑摄像头(10)对被测试结构(9)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(9)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(10)对标示点(7)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(6)获取不同角度下的标示点(7)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tn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(7)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(7)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(7)散斑图像中选定子区域中所有标示点(7)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(7)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(7)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(9)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；相机保护单元(6)采用高低温电机进行空间运动时带动单目相机对靶标进行空间点位获取，进行空间点位坐标计算后进行特征拟合，得到其前后的变形量。