一種拉桿連動(dòng)機(jī)構(gòu)連接件應(yīng)變測(cè)量方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種拉桿連動(dòng)機(jī)構(gòu)連接件應(yīng)變測(cè)量方法，采用雙攝像機(jī)對(duì)連接部位進(jìn)行拍攝感知圖像，可測(cè)量曲面連接件應(yīng)變梯度，拉桿連動(dòng)機(jī)構(gòu)連接件應(yīng)變測(cè)量方法的測(cè)量步驟包括步驟一：建立非接觸式測(cè)量坐標(biāo)系；步驟二：將待測(cè)量的曲面結(jié)構(gòu)進(jìn)行離散化分為若干個(gè)面積單元，利用雙攝像機(jī)從兩個(gè)不同視點(diǎn)觀察面積單元獲得感知圖像，通過(guò)計(jì)算分析不同感知圖像中面積單元的視差來(lái)獲取物體表面的三維形貌信息；步驟三：通過(guò)三維形貌信息，計(jì)算待測(cè)曲面內(nèi)測(cè)量點(diǎn)在測(cè)量坐標(biāo)系下的空間位置；步驟四：利用擬合法對(duì)位移場(chǎng)進(jìn)行分區(qū)逐點(diǎn)擬合求全場(chǎng)應(yīng)變。本發(fā)明的一種拉桿連動(dòng)機(jī)構(gòu)連接件應(yīng)變測(cè)量方法克服了傳統(tǒng)應(yīng)變片測(cè)量方式的弊端，縮短了研制周期，降低了研制成本。
【專利說(shuō)明】
一種拉桿連動(dòng)機(jī)構(gòu)連接件應(yīng)變測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種拉桿連動(dòng)機(jī)構(gòu)連接件應(yīng)變測(cè)量 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著現(xiàn)代飛機(jī)飛行性能的提高，高升力增生裝置拉桿連動(dòng)機(jī)構(gòu)廣泛采用，見(jiàn)圖1所 示，圖中A、B、C、D四處即為連接位置。大集中載荷作用下連動(dòng)機(jī)構(gòu)大間隙連接件（見(jiàn)圖2所 示)強(qiáng)度評(píng)估和計(jì)算亟需一種新的測(cè)量方法，這成為結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析的重要內(nèi)容。
[0003] 關(guān)于連動(dòng)機(jī)構(gòu)大間隙結(jié)構(gòu)的應(yīng)變測(cè)量方法，目前主要采用應(yīng)變片方法，應(yīng)變片測(cè) 量方法對(duì)測(cè)量部位要求較高：局部測(cè)量部位為平面且尺寸足夠大，并且測(cè)量應(yīng)變值是應(yīng)變 片粘貼部位應(yīng)變值的平均，不能準(zhǔn)確反映出應(yīng)變梯度大小。此外，對(duì)于深而狹窄的曲面也不 能進(jìn)行有效的測(cè)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種拉桿連動(dòng)機(jī)構(gòu)連接件應(yīng)變測(cè)量方法，解決目前測(cè)量方法 或測(cè)量不準(zhǔn)確，或局限于測(cè)量部位的空間等問(wèn)題。
[0005] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種拉桿連動(dòng)機(jī)構(gòu)連接件應(yīng)變測(cè)量 方法，采用雙攝像機(jī)對(duì)連接部位進(jìn)行拍攝感知圖像，用于測(cè)量曲面連接件的應(yīng)變梯度，所述 拉桿連動(dòng)機(jī)構(gòu)連接件應(yīng)變測(cè)量方法的測(cè)量步驟包括
[0006] 步驟一:建立非接觸式測(cè)量坐標(biāo)系；
[0007] 步驟二:將待測(cè)量的曲面結(jié)構(gòu)進(jìn)行離散化分為若干個(gè)面積單元，利用雙攝像機(jī)從 兩個(gè)不同視點(diǎn)觀察所述面積單元獲得感知圖像，通過(guò)計(jì)算分析不同感知圖像中面積單元的 視差來(lái)獲取物體表面的三維形貌信息；
[0008] 步驟三:通過(guò)三維形貌信息，計(jì)算待測(cè)曲面內(nèi)測(cè)量點(diǎn)在所述測(cè)量坐標(biāo)系下的空間 位置；
[0009] 步驟四：利用擬合法對(duì)位移場(chǎng)進(jìn)行分區(qū)逐點(diǎn)擬合求全場(chǎng)應(yīng)變。
[0010] 進(jìn)一步地，步驟二中，離散化程度為每個(gè)圖片單元的面積為目標(biāo)區(qū)域面積的萬(wàn)分 之一至萬(wàn)分之五，所述目標(biāo)區(qū)域即為待測(cè)量的曲面結(jié)構(gòu)的面積。
[0011] 進(jìn)一步地，步驟四中所述的擬合法為最小二成法。
[0012] 本發(fā)明的一種拉桿連動(dòng)機(jī)構(gòu)連接件應(yīng)變測(cè)量方法通過(guò)光信號(hào)能對(duì)深而狹窄的曲 面連接件進(jìn)行應(yīng)變測(cè)量，對(duì)關(guān)鍵連接件局部曲面結(jié)構(gòu)應(yīng)變梯度進(jìn)行精確表征，克服了傳統(tǒng) 應(yīng)變片測(cè)量方式的弊端，本發(fā)明的方法，縮短了研制周期，降低了研制成本。
【附圖說(shuō)明】
[0013] 此處的附圖被并入說(shuō)明書中并構(gòu)成本說(shuō)明書的一部分，示出了符合本發(fā)明的實(shí)施 例，并與說(shuō)明書一起用于解釋本發(fā)明的原理。
[0014] 圖1為現(xiàn)有技術(shù)的某拉桿連動(dòng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015] 圖2為本發(fā)明的大間隙集中傳載連接件結(jié)構(gòu)測(cè)量示意圖。
[0016] 圖3為本發(fā)明的雙目立體視覺(jué)坐標(biāo)系示意圖。
[0017]圖4和圖5均為本發(fā)明的光學(xué)非接觸應(yīng)變測(cè)量分布圖。
[0018] 其中，1-第一連接件，2-第二連接件，3-連接螺栓，4-間隙，5-攝影機(jī)。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 為使本發(fā)明實(shí)施的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中 的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行更加詳細(xì)的描述。在附圖中，自始至終相同或類 似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。所描述的實(shí)施例是本發(fā)明 一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。下面通過(guò)參考附圖描述的實(shí)施例是示例型的，旨在用 于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人 員在沒(méi)有作出創(chuàng)造型勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。下 面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0020] 在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語(yǔ)"中心"、"縱向"、"橫向"、"前"、"后"、 "左"、"右"、"豎直"、"水平"、"頂"、"底"、"內(nèi)"、"外"等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所 示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的裝 置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù) 范圍的限制。
[0021] 本發(fā)明的拉桿連動(dòng)機(jī)構(gòu)連接件應(yīng)變測(cè)量方法采用雙攝像機(jī)5對(duì)連接部位進(jìn)行拍攝 感知圖像，第一連接件1與第二連接件2通過(guò)連接螺栓3進(jìn)行連接，在第一連接件1和第二連 接件2中間有較大間隙4，其測(cè)量方法的步驟包括：
[0022] (1)建立非接觸式測(cè)量坐標(biāo)系，通過(guò)選取連接件關(guān)鍵點(diǎn)的坐標(biāo)，建立三維測(cè)量坐標(biāo) 系；
[0023] (2)將配合間隙深而狹窄的曲面結(jié)構(gòu)進(jìn)行剖面點(diǎn)離散化，分為若干個(gè)圖片單元，具 體的，將突出的曲面即目標(biāo)區(qū)域分割成若干小面積塊，每塊小面積為目標(biāo)區(qū)域的萬(wàn)分之一 到萬(wàn)分之五，，利用雙攝像機(jī)從兩個(gè)視點(diǎn)觀察同一物體從而得到不同視角下的感知圖像，通 過(guò)計(jì)算分析不同圖像中同一像點(diǎn)的視差來(lái)獲取物體表面的三維形貌信息；
[0024] (3)通過(guò)三維形貌信息，計(jì)算空間點(diǎn)p在測(cè)量坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)：點(diǎn)p既位于直線 Oipi上又位于直線02P2上，由Oipi和02P2兩條直線的交點(diǎn)即可確定點(diǎn)p的空間位置，見(jiàn)圖3;
[0025] (4)利用局部最小二乘擬合法對(duì)位移場(chǎng)進(jìn)行分區(qū)逐點(diǎn)擬合求全場(chǎng)應(yīng)變。
[0026] 本發(fā)明的拉桿連動(dòng)機(jī)構(gòu)連接件應(yīng)變測(cè)量方法的基本思想是用多項(xiàng)式對(duì)子區(qū)內(nèi)的 離散位移數(shù)據(jù)進(jìn)行逐點(diǎn)擬合，對(duì)已知兩個(gè)方向的位移值進(jìn)行平面平滑處理，通過(guò)最小二乘 法得到擬合多項(xiàng)式的系數(shù)，進(jìn)而得到擬合區(qū)域中點(diǎn)的值和各階導(dǎo)數(shù)。作為該點(diǎn)的平滑和差 分結(jié)果，接著將局部子域移動(dòng)到下一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，得到新的數(shù)據(jù)子集的中心點(diǎn)平滑和差分結(jié) 果，進(jìn)而得到全局應(yīng)變。
[0027] 通過(guò)對(duì)圖2所示中所示的大應(yīng)變梯度連接螺栓進(jìn)行應(yīng)變測(cè)量，采用光學(xué)非接觸應(yīng) 變測(cè)量法及應(yīng)變片方法進(jìn)行測(cè)量，光學(xué)非接觸測(cè)量法間隙部位應(yīng)變分布見(jiàn)圖4及圖5。圖4及 圖5中，A-E為光學(xué)攝像機(jī)記錄的連接螺栓的一側(cè)面，a-e為光學(xué)攝像機(jī)記錄的連接螺栓的 另一側(cè)面。由圖中可看出，關(guān)于C區(qū)域基本對(duì)稱的A區(qū)域和E區(qū)域，其微應(yīng)變也基本是對(duì)稱的， 且可看出是有層次的階梯應(yīng)變，若C區(qū)域圖2中連接螺栓的中間部位，A區(qū)域和E區(qū)域?yàn)橄鄬?duì) 于C區(qū)域基本對(duì)稱的部分，其微變形也基本符合事實(shí)。
[0028]由圖4及圖5得到結(jié)構(gòu)間隙典型部位應(yīng)變值，并和應(yīng)變片法進(jìn)行對(duì)比，見(jiàn)表1。
[0029] 表1典型部位應(yīng)變測(cè)量值
[0030]
[0031] 由圖4、圖5和表1可看出，光學(xué)非接觸方法對(duì)螺栓典型連接部位應(yīng)變梯度進(jìn)行了準(zhǔn) 確表征，給出連接件的強(qiáng)度薄弱部位;而應(yīng)變片方法對(duì)此部位應(yīng)變進(jìn)行了平均化處理:A、B、 C、D四點(diǎn)非接觸式應(yīng)變值與應(yīng)變片測(cè)量值誤差為46 · 64%、15 · 48%、-15 · 56%、-40 · 79%，應(yīng) 變片方法不能反映出螺栓高應(yīng)力區(qū)應(yīng)變梯度。
[0032] 本發(fā)明的拉桿連動(dòng)機(jī)構(gòu)應(yīng)變側(cè)方法利用非接觸光學(xué)應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)，通過(guò)光信號(hào)對(duì) 曲面結(jié)構(gòu)狹小間隙部位進(jìn)行三維位移點(diǎn)測(cè)量，得到整個(gè)間隙部位的三維位移場(chǎng)，通過(guò)應(yīng)變 位移偏微分方程求導(dǎo)，得到間隙部位應(yīng)變分布場(chǎng)，進(jìn)而獲取配合間隙部位的應(yīng)變梯度，精確 判斷結(jié)構(gòu)的危險(xiǎn)部位。適用于應(yīng)變梯度高、測(cè)量范圍狹窄的曲面大間隙集中傳載結(jié)構(gòu)，具有 較大的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，已在拉桿連動(dòng)機(jī)構(gòu)關(guān)鍵連接件強(qiáng)度評(píng)估中應(yīng)用。本發(fā)明可應(yīng)用于應(yīng) 變梯度高、測(cè)量范圍狹窄的大配合間隙集中傳載曲面結(jié)構(gòu)，對(duì)關(guān)鍵連接件局部曲面結(jié)構(gòu)應(yīng) 變梯度進(jìn)行精確表征，克服了傳統(tǒng)應(yīng)變片測(cè)量方式的弊端，本發(fā)明的拉桿連動(dòng)機(jī)構(gòu)應(yīng)變側(cè) 方法縮短了研制周期，降低了研制成本。
[0033] 以上所述，僅為本發(fā)明的最優(yōu)【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換， 都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以所述權(quán)利要求的保護(hù)范 圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種拉桿連動(dòng)機(jī)構(gòu)連接件應(yīng)變測(cè)量方法，其特征在于，采用雙攝像機(jī)對(duì)連接部位進(jìn) 行拍攝感知圖像，用于測(cè)量曲面連接件的應(yīng)變梯度，所述拉桿連動(dòng)機(jī)構(gòu)連接件應(yīng)變測(cè)量方 法的測(cè)量步驟包括 步驟一:建立非接觸式測(cè)量坐標(biāo)系； 步驟二:將待測(cè)量的曲面結(jié)構(gòu)進(jìn)行離散化分為若干個(gè)面積單元，利用雙攝像機(jī)從兩個(gè) 不同視點(diǎn)觀察所述面積單元獲得感知圖像，通過(guò)計(jì)算分析不同感知圖像中面積單元的視差 來(lái)獲取物體表面的三維形貌信息； 步驟三:通過(guò)三維形貌信息，計(jì)算待測(cè)曲面內(nèi)測(cè)量點(diǎn)在所述測(cè)量坐標(biāo)系下的空間位置； 步驟四：利用擬合法對(duì)位移場(chǎng)進(jìn)行分區(qū)逐點(diǎn)擬合求全場(chǎng)應(yīng)變。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的拉桿連動(dòng)機(jī)構(gòu)連接件應(yīng)變測(cè)量方法，其特征在于，步驟二中， 離散化程度為每個(gè)圖片單元的面積為目標(biāo)區(qū)域面積的萬(wàn)分之一至萬(wàn)分之五，所述目標(biāo)區(qū)域 即為待測(cè)量的曲面結(jié)構(gòu)的面積。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的拉桿連動(dòng)機(jī)構(gòu)連接件應(yīng)變測(cè)量方法，其特征在于，步驟四中所 述的擬合法為最小二成法。
【文檔編號(hào)】G01B11/16GK106091964SQ201610374219
【公開(kāi)日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年5月31日
【發(fā)明人】鄭茂亮, 范瑞娟, 王利國(guó), 魏洪, 李健, 李海林
【申請(qǐng)人】中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)公司西安飛機(jī)設(shè)計(jì)研究所