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一种利用照相对飞机静力试验中位移量进行测量的方法
【专利摘要】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。
【专利说明】一种利用照相对飞机静力试验中位移量进行测量的方法

【技术领域】
[0001] 本发明涉及移量测量方法，特别是一种利用照相对飞机静力试验中位移量进行测 量的方法。

【背景技术】
[0002] 静力试验是用试验的方法研究飞机结构在静载荷作用下的静强度特性，即检验结 构承受极限外载荷的能力，研究工程结构在静载荷作用下的强度、刚度和稳定性等静特性 问题。在静力试验中，试验对象的位移是非常重要参数之一，目前多采用位移传感器或激光 测距仪测量位移，这种方法有较多的不足：
[0003] 1)测量精度较低。位移传感器的相对精度为1/1000,激光测距仪的精度大约为 1mm；
[0004] 2)需要较多的测量设备。每一个目标点需要至少一台位移传感器（或激光测距 仪），如果需要测定目标点的三维位移，则至少需要两台位移传感器（或激光测距仪）；
[0005] 3)设备布设较困难。由于使用的位移传感器（或激光测距仪）较多，就造成了设 备的布设较困难；
[0006] 4)接触测量。如果采用位移传感器，则传感器一端需要布设在试验对象上，会对试 验结果造成一定程度的影响。


【发明内容】

[0007] 针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明之目的就是提供一种利用照相对 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。
[0008] 本发明解决的技术方案是：
[0009] -种利用照相对飞机静力试验中位移量进行测量的方法，包括以下步骤：
[0010] 一、安装相机
[0011] 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。
[0012] 二、对相机进行定向，确定相机之间的相对位置及姿态关系
[0013] 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：
[0014] (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 占.
[0015] (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SI、S2的位置及其与像片面pi、p2的朝向关系，即得，两相机的位置及姿态；
[0016] 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；
[0017] (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；
[0018] (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。
[0019] 三、安装工装
[0020] 将工装安装在飞机上，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，建立一个工装坐标系》'，￥'，2'），这五个点在工装坐标系》'，￥'，2'）下的坐 标已知；
[0021] 四、坐标转换
[0022] 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);
[0023] 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；
[0024] 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轴坚直向上组成右手坐标系；
[0025] 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。
[0026] 具体公共点转换过程如下：
[0027] (1)相机坐标系与工装坐标系的关系可用下式表示：
[0028]

【权利要求】
1. 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pl、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（la)，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轴坚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，Υ，Ζ)，需要通过所述的工装坐标系（X'，Υ'，Ζ'）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，（外ω，κ)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：
其中（ΛΧ，ΛΥ，ΛΖ)为已知量，分别表示（Χ'，Υ'，Ζ'）在三个轴方向上的平移量； (3) 结合式⑴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。
【文档编号】G01B11/03GK104236469SQ201410544551
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年10月15日 优先权日:2014年10月15日
【发明者】王河伟, 马海金 申请人:郑州辰维科技股份有限公司