一种风洞模型形变姿态视觉测量方法

文档序号:5764 发布日期:2021-09-17 浏览:40次 英文

一种风洞模型形变姿态视觉测量方法

技术领域

本发明属于空气动力学试验领域,具体涉及一种风洞模型形变姿态视觉测量方法。

背景技术

现代飞行器设计的精细化对风洞试验数据精准度要求越来越高,随着风洞口径增大,相应的模型尺寸和气动载荷也同步增大,试验中模型及其支撑系统的弹性变形日益明显:模型弹性角可高达2.42°,承受的气动载荷高达数吨。尤其是对于具有大展弦比机翼的飞行器,采用常规姿态测量手段和刚形体假设将不能获得准确的试验数据,应用未经修正的数据进行飞行器设计会导致飞行器性能下降,甚至影响飞行器的飞行安全。对于某些喷流、CTS、进气道等模型存在严重震动的试验,常规迎角传感器等测量设备无法正常工作,不能获得试验过程中真实的模型迎角数据。同时侧滑角也是常规测量技术无法在试验过程中获得数据的模型姿态。基于机器视觉的模型形变/姿态测量技术以非接触方式测量风洞试验相关信息,具有直观、简洁、不干扰风洞试验流场的优势,弥补了现有基于应变片传感器等的传统测量技术在试验精细化、精准度和应用环境研制等方面的不足。

在风洞中采用立体视觉对模型进行形变姿态光学测量时,需要在模型控制面上布置特征标记点,根据相机成像原理以及立体视觉视差原理计算获得标记点的三维坐标,并由构建模型的形状与姿态。测量中要求标记点与模型表面背景具有高对比度。当前应用最多的形式是同心圆贴纸,在白光照明下进行测试,这样的视觉图像中存在强烈的模型金属表面光照反射干扰与试验段壁面背景干扰,造成图像处理过程中的误检测或漏检测,使得测量结果精度受到影响。同时贴纸厚度通常在80um-100um量级,采用这种形式测量机翼形变时,受贴纸厚度的影响,其布置位置与数量都将对机翼表面气流流动造成相应干扰,使得测量结果不能反映准确的试验状态。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足,解决模型表面光照反射及洞壁背景光干扰问题,同时降低标记点厚度对模型表面气流的扰动影响,本发明提供了一种风洞模型形变姿态视觉测量方法,有效提高风洞模型视觉图像的信噪比,提升模型表面标记点的图像识别速度与精准度,并降低模型表面标记点厚度。

为了实现上述发明目的,本发明采用下述的技术方案:一种风洞模型形变姿态视觉测量方法,方法如下:采用的设备包括带有镜头的相机、滤光片、长波紫外激励光源和图像采集计算机,表征模型表面形状位置特征的标记点采用含有荧光颜料的金属油墨,通过丝印方法或模板喷涂方法在模型表面制作形成油膜厚度可控制的荧光标记点,经过长波紫外激励光源的照射,激发金属油墨中的荧光物质辐射出波长长于激励光源的出射光,透过滤光片,滤除激励光、模型反射光和壁面背景光的干扰,仅保留荧光波段进入相机感光芯片成像,将获得的高信噪比图像数据传输至图像采集计算机,经由标记点图像识别匹配,并通过立体视觉视差原理获取模型表面标记点的相机坐标系下的三维空间坐标或空间位移量,通过试验前的风洞轴系标定,将所述的三维空间坐标或空间位移量转换到风洞坐标系下进行后续处理,获得模型最终的姿态角与形变量。

所述的荧光标记点的厚度为8-25um。

本发明的优点及有益效果:该方法能够有效提高立体视觉系统拾取模型表面标记点图像的信噪比,提升标记点图像识别的速度、精准度与可靠性,同时有效降低模型表面标记点的厚度,减少风洞试验过程中其对气流流动的干扰,保证测量结果能够反映真实准确的试验状态,并且由于固化调配的油墨或印油具有极强的金属附着力和快干性,在吹风过程中模型表面标记点具备不变形不脱落能力,能够有效防止模型表面三维特征信息的失真甚至丢失。

附图说明

图1为本发明的一种风洞模型形变姿态视觉测量方法的示意图。

其中1-相机、2-镜头、3-滤光片、4-长波紫外激励光源、5-模型表面、6-荧光标记点、7-油墨中的荧光颜料、8-图像采集计算机、9-激励光。

具体实施方式

结合发明内容概述和附图,详细说明本发明的具体实施方式。

实施例1

如图1所示,一种风洞模型形变姿态视觉测量方法,采用的设备包括带有镜头的相机、滤光片、长波紫外激励光源和图像采集计算机,表征模型表面形状位置特征的标记点采用含有荧光颜料的金属油墨,通过固化剂调配后,通过丝印方法或模板喷涂方法在模型表面制作形成油膜厚度可控制的荧光标记点,经过长波紫外激励光源的照射,激发金属油墨中的荧光物质辐射出波长长于激励光源的出射光,透过滤光片,滤除激励光、模型反射光和壁面背景光的干扰,仅保留荧光波段进入相机感光芯片成像,获得具有极高信噪比的模型表面标记点图像,将获得的高信噪比图像数据传输至图像采集计算机,经由标记点图像识别匹配,并通过立体视觉视差原理获取模型表面标记点的相机坐标系下的三维空间坐标或空间位移量,通过试验前的风洞轴系标定,将模型表面标记点在相机坐标系下的三维空间坐标或空间位移量转换到风洞坐标系下进行后续处理,获得模型最终的姿态角与形变量。

在模型表面制作的荧光标记点具有极强的金属附着力与快干性,在吹风过程中具备不变形不脱落能力,能够有效防止模型表面三维特征信息的失真甚至丢失,滤光片与荧光成分可根据试验需求进行灵活的匹配选择。所述的荧光标记点的厚度为8-25um,可以有效降低常规贴纸或涂料厚度对模型(机翼)表面气流流动造成的干扰。

本实施例采用长波紫外波段LED灯或激光作为激励光源。在试验前需要使用光学标准件对风洞轴系进行标定,获得系统与风洞间的轴系转换关系,继而将上述获得的相机坐标系下的模型表面标记点三维空间坐标或空间位移量转化至风洞坐标系下进行后续处理,以得到模型的姿态与形变。

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