柔性结构全场振动测试机理及参数精细化研究

Flexible structure is widely used in aerospace，automobile manufacture etc, and it has characters of low frequency ,model sparseness ,contact sensitivity and so on ,traditional vibration test method can hardly meet the test constraint . This project puts forward using the method of stereo vision based on distributed synthetic source and high speed cameras, in order to solve the problem of 3D full-field vibration measurement for flexible structure,and make a deeply research on 3D reconstruction theory and method for the flexible vibration targets. This project intends tothrough the lighting design, according to the constraint of structure light characteristics information , set up the continuous gray-scales distribution model for the target of full-field , and the full-field high-resolution and accurate matching theory model suit for flexible vibration target. This project also design the flexible structure vibration modal known target, and make a further research on the theory and method of high-accuracy calibration for vibration testing system parameters. And at last, it also establish 3D reconstruct mathematical model for flexible vibration target on each moment,make a comprehensive analysis on main factors affecting the accuracy of vibration test, and refinement research on system parameters etc.This project will provide innovational theory basis in achieve flexible structure 3D vibration test for full-field, play a positive role in promoting the 3D vibration of flexible structure testing precision, it has great economical significance and scientific value.

柔性结构广泛应用于航空航天、汽车制造等领域，其振动具有低频、模态密集和接触敏感等特性，传统的振动测试方法始难以满足其测试要求。本项目提出采用基于分布式组合照明和多高速相机的立体视觉法解决柔性结构三维全场振动测试的难题，并深入研究针对柔性振动目标的三维重建理论和方法。本项目拟通过照明设计，以结构光特征信息为约束建立目标全场的连续灰度分布模型，建立适用于柔性振动目标的全场高分辨率精确匹配理论模型；设计振动模态已知的柔性结构靶标，深入研究振动测试系统参数高精度标定的理论与方法；建立柔性振动目标各时刻三维重建的数学模型；全面分析影响振动测试精度的主要因素，对系统参数进行精细化研究等。本项目的难点和关键点是对多目振动目标图像进行全场高分辨率精确匹配。本项目的成功实施将为实现柔性结构全场三维振动测试提供创新理论依据，在提升柔性结构三维振动测试的精度等方面将发挥积极作用，具有较大的经济意义和科学价值。

本项目系统研究了基于高速双目立体视觉的全场式三维振动测试技术。以振动台、悬臂梁、转子系统以及柔性太阳能板为测试对象，采用分布式组合照明和高速工业相机搭建多套立体视觉动态测试系统开展实验研究。本项目的特色之处包括：首先，采用了基于脉冲式外触发同步采集方式，建立了多种运动参数下的的双目高速立体视觉三维重建同步成像误差模型；其次，围绕立体视觉全场振动测试的标定问题，设计了标准球的立体靶标，可以利用单幅图像进行快速标定，并与传统的与张正友标定法进行了对比分析；再次，针对全场的高精度匹配，设计了具有识别准确、分辨率高且不受拍摄角度的影响的具有起始信息的圆形编码标志点方案，实现了大视场下三维信息的重建；最终，根据振动测试系统获取的时域数据，分别采用ITD法和快速贝叶斯FFT法进行了自由振动情况和随机振动情况下的模态识别，对于需多次分步成像的超大测试对象，研究了振动模态拼接算法，并用实验证明了可行性。本项目着重于应用基础理论的创新性研究，项目成果对提升模态密集、低频和接触敏感的柔性结构三维振动测试的精度等方面有着显著的经济意义和科学价值，并就解决卫星振动测试中的难题与中国航天五院达成了合作意向。