CN112229330A - 高温环境中位移场测量*** - Google Patents

高温环境中位移场测量*** Download PDF

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CN112229330A CN201910634548.4A CN201910634548A CN112229330A CN 112229330 A CN112229330 A CN 112229330A CN 201910634548 A CN201910634548 A CN 201910634548A CN 112229330 A CN112229330 A CN 112229330A
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邱超
宋春晖
吴柯萱
魏树第
王加朋
孙红胜
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    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
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    • G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness

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Abstract

本发明涉及测量技术领域，公开了一种高温环境中位移场测量***。其中，该***包括：成像装置，用于对具有特征标示的被测目标进行成像得到包含特征标示的被测目标图像序列；控制处理装置，用于对被测目标图像序列中每个被测目标图像的特征标示进行识别，分析特征标示在对应图像中的坐标位置，并基于坐标位置确定被测目标的位移场；热防护结构腔体，成像装置设置在所述热防护结构腔体内，所述热防护结构腔体具有隔热透光窗口，所述成像装置通过所述隔热透光窗口对被测目标进行成像。由此，可以实现对高温环境下的被测目标的非接触式位移测量。

Description

高温环境中位移场测量***
技术领域
本发明涉及测量技术领域，尤其涉及一种高温环境中位移场测量***。
背景技术
在工业生产、航空航天等领域，普遍存在高温环境中高温目标的位移场测量需求。采用接触式测量法对高温目标的位移场进行测量，主要存在两方面问题，一是测量设备接触高温目标，会对目标的温度场造成影响；二是接触法一般只能实现单点的位移测量，无法对目标的位移场进行测量。此外，在高温环境中，接触式测量设备的热防护问题也是较难解决，因此高温目标的位移场很难直接用接触式测量进行测量。
发明内容
本发明提供了一种高温环境中位移场测量***，能够解决现有技术中高温环境中位移场无法测量的技术问题。
本发明提供了一种高温环境中位移场测量***，其中，该***包括：
成像装置，用于对具有特征标示的被测目标进行成像得到包含特征标示的被测目标图像序列；
控制处理装置，用于对被测目标图像序列中每个被测目标图像的特征标示进行识别，分析特征标示在对应图像中的坐标位置，并基于坐标位置确定被测目标的位移场；
热防护结构腔体，所述成像装置设置在所述热防护结构腔体内，所述热防护结构腔体具有隔热透光窗口，所述成像装置通过所述隔热透光窗口对被测目标进行成像。
优选地，所述热防护结构腔体还包括进气口和出气口，气体从所述进气口通入，经所述热防护结构腔体内的成像装置后由出气口排出以对所述成像装置进行降温。
优选地，该***还包括气体阀，设置在所述进气口处，用于调节通入所述进气口的气体流量。
优选地，该***还包括照明光源，设置在所述热防护结构腔体内用于对所述被测目标的表面进行照明。
优选地，所述照明装置包括平面反射镜、成像透镜组镜头和CCD探测器，所述照明光源的光线经所述平面反射镜折转后对所述被测目标的表面进行照明，所述被测目标发出的光线经所述平面反射镜折转后通过所述成像透镜组镜头在所述CCD探测器上成像。
优选地，所述照明光源为环形LED光源。
优选地，热防护结构腔体包括气凝胶层和高温陶瓷编制布层，所述高温陶瓷编制布层包裹所述凝胶层。
优选地，所述隔热透光窗口为蓝宝石窗口。
通过上述技术方案，可以利用成像装置对被测目标的特征标示进行成像，利用控制处理装置对目标的特征标示进行识别和分析得到特征标示在对应图像中的坐标位置，进而可以根据坐标位置确定被测目标的位移场；并且，由于成像装置设置在热防护结构腔体内，可以对成像装置外部高温环境进行隔热，降低外部高温环境热量向成像装置内部传导速率。由此，可以实现对高温环境下的被测目标的非接触式位移测量，在测量过程中不影响高温被测目标状态，且可同时对被测目标中多点的位移场进行测量，解决了现有技术中在高温环境进行高温物***移场测量时面临的复杂技术问题。
附图说明
所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施例，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为根据本发明实施例的一种高温环境中位移场测量***的原理图。
附图标记说明
1.被测目标； 2.热防护结构腔体； 3.气体阀；
4.进气口； 5.出气口； 6.隔热透光窗口；
7.平面反射镜； 8.成像透镜组镜头； 9.CCD探测器；
10.照明光源； 11.控制处理装置。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
图1为根据本发明实施例的一种高温环境中位移场测量***的原理图。
其中，该测量***可以应用于高温环境中的被测目标的位移场测量。
如图1所示，本发明实施例提供了一种高温环境中位移场测量***，其中，该***可以包括：
成像装置，用于对具有特征标示的被测目标1进行成像得到包含特征标示的被测目标图像序列；
其中，特征标示可以为高温特征标示，可以通过使用高温漆喷涂或绘制在被测目标表面。举例来讲，特征标示可以为多个几何形状、数字、符号、字母或其组合形成的特征标示图案。高温特征标示的颜色与被测目标形成对比。
控制处理装置(远程控制处理装置)11，用于对被测目标图像序列中每个被测目标图像的特征标示进行识别，分析特征标示在对应图像中的坐标位置，并基于坐标位置确定被测目标的位移场；
也就是，可以利用光学图像特征识别匹配原理获取高温环境中的目标特征(特征标示)图像序列并进行处理分析，根据目标特征标示在图像中坐标变化获取目标位移场。
举例来讲，控制处理装置11采集被测目标图像序列，识别序列中不同图像的多个同一特征标示，并分析特征标示在图像中的坐标位置；根据坐标位置，可以分析特征标示在图像中变化的像素数目，进而根据测量设备标定的像素数目与实际空间尺寸，可以获取被测目标位移场。
热防护结构腔体2，所述成像装置设置在所述热防护结构腔体2内，所述热防护结构腔体2具有隔热透光窗口6，所述成像装置通过所述隔热透光窗口6对被测目标1进行成像。
其中，热防护结构腔体作为被动热防护结构对外部高温环境进行隔热。
通过上述技术方案，可以利用成像装置对被测目标的特征标示进行成像，利用控制处理装置对目标的特征标示进行识别和分析得到特征标示在对应图像中的坐标位置，进而可以根据坐标位置确定被测目标的位移场；并且，由于成像装置设置在热防护结构腔体内，可以对成像装置外部高温环境进行隔热，降低外部高温环境热量向成像装置内部传导速率。由此，可以实现对高温环境下的被测目标的非接触式位移测量，在测量过程中不影响高温被测目标状态，且可同时对被测目标中多点的位移场进行测量，解决了现有技术中在高温环境进行高温物***移场测量时面临的复杂技术问题。
根据本发明一种实施例，所述热防护结构腔体2还可以包括进气口4和出气口5，气体从所述进气口4通入，经所述热防护结构腔体2内的成像装置后由出气口5排出以对所述成像装置进行降温。
也就是，可以采用高速气体制冷方案作为主动热防护结构，气体由进气口通入，经测量***内部器件后，带走高温热量，由出气口排出，从而实现对内部器件的降温冷却。
由此，可以在被动热防护结构的基础上，进一步保障测量***内部器件温度在安全工作温度范围内，确保工作状态正常。
举例来讲，气体可选用洁净空气、氮气或其他气体。
根据本发明一种实施例，该***还可以包括气体阀3，设置在所述进气口3处，用于调节通入所述进气口3的气体流量。
其中，可以通过控制处理装置11对气体阀3的开度进行控制，具体的气体阀开度(即，通入的气体流量)可以根据测量***所处环境温度、测量***内部器件功耗功率及所用气体热物性参数调节。
根据本发明一种实施例，该***还可以包括照明光源10，设置在所述热防护结构腔体2内用于对所述被测目标1的表面进行照明。
根据本发明一种实施例，所述照明装置可以包括平面反射镜7、成像透镜组镜头8和CCD探测器9，所述照明光源10的光线经所述平面反射镜7折转后对所述被测目标1的表面进行照明，所述被测目标1发出的光线经所述平面反射镜7折转后通过所述成像透镜组镜头8在所述CCD探测器9上成像。
也就是，平面反射镜可以折转成像光路，照明光源的光线也可以经平面反射镜折转后对目标照明；成像透镜组镜头将被测目标及其上的特征标示成像在CCD探测器的光敏面；透镜组在镜头中的位置可调节，以保障一定距离范围内的目标均可清晰成像；所述CCD成像探测器，用于对被测目标及其上的特征标示进行成像探测，被测目标发出的光线经成像光线***后最终成像在CCD探测器光敏面上，CCD探测器经光电转换后，形成目标图像数据，并传输至控制处理装置进行识别处理。
根据本发明一种实施例，所述照明光源10可以为环形LED光源。
通过使用环形LED光源作为照明光源，可以防止遮挡中间的目标成像光路，更好地用于对被测目标表面进行照明。
其中，可以通过控制处理装置11对照明光源进行控制，照明光源的功率可根据目标距离、反射率等实际情况调节，本发明不对此进行限定，只要能保障CCD探测器探测的目标图像亮度即可。并且，照明光源中的LED灯珠安装角度可以根据照明光路及被测目标区域范围确定。
此外，控制处理装置11还可以远程实时控制调节CCD探测器的增益、曝光时间等参数。
根据本发明一种实施例，热防护结构腔体2可以包括气凝胶层和高温陶瓷编制布层，所述高温陶瓷编制布层包裹所述凝胶层。
举例来讲，气凝胶层可以为低导热率气凝胶，高温陶瓷编制布层包裹低导热率气凝胶层并进行缝制，形成作为隔热结构的热防护结构腔体以对成像装置外部的高温环境进行隔热。
根据本发明一种实施例，所述隔热透光窗口6可以为蓝宝石窗口。
其中，蓝宝石窗口可以将测量***内部与外部高温环境隔离，并有较高透过率。
从上述实施例可以看出，本发明提供的高温环境中的位移场测量***相对于现有技术而言，解决了高温环境中位移场无法测量的问题。并且，本发明采用非接触式图像特征标示分析测量方案，在测量过程中不影响高温被测目标状态，且可同时对被测目标中多点的位移场进行测量。本发明测量***高温热防护方案采用了高速气体主动热防护及隔热被动热防护，能够保障高温环境中的测量***内部器件温度在安全工作温度范围内，工作状态正常。由此可见，应用本发明提供的测量***可方便、实时的对高温环境中位移场进行测量。
此外，在本发明中，通过使用标准量块能够实现在高温环境条件下对采集图像的相机进行实时在线标定，解决了高温物***移非接触测量过程中无法实时标定的问题，降低了标定难度，提高了非接触测量的效率。标定完成后，控制处理装置可以对采集的数字图像进行计算处理，并实时输出目标物体的形变位移量，此种方式简单、方便，极大地提高了目标物体的位移测量效率。
在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种高温环境中位移场测量***，其特征在于，该***包括：
成像装置，用于对具有特征标示的被测目标(1)进行成像得到包含特征标示的被测目标图像序列；
控制处理装置(11)，用于对被测目标图像序列中每个被测目标图像的特征标示进行识别，分析特征标示在对应图像中的坐标位置，并基于坐标位置确定被测目标的位移场；
热防护结构腔体(2)，所述成像装置设置在所述热防护结构腔体(2)内，所述热防护结构腔体(2)具有隔热透光窗口(6)，所述成像装置通过所述隔热透光窗口(6)对被测目标(1)进行成像。
2.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述热防护结构腔体(2)还包括进气口(4)和出气口(5)，气体从所述进气口(4)通入，经所述热防护结构腔体(2)内的成像装置后由出气口(5)排出以对所述成像装置进行降温。
3.根据权利要求2所述的***，其特征在于，该***还包括气体阀(3)，设置在所述进气口(3)处，用于调节通入所述进气口(3)的气体流量。
4.根据权利要求1所述的***，其特征在于，该***还包括照明光源(10)，设置在所述热防护结构腔体(2)内用于对所述被测目标(1)的表面进行照明。
5.根据权利要求4所述的***，其特征在于，所述照明装置包括平面反射镜(7)、成像透镜组镜头(8)和CCD探测器(9)，所述照明光源(10)的光线经所述平面反射镜(7)折转后对所述被测目标(1)的表面进行照明，所述被测目标(1)发出的光线经所述平面反射镜(7)折转后通过所述成像透镜组镜头(8)在所述CCD探测器(9)上成像。
6.根据权利要求5所述的***，其特征在于，所述照明光源(10)为环形LED光源。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的***，其特征在于，热防护结构腔体(2)包括气凝胶层和高温陶瓷编制布层，所述高温陶瓷编制布层包裹所述凝胶层。
8.根据权利要求1-6中任一项所述的***，其特征在于，所述隔热透光窗口(6)为蓝宝石窗口。
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