土木结构领域非接触式三维光学振动及变形测量系统 XTDA

XTDA系统基于双目立体视觉技术，采用两个高速摄像机实时采集被测物体各个变形阶段的图像，利用准确识别的标志点（包括编码标志点和非编码标志点）实现立体匹配，重建出物体表面点的三维空间坐标，并计算得到物体的变形量、三维轨迹姿态、速度及加速度等数据。该方法具有精度高、速度快、易于操作、非接触以及全场数据测量的特点。

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系统应用领域包括：

²  实时测量物体变形、运动和振动的三维信息

²  验证理论研究和数字仿真的结果

²  载荷实验、蠕变实验和疲劳实验（复杂机构和弹性零件）

²  汽车引擎和车身振动、发电站大型涡轮的振动、冰箱和空调室外机的振动以及NC旋盘等机床的振动

²  汽车碰撞试验的动态视频测量

²  风力叶片振动测量

²  焊接变形测量

²  各种风洞实验

土木结构领域非接触式三维光学振动及变形测量系统

1.1  系统特色

l  系统技术先进：国内**自主研发的三维动态变形测量系统，技术指标达到国外先进水平

l  自动化程度高：非接触测量，图像处理自动化，准确测量参考点的三维坐标、位移、姿态轨迹、速度及加速度等数据，测量结果三维显示

l  系统配置灵活：支持几十毫米到几米的测量幅面；支持百万至千万像素相机，支持低速到高速相机，支持千兆网和Camera Link等多种相机接口

l  相机标定精度高：采用自主研制的工业近景三维摄影测量核心关键技术进行相机标定，支持任意数目相机的同时标定，支持外部图像标定

l  系统兼容性强：同时兼容单相机二维测量和多相机三维测量；兼容32位、64位系统

l  系统适应性强：操作简单方便，适用范围广，可在恶劣环境工作，包括震动和光线变化

1.2  技术指标---土木结构领域非接触式三维光学振动及变形测量系统

XTDA系统基于双目立体视觉技术，采用两个高速摄像机实时采集被测物体各个变形阶段的图像，利用准确识别的标志点（包括编码标志点和非编码标志点）实现立体匹配，重建出物体表面点的三维空间坐标，并计算得到物体的变形量、三维轨迹姿态等数据。系统的主要功能包括基本测量功能、分析报告功能、采集控制功能及系统扩展接口等，具体如下：

（1）基本测量功能：

※测量幅面：支持几十毫米到几米的测量幅面，根据需求可定制更多测量幅面

测量相机：支持百万至千万像素相机，支持低速到高速相机，支持千兆网和Camera Link等多种相机接口

※相机标定：支持1-8个相机的同时标定，支持外部图像标定

※测量模式：同时兼容单相机二维测量和多相机三维测量

※实时测量：采集图像的同时，可以实时进行全场变形计算，而不是事后处理

计算模式：具备自动计算和自定义计算两种模式

※测量结果：全场三维坐标、位移、轨迹姿态、速度及加速度等动态变形数据

多工程：系统软件支持多工程计算、显示及分析

※支持系统：同时支持32位、64位系统，具备多线程加速计算功能

（2）分析报告功能

※坐标转换功能：321转换、参考点拟合、全局点转换、矩阵转换等多种坐标转换功能

※元素创建功能：可以创建三维点、线、面、圆、槽孔、矩形孔、球、圆柱、圆锥等多种三维元素

※分析创建功能：可以创建点点距离、点线距离、点面距离、线线夹角、线面夹角、面面夹角等多种分析

数据平滑功能：均值，中值，高斯滤波等多种平滑功能

数据插值功能：自动和手动两种数据插值模式

三维截线功能：可对三维测量结果进行直线或圆形截线分析

曲线绘制功能：所有测量结果均可以绘制成曲线图

视频创建功能：可将测量过程二维图像或者三维测量结果制作成视频并输出保存

数据输出功能：测量结果及分析结果输出成报表，支持TXT，XLS，DOC文件的输出

※模态分析功能：对于振动物体可以进行模态分析，输出频域数据等到uff格式文件

（3）采集控制功能

系统控制触发和数据采集

A/D采集：三路模拟量输入采集，A/D采集的量程由软件控制，可选量程：±10V、±5V、±2.5V、0～10V

多种外部触发信号类型选择：模拟信号、TTL电平、光电隔离、差分输入。模拟信号电平可选择：+10V、+5V、0V、-5V、-10V

相机同步控制：多相机外同步触发信号

LED灯控制：控制LED光源

（4）扩展接口：

※试验机接口：实时采集试验机的力、位移等信号，并与三维全场变形测量数据实现同步。

※多测头同步检测：支持多相机组同步测量，相机数目任意扩展，可以同步测量多个区域的变形位移，适用于大型物体或者回转型物体的变形测量。

应用案例：

1，振动台和墙体倒塌试验

2，钢结构实验

3，混凝土土受压变形

4，边坡变形实验