【摘 要】
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在航空航天等制造装配现场开展关键结构热变形监测,以获得结构在不同温度环境下的三维变形分布,从而为结构设计、装配加工提供指导,具有重要的研究意义。针对传统的接触式三维变形测量方法存在测量效率低、会导致物体二次变形等问题,研究一种采用数字散斑干涉技术（Digital Speckle Pattern Interferometry,DSPI）和数字图像相关（Digital Image Correlatio
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在航空航天等制造装配现场开展关键结构热变形监测,以获得结构在不同温度环境下的三维变形分布,从而为结构设计、装配加工提供指导,具有重要的研究意义。针对传统的接触式三维变形测量方法存在测量效率低、会导致物体二次变形等问题,研究一种采用数字散斑干涉技术（Digital Speckle Pattern Interferometry,DSPI）和数字图像相关（Digital Image Correlation,DIC）实现非接触式三维变形测量的方法,对测量系统整体设计及标定方法等方面进行了分析,并通过实验验证了测量系统的指标和性能。本文主要研究工作如下:（1）介绍了数字散斑干涉离面变形测量原理,研究了数字图像相关的匹配方法,对比了数字图像相关中几种亚像素搜索方法,对匹配窗口大小等参数的选择进行仿真分析。（2）分析了数字散斑干涉相位提取方法,研究了一种结合正余弦变换和块匹配三维滤波（Block-matching and 3D filtering,BM3D）的相位图滤波方法。仿真和实验结果表明,该方法对相位图的去噪效果优于几种传统滤波方法,有助于准确解调出物体离面变形信息。（3）研究了一种结合DSPI和DIC的三维变形测量方法,采用双色光源照明,双相机配合窄带滤光片采集散斑图像,分别计算离面变形和面内变形,通过双相机标定实现三维变形同步动态测量,完成了系统软硬件设计。（4）引入激光干涉仪和激光自准直仪等精密长度、角度测量设备对测量仪器离面、面内测量分辨率进行实验验证,之后采用本文设计的三维变形测量系统对模拟航天器结构的金属板进行三维变形测量,并与仿真结果进行对比。结果表明,本文提出方法切实可行,可以满足现有工作场合的精度要求。
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