汽車碰撞試驗(yàn)測(cè)量系統(tǒng)研究范文

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《計(jì)測(cè)技術(shù)雜志》2015年第二期

1DMAS中定標(biāo)墻的校準(zhǔn)方法

定標(biāo)墻的空間范圍一般在8m×10m×10m，是一個(gè)大尺寸空間測(cè)量網(wǎng)絡(luò)。組成定標(biāo)墻的3面墻體上布設(shè)有5萬(wàn)多個(gè)需要準(zhǔn)確測(cè)量的標(biāo)識(shí)點(diǎn)，汽車碰撞試驗(yàn)的誤差要求不大于1mm，對(duì)標(biāo)識(shí)點(diǎn)的空間坐標(biāo)誤差要求就應(yīng)該控制在0.1mm，對(duì)于如此大范圍的空間坐標(biāo)校準(zhǔn)，該技術(shù)指標(biāo)要求非常嚴(yán)格。目前，校準(zhǔn)定標(biāo)墻上標(biāo)識(shí)點(diǎn)還沒有有效的方法，能夠識(shí)別標(biāo)識(shí)點(diǎn)的方法只有經(jīng)緯儀瞄準(zhǔn)法和攝影測(cè)量法。經(jīng)緯儀法雖然測(cè)量精度高但是測(cè)量效率低，不適合定標(biāo)墻上大量標(biāo)識(shí)點(diǎn)的測(cè)量;攝影測(cè)量法的測(cè)量效率相對(duì)較高，所以定標(biāo)墻標(biāo)識(shí)點(diǎn)的坐標(biāo)校準(zhǔn)采用攝影測(cè)量法完成。

攝影測(cè)量是指利用攝像技術(shù)攝取物體的影像、識(shí)別物體并精確測(cè)定其形狀和位置的方法，數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng)如圖3所示。從不同的角度、位置對(duì)被測(cè)物上的編碼點(diǎn)和標(biāo)識(shí)點(diǎn)進(jìn)行拍攝，所得相片經(jīng)過(guò)數(shù)字處理并通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)尺的長(zhǎng)度約束，最終準(zhǔn)確地得到標(biāo)識(shí)點(diǎn)的三維坐標(biāo)。由攝影測(cè)量法的原理可知，標(biāo)準(zhǔn)尺的作用是為相片提供比例因子的，理想情況下標(biāo)準(zhǔn)尺和被測(cè)量的物體至少在一張圖片中被完全包含，這樣會(huì)在很多相匹配的圖片中有多個(gè)共同的標(biāo)識(shí)點(diǎn)，可以提高測(cè)量精度。當(dāng)被測(cè)量對(duì)象比較大時(shí)，就要求整個(gè)測(cè)量過(guò)程中盡可能多地包含標(biāo)準(zhǔn)尺的完整信息，但是具體需要多少標(biāo)準(zhǔn)尺的信息，目前沒有一個(gè)明確的定義，對(duì)于精度的提高也沒有明確的規(guī)律，為此，需要進(jìn)一步研究標(biāo)準(zhǔn)尺的優(yōu)化布局，以滿足定標(biāo)墻的高精度校準(zhǔn)要求。定標(biāo)墻校準(zhǔn)精度的驗(yàn)證可通過(guò)比較標(biāo)準(zhǔn)尺的測(cè)量值和校準(zhǔn)值得到，其溯源鏈圖如圖4所示。

2標(biāo)準(zhǔn)尺優(yōu)化布局

標(biāo)準(zhǔn)尺的優(yōu)化布局包括標(biāo)準(zhǔn)尺的位置、數(shù)量和姿態(tài)的布局，本文針對(duì)定標(biāo)墻的其中一面墻，在一系列實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上總結(jié)出適合于定標(biāo)墻的校準(zhǔn)方法，并通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)尺向干涉儀溯源，保證了定標(biāo)墻的測(cè)量結(jié)果量值準(zhǔn)確、溯源有據(jù)。理論上只要在攝影測(cè)量系統(tǒng)視場(chǎng)內(nèi)布設(shè)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)尺就可以為系統(tǒng)本身提供比例因子，但在大空間測(cè)量中，由于標(biāo)尺的長(zhǎng)度受限，用短標(biāo)尺為大空間進(jìn)行比例標(biāo)定，會(huì)放大比例誤差;另外標(biāo)尺的擺放方向決定了所提供的測(cè)量比例因子只能對(duì)視場(chǎng)內(nèi)該方向上的測(cè)量結(jié)果提供同比修正，而對(duì)其它方向上的測(cè)量結(jié)果存在修正誤差。

為了滿足定標(biāo)墻的校準(zhǔn)需求(定位測(cè)量不確定度0.05mm)，設(shè)計(jì)了六組比對(duì)試驗(yàn)，每組布設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)尺的位置和數(shù)量各不相同，通過(guò)求解已知兩目標(biāo)點(diǎn)之間距離的偏差值來(lái)判斷標(biāo)準(zhǔn)尺的布局的合理性。圖5為定標(biāo)墻對(duì)比試驗(yàn)示意圖，表1為六組比對(duì)試驗(yàn)設(shè)置，表2為六組對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果的偏差。表2中，標(biāo)稱值為用干涉儀校準(zhǔn)兩目標(biāo)點(diǎn)間的校準(zhǔn)值，此時(shí)作為標(biāo)準(zhǔn)值使用;偏差值為用攝影測(cè)量法測(cè)量相應(yīng)目標(biāo)點(diǎn)獲得的距離值與標(biāo)稱值的差值。由表2的試驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制觀測(cè)距離的長(zhǎng)度偏差變化趨勢(shì)，如圖6所示。由此可以看出第四組、第五組、第六組測(cè)量結(jié)果基本保持一致，測(cè)量重復(fù)性在0.005mm以內(nèi)，說(shuō)明這幾組標(biāo)準(zhǔn)尺的優(yōu)化布局能有效提供定標(biāo)墻上各方向的比例因子，為各方向提供偏差修正，使得每組觀測(cè)結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差均不超過(guò)0.04mm，滿足了定標(biāo)墻的校準(zhǔn)需求。綜合考慮校準(zhǔn)條件、校準(zhǔn)效率等因素，第四組的優(yōu)化布局是最合適的。通過(guò)上述試驗(yàn)，結(jié)合第四組的布局特點(diǎn)可以歸納出如下幾點(diǎn)校準(zhǔn)原則:1)校準(zhǔn)時(shí)，需要有一根橫向的標(biāo)準(zhǔn)尺，放置于測(cè)量區(qū)域的中間位置，其長(zhǎng)度控制在1～2m，且保持固定不動(dòng);)校準(zhǔn)時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)尺的擺放應(yīng)該考慮測(cè)量空間的分布方向，如水平、垂直、傾斜和縱深等，標(biāo)準(zhǔn)尺并不是越多越好，對(duì)一個(gè)平面而言，4根標(biāo)準(zhǔn)尺完全滿足要求;3)校準(zhǔn)時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)尺應(yīng)盡量涵蓋整個(gè)測(cè)量區(qū)域，即:在校準(zhǔn)區(qū)域的兩端和中間各放置一根標(biāo)準(zhǔn)尺，但不要太靠近邊緣。依據(jù)上述原則，對(duì)8m×10m×10m空間的三個(gè)定標(biāo)墻給出了如圖7所示的校準(zhǔn)方案:方案中每面定標(biāo)墻擺放4個(gè)標(biāo)準(zhǔn)尺，為了保持?jǐn)?shù)據(jù)閉合，在墻1、墻3之間又增加了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)尺，標(biāo)準(zhǔn)尺總共擺放了13個(gè)位置。經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，該方案與每面定標(biāo)墻只擺放一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)尺相比，校準(zhǔn)精度大大提高了，完全滿足0.05mm的校準(zhǔn)要求。

3總結(jié)

本文提出了一種汽車碰撞試驗(yàn)定標(biāo)墻的現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)方法，利用攝影測(cè)量系統(tǒng)與標(biāo)準(zhǔn)尺，通過(guò)合理布局實(shí)現(xiàn)了定標(biāo)墻的高精度校準(zhǔn)。上述現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)方法已應(yīng)用于長(zhǎng)春一汽—大眾汽車有限公司的定標(biāo)墻的校準(zhǔn)，通過(guò)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)尺的位置、數(shù)量及姿態(tài)的優(yōu)化，采用常用的攝影測(cè)量系統(tǒng)對(duì)DMAS的定標(biāo)墻進(jìn)行校準(zhǔn)，定標(biāo)墻現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)誤差小于0.05mm，完全滿足0.1mm+1×10－4L的測(cè)量要求，由此進(jìn)一步證明該校準(zhǔn)方案切實(shí)可行。

作者：陸佳艷許靜瞿劍蘇曹鐵澤甘曉川單位：中航工業(yè)北京長(zhǎng)城計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究所一汽－大眾汽車有限公司