解鎖船舶黑科技！DIC 技術(shù)精準(zhǔn)捕捉船模六自由度（6-Dof）運(yùn)動(dòng)

在船舶工程領(lǐng)域，深入了解船舶在復(fù)雜海洋環(huán)境中的運(yùn)動(dòng)特性至關(guān)重要。傳統(tǒng)測(cè)量方法在獲取船模六自由度（6-Dof，包括沿 x、y、z 軸的平移和繞 x、y、z 軸的旋轉(zhuǎn)）運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)時(shí)存在精度不足、測(cè)量維度有限等問題。

數(shù)字圖像相關(guān)（DIC）技術(shù)的出現(xiàn)為解決這些問題提供了新的途徑。本案例旨在展示 DIC 技術(shù)如何精準(zhǔn)捕捉船模6-Dof運(yùn)動(dòng)，為船舶設(shè)計(jì)和性能優(yōu)化提供可靠的數(shù)據(jù)支持。

運(yùn)動(dòng)模擬系統(tǒng)

六自由度平臺(tái)運(yùn)動(dòng)模擬系統(tǒng)，可對(duì)艦船、飛機(jī)、宇航和車載設(shè)備等不同狀態(tài)時(shí)的行動(dòng)進(jìn)行模擬，是六自由度重要模擬試驗(yàn)裝置。

新拓三維XTDIC-STROBE三維動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng)，基于三維數(shù)字圖像相關(guān)法（DIC），可獲得被測(cè)物不同時(shí)刻的全場(chǎng)坐標(biāo)信息，根據(jù)提取的相應(yīng)計(jì)算點(diǎn)坐標(biāo)，結(jié)合空間向量求解空間目標(biāo)的位姿參數(shù)，記錄實(shí)驗(yàn)體在該三維空間中的“位置、運(yùn)動(dòng)軌跡、速度、角度、加速度、角加速度”等運(yùn)動(dòng)軌跡指標(biāo)。

XTDIC-STROBE系列動(dòng)態(tài)軌跡測(cè)量

實(shí)驗(yàn)背景

新拓三維XTDIC-STROBE三維動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng)結(jié)合數(shù)字圖像相關(guān)技術(shù)（DIC）與雙目立體視覺技術(shù)，采用三臺(tái)高速工業(yè)相機(jī)追蹤物體表面的散斑圖像，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)變形過程中物體表面的圖像關(guān)鍵標(biāo)記的動(dòng)態(tài)測(cè)量，可獲得在三維空間中的真實(shí)六自由度數(shù)據(jù)。

6-Dof數(shù)據(jù)實(shí)際應(yīng)用價(jià)值

以海洋船模研究為例，在六自由度測(cè)量建立的三維空間中，通過對(duì)實(shí)驗(yàn)船模的運(yùn)動(dòng)學(xué)指標(biāo)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，找出船模運(yùn)動(dòng)控制性能缺點(diǎn)并進(jìn)行改造，逐漸提升航行過程中的穩(wěn)定性、平滑性等性能，為實(shí)際航海科研提供數(shù)據(jù)參考，解決相關(guān)領(lǐng)域中的運(yùn)動(dòng)學(xué)控制技術(shù)難題。

船舶六自由度圖示

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

六自由度仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，模擬海浪顛簸狀態(tài)；針對(duì)不同幅面的測(cè)量范圍，XTDIC-STROBE三維動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng)搭配的XTDA三維動(dòng)態(tài)分析軟件，帶有軌跡位移測(cè)量功能，通過檢測(cè)靶標(biāo)點(diǎn)空間位置數(shù)據(jù)，得到被測(cè)物位置及角度等數(shù)據(jù)信息。

實(shí)驗(yàn)過程

采用新拓三維XTDIC--STROBE三維動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng)對(duì)實(shí)驗(yàn)體進(jìn)行六自由度測(cè)量時(shí)，在該實(shí)驗(yàn)體的測(cè)量區(qū)域貼上特制的編碼點(diǎn)，通過追蹤實(shí)驗(yàn)試件上的編碼點(diǎn)，XTDA軟件計(jì)算出實(shí)驗(yàn)體在該空間中的運(yùn)動(dòng)學(xué)六自由度參數(shù)。

新拓三維XTDIC--STROBE三維動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng)采集圖像，并將圖像傳輸?shù)接?jì)算機(jī)內(nèi)，利用XTDA三維動(dòng)態(tài)分析軟件進(jìn)行計(jì)算，獲取六自由度實(shí)驗(yàn)過程中被測(cè)件的位移、運(yùn)動(dòng)軌跡、速度、加速度、運(yùn)動(dòng)角度等測(cè)試數(shù)據(jù)結(jié)果。

數(shù)據(jù)分析

利用XTDA軟件對(duì)采集圖像進(jìn)行分析處理，并采用數(shù)字圖像相關(guān)算法進(jìn)行計(jì)算，得到被測(cè)物表面關(guān)鍵點(diǎn)位移數(shù)據(jù)。

XTDA軟件在被測(cè)物表面的設(shè)置4個(gè)單點(diǎn)（P1、P2、P3、P4），并得到這4個(gè)單點(diǎn)在六個(gè)自由度沿Y軸方向的位移曲線。

XTDA軟件可用于分析平移和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)（6DoF，6自由度）的位移軌跡測(cè)量。如下是基于全場(chǎng)形貌和基于點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)角度測(cè)量分析，準(zhǔn)確測(cè)量繞軸旋轉(zhuǎn)物體的位移轉(zhuǎn)角。

通過六自由度實(shí)驗(yàn)平臺(tái)六根伺服電動(dòng)缸的伸縮運(yùn)動(dòng)，控制上平臺(tái)在空間六個(gè)自由度（X、Y、Z、α、β、γ）運(yùn)動(dòng)，模擬出各種空間運(yùn)動(dòng)姿態(tài)，用于對(duì)各種科研實(shí)驗(yàn)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)指標(biāo)的采集分析。

新拓三維XTDIC-STROBE三維動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng)，通過獲取被測(cè)物不同時(shí)刻的三維空間坐標(biāo)信息，可在較小的誤差范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)空間目標(biāo)多個(gè)位姿參數(shù)的測(cè)量，為實(shí)際科研六自由度運(yùn)動(dòng)學(xué)指標(biāo)測(cè)試提供數(shù)據(jù)參考。

關(guān)鍵詞：