针对大型装备动态变形的三维测量难题,以不同风速下风力发电机叶片的动态特性为基础,提出了一种基于双目立体视觉与数字图像相关法相结合的动态测量方法,对风力发电机叶片进行了动态测量。采用工业摄影相机,对旋转叶片的三维全尺寸轮廓快速拍摄,通过测量原理和光学扫描方法,快速解算出被测叶片的三维坐标和变形应变。以试验样机叶片为例,对不同风速的旋转叶片进行全尺寸动态应变检测试验,并与有限元分析结果、光纤光栅传感器检测结果进行对比验证。结果表明三者结果基本一致,验证了该检测方法的有效性与合理性。

对16m长全尺寸预应力混凝土梁桥原型进行三点弯曲疲劳试验,利用数字图像相关(Digital Image Correlation,DIC)方法获得集中力作用点附近区域的变形场及应变场信息。经过200万次疲劳循环作用,研究了梁体侧面裂缝的萌生、成核、扩展机理。试验结果表明,主裂缝由次裂缝诱发萌生,主裂缝随疲劳循环次数而扩展,50万次之前的扩展速率明显大于50万次以后的扩展速率。随着主裂缝的扩展,次裂缝略有闭合。疲劳荷载不超过设计荷载时,钢绞线具有较好的拉结作用,预应力混凝土梁裂缝开展缓慢稳定,有明显的刚度退化。与传统电测法相比,DIC方法可准确观测全场裂缝扩展过程,可应用于对预应力桥梁的分析研究。

在数字图像相关方法中,传统Newton-Raphson算法(简称N-R算法)通常采用三次样条插值算法获得散斑图亚像素位置的灰度值。而在插值算法中,Hermite插值算法具有更加良好的光滑程度。因此,为了提高传统N-R算法的计算精度,提出一种基于Hermite插值的亚像素位移求解算法。该算法应用Hermite插值函数构建散斑图亚像素位置灰度值,并应用Barron算子计算像素点的一阶灰度梯度;之后应用牛顿迭代算法进行亚像素位移求解。应用真实散斑图的数值变形实验对算法的有效性与计算精度进行了验证。实验结果表明:提出的算法有效提高了传统N-R算法的计算精度且计算稳定性较好。

相关系数曲面拟合算法是数字图像相关方法中一种简单而高效的亚像素位移测量算法。在相关系数曲面拟合算法中,拉格朗日曲面拟合算法、二元三次多项式曲面拟合算法和二元四次多项式曲面拟合算法不能直接推导出亚像素位移量的解析解,而需采用迭代算法获得亚像素位移量。为对比分析上述3种迭代相关系数曲面拟合算法的性能,利用真实散斑图像对3种算法的计算精度与效率进行了对比实验。实验结果表明:3种算法的求解精度与效率从高到低依次为二元三次多项式曲面拟合算法、拉格朗日曲面拟合算法、二元四次多项式曲面拟合算法。

针对影响双目视觉系统精度的双目相机标定问题,提出一种基于数字图像相关法与固定位姿约束的双目相机标定方法。采用传统的相机标定方法对双目相机进行标定,得到双目相机参数初值;采用数字图像相关法提高图像点提取的坐标精度;通过添加固定约束关系,建立简化的优化目标函数,并对相机参数进行优化,得到高精度标定结果。实验结果表明:该方法可达到较高精度。

基于双目视觉数字图像相关技术，设计了机械密封端面变形测量系统的方案。选用合适的高速数字摄像机、镜头、采集卡、光源、标定板、支架系统和服务器等构建了该系统的硬件，并基于双目视觉数字图像相关方法开发了相关软件。该系统可实现机械密封表面的三维形貌以及在力、热载荷作用下变形的全场测量，结构简单，使用方便。这为研究影响机械密封变形的关键因素及探索减小其变形的措施奠定了基础。

使役状态机架变形测量及机架完整性评价对钢丝缠绕重型模锻液压机的安全运转至关重要。常规的测试手段有局限性无法实现机架变形全场测量运用数字图像相关法（Digital image correlationDIC）实现了400 MN模锻液压机加、卸载工作循环机架位移和变形的全场测量。用降温法模拟钢丝缠绕预紧力对机架预紧、合成工况进行有限元模拟有限元结果与DIC测量结果吻合验证了降温法有限元模型。研究机架工作循环变形特点加、卸载过程中机架变形基本对称标识点水平间距A2D2最大变化量5.45 mm竖直间距A1A3最大变化量1.53 mm均符合设计要求。基于DIC的测量方法有效解决了重型液压机机架变形全场测量难题并为降温预紧有限元模型提供了验证为钢丝缠绕液压机设计提供了有益参考。