在船舶工程領(lǐng)域，深入了解船舶在復(fù)雜海洋環(huán)境中的運動特性至關(guān)重要。傳統(tǒng)測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)）運動數(shù)據(jù)時存在精度不足、測量維度有限等問題。

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運動，為船舶設(shè)計和性能優(yōu)化提供可靠的數(shù)據(jù)支持。

運動模擬系統(tǒng)

六自由度平臺運動模擬系統(tǒng)，可對艦船、飛機、宇航和車載設(shè)備等不同狀態(tài)時的行動進行模擬，是六自由度重要模擬試驗裝置。

新拓三維XTDIC-STROBE三維動態(tài)測量系統(tǒng)，基于三維數(shù)字圖像相關(guān)法（DIC），可獲得被測物不同時刻的全場坐標(biāo)信息，根據(jù)提取的相應(yīng)計算點坐標(biāo)，結(jié)合空間向量求解空間目標(biāo)的位姿參數(shù)，記錄實驗體在該三維空間中的“位置、運動軌跡、速度、角度、加速度、角加速度”等運動軌跡指標(biāo)。

XTDIC-STROBE系列動態(tài)軌跡測量

實驗背景

新拓三維XTDIC-STROBE三維動態(tài)測量系統(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)，采用三臺高速工業(yè)相機追蹤物體表面的散斑圖像，實現(xiàn)運動變形過程中物體表面的圖像關(guān)鍵標(biāo)記的動態(tài)測量，可獲得在三維空間中的真實六自由度數(shù)據(jù)。

6-Dof數(shù)據(jù)實際應(yīng)用價值

以海洋船模研究為例，在六自由度測量建立的三維空間中，通過對實驗船模的運動學(xué)指標(biāo)進行數(shù)據(jù)分析，找出船模運動控制性能缺點并進行改造，逐漸提升航行過程中的穩(wěn)定性、平滑性等性能，為實際航?？蒲刑峁?shù)據(jù)參考，解決相關(guān)領(lǐng)域中的運動學(xué)控制技術(shù)難題。

船舶六自由度圖示

實驗內(nèi)容

六自由度仿真實驗平臺，模擬海浪顛簸狀態(tài)；針對不同幅面的測量范圍，XTDIC-STROBE三維動態(tài)測量系統(tǒng)搭配的XTDA三維動態(tài)分析軟件，帶有軌跡位移測量功能，通過檢測靶標(biāo)點空間位置數(shù)據(jù)，得到被測物位置及角度等數(shù)據(jù)信息。

實驗過程

采用新拓三維XTDIC--STROBE三維動態(tài)測量系統(tǒng)對實驗體進行六自由度測量時，在該實驗體的測量區(qū)域貼上特制的編碼點，通過追蹤實驗試件上的編碼點，XTDA軟件計算出實驗體在該空間中的運動學(xué)六自由度參數(shù)。

新拓三維XTDIC--STROBE三維動態(tài)測量系統(tǒng)采集圖像，并將圖像傳輸?shù)接嬎銠C內(nèi)，利用XTDA三維動態(tài)分析軟件進行計算，獲取六自由度實驗過程中被測件的位移、運動軌跡、速度、加速度、運動角度等測試數(shù)據(jù)結(jié)果。

數(shù)據(jù)分析

利用XTDA軟件對采集圖像進行分析處理，并采用數(shù)字圖像相關(guān)算法進行計算，得到被測物表面關(guān)鍵點位移數(shù)據(jù)。

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

XTDA軟件可用于分析平移和旋轉(zhuǎn)運動（6DoF，6自由度）的位移軌跡測量。如下是基于全場形貌和基于點的運動角度測量分析，準(zhǔn)確測量繞軸旋轉(zhuǎn)物體的位移轉(zhuǎn)角。

通過六自由度實驗平臺六根伺服電動缸的伸縮運動，控制上平臺在空間六個自由度（X、Y、Z、α、β、γ）運動，模擬出各種空間運動姿態(tài)，用于對各種科研實驗進行運動學(xué)指標(biāo)的采集分析。

新拓三維XTDIC-STROBE三維動態(tài)測量系統(tǒng)，通過獲取被測物不同時刻的三維空間坐標(biāo)信息，可在較小的誤差范圍內(nèi)實現(xiàn)對空間目標(biāo)多個位姿參數(shù)的測量，為實際科研六自由度運動學(xué)指標(biāo)測試提供數(shù)據(jù)參考。

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