非接触式测量模型修正的方法

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1、非接触式变形测量的模型修正方法一、前言结合井架变形和应力的测试，先通过井架的变形测试结果对模型进行修正，再通过应力测试结果进行验证，最终找到通过非接触式测试测定井架变形量的井架安全评定方法。通过两个相机分别监控井架四条大腿开口方向的位移（每个相机分别监控井架侧面的两条大腿）。通过开口方向位移判定井架结构是否有销接间隙（具体判定方法见后续介绍）。二、井架变形和应力测量1、变形测量，由于载荷偏心的作用，井架节点在载荷作用下发生三维变形，且开口方向的变形最大，并存在扭转位移（小量）。目前的影像测量工具只能测定井架各节

2、点在平面内位移的变化，因此，可以通过摄影测量测出井架在受力状态下开口方向的位移。井架发生的扭转变形对井架开口方向的位移测量有影响，因此，需要对测量误差进行评估。影像测量过程中的应处理的问题：①、影像测量工具在进行平面测量过程中必须满足两个基本要求之一，一是保证镜头与测点发生位移的平面相平行，此时像素位移与真实位移可以通过线性的标定系数进行换算；二是在不能保证镜头与测点位移平面平行时，必须知道其夹角，可以通过标定系数与夹角换算得到像素位移与真实位移之间的关系。在实际测量过程中，不可能保证镜头与测点位移平面完全平行

3、，所以镜头与井架测点位移平面（井架开口方向所在的平面）的夹角的标定至关重要。②、像素群的选择，亚像素定位技术需要两个条件：第一，目标是由多个像素组成，并具有一定的几何和灰度分布特征；第二、对于第一条件提出的具有一定特征的像素群，必须明确目标定位基准点（即测点）在目标上的具体位置，例如，对于矩形目标，目标定位基准点是矩形的中心点，还是端点或角点；基准点是目标中的最亮点还是最暗点，还是灰度变化最大的点等等。因此需要在像素群的选择上多做工作。2、应力测量，目前井架安全评定常用的测试方法是测定井架第7和第17层四条大腿

4、的平均应力。而本项目的测试宗旨是探讨使用非接触式变形测量代替井架的应力测量，因此，要求测试点数增加，在每个销接段的上下层的大腿均布点测量。增加应力测试结果对基于变形修正的模型模拟结果进行有力的验证。三、影响井架应力分布的因素量化根据《局部缺陷对井架承载能力的影响及安全评定---硕士论文—罗会亮》中井架缺陷的有限元分析结果显示，影响井架大腿应力分布的主要因素有：基础下沉、载荷偏心（井架外载荷的分布）和销接间隙。下面探讨一下，这3个主要因素在测试过程中的量化问题。1、基础下沉--倾角仪法。测试用具：倾角仪、钢卷尺、

5、游标卡尺。如图1所示，A、B、C、D分别为井架与底座的连接点。以A作为参考点，使用倾角仪多次测量取平均值得到AB连线与水平面的夹角qAB,使用钢卷尺和游标卡尺测得AB之间的距离LAB，从而B相对于A的标高为ZBA=LAB×tan(qAB)。同理，可以测得ZCB、ZDC。因此A、B、C、D四个点的相对标高均可测得，就可以推测出基础下沉量（或者说是由于基础下沉导致的井架在重力作用下的姿态）。如果井架底座上表面不能符合测试条件，则可选择井架第6层的横梁作为测试对象。ABCD倾角仪图1载荷偏心示意图1、载荷偏心载荷偏心

6、的量化有两个参数，一是大钩与铅垂线方向的夹角q和大钩与井架左右对称面的夹角a（如图2所示）。后前左右a图2大钩偏心示意图q角的测量：两种方法①方法一、摄影测量法在大钩上悬挂铅垂线MK，铅垂线的长度已知为L。大钩上选取测点为M、N。MK与MN分别在YZ面（即图4中的ACHE面，在该面上定义坐标系o2-x2y2z2，坐标平面o2-x2y2与ACHE面平行）和XZ面（即图4中的ABFE面，在该面上定义坐标系o1-x1y1z1，坐标平面o1-x1y1于ABFE面平行）的投影线的夹角分别为q1和q2。图4给出了摄影坐标系

7、为o-xyz。下面介绍上述两个投影线夹角的测试方法。q1的测量：已知M点在图像坐标系中的坐标为（um、vm），通过标定方法得到坐标系o2-x2y2z2与摄影坐标系o-xyz的关系，M点在o2-x2y2z2中的坐标为（、）。由于测量过程只关心投影，是平面测量，而非空间坐标定位。因此，只需标定两个坐标系之间的转动转换矩阵R和相机的内部参数即可，即得到投影关系矩阵M。根据M的计算方法：式中，、为等效焦距，、为图像主点，~为旋转转换矩阵元素，、、为平移转换矩阵元素。由于、、不需标定，所以===0。那么根据共线方程有：可

8、得到、关于的表达式，因此单个相机无法对空间测点进行三维坐标定位，但是这里考虑的是MK与MN在o2-x2y2的投影后的夹角，所以只需知道M点在o2-x2y2的投影坐标即可，所以=0，即可得、的值，同理可以得到K、N在o2-x2y2的投影坐标。已知M、K、N在o2-x2y2的投影坐标，可通过向量的方法得到MK与MN的投影夹角q1。同理可以得到MK与MN在平面o1-x1y1内投影坐标q2。图