在船舶工程領域，深入了解船舶在復雜海洋環境中的運動特性至關重要。傳統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）運動數據時存在精度不足、測量維度有限等問題。

數字圖像相關（DIC）技術的出現為解決這些問題提供了新的途徑。本案例旨在展示 DIC 技術如何精準捕捉船模6-Dof運動，為船舶設計和性能優化提供可靠的數據支持。

運動模擬系統

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

新拓三維XTDIC-STROBE三維動態測量系統，基于三維數字圖像相關法（DIC），可獲得被測物不同時刻的全場坐標信息，根據提取的相應計算點坐標，結合空間向量求解空間目標的位姿參數，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。

XTDIC-STROBE系列動態軌跡測量

實驗背景

新拓三維XTDIC-STROBE三維動態測量系統結合數字圖像相關技術（DIC）與雙目立體視覺技術，采用三臺高速工業相機追蹤物體表面的散斑圖像，實現運動變形過程中物體表面的圖像關鍵標記的動態測量，可獲得在三維空間中的真實六自由度數據。

6-Dof數據實際應用價值

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指標進行數據分析，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定性、平滑性等性能，為實際航海科研提供數據參考，解決相關領域中的運動學控制技術難題。

船舶六自由度圖示

實驗內容

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

實驗過程

采用新拓三維XTDIC--STROBE三維動態測量系統對實驗體進行六自由度測量時，在該實驗體的測量區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六自由度參數。

新拓三維XTDIC--STROBE三維動態測量系統采集圖像，并將圖像傳輸到計算機內，利用XTDA三維動態分析軟件進行計算，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、運動角度等測試數據結果。

數據分析

利用XTDA軟件對采集圖像進行分析處理，并采用數字圖像相關算法進行計算，得到被測物表面關鍵點位移數據。

XTDA軟件在被測物表面的設置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，準確測量繞軸旋轉物體的位移轉角。

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，用于對各種科研實驗進行運動學指標的采集分析。

新拓三維XTDIC-STROBE三維動態測量系統，通過獲取被測物不同時刻的三維空間坐標信息，可在較小的誤差范圍內實現對空間目標多個位姿參數的測量，為實際科研六自由度運動學指標測試提供數據參考。

關鍵詞：