非接触应变测量的数字散斑相关方法的研究

针对传统接触式应变测量的局限性,探讨了基于数字图像处理技术的非接触式应变测量方法--数字散斑相关方法(Digital Speckles Correlation Method,DSCM),并用单向拉伸实验对该方法进行了验证,结果表明,该方法是一种实用快速、高精度的变形测量方法.     

基于数字散斑相关法的弯管残余应力测量系统

为了测量圆形管件在弯曲后产生的残余应力的情况,提出了一种新的基于数字散斑相关法(DSCM)的残余应力测量方法并且搭建了对应的测量系统.利用该系统对90.弯管外圆弯曲处的残余应力进行了测量.使用电测法作为参考,验证了基于数字散斑相关法的测量方法能够有效测定弯管内残余应力的值.实验结果表明,该方法在保证一定的测量精度的同时能够大幅度地提高测量效率,为进一步研究残余应力对弯管工艺的影响提供了基础.     

数字图像相关法变形测量系统的研究与应用

数字图像相关测量技术(DICM)是二十世纪末提出的一项现代化光测量技术,历经几十年各国学者的不断研究改进,日前相关技术也已有了很大进展,但由于各种原因,该技术的推广及在工程应用方面还存在着一系列问题。首先介绍了散斑技术的基本原理,总结出与传统变形测量方法相比,其具有非接触、测量全面、精度高以及操作简洁等优点,其次,根据其数学模型和理论并借助Visual Studio和matlab平台,结合相关硬件设备,研制了变形测量软件系统MicroGauge,先以数字模拟散斑图模拟真实环境对软件系统进行初步验证,再以散斑测量系统和传统千分表测量方法对电木板材料梁进行三点弯曲中心挠度值测量试验,并与ABAQUS有限元数值模拟值进行对比。结果表明,三种测量方式的相对误差均不超过0.5%,从而验证了该方法和整个测量系统在实际应用中的可靠性,结合计算结果,为校核结构强度提供了依据,同时为变形测量的自动化和高效化提供了可行性依据。     

基于电子散斑干涉技术的微变形场测量及残余应力分析

基于电子散斑干涉原理搭建了测量试验平台,通过数字图像处理,得到电子散斑干涉条纹图像,实现了对一维微变形场的测量,对比测量结果与仿真结果,验证了该测量方法的可行性。结合盲孔法测量残余应力的原理,用电子散斑干涉装置取代盲孔法中的应变花来测量因钻孔产生的变形,并由此解残余应力。试验结果表明,基于电子散斑干涉技术的盲孔法残余应力测量系统简单,可行,高效,具有很大的工程应用价值。     

高温焊接变形视觉测量方法与实验研究

针对材料高温焊接变形测量,设计由松下焊接机器人、红外热成像仪和三维数字散斑应变测量及分析系统组成的一套双目视觉测量装置。制备一种耐高温数字散斑试样以解决图像“弱相关现象”问题;由于焊接高温产生热辐射,研究了高温热辐射光谱规律,采用（400～760）nm波段的滤光片,降低热辐射对图像质量的影响,获得清晰图像;采用数字图像相关法,通过三维数字散斑应变测量及分析系统,对Q235B低碳钢焊接时的形变进行了测量。实验结果表明,钢板在焊接过程中最高温度达到1100℃,焊缝区的变形量为2.58mm,非焊缝区变形呈逐渐减小趋势,冷却后试件最大变形量变形为0.78mm。为材料高温变形,提供了一种双目视觉测量方法。     

空间载波数字散斑干涉脉动微变形的全场测量

本文运用空间载波数字散斑干涉法测量薄板的离面脉动微变形,实现了对非周期或非规则周期振动的动态定量测量,克服了传统频闪法数字散斑干涉测量对振动频率稳定性的严格要求。理论和试验证明,本方法能够测量微纳米级别的全场脉动变形,最大可测脉动频率与相机帧率和变形幅度相关。     

用投影散斑法测量三维微位移

采用光学非接触法测量三维微位移,基于三角测量法投影数字散斑照射参考面和待测物体表面,利用数字散斑相关法原理,求解变形位移信息,实验结果表明,数字散斑相关技术在三维变形测量的有效性和可靠性,并且为三维物体形变的测量提供了新的研究思路。     

用数字散斑法测量铜/铝复层板拉伸变形

提出了一种基于数字散斑相关法和双目立体视觉技术的全场三维变形测量方法,实现了对爆炸焊接制备的铜/铝复层材料的变形测量。研究了该方法所涉及的数字散斑相关算法、三维坐标、位移和应变计算等关键技术,借助于VC++6.0开发环境,研制并开发了用于铜/铝复层板全场变形测量的试验系统及其软件。为了验证本文所述测量方法的可行性,进行了精度验证实验和铜/铝复层板单向拉伸试验,且对复层板拉伸试验结果与有限元软件Abaqus数值模拟结果进行了对比分析。结果表明:本文方法的应变测量精度优于0.5%,与引伸计测得的结果基本相当;测得的应变极值分布与有限元模拟结果很吻合;在板料发生颈缩前,塑性应力-应变模拟曲线与试验结果很吻合;整个变形过程中位移-载荷模拟曲线的变化趋势与试验结果一致,模拟得到的极限载荷的相对误差为0.06%～2.25%。实验结果说明,数字散斑方法是一种精确获得复层板料全场应变的有效手段。     

高速三维数字图像法测量手机跌落全场应变

为了测量手机跌落时的变形与应变,基于数字图像相关法及双目立体视觉原理,提出一种用于手机跌落试验中变形与应变测量的方法,并研制了相应的高速三维全场应变光学测量系统。针对手机跌落碰撞过程中,角度变化导致散斑匹配失败率高,变形应变场缺损严重的问题,利用高速相机高速采集图像,并改进图像匹配方法,采用顺序逐帧基准匹配,保证了测量精度,提高了应变场完整度。研制了光学测量系统,设计了试验方案,进行了数字图像测量方法与动态应变仪测量结果的对比,对改进的散斑匹配方案进行了验证。试验结果表明,本文的方法使变形应变场的完整度提高了21%,其位移动态测量精度为0.42%,应变测量精度为0.5%。本文的方法和系统可以满足手机跌落碰撞全场变形与应变测量的要求,与传统测量方式相比有明显优势,是研究手机跌落碰撞变形规律的有效途径。     

基于相移和颜色分光的电子散斑干涉瞬态三维变形测量方法

提出了一种基于相移和颜色分光的电子散斑干涉(ESPI)瞬态三维变形测量方法,该方法包括一个彩色CCD和红绿蓝三种不同波长的激光器,可同时采集来自三路的散斑干涉图像。物体面内水平方向、竖直方向以及离面方向的散斑干涉图像信息通过颜色分光实现分离,并利用相移算法对散斑干涉条纹图进行分析处理,分别解调出水平、竖直及离面方向的变形场相位,实现三维变形场的测量。模拟及实验分析表明,此方法能同时实现物体面内水平方向、竖直方向以及离面方向的变形测量,可用于物体表面的三维瞬态变形测量,也可单独完成面内或离面的二维变形测量。