[發明專利]大幅面散斑全場應變測量方法

有效

• 申請號: 201310436427.1
• 申請日: 2013-09-23
• 公開（公告）號: CN103542815A
• 公開（公告）日: 2014-01-29
• 發明（設計）人: 梁晉;胡浩;唐正宗
• 申請（專利權）人: 西安新拓三維光測科技有限公司
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

技術領域

本發明涉及一種應變測量方法，特別涉及一種大幅面散斑全場應變測量方法。

背景技術

隨著工業制造水平的不斷提高，產品零部件做的越來越大，結構也越來越復雜，使得工藝參數設計和成形過程的精確控制十分困難，制件的形狀、性能與設計的零件形狀、性能等往往存在一定偏差。因此，迫切需要對大型制件成形過程中的變形進行精確的測量，以幫助掌握材料的變形特性，分析材料的變形原因和變形規律，預測材料的變形趨勢等，進而指導實際生產中模具結構的改進、工藝參數優化等。

傳統的應變測量手段如應變片等屬于接觸式測量，測量精度較高，然而，當變形過大時不再是彈性變形，因此變形的測量范圍十分有限；并且當測量大型工件時，由于測點較多，使得測量安裝、布線相當繁瑣。數字圖像相關測量是近年來發展較快的一種非接觸式光學測量方法，它利用圖像分析方法，跟蹤物體表面圖像子區域的運動形態，推算物體變形的位移和應變。該方法自提出以來，因其具有的非接觸性、高精度、全場測量等優勢，被廣泛用于材料實驗中中小幅面的變形和應變測量。而對于大幅面變形測量，散斑制備以及相機標定難度較大，因此，仍存在較大的改進空間。

發明內容

為了克服現有的大幅面應變測量方式中的不足，并滿足實際使用的要求，本發明提供了一種大幅面散斑全場應變測量方法，可以有效測量大型結構件載荷作用下的表面三維全場應變。

為達到以上目的，本發明是采取如下操作步驟予以實現的：

一種大幅面散斑全場應變測量方法，其特征在于，包括下述步驟：

第一步，散斑制備：采用黑、白兩色啞光漆和噴涂模板在大幅面待測工件表面的測量區域進行散斑印制；

第二步，設置種子標記：在待測工件表面的散斑制備區域，繪制一個或多個標記；

第三步，雙目相機標定：從不同方位拍攝標定架，獲取標定架的標定圖像，根據標定圖像進行像機標定計算，得到兩攝像機準確的位置關系，包括兩攝像機的內部參數、外部參數以及鏡頭畸變參數，以作為第六步散斑應變計算的數據；

第四步，圖像采集：使用兩個像機對被測工件的變形狀態進行連續同步拍攝，獲取所被測工件在變形過程的序列圖像；

第五步，選定種子點：選取一個變形狀態下的被測工件的圖像作為基礎狀態，在基礎狀態中的左相機圖像標出計算區域并劃分成多個方形的面片；然后選取其中一個包含第二步中繪制的所述一個或多個標記的面片作為第六步散斑應變計算的種子點；

第六步，散斑應變計算：根據第三步的相機標定結果和第四步所采集的序列變形圖像，基于數字圖像相關算法計算被測表面的全場應變。

本發明方法具有以下優點：

(1)由于本發明方法使用三維數字圖像相關法計算應變，因此，測量精度較高。

(2)由于本發明方法系統設備簡單，便于工業現場的使用。

(3)由于本發明方法現場僅需要獲取散斑圖像即可，數據可在線處理，因此，測量效率較高。

(4)由于本發明方法使用散斑圖像作為測量依據，所以測量范圍可根據實際需求進行設定，適用范圍大。

(5)本發明方法屬于非接觸的測量方法。

附圖說明

圖1本發明方法具體操作流程圖

圖2本發明方法實驗裝置示意圖

圖3噴涂模板印刷形成的散斑場

圖4手工繪制形成的散斑場

圖5制備的種子標記

圖6大幅面米字型標定架

圖7劃分計算區域并選定種子點

圖8散斑應變計算結果

圖9利用三維點的周圍相鄰點進行三維應變計算

具體實施方式

以下結合附圖對本發明作進一步的詳細說明。

本發明提出一種大幅面散斑全場應變測量方法，具體操作步驟如圖1所示。所采用的硬件裝置組成如圖2所示，主要由2個CCD像機、1個高頻LED光源和1臺計算機等組成。在一特定實施例中，大幅面工件為薄鋼板，其尺寸為800mm×600mm×2mm。

第一步，散斑制備：采用黑、白兩色啞光漆和噴涂模板在大幅面待測工件表面的測量區域進行散斑印制，如圖3所示。也可使用手工繪制的方式進行散斑制備(如圖4所示)。優選地，散斑制備要求：a)散斑特征應隨機分布，不能出現大塊的全黑或全白區域；b)散斑對比度應明顯，即對比度應大于預定閾值；c)散斑制備范圍應大于所測量變形區域。