[發明專利]高溫錯位相關系統

有效

• 申請號: 201410584450.X
• 申請日: 2014-10-27
• 公開（公告）號: CN104330044B
• 公開（公告）日: 2017-07-28
• 發明（設計）人: 謝惠民;王懷喜;吳立夫
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙)11201
• 代理人: 張大威

技術領域

本發明涉及光測力學、工程材料、構件變形和位移測試技術領域，特別涉及一種高溫錯位相關系統。

背景技術

隨著國家國防戰略和民用發展需求，航天航空領域和民用發動機性能急需提高，而這其中高溫材料在性能提高方面起著十分重要的作用。高溫材料廣泛應用于極端環境工況中，高溫材料的力學性能表征可以對材料和結構性能進行評價和分析，進而對整體構件的可靠性進行分析，這方面的研究越來越得到國內外研究者的重視。數字圖像相關方法作為一種實驗固體力學非接觸全場光學測量方法廣泛應用在變形測量中。由于該方法具有操作簡單、環境要求低、位移精度高等優點得到了廣泛的應用。在數字相關方法的基礎上，目前有一種采用雙CCD(Charge-coupled Device，電荷耦合元件)技術進行數字相關測量的方法，該方法提高了測量對象的視場，同時保證了數字相關方法的位移精度，從而相應的提高了應變的計算精度，但需要對這兩個CCD組成的成像系統的放大倍數進行標定，而這種標定過程要求嚴格、操作復雜、使用不方便，因此其應用也受到了一定限制。結合光學元器件的特性，目前提出了一種基于錯位相關原理的光學引伸計系統，該系統使得應變測量精度有所提高。在高溫變形測量中，變形載體應具有耐溫、抗氧化、粘結力強等特點，一方面可以保證高溫下的變形測量，另一方面還應保證變形前后散斑不“退相關”。因此需要發展高溫環境下高溫高精度變形測量的技術。

發明內容

本發明旨在至少在一定程度上解決上述相關技術中的技術問題之一。

為此，本發明的目的在于提出一種高溫錯位相關系統，該系統可以提高圖像質量，同時具有操作簡便、測量精度高、量程大以及非接觸的優點。

為達到上述目的，本發明的實施例提出了一種高溫錯位相關系統，包括：至少一個加載裝置，高溫爐，所述高溫爐具有觀察窗，所述加載裝置各個部分嵌入在所述高溫爐內；測試樣本，所述測試樣本表面制作有高溫標記點，所述測試樣本放置在所述高溫爐內且兩端與所述加載裝置相連；遠心錯位成像鏡頭，用于將所述高溫標記點錯位并成像；以及數字成像設備，所述數字成像設備與所述遠心錯位成像鏡頭相連，所述數字成像設備包括靶面，所述靶面用于采集所述圖像。

另外，根據本發明上述實施例的高溫錯位相關系統還可以具有如下附加的技術特征：

在本發明的一個實施例中，所述遠心錯位成像鏡頭包括鏡筒、凹透鏡、凸透鏡、光闌以及楔形鏡。

在本發明的一個實施例中，所述高溫標記點通過制模、光刻、顯影和鍍高溫介質膜的方式生成。

在本發明的一個實施例中，所述高溫標記點的形狀通過平均灰度梯度評價和圖像數值平移優化設計。

在本發明的一個實施例中，所述高溫標記點可承受的最高溫度為1400℃。

在本發明的一個實施例中，具體包括：設計不同形狀的標記點，并數值平移標記點圖像；通過位移相對誤差比較圖和平均灰度梯度值比較土優化出最佳標記點的形狀；通過制模、光刻、顯影和鍍高溫介質膜的方式生成高溫標記點。

在本發明的一個實施例中，所述平均灰度梯度可通過下式計算：

其中，M和N為散斑圖的高度和寬度，其單位均為像素，，x_ij表示某一像素點，i和j分別表示該像素點位于數字圖像的第i行第j列，g(x_ij)為局部灰度梯度向量。

在本發明的一個實施例中，通過數字相關方法計算標記點的相對位移，以得到所述測試樣本的應變信息。

在本發明的一個實施例中，具體包括：根據所述數字成像設備的靶面得到測試樣本圖像，并分別計算標記點A_上和A_下的位移量和則測試樣本的應變信息通過以下公式計算：

根據本發明實施例提出的高溫錯位相關系統，通過光學設計軟件對高溫錯位相關系統進行優化設計，準確優化出楔形鏡楔形角的大小和位置；通過平均灰度梯度和數值平移對不同形狀的高溫標記點進行分析，尋求最佳形狀的標記點；通過制模、光刻、顯影、鍍高溫介質膜的方法制作高溫標記點，使得高溫標記點可耐1400℃，提高了圖像對比度，可以實現高溫復雜工作環境下實時高精度、大量程的無損變形測量，并且該系統操作簡單方便、測量精度高。

本發明附加的方面和優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發明的實踐了解到。

附圖說明

本發明的上述和/或附加的方面和優點從結合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：