[發(fā)明專利]通過創(chuàng)建多個色度斑點圖案測量受到應(yīng)力的結(jié)構(gòu)部件的形狀、移動和/或變形的多尺度測量方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201480048449.3
• 申請日: 2014-07-09
• 公開（公告）號: CN105765630B
• 公開（公告）日: 2018-12-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 卡羅琳·珀蒂奧;斯特凡·魯;弗朗索瓦·伊爾德
• 申請（專利權(quán)）人: 空客集團(tuán)有限公司;國家科學(xué)研究中心;卡尚高等師范學(xué)校
• 主分類號: G06T7/246
• 分類號: G06T7/246;G01B11/16;G01M5/00;G01M11/08
• 代理公司: 北京集佳知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 李春暉;李德山

本發(fā)明主要涉及一種用于測量受到外部應(yīng)力的受檢部件的移動和/或變形的方法，所述方法利用一種彩色數(shù)字圖像獲取裝置以及圖像相關(guān)裝置，其特征在于，其包括以下步驟：在對所述受檢部件施加外部應(yīng)力期間，借助于彩色數(shù)字圖像獲取裝置獲取(250)受檢部件表面的多個彩色數(shù)字圖像的；處理(260)在獲取多個彩色數(shù)字圖像的步驟中所獲取的彩色數(shù)字圖像以按照變化的尺度顯示對比細(xì)節(jié)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于通過創(chuàng)建多個斑點圖案來測量受到外部應(yīng)力的結(jié)構(gòu)的形狀、移動和/或變形的方法。具體地，但非排他性地，本發(fā)明適合用于測量受到外部應(yīng)力的結(jié)構(gòu)的移動和/或變形的技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，結(jié)構(gòu)部件的機(jī)械設(shè)計可以利用成像技術(shù)以便了解其性能，從而通過或者不通過所述結(jié)構(gòu)部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計。該成像技術(shù)還被應(yīng)用于以機(jī)械特性為目的的材料的測試樣品。因此后文中，通用術(shù)語“受檢部件”將與其尺寸和其形狀無關(guān)地、無差別地涵蓋結(jié)構(gòu)部件或測試樣品。

所述技術(shù)使得當(dāng)所述受檢部件受到外部應(yīng)力時，例如機(jī)械應(yīng)力和/或熱應(yīng)力，測量受檢部件的移動和變形成為可能。

具體地，所述成像技術(shù)利用了數(shù)字圖像獲取裝置以及數(shù)字圖像相關(guān)軟件。受檢部件包括被限定在目標(biāo)參考系(X，Y，Z)中的表面。該受檢部件的表面由非均勻圖案隨機(jī)或不隨機(jī)地標(biāo)記，該非均勻圖案稱為斑點圖案且以灰度圖像的形式而被記錄。所述斑點圖案的特征在于相關(guān)長度，相關(guān)長度是這樣的尺度：在該尺度以下所述標(biāo)記具有相關(guān)性。距離小于或等于該相關(guān)長度的兩點之間的標(biāo)記的平均方差相比斑點圖案的灰度變化而言很小。另外，受檢部件包括需要被檢查的至少一個感興趣區(qū)域。

數(shù)字圖像獲取裝置記錄所述表面的至少一個參考數(shù)字圖像。所述數(shù)字圖像被劃分為在圖像參照系(X’，Y’)中限定的像素。斑點圖案所創(chuàng)建的結(jié)構(gòu)的表面的非均勻標(biāo)記因而以針對每個像素都不同的灰度而被渲染到數(shù)字圖像中。在目標(biāo)參照系(X，Y，Z)中限定的表面的點P因此對應(yīng)于參考數(shù)字圖像的像素P’，像素P’被限定在圖像參照系(X’，Y’)中且具有確定的灰度。

外部應(yīng)力被施加在受檢部件上。所述應(yīng)力使受檢部件變形，且特別地使被檢查的表面變形。表面的點P因而在施加負(fù)載后移動到位置P”。數(shù)字圖像獲取裝置以規(guī)律的時間間隔記錄在施加外部應(yīng)力期間受檢部件的一系列數(shù)字圖像。對數(shù)字圖像的局部或全局相關(guān)分析使得能夠獲得在每一應(yīng)力水平感興趣區(qū)域中的任意點處所限定的位移場。

稱為立體相關(guān)技術(shù)的該技術(shù)的變型允許測量三維形狀以及三維位移場。在施加外部應(yīng)力期間，以規(guī)律的時間間隔獲取受檢部件的至少兩個不同視角的數(shù)字圖像。在目標(biāo)參照系(X，Y，Z)中所限定的表面的所述點P在每個數(shù)字圖像I中將出現(xiàn)在數(shù)字圖像參照系I中的點P’i處。在最常見的是利用已知參照圖案執(zhí)行的校準(zhǔn)步驟后，數(shù)字圖像的相關(guān)使得能夠借助于斑點圖案而關(guān)聯(lián)每幅圖像I中的點P’i。實際上，校準(zhǔn)步驟使得能夠根據(jù)每個點P’i的坐標(biāo)來推導(dǎo)目標(biāo)參照系(X，Y，Z)中的點P的坐標(biāo)。另外，位移場允許確定受檢部件表面的任意點處在目標(biāo)參照系(X，Y，Z)中的三維位移矢量。

另外，取決于斑點圖案的相關(guān)長度的尺度，位移場和/或變形場的精度各有不同，空間解析度各有不同，且位移場和/或變形場的測量在計算時間方面的成本各有不同。實際上，斑點圖案的相關(guān)長度減小得越多，位移場和/或變形場的計算就變得越昂貴，且位移場和/或變形場也變得越準(zhǔn)確。相反，圖像相關(guān)能夠確定的最大位移幅度大約是相關(guān)長度的幅度。細(xì)微的斑點圖案因而不是魯棒的。

因此，必須根據(jù)處理的期待精度和魯棒性來尋求空間解析度和不確定性之間的折衷。要么，操作者選擇通過創(chuàng)建具有大的相關(guān)長度的斑點圖案來優(yōu)先進(jìn)行全局測量以獲得具有相對小的空間分辨率的位移場和/或變形場；要么，操作者選擇通過創(chuàng)建具有小的相關(guān)長度的斑點圖案來優(yōu)先進(jìn)行局部測量以獲得準(zhǔn)確且空間解析度高的位移場和/或變形場，但其要求對初始位移有良好判斷。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的特別是解決該問題。