[發明專利]一種基于雙鏡反射的均勻應變光學測量裝置及方法

有效

• 申請號: 201610263441.X
• 申請日: 2016-04-26
• 公開（公告）號: CN105758719B
• 公開（公告）日: 2018-03-16
• 發明（設計）人: 白鵬翔;朱飛鵬;雷冬
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G01N3/06
• 分類號: G01N3/06;G01B11/16
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司32200
• 代理人: 朱楨榮

技術領域

本發明涉及均勻應變測量技術領域，特別是一種基于雙鏡反射的均勻應變光學測量裝置及方法。

背景技術

一直以來，單軸加載試驗是材料基本性能測試中最常用也是最可靠的方法之一，利用單軸試驗可以對被測樣品的拉伸應變、彈性模量、泊松比等力學參數進行測量。在單軸試驗中，傳統上采用電阻應變片、引伸計等接觸式方法對被測樣品的應變進行測量。然而，接觸式測量在一定程度上阻礙了樣品表面的變形，且易對樣品表面造成損傷，在越來越多的新材料檢測領域不能被接受。用于類似單軸試驗的非接觸測量方法中，激光干涉計量由于對隔震條件和測量環境要求苛刻使其應用受到限制，已經商品化的視頻引伸計具有光學測量的優勢，其測量結果卻極易受到被測樣品離面位移的干擾，從而與真實數據嚴重偏離。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是克服現有技術的不足而提供一種基于雙鏡反射的均勻應變光學測量裝置及方法，使用該測量裝置進行均勻應變測量時，可以使得被測樣品表面無損、測量結果穩定，而且可以消除由于被測樣品表面產生離面剛體位移而引起的虛假應變，以及被測樣品初始彎曲帶來的影響，使測量結果更加準確。

本發明為解決上述技術問題采用以下技術方案：

根據本發明所述的一種基于雙鏡反射的均勻應變光學測量裝置，包括光源、第一反射鏡、第二反射鏡、攝像機和處理器；其中，

光源用于產生非相干光，非相干光照射被測樣品的第一被測面和第二被測面，第一被測面和第二被測面相互平行，且第一被測面和第二被測面均與攝像機的光軸平行；

第一反射鏡，用于使第一被測面經其反射成像至攝像機的鏡頭上；

第二反射鏡，用于使第二被測面經其反射成像至攝像機的鏡頭上；

攝像機，用于將采集到的第一被測面的圖像和第二被測面的圖像傳輸至處理器進行處理，得到被測樣品的應變。

作為本發明所述的一種基于雙鏡反射的均勻應變光學測量裝置進一步優化方案，所述第一反射鏡和第二反射鏡為相同規格的反射鏡，且大小相等。

作為本發明所述的一種基于雙鏡反射的均勻應變光學測量裝置進一步優化方案，第一反射鏡和第二反射鏡是對稱設置在被測樣品的兩側。

作為本發明所述的一種基于雙鏡反射的均勻應變光學測量裝置進一步優化方案，所述第一反射鏡與被測樣品的第一被測面成45度角，第二反射鏡與被測樣品的第二被測面成45度角。

作為本發明所述的一種基于雙鏡反射的均勻應變光學測量裝置進一步優化方案，所述處理器為計算機。

基于一種基于雙鏡反射的均勻應變光學測量裝置的測量方法，包括如下步驟：

步驟1、在被測樣品的第一被測面、第二被測面上分別制造特征圖案；

步驟2、在被測樣品發生變形前，采集變形前的第一被測面和第二被測面的圖像；在變形前的第一被測面的圖像中選取兩個特征點，兩特征點連線方向與應變方向平行，這兩特征點間距為第一標距；在變形前的第二被測面的圖像中也選取兩個特征點，兩特征點連線方向與應變方向平行，這兩特征點間距為第二標距；

步驟3、在被測樣品發生變形后，采集得到變形后的第一被測面和第二被測面的圖像，分別測量出被測樣品的兩個被測表面的應變；具體如下：

根據變形后的第一被測面的圖像，利用數字圖像相關算法分別計算出兩個特征點的絕對位移，將這兩個特征點的絕對位移相減得出兩個特征點的相對位移，兩個特征點的相對位移再除以第一標距即得到第一被測面的應變；

根據變形后的第二被測面的圖像，利用數字圖像相關算法分別計算出兩個特征點的絕對位移，將這兩個特征點的絕對位移相減得出兩個特征點的相對位移，兩個特征點的相對位移再除以第二標距即得到第二被測面的應變；

步驟4、測量出被測樣品的應變：將步驟3中計算出的第一被測面的應變和第二被測面的應變進行算術平均，即得到被測樣品的應變。

本發明采用以上技術方案與現有技術相比，具有以下技術效果：

（1）被測樣品表面無損；與工業領域中以位移計為代表的傳統的接觸式測量技術相比，本發明采用是光學測量技術，不需要與被測樣品表面接觸，因而對被測樣品的表面沒有損傷，也不會阻止其變形；

（2）測量結果穩定；激光干涉測量方法靈敏度雖高，卻因為對于隔振和測量環境的高要求而被通常局限在特定環境內；本發明采用不需要激光干涉的特征點識別方法來進行數字圖像的數據處理，對于隔振的要求大大降低，測量結果比激光干涉測量技術更加穩定；