[發(fā)明專利]基于雙相機(jī)的高精度光學(xué)引伸計(jì)及測量方法

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• 申請日: 2019-10-31
• 公開（公告）號: CN110763146A
• 公開（公告）日: 2020-02-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 白鵬翔;朱飛鵬;雷冬
• 申請（專利權(quán)）人: 河海大學(xué)
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16
• 代理公司: 32224 南京縱橫知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 嚴(yán)曉彪

本發(fā)明公開了一種基于雙相機(jī)的高精度光學(xué)引伸計(jì)，包括兩臺縱向擱置在支架的數(shù)字相機(jī)和數(shù)據(jù)處理裝置；數(shù)字相機(jī)的光軸相互平行，分別過兩目標(biāo)點(diǎn)的中心且分別垂直被測樣品表面；數(shù)據(jù)處理裝置通過驅(qū)動兩臺數(shù)字相機(jī)采集被測樣品表面的數(shù)字圖像；由相關(guān)運(yùn)算模塊，根據(jù)數(shù)字圖像相關(guān)算法對采集的數(shù)字圖像進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，追蹤被測樣品表面的兩目標(biāo)點(diǎn)的位移信息；由后處理模塊，利用位移信息結(jié)合兩目標(biāo)點(diǎn)的間距信息，計(jì)算局部均勻應(yīng)變。本發(fā)明使用了兩臺數(shù)字相機(jī)對目標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行追蹤，可以在較低成本的基礎(chǔ)上消除因單相機(jī)針孔成像模型由于被測樣品產(chǎn)生離面位移而導(dǎo)致的虛假位移和虛假應(yīng)變，從而提高了樣品的面內(nèi)位移和應(yīng)變測量精度和分辨率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種光學(xué)引伸計(jì)及測量方法，具體涉及一種基于雙相機(jī)的高精度光學(xué)引伸計(jì)及測量方法，屬于光學(xué)測量及無損檢測技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

應(yīng)變測量一向是材料性能檢測、結(jié)構(gòu)失效分析、工業(yè)變形監(jiān)測等領(lǐng)域的重要目標(biāo)之一，傳統(tǒng)的應(yīng)變測量技術(shù)主要包括接觸式和非接觸式測量技術(shù)。接觸式測量技術(shù)如電阻應(yīng)變片、光纖應(yīng)變計(jì)或機(jī)械式引伸計(jì)等方法不僅給被測樣品添加了附加質(zhì)量，還有可能由于粘結(jié)劑的使用在一定程度上對樣品起到了強(qiáng)化作用，使得這些測量方式在越來越多的生物材料、薄膜材料等樣品的檢測方面難以被接受。非接觸測量技術(shù)中，用于全場測量的二維和三維數(shù)字圖像相關(guān)技術(shù)對于應(yīng)變的檢測精度還有待提高，目前也已經(jīng)出現(xiàn)了越來越多基于光學(xué)方法的視頻引伸計(jì)，如Instron公司已商品化的視頻引伸計(jì)，應(yīng)變測量精度也不能滿足實(shí)際應(yīng)用的需要。

更為重要的是，實(shí)際的實(shí)驗(yàn)條件下樣品會由于各種原因產(chǎn)生一定的離面位移，在針孔成像模型條件下離面位移會在成像系統(tǒng)的像面上產(chǎn)生虛假位移和虛假應(yīng)變，會極大地干擾應(yīng)變測量結(jié)果的精度和分辨率。

針對該問題白鵬翔等人在2015年提出了一種應(yīng)變修正方法，需要額外附加修正片來保證較高的精度，有學(xué)者提出使用遠(yuǎn)心鏡頭來規(guī)避針孔成像模型，高昂的價(jià)格限制了其在實(shí)際工程中的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種基于雙相機(jī)，有效消除由于被測樣品離面位移而導(dǎo)致的虛假位移和虛假應(yīng)變，提高均勻應(yīng)變測量的精度和分辨率的光學(xué)引伸計(jì)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：

基于雙相機(jī)的高精度光學(xué)引伸計(jì)，包括兩臺數(shù)字相機(jī)、支架、數(shù)據(jù)處理裝置；

所述兩臺數(shù)字相機(jī)縱向擱置在支架，光軸相互平行且分別垂直被測樣品表面；

所述數(shù)據(jù)處理裝置與兩臺數(shù)字相機(jī)相連，通過驅(qū)動兩臺數(shù)字相機(jī)采集被測樣品表面的數(shù)字圖像；

所述數(shù)據(jù)處理裝置，還包括相關(guān)運(yùn)算模塊和后處理模塊；

所述相關(guān)運(yùn)算模塊，根據(jù)數(shù)字圖像相關(guān)算法對采集的數(shù)字圖像進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，追蹤被測樣品表面的兩目標(biāo)點(diǎn)的位移信息；

所述后處理模塊，利用獲取的位移信息，結(jié)合兩目標(biāo)點(diǎn)的間距信息，計(jì)算局部均勻應(yīng)變。

上述兩臺數(shù)字相機(jī)具有相同的規(guī)格型號，采用相同規(guī)格的長焦距鏡頭。

上述數(shù)據(jù)處理裝置驅(qū)動兩臺數(shù)字相機(jī)，同步采集數(shù)字圖像。

上述支架可微調(diào)，包括相機(jī)間的縱向間距。

上述局部均勻應(yīng)變的計(jì)算式為：(x2-x1)/s；

式中，x1和x2分別為被測樣品表面的兩目標(biāo)點(diǎn)的位移；s為兩目標(biāo)點(diǎn)的間距。

上述的基于雙相機(jī)的高精度光學(xué)引伸計(jì)的測量方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、將兩臺數(shù)字相機(jī)安裝在相機(jī)支架上，使兩臺數(shù)字相機(jī)的光軸平行，且均與被測樣品表面垂直；