[發(fā)明專利]一種基于鏡頭成像和雙棱鏡反射的光學引伸計及均勻應(yīng)變測試方法

在審

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• 申請日: 2020-07-30
• 公開（公告）號: CN111829448A
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 朱飛鵬;白鵬翔;雷冬
• 申請（專利權(quán)）人: 河海大學
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16;G01B11/02
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發(fā)明公開了一種基于鏡頭成像和雙棱鏡反射的光學引伸計及均勻應(yīng)變測試方法，該光學引伸計包括數(shù)字相機、成像鏡頭、第一斜方棱鏡、第二斜方棱鏡及數(shù)據(jù)處理裝置；兩個的斜方棱鏡置于成像鏡頭和被測試樣之間，每個斜方棱鏡的一個反射面朝向數(shù)字相機的透鏡方向，數(shù)字相機與數(shù)據(jù)處理裝置相連，并提供一種基于鏡頭成像和雙棱鏡反射的均勻應(yīng)變測試方法，本發(fā)明的光學引伸計使得硬件搭建更便捷，應(yīng)變測試方法中標距的標定更準確，且該光學引伸計幾乎不受試樣離面位移的影響，實現(xiàn)基于單個普通鏡頭成像的高分辨率和高精度的應(yīng)變測量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種光學引伸計均勻應(yīng)變測試方法，尤其涉及一種基于鏡頭成像和雙棱鏡反射的光學引伸計均勻應(yīng)變測試方法。

背景技術(shù)

應(yīng)變測量對于各種材料的力學性能測定以及結(jié)構(gòu)的設(shè)計具有舉足輕重的意義。當前常用的應(yīng)變測量方法如電阻應(yīng)變片、電子引伸計或光纖應(yīng)變計等接觸式方法，在測量時需要在被測試樣上安裝元器件，容易引起損傷，使得這些方法不適用小尺寸、大變形尤其是柔性材料的檢測，而這些是正是非接觸測量方法得以大顯身手的領(lǐng)域。非接觸應(yīng)變測量方法主要以光學(視頻)引伸計為代表，目前國際知名試驗機生產(chǎn)商如MTS、Instron都推出各自的視頻引伸計產(chǎn)品。然而，光學引伸計的應(yīng)變測量精度常常不高，限制了其應(yīng)用，主要原因有兩點：一是實際測試條件下試樣不可避免會產(chǎn)生一定的離面位移，根據(jù)針孔相機模型，在成像系統(tǒng)的像面上將產(chǎn)生虛假位移和虛假應(yīng)變，從而極大地降低應(yīng)變測量精度和分辨率；二是受相機分辨率的限制，引伸計標距通常無法超過相機分辨率。

目前的光學引伸計在調(diào)整光路時不夠方便，采用遠心鏡頭成像會存在成本較高、放大倍率恒定的缺點，不能靈活調(diào)節(jié)，不具有通用性；采用普通鏡頭成像，則需要在待測試樣表面粘貼一個剛性薄片，在操作上仍然比較繁瑣。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：本發(fā)明的第一目的為提供一種標距的標定更準確、不受試樣離面位移的影響、高分辨率和高精度的基于鏡頭成像和雙棱鏡反射的光學引伸計，本發(fā)明的第二目的為提供一種基于鏡頭成像和雙棱鏡反射的均勻應(yīng)變測試方法。

技術(shù)方案：本發(fā)明的基于鏡頭成像和雙棱鏡反射的光學引伸計，包括數(shù)字相機、成像鏡頭、第一斜方棱鏡、第二斜方棱鏡及數(shù)據(jù)處理裝置；

兩個的斜方棱鏡置于成像鏡頭和被測試樣之間，每個斜方棱鏡的一個反射面朝向數(shù)字相機的透鏡方向，

被測試樣表面的上部目標點依次經(jīng)過上斜方棱鏡的兩次反射，下部目標點依次經(jīng)過下斜方棱鏡的兩次反射之后，分別入射到普通鏡頭的左、右各一半透鏡中；普通鏡頭對反射后的被測試樣表面上、下目標區(qū)域同時進行成像，在數(shù)字相機靶面上形成一幅數(shù)字圖像；數(shù)字相機同時拍攝兩個目標區(qū)域獲得一幅數(shù)字圖像，并將拍攝得到的數(shù)字圖像傳輸至數(shù)據(jù)處理模塊，每個目標區(qū)域的信息各占據(jù)數(shù)字相機靶面的一半畫幅，實現(xiàn)單個普通相機對兩個分離目標圖像的同時采集；光學引伸計兩個目標點分別取在一幅數(shù)字圖像左、右區(qū)域的水平中線上。

進一步地，兩個斜方棱鏡的尺寸相同。每個斜方棱鏡的兩個45度傾斜面為鍍膜面，以增加反射性能。

兩個斜方棱鏡形成X形位于同一高度。成像鏡頭為定焦鏡頭或變焦鏡頭。數(shù)據(jù)處理裝置包括標定模塊、運算模塊和后處理模塊，標定模塊用來標定分離視場中第一和第二目標點間的像素距離，運算模塊根據(jù)接收到的數(shù)字圖像獲取第一和第二目標點沿著測量方向的位移信息，后處理模塊利用運算模塊獲取的位移信息，結(jié)合第一和第二目標點間的像素距離獲得被測試樣表面的均勻應(yīng)變信息。

本發(fā)明的基于鏡頭成像和雙斜方棱鏡反射的光學引伸計的均勻應(yīng)變測試方法，包括如下步驟：

(a)在被測試樣表面放置一把刻度尺，拍攝得到一幅數(shù)字圖像，根據(jù)數(shù)字圖像的刻度線讀數(shù)，計算得到視場分離產(chǎn)生的像素距離；

(b)利用被測試樣表面散斑圖像；將第一目標點和第二目標點分別取在數(shù)字圖像左、右區(qū)域的水平中線上，結(jié)合視場分離產(chǎn)生的像素距離，計算出兩個目標點的初始間距s；