[發明專利]測量材料定向形變離面位移的方法

有效

• 申請號: 202110245556.7
• 申請日: 2021-03-05
• 公開（公告）號: CN113063356B
• 公開（公告）日: 2023-06-23
• 發明（設計）人: 趙冉;賈金升;張敬;劉波;孔壯;那天一;王一葦
• 申請（專利權）人: 中國建筑材料科學研究總院有限公司
• 主分類號: G01B11/02
• 分類號: G01B11/02;G01B11/16
• 代理公司: 北京鼎佳達知識產權代理事務所(普通合伙) 11348
• 代理人: 張曉萍;劉鐵生

1.一種測量材料定向形變離面位移的方法，其特征在于，包括：

分別獲取材料形變前的正投影圖像和形變后的正投影圖像；

利用數字圖像相關算法獲得形變前后的兩幅圖像之間的面內位移場；

根據斜面的數學關系，由所述面內位移場得到材料形變的離面位移標量場；

所述的分別獲取材料形變前的正投影圖像和形變后的正投影圖像，具體包括：

開啟光源，將材料置于光源上方的三維透光載物臺上，調節顯微鏡的物鏡的放大倍數和工業相機的焦距，使材料上表面的圖像能夠清晰地被工業相機拍攝到，拍攝材料形變前的正投影圖像，然后根據形變的速度設定拍攝時間間隔，拍攝材料形變后的正投影圖像；

所述材料形變前后的兩幅圖像的尺寸在256*256像素至1024*1024像素之間；

所述數字圖像相關算法的窗口大小在40*40像素至60*60像素之間，使形變前后的兩幅圖像中所有點的面內位移在3個像素至30個像素之間；所述的利用數字圖像相關算法獲得形變前后的兩幅圖像之間的面內位移場，根據斜面的數學關系，由所述面內位移場得到材料形變的離面位移標量場；具體包括：

形變前后的兩幅圖像之間的面內位移場由式(1)計算得到：

式(1)中，d為形變前后的總面內位移；u和v分別為圖像上每點在x方向和y方向上的面內位移，利用數字圖像相關算法得到u＝Δu+u'，v＝Δv+v'，其中，Δu和Δv分別為圖像上每點在x方向和y方向上的整像素位移，u'和v'分別為圖像上每點在x方向和y方向上的亞像素位移；R為圖像寬度；α為形變角度；

將材料形變定義為斜面形變，根據斜面的數學關系，材料形變的離面位移w由式(2)計算得到：

w＝Rsinα????????(2)

式(2)中，R為圖像寬度；α為形變角度，其由式(1)計算得到。

2.根據權利要求1所述的測量材料定向形變離面位移的方法，其特征在于，所述材料形變前后的兩幅圖像中所有點的形變均為微納米形變。

3.根據權利要求1所述的測量材料定向形變離面位移的方法，其特征在于，根據顯微鏡的放大倍數將離面位移的單位由像素單位轉換成長度單位，得到離面位移高度。

4.根據權利要求1所述的測量材料定向形變離面位移的方法，其特征在于，所述材料形變前后的兩幅圖像的尺寸在512*512像素至1024*1024像素之間。

5.根據權利要求1所述的測量材料定向形變離面位移的方法，其特征在于，還包括：

判斷所述離面位移標量場的矢量方向；若材料發生膨脹形變，所述離面位移的矢量方向為上凸；若材料發生收縮形變，所述離面位移的矢量方向為下凹。

6.根據權利要求5所述的測量材料定向形變離面位移的方法，其特征在于，通過宏觀的觀察材料的形變特征為膨脹型還是收縮型來判斷所述離面位移標量場的矢量方向；或

通過先驗法來判斷所述離面位移標量場的矢量方向：材料在受熱或高壓作用下發生膨脹形變；材料在受冷或腐蝕作用下發生收縮形變。

7.根據權利要求1所述的測量材料定向形變離面位移的方法，其特征在于，所述的測量材料定向形變離面位移的方法用Matlab軟件進行處理。

8.根據權利要求1所述的測量材料定向形變離面位移的方法，其特征在于，具體包括以下步驟：

1)開啟光源，將光纖傳像材料置于光源上方的透光載物臺上，調節顯微鏡的物鏡的放大倍數和工業相機的焦距，使光纖傳像材料的上表面的像能夠清晰地被工業相機拍攝到；

使用壓電陶瓷使光纖傳像材料傾斜，傾斜高度為25μm，方向為向上，圖像尺寸均為400*400像素，每個像素的尺寸為0.08微米，分別為在50倍光學放大顯微鏡下拍攝到的變形前與變形后的二維圖像；

2)根據形變速度設定拍攝時間間隔，獲得形變前后的兩幅圖像，圖像的尺寸設定在1024*1024像素，將數字圖像相關算法的窗口大小設定為50*50像素，對兩幅圖像的面內位移場進行預測試，保證兩幅圖像之間所有點的面內位移在5個像素至20個像素之間；

3)首先運用數字圖像相關算法獲得兩幅圖像之間的面內位移場，根據斜面的數學關系即可由面內位移場得到形變的離面位移標量場；

4)根據形變的類型判斷出離面位移的方向，若發生的形變為膨脹型，即受熱、高壓作用下的形變，離面位移的方向為上凸的；若發生的形變為收縮型，即受冷、腐蝕類形變，離面位移的方向為下凹的。