用投影散斑法测量三维微位移

采用光学非接触法测量三维微位移,基于三角测量法投影数字散斑照射参考面和待测物体表面,利用数字散斑相关法原理,求解变形位移信息,实验结果表明,数字散斑相关技术在三维变形测量的有效性和可靠性,并且为三维物体形变的测量提供了新的研究思路。     

基于相移和颜色分光的电子散斑干涉瞬态三维变形测量方法

提出了一种基于相移和颜色分光的电子散斑干涉(ESPI)瞬态三维变形测量方法,该方法包括一个彩色CCD和红绿蓝三种不同波长的激光器,可同时采集来自三路的散斑干涉图像。物体面内水平方向、竖直方向以及离面方向的散斑干涉图像信息通过颜色分光实现分离,并利用相移算法对散斑干涉条纹图进行分析处理,分别解调出水平、竖直及离面方向的变形场相位,实现三维变形场的测量。模拟及实验分析表明,此方法能同时实现物体面内水平方向、竖直方向以及离面方向的变形测量,可用于物体表面的三维瞬态变形测量,也可单独完成面内或离面的二维变形测量。     

基于数字散斑相关法的金属材料力学性能的测试

数字散斑相关技术以其非接触,可以采用自然光,甚至利用材料表面天然纹理就可以进行位移、应变测试,在土木、机械和生物医学领域等得到了广泛应用,被学术界和工业界进一步研究和工程中所采用.为明确硬质材料受力后的位移分布和应变分布,为应用提供实验依据.在金属材料位移场和应变场的测试中采用了高精度的数字散斑相关技术,并利用自然光对金属材进行了非接触式测量,得到了由外力引起的横向和纵向的变形及应变等力学参量,数字散斑所测结果与电阻应变计结果吻合较好.表明数字散斑相关测量技术应用于硬质材料力学参量有效,能够较好地解决了力学量测试工作.     

空间载波数字散斑干涉脉动微变形的全场测量

本文运用空间载波数字散斑干涉法测量薄板的离面脉动微变形,实现了对非周期或非规则周期振动的动态定量测量,克服了传统频闪法数字散斑干涉测量对振动频率稳定性的严格要求。理论和试验证明,本方法能够测量微纳米级别的全场脉动变形,最大可测脉动频率与相机帧率和变形幅度相关。     

数字散斑相关在电致伸缩效应测量中的应用

利用数字散斑相关方法对纳米钛酸钡／聚氨酯复合材料进行了光学实验，研究了其在外加强直流电场作用下的电致伸缩应变随电压变化的规律。采用CCD及计算机处理系统，实时获取了外加高电场作用下试件表面位移场的散斑图；应用数字散斑相关方法获得了试件的应变量与外加电场强度的关系，从而得到试件的电致伸缩系数。对该方法进行了详尽的阐述，并对测量结果进行了分析。实验结果验证了数字散斑相关方法测量电致伸缩效应的可行性和有效性，为电致伸缩效应的测量提供了一个有效途径。     

数字散斑干涉法测量金属热变形

首先阐述了数字散斑干涉法测量面内及离面变形量的原理和装置结构,并将其应用于铝合金材料的热变形测量中;结合数字图像处理技术,获得代表变形量的数字散斑干涉条纹图。结果表明数字散斑干涉测量法具有实时性强、结构简单、全场,非接触测量等优点。     

数字散斑相关法仪器化的应用研究

本文简述数字散斑相关方法原理、仪器设备的构成,以三点弯曲简支梁试验作为测试对象,介绍由Basler数字CCD、1394卡、Nikon定焦镜及自行研制的相关软件一整套仪器测量面内位移的全过程,说明数字散斑相关法仪器及其应用。数字散斑测量仪器是一种自动化程度高、非接触测量、精度高、灵敏度好、实验环境要求低的仪器,在工程测试中将会有广泛的应用,也是未来光测力学发展的主要方向之一。     

数字散斑相关法在变形测量中的应用

为了克服传统的变形测量方法的局限性,实现整体变形和测量范围内各点在任一时刻具体位移的全面测量,以得到完整的变形数据,本文采用数字相关散斑法(DSCM)对变形进行了精确测量.首先,通过与传统变形测量方法进行比较,归纳出DSCM具有非接触、精度高、操作简单灵活、测量全面等优点.然后,描述了散斑法的基本理论,建立了相关的数学...     

高温焊接变形视觉测量方法与实验研究

针对材料高温焊接变形测量,设计由松下焊接机器人、红外热成像仪和三维数字散斑应变测量及分析系统组成的一套双目视觉测量装置。制备一种耐高温数字散斑试样以解决图像“弱相关现象”问题;由于焊接高温产生热辐射,研究了高温热辐射光谱规律,采用（400～760）nm波段的滤光片,降低热辐射对图像质量的影响,获得清晰图像;采用数字图像相关法,通过三维数字散斑应变测量及分析系统,对Q235B低碳钢焊接时的形变进行了测量。实验结果表明,钢板在焊接过程中最高温度达到1100℃,焊缝区的变形量为2.58mm,非焊缝区变形呈逐渐减小趋势,冷却后试件最大变形量变形为0.78mm。为材料高温变形,提供了一种双目视觉测量方法。     

用数字散斑相关技术研究压痕尺寸效应

采用数字散斑相关技术计算了被测表面硬度压痕周围的塑性变形场特征,结合不同显微硬度测试方法的结果及有限元模拟结果,系统讨论了压痕尺寸效应问题.结果表明:在不同测试条件下,被测表面压痕周围的变形表现出两种状态,并且与载荷有关,使表面变形方向改变的载荷与产生压痕尺寸效应时的载荷是比较接近的;说明现有压痕计算在建模时不论载荷大小,而采用一种模型是不合理的,即当压头压入材料的深度不同时应该采用不同的模型进行分析计算.     

应用数字散斑相关的运动轴面位置匹配

由于进行转轴动态扭矩测量时的旋转运动会导致应变测量无法直接进行,故提出了应用数字散斑相关技术的动态转轴表面位置匹配方法。该方法可通过对旋转运动中轴面位置的识别实现后续转轴表面应变位移的计算。搭建了运动轴面数字散斑相关实验系统,进行了轴面灰度值稳定转角范围的标定实验、标准转角的转角位移测量实验和运动轴面位置识别实验。实验表明,本系统轴表面图像在-π/15~π/15转角内灰度值较稳定,该转角范围对应转动方向160个像素,相关系数曲面有明显峰值,转角为-π/15和π/15的相关度分别为0.389 2和0.322 1,超出该范围后图像灰度信息淹没在由轴面弧度变化引起的噪声中;标准转角轴面位移识别精度和运动轴面位置识别精度为1像素。本文方法解决了旋转运动轴面的位置匹配这类大位移测量问题,为动态转轴的位移、应变等测量问题提供了有效方法。     

一种基于双目视觉数字图像相关的机械密封端面变形测量系统的设计

基于双目视觉数字图像相关技术,设计了机械密封端面变形测量系统的方案。选用合适的高速数字摄像机、镜头、采集卡、光源、标定板、支架系统和服务器等构建了该系统的硬件,并基于双目视觉数字图像相关方法开发了相关软件。该系统可实现机械密封表面的三维形貌以及在力、热载荷作用下变形的全场测量,结构简单,使用方便。这为研究影响机械密封变形的关键因素及探索减小其变形的措施奠定了基础。     

数字图像相关法在竹纤维材料拉伸试验中的应用

采用数字图像相关法(DICM)对竹片变形前后的图像进行相关计算,获得了竹纤维材料在弹性范围内的位移和应变,并与电测法的结果相比较.试验结果表明,数字图像相关法能够有效地测量竹纤维材料的力学性能.     

特征尺寸驱动的鞋楦参数化设计

针对鞋楦数字化设计中对非线性尺寸的约束要求,提出一种基于微分坐标变形的尺寸驱动曲面变形方法,实现围长驱动的楦型设计。基于足-楦尺寸的对应关系修改鞋楦上的非线性尺寸,将围长尺寸变化映射为围线形状的变化,再由变化后的围线形状通过网格变形技术转化为楦型曲面的形状修改。通过迭代计算,可以保证围度曲线长度的精确约束;同时,根据楦型设计规律增加的位置约束和方向约束使变形后的曲面能够继承原有楦型曲面内在的形状特征;拉普拉斯变形拥有的特征保持性特点使变形后的鞋楦仍然保持原有的楦型样式,且其最小二乘意义下的求解框架有利于均布计算误差,使变形更加光顺、自然。试验结果表明,所提方法变形自然,实用性强。     

高速三维数字图像法测量手机跌落全场应变

为了测量手机跌落时的变形与应变,基于数字图像相关法及双目立体视觉原理,提出一种用于手机跌落试验中变形与应变测量的方法,并研制了相应的高速三维全场应变光学测量系统。针对手机跌落碰撞过程中,角度变化导致散斑匹配失败率高,变形应变场缺损严重的问题,利用高速相机高速采集图像,并改进图像匹配方法,采用顺序逐帧基准匹配,保证了测量精度,提高了应变场完整度。研制了光学测量系统,设计了试验方案,进行了数字图像测量方法与动态应变仪测量结果的对比,对改进的散斑匹配方案进行了验证。试验结果表明,本文的方法使变形应变场的完整度提高了21%,其位移动态测量精度为0.42%,应变测量精度为0.5%。本文的方法和系统可以满足手机跌落碰撞全场变形与应变测量的要求,与传统测量方式相比有明显优势,是研究手机跌落碰撞变形规律的有效途径。     

碳纤维加固钢筋混凝土梁的试验研究

通过不同加固方式的弯曲试验结果与理论计算值进行比较，结果表明基于钢筋混凝土设计的解析计算法来计算此种复合结构，理论与试验结果存在较大偏差。并且，试验结果进一步表明了碳纤维加固后的钢筋混凝土粱的非线性变形规律。     

数字图像相关法测量金属薄板焊接的全场变形

提出了一种基于数字图像相关法和双目视觉技术的全场三维变形测量方法来测量金属薄板焊接过程中的高温变形.首先,提出一种基于种子点的高精度图像匹配算法求解相关匹配非线性优化初值.然后,介绍了三维坐标重建以及三维位移、三维应变的求解算法.最后,借助于VC+ +6.0开发环境,研制了用于薄板焊接全场变形测量的实验系统.为验证本文方法在材料力学性能实验方面的可行性,利用标准材料试验机和自主研制的图像采集装置设计了钢试件的标准拉伸实验,并采用Q235板材件进行了焊接变形测量实验.实验表明:本文方法的应变测量精度为0.5％,与引伸计的测量结果基本相当;与传统的测量方法相比,提出的方法可以更全面、更直观地测量金属薄板在整个焊接过程中的三维移和应变场,并且测得的3个方向的位移变化曲线过渡自然、数据合理,是研究焊接变形规律的有效手段.     

Study on the effect of DIC deformation sensor on mechanical property of substrate

The thin epoxy film with micro-scale speckle pattern as a digital image correlation (DIC) deformation sensor has been fabricated or transferred on the surface of sample in the previous study. When the thickness of the film cannot be ignored, it may have an influence on the validity of measurement results. And thus, the influence of the thin epoxy film on mechanical properties of substrates should be investigated. In this study, the mechanical behavior of thin film itself and surface strain of composite structure of thin film and substrate were measured using micro digital image correlation (MDIC) method. And theoretical and simulative results were also analyzed. From the comparison analysis of theoretical, simulative and experimental results, it is concluded that when the ratios of Young’s modulus and thickness between the film and substrate are smaller than 13 and 0.5 respectively, the influence from the thin film can be ignored, and thin epoxy film as DIC sensor can be used to measure the deformation of substrate.     

基于骨架和分形的混凝土裂缝图像识别算法

裂缝严重影响混凝土结构的安全性,为此研究人员开发各种检测技术来实现对裂缝的检测。基于数字图像的检测方法以其非接触、高精度等特点在实际工程中得到广泛地应用。分形理论属于非线性科学,适合用来描述无序的混乱现象和不规则的形态。利用摄像机拍摄清晰、完整的混凝土裂缝图像,结合数字图像处理技术和分形理论研究图像中裂缝及其他元素(诸如孔洞、杂质等)的自相似特征。通过分析混凝土裂缝图像面积-周长关系的分形规律,提出了一种结合简单灰度骨架提取和分形优化的裂缝识别算法。实验结果表明:裂缝与其他元素在分形特征上有着显著的不同,可利用该规律为混凝土表面裂缝的识别提供可靠的依据。     

水力机械中磨粒及侵入方向对磨损的影响研究

利用有限元分析了磨粒的尺寸、形状和磨粒侵入方向对磨粒磨损的影响，得出磨粒的尺寸和形状会明显影响材料表面变形、表面接触压力和表层应力，其影响关系是非线性关系。磨粒侵入方向不仅影响材料表面变形、表面接触压力和表层应力的大小，而且会引起压力和应力分布形状的改变。