本實(shí)用新型屬于應(yīng)變測量
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種基于超高精度數(shù)字圖像測量的二維應(yīng)變測量系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
：傳統(tǒng)的應(yīng)變測量方法是在試件表面粘貼應(yīng)變片，通過應(yīng)變片的拉伸、壓縮所產(chǎn)生的電信號(hào)的改變來測量其應(yīng)變，這種方法是一種直接接觸的測量方法，該方法對貼應(yīng)變片的實(shí)驗(yàn)員要求較高，并且在應(yīng)變片與被測試件之間的粘結(jié)劑粘結(jié)效果、厚度等對測量結(jié)果有多大影響不得而知，特別是在沖擊等動(dòng)態(tài)作用下，粘結(jié)劑本身的材料響應(yīng)對被測材料與應(yīng)變片之間的響應(yīng)影響是不可以忽視的。再者，很多測試材料是非常不規(guī)則的、表面也是凹凸不平的、甚至有的是難以黏貼的，因此傳統(tǒng)的應(yīng)變片在這些情況下難以滿足測試要求。而且，試驗(yàn)現(xiàn)場應(yīng)變片需要粘貼、焊接，還需要配備應(yīng)變儀、采集儀等，應(yīng)變片也是一次性的，因此試驗(yàn)成本相對較高。隨著數(shù)碼硬件的飛速發(fā)展，數(shù)字圖像測量方法逐漸顯示出其獨(dú)特的優(yōu)勢，它是一門新的測量方法，該方法具有測量多樣化，測量成本低、操作簡單，無需專業(yè)的實(shí)驗(yàn)員，而且對材料沒有任何影響等優(yōu)點(diǎn)，因此數(shù)字圖像測量方法在很多領(lǐng)域中都具有廣闊的應(yīng)用前景。自從1982年，Yamaguchi和Peters各自提出了數(shù)字圖像相關(guān)測量技術(shù)以來，數(shù)字圖像得到了廣泛的發(fā)展。隨后GongMaohan在對激光散斑相關(guān)性和位移的關(guān)系的研究基礎(chǔ)上指出，白光比激光更適合數(shù)字圖像相關(guān)方面的運(yùn)算。為了進(jìn)一步提高計(jì)算精度，提出了雙線性插值法、樣條函數(shù)法、多項(xiàng)式法以及形心法等多種方法來得到圖像的亞像素。相關(guān)算法從理論上來看其精度達(dá)到0.01像素甚至更高，但實(shí)際的圖像由于大量的噪聲，其精度難以穩(wěn)定在0.01像素。數(shù)字散斑相關(guān)測量系統(tǒng)具有抗噪聲干擾能力，該項(xiàng)技術(shù)能夠消除圖像噪聲，使得精度穩(wěn)定在0.01像素?，F(xiàn)有的散斑數(shù)字圖像相關(guān)的平面全場應(yīng)變測量方法已經(jīng)比較成熟，并且相關(guān)的產(chǎn)品在國內(nèi)外也已經(jīng)廣泛使用。但是，由于其測量的是全場應(yīng)變，相同的分辨率下所拍攝的區(qū)域大，單位區(qū)域中的像素太低，難以保證應(yīng)變測量的精度在1με范圍內(nèi)。楊勇等人在《高精度數(shù)字圖像相關(guān)測量系統(tǒng)及其技術(shù)研究》論文中提出了關(guān)于一維的應(yīng)變測量系統(tǒng)，其測量精度在1με范圍內(nèi)。該論文中所測量的兩個(gè)標(biāo)志點(diǎn)間距通常為100mm的平均應(yīng)變，對于尺寸較小的試件難以達(dá)到1με精度。再者，該系統(tǒng)中在上下兩個(gè)標(biāo)志點(diǎn)處各有兩根定標(biāo)線，該系統(tǒng)在測量前需要使用移測顯微鏡分別測量出兩定標(biāo)線的間距，由于試驗(yàn)現(xiàn)場難以擺放移測顯微鏡，因此大大降低了測量效率。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：基于上述原因，本實(shí)用新型的目的在于，提出一種基于超高精度數(shù)字圖像測量的二維應(yīng)變測量系統(tǒng)，去除了使用移測顯微鏡測量定標(biāo)線間距的過程，在能夠保證測量精度的同時(shí)，提高測量效率。具體地，本實(shí)用新型提出的一種基于超高精度數(shù)字圖像測量的二維應(yīng)變測量系統(tǒng)，包括中控電腦、標(biāo)志點(diǎn)模具、三個(gè)攝像頭和三個(gè)顯微鏡頭；所述標(biāo)志點(diǎn)模具上具有呈二維布設(shè)的三組特征標(biāo)志孔，其用于貼在被測試件上以確定出被測試件的三組特征標(biāo)志點(diǎn)；所述三個(gè)顯微鏡頭對應(yīng)安裝在三個(gè)攝像頭上，以對應(yīng)測量所述被測試件的三組特征標(biāo)志點(diǎn)；所述中控電腦與所述三個(gè)攝像頭通訊連接，以根據(jù)所述三個(gè)攝像頭的測量結(jié)果計(jì)算所述被測試件的二維應(yīng)變，并輸出二維應(yīng)變結(jié)果。在本實(shí)用新型的進(jìn)一步優(yōu)選方案中，所述三組特征標(biāo)志孔中的每一組包括呈“十”字布設(shè)的五個(gè)特征標(biāo)志孔。在本實(shí)用新型的進(jìn)一步優(yōu)選方案中，每一組特征標(biāo)志孔所限定的測量范圍為1.0mm×1.0mm。在本實(shí)用新型的進(jìn)一步優(yōu)選方案中，各個(gè)特征標(biāo)志孔的直徑為0.1mm；布設(shè)在同一行或同一列的兩組特征標(biāo)志孔的中心間距為1cm。在本實(shí)用新型的進(jìn)一步優(yōu)選方案中，所述三個(gè)攝像頭的圖像分辨率均為3288×4384。在本實(shí)用新型的進(jìn)一步優(yōu)選方案中，所述中控電腦的圖像識(shí)別分辨率為0.01像素。有益效果：本實(shí)用新型提出的超高精度數(shù)字圖像測量的二維應(yīng)變測量系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)全程自動(dòng)化，去除了使用移測顯微鏡測量定標(biāo)線間距的過程，測量精度能夠保證在1με范圍內(nèi)，提高了測量效率，并且從一維應(yīng)變測量擴(kuò)展為二維應(yīng)變測量，相對于一維測量能夠獲得更全面的數(shù)據(jù)，提升了精度和準(zhǔn)確度。附圖說明圖1是實(shí)施例提出的基于超高精度數(shù)字圖像測量的二維應(yīng)變測量系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)原理示意圖。圖2是實(shí)施例中標(biāo)志點(diǎn)模具的結(jié)構(gòu)原理示意圖。圖3是實(shí)施例中利用圖2的標(biāo)志點(diǎn)模具噴涂出的一組特征標(biāo)志點(diǎn)示意圖。圖4是實(shí)施例中利用圖2的標(biāo)志點(diǎn)模具噴涂出三組特征標(biāo)志點(diǎn)過程示意圖。圖中：10-中控電腦，21、22、23-攝像頭，31、32、33-顯微鏡頭，40-被測試件，50-標(biāo)志點(diǎn)模具。具體實(shí)施方式為了便于本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，下面將結(jié)合附圖以及實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步描述。請參閱圖1至圖4，實(shí)施例提出的基于超高精度數(shù)字圖像測量的二維應(yīng)變測量系統(tǒng)，包括中控電腦10、標(biāo)志點(diǎn)模具50、三個(gè)攝像頭21、22、23和三個(gè)顯微鏡頭31、32、33；所述標(biāo)志點(diǎn)模具50上具有呈二維布設(shè)的三組特征標(biāo)志孔(如圖2所示)，其用于貼在被測試件40上以確定出被測試件40的三組特征標(biāo)志點(diǎn)41、42、43；所述三個(gè)顯微鏡頭31、32、33對應(yīng)安裝在三個(gè)攝像頭21、22、23上，以對應(yīng)測量所述被測試件的三組特征標(biāo)志點(diǎn)41、42、43；所述中控電腦10與所述三個(gè)攝像頭21、22、23通訊連接，以根據(jù)所述三個(gè)攝像頭21、22、23的測量結(jié)果計(jì)算所述被測試件40的二維應(yīng)變，并輸出二維應(yīng)變結(jié)果，例如輸出繪制二維應(yīng)變曲線。本實(shí)施例的最佳實(shí)施方案中，三個(gè)攝像頭21、22、23的圖像分辨率均為3288×4384，中控電腦的圖像識(shí)別分辨率為0.01像素；所述三組特征標(biāo)志孔中的每一組包括呈“十”字布設(shè)的五個(gè)特征標(biāo)志孔，如圖2所示；各個(gè)特征標(biāo)志孔的直徑為0.1mm；布設(shè)在同一行或同一列的兩組特征標(biāo)志孔的中心間距為L＝1cm；每一組特征標(biāo)志孔所限定的測量范圍(也即攝像頭21、22、23的拍攝區(qū)域)為Lx×Ly＝1.0mm×1.0mm，即水平范圍Lx＝1.0mm，豎直范圍Ly＝1.0mm。測量原理本實(shí)施例中，基于超高精度數(shù)字圖像測量來確定測試件40的二維應(yīng)變主要是，通過計(jì)算三個(gè)攝像頭21、22、23測量到的被測試件樣本圖像中的灰度值的變化計(jì)算所述被測試件40的偏移量。在測量之前，可將標(biāo)志點(diǎn)模具50貼在被測試件40上，然后采用涂料通過標(biāo)志點(diǎn)模具50的三組特征標(biāo)志孔在被測試件40上噴涂出三組特征標(biāo)志點(diǎn)，如圖4所示。圖3為一組特征標(biāo)志點(diǎn)，為了便于區(qū)別，圖3中各個(gè)特征標(biāo)志點(diǎn)分別用1至5標(biāo)出。五個(gè)特征標(biāo)志點(diǎn)的測量圖3中，以特征標(biāo)志點(diǎn)5為中心，以特征標(biāo)志點(diǎn)1、4所在的方向?yàn)閤軸，以標(biāo)志點(diǎn)1、2所在的方向?yàn)閥軸建立直角坐標(biāo)系。根據(jù)數(shù)字圖像相關(guān)方法測量出五個(gè)特征標(biāo)志點(diǎn)在圖像中的像素位置(pi，j，qj，i)，其中下標(biāo)j表示第j組特征標(biāo)志點(diǎn)，j＝1,2,3，下標(biāo)i為第j組特征標(biāo)志點(diǎn)中的第i個(gè)特征標(biāo)志點(diǎn)，i＝1，2，３，４，５。四周的特征標(biāo)志點(diǎn)水平方向(x方向)和豎直方向(y方向)間距分別為Lx、Ly，其中Lx＝1.0mm、Ly＝1.0mm，則：攝像頭21所拍攝圖像在水平方向的系統(tǒng)放大率為：12Lx[(p1,4-p1,1)+(p1,3-p1,2)]]]>攝像頭21所拍攝圖像在豎直方向的系統(tǒng)放大率為：12Ly[(q1,1-q1,2)+(q1,4-q1,3)]]]>攝像頭22所拍攝圖像在水平方向的系統(tǒng)放大率為：12Lx[(p2,4-p2,1)+(p2,3-p2,2)]]]>攝像頭22所拍攝圖像在豎直方向的系統(tǒng)放大率為：12Ly[(q2,1-q2,2)+(q2,4-q2,3)]]]>攝像頭23所拍攝圖像在水平方向的系統(tǒng)放大率為：12Lx[(p3,4-p3,1)+(p3,3-p3,2)]]]>攝像頭23所拍攝圖像在豎直方向的系統(tǒng)放大率為：12Ly[(q3,1-q3,2)+(q3,4-q3,3)]]]>當(dāng)圖像發(fā)生移動(dòng)后，則變化后的圖像像素坐標(biāo)為(p′j，i，q′j，i)，其中i＝1，2，3，4，5，j＝1,2,3。則可以計(jì)算出各組特征標(biāo)志點(diǎn)的水平方向和豎直方向位移：(pj,5,-pj,5)12Lx[(pj,4-pj,1)+(pj,3-pj,2)]]]>(qj,5,-qj,5)12Ly[(qj,1-qj,2)+(qj,4-qj,3)]]]>應(yīng)變測量結(jié)果根據(jù)三個(gè)攝像頭21、22、23分別測量的二維位移建立方程，可以計(jì)算出三個(gè)在各組特征標(biāo)志點(diǎn)范圍內(nèi)各組特征標(biāo)志點(diǎn)范圍內(nèi)的二維應(yīng)變。所述被測試件在水平方向的應(yīng)變值εx：ϵx=1L{(p3,5,-p3,5)12Lx[(p3,4-p3,1)+(p3,3-p3,2)]-(p2,5,-p2,5)12Lx[(p2,4-p2,1)+(p2,3-p2,2)]}]]>所述被測試件在豎直方向的應(yīng)變值εy：ϵy=1L{(q1,5,-q1,5)12Ly[(q1,1-q1,2)+(q1,4-q1,3)]-(q2,5,-q2,5)12Ly[(q2,1-q2,2)+(q2,4-q2,3)]}]]>所述被測試件在任意方向的二維應(yīng)變值εs(α為應(yīng)變方向與水平方向即x方向的夾角)：εα＝εxcosα+εysinα精度分析本實(shí)施例采用數(shù)字圖像相關(guān)算法，其核心計(jì)算是樣本圖像中的灰度值，只要灰度圖發(fā)生偏移，中控電腦10就可以計(jì)算出其偏移量。中控電腦的圖像識(shí)別分辨率為0.01像素，三個(gè)攝像頭21、22、23的圖像分辨率均為3288×4384，拍攝的區(qū)域?yàn)?mm×1mm。換算成位移后，則各個(gè)攝像頭測量的水平方向位移分辨率為0.003μm，豎直方向位移分辨率為0.0023μm。水平方向應(yīng)變分辨率為0.3με，豎向應(yīng)變分辨率為0.23με。該精度小于1με，能夠很好的滿足應(yīng)變測量需要。圖像最大移動(dòng)的范圍是±0.5mm，兩個(gè)特征標(biāo)志點(diǎn)的最大相對移動(dòng)范圍為±1.0mm，計(jì)算得到其應(yīng)變測量范圍為0～10000με。具體測量步驟1、將標(biāo)志點(diǎn)模具50放置在被測試件40的表面，在其表面三組特征標(biāo)志孔上噴涂產(chǎn)生三組獨(dú)立的特征標(biāo)志點(diǎn)，然后移除標(biāo)志點(diǎn)模具50。2、將分別安裝有顯微鏡頭31、32、33的三個(gè)攝像頭21、22、23分別對著三組特征標(biāo)志點(diǎn)，并保證每組特征標(biāo)志點(diǎn)的五個(gè)特征標(biāo)志點(diǎn)均在畫面中，調(diào)整焦距。3、通過中控電腦10對三個(gè)攝像頭21、22、23采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行初始化，得到每個(gè)攝像頭的系統(tǒng)標(biāo)定系數(shù)。4、對被測試件40進(jìn)行加載試驗(yàn)，由中控電腦10實(shí)時(shí)采集圖像并處理，繪制二維應(yīng)變曲線。以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本實(shí)用新型的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對本實(shí)用新型專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。因此，本實(shí)用新型專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。當(dāng)前第1頁1 2 3