[发明专利]大幅面散斑全场应变测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种应变测量方法，特别涉及一种大幅面散斑全场应变测量方法。

背景技术

随着工业制造水平的不断提高，产品零部件做的越来越大，结构也越来越复杂，使得工艺参数设计和成形过程的精确控制十分困难，制件的形状、性能与设计的零件形状、性能等往往存在一定偏差。因此，迫切需要对大型制件成形过程中的变形进行精确的测量，以帮助掌握材料的变形特性，分析材料的变形原因和变形规律，预测材料的变形趋势等，进而指导实际生产中模具结构的改进、工艺参数优化等。

传统的应变测量手段如应变片等属于接触式测量，测量精度较高，然而，当变形过大时不再是弹性变形，因此变形的测量范围十分有限；并且当测量大型工件时，由于测点较多，使得测量安装、布线相当繁琐。数字图像相关测量是近年来发展较快的一种非接触式光学测量方法，它利用图像分析方法，跟踪物体表面图像子区域的运动形态，推算物体变形的位移和应变。该方法自提出以来，因其具有的非接触性、高精度、全场测量等优势，被广泛用于材料实验中中小幅面的变形和应变测量。而对于大幅面变形测量，散斑制备以及相机标定难度较大，因此，仍存在较大的改进空间。

发明内容

为了克服现有的大幅面应变测量方式中的不足，并满足实际使用的要求，本发明提供了一种大幅面散斑全场应变测量方法，可以有效测量大型结构件载荷作用下的表面三维全场应变。

为达到以上目的，本发明是采取如下操作步骤予以实现的：

一种大幅面散斑全场应变测量方法，其特征在于，包括下述步骤：

第一步，散斑制备：采用黑、白两色哑光漆和喷涂模板在大幅面待测工件表面的测量区域进行散斑印制；

第二步，设置种子标记：在待测工件表面的散斑制备区域，绘制一个或多个标记；

第三步，双目相机标定：从不同方位拍摄标定架，获取标定架的标定图像，根据标定图像进行像机标定计算，得到两摄像机准确的位置关系，包括两摄像机的内部参数、外部参数以及镜头畸变参数，以作为第六步散斑应变计算的数据；

第四步，图像采集：使用两个像机对被测工件的变形状态进行连续同步拍摄，获取所被测工件在变形过程的序列图像；

第五步，选定种子点：选取一个变形状态下的被测工件的图像作为基础状态，在基础状态中的左相机图像标出计算区域并划分成多个方形的面片；然后选取其中一个包含第二步中绘制的所述一个或多个标记的面片作为第六步散斑应变计算的种子点；

第六步，散斑应变计算：根据第三步的相机标定结果和第四步所采集的序列变形图像，基于数字图像相关算法计算被测表面的全场应变。

本发明方法具有以下优点：

(1)由于本发明方法使用三维数字图像相关法计算应变，因此，测量精度较高。

(2)由于本发明方法系统设备简单，便于工业现场的使用。

(3)由于本发明方法现场仅需要获取散斑图像即可，数据可在线处理，因此，测量效率较高。

(4)由于本发明方法使用散斑图像作为测量依据，所以测量范围可根据实际需求进行设定，适用范围大。

(5)本发明方法属于非接触的测量方法。

附图说明

图1本发明方法具体操作流程图

图2本发明方法实验装置示意图

图3喷涂模板印刷形成的散斑场

图4手工绘制形成的散斑场

图5制备的种子标记

图6大幅面米字型标定架

图7划分计算区域并选定种子点

图8散斑应变计算结果

图9利用三维点的周围相邻点进行三维应变计算

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步的详细说明。

本发明提出一种大幅面散斑全场应变测量方法，具体操作步骤如图1所示。所采用的硬件装置组成如图2所示，主要由2个CCD像机、1个高频LED光源和1台计算机等组成。在一特定实施例中，大幅面工件为薄钢板，其尺寸为800mm×600mm×2mm。

第一步，散斑制备：采用黑、白两色哑光漆和喷涂模板在大幅面待测工件表面的测量区域进行散斑印制，如图3所示。也可使用手工绘制的方式进行散斑制备(如图4所示)。优选地，散斑制备要求：a)散斑特征应随机分布，不能出现大块的全黑或全白区域；b)散斑对比度应明显，即对比度应大于预定阈值；c)散斑制备范围应大于所测量变形区域。