[发明专利]基于超高精度数字图像测量的二维应变测量系统

说明书

本发明涉及一种基于超高精度数字图像测量的二维应变测量系统，包括中控电脑、标志点模具、摄像头组和显微镜头组；所述标志点模具上具有呈二维布设的三组特征标志孔，其用于贴在被测试件上以确定出被测试件的三组特征标志点；所述摄像头组包括三个摄像头，所述显微镜头组包括三个显微镜头，所述三个显微镜头对应安装在三个摄像头上，以对应测量所述被测试件的三组特征标志点；所述中控电脑与所述三个摄像头通讯连接，以根据所述三个摄像头的测量结果计算所述被测试件的二维应变，并输出二维应变结果。本发明实现了全程自动化，去除了使用移测显微镜测量定标线间距的过程，提高了测量效率，并且从一维应变测量扩展为二维应变测量，提升了准确度。

技术领域

本发明属于应变测量技术领域，具体涉及一种基于超高精度数字图像测量的二维应变测量系统。

背景技术

传统的应变测量方法是在试件表面粘贴应变片，通过应变片的拉伸、压缩所产生的电信号的改变来测量其应变，这种方法是一种直接接触的测量方法，该方法对贴应变片的实验员要求较高，并且在应变片与被测试件之间的粘结剂粘结效果、厚度等对测量结果有多大影响不得而知，特别是在冲击等动态作用下，粘结剂本身的材料响应对被测材料与应变片之间的响应影响是不可以忽视的。再者，很多测试材料是非常不规则的、表面也是凹凸不平的、甚至有的是难以黏贴的，因此传统的应变片在这些情况下难以满足测试要求。而且，试验现场应变片需要粘贴、焊接，还需要配备应变仪、采集仪等，应变片也是一次性的，因此试验成本相对较高。

随着数码硬件的飞速发展，数字图像测量方法逐渐显示出其独特的优势，它是一门新的测量方法，该方法具有测量多样化，测量成本低、操作简单，无需专业的实验员，而且对材料没有任何影响等优点，因此数字图像测量方法在很多领域中都具有广阔的应用前景。

自从1982年，Yamaguchi和Peters各自提出了数字图像相关测量技术以来，数字图像得到了广泛的发展。随后Gong Maohan在对激光散斑相关性和位移的关系的研究基础上指出，白光比激光更适合数字图像相关方面的运算。为了进一步提高计算精度，提出了双线性插值法、样条函数法、多项式法以及形心法等多种方法来得到图像的亚像素。相关算法从理论上来看其精度达到0.01像素甚至更高，但实际的图像由于大量的噪声，其精度难以稳定在0.01像素。数字散斑相关测量系统具有抗噪声干扰能力，该项技术能够消除图像噪声，使得精度稳定在0.01像素。现有的散斑数字图像相关的平面全场应变测量方法已经比较成熟，并且相关的产品在国内外也已经广泛使用。但是，由于其测量的是全场应变，相同的分辨率下所拍摄的区域大，单位区域中的像素太低，难以保证应变测量的精度在1με范围内。杨勇等人在《高精度数字图像相关测量系统及其技术研究》论文中提出了关于一维的应变测量系统，其测量精度在1με范围内。该论文中所测量的两个标志点间距通常为100mm的平均应变，对于尺寸较小的试件难以达到1με精度。再者，该系统中在上下两个标志点处各有两根定标线，该系统在测量前需要使用移测显微镜分别测量出两定标线的间距，由于试验现场难以摆放移测显微镜，因此大大降低了测量效率。

发明内容

基于上述原因，本发明的目的在于，提出一种基于超高精度数字图像测量的二维应变测量系统，去除了使用移测显微镜测量定标线间距的过程，在能够保证测量精度的同时，提高测量效率。

具体地，本发明提出的一种基于超高精度数字图像测量的二维应变测量系统，包括中控电脑、标志点模具、摄像头组和显微镜头组；所述标志点模具上具有呈二维布设的三组特征标志孔，其用于贴在被测试件上以确定出被测试件的三组特征标志点；所述摄像头组包括三个摄像头，所述显微镜头组包括三个显微镜头，所述三个显微镜头对应安装在三个摄像头上，以对应测量所述被测试件的三组特征标志点；所述中控电脑与所述三个摄像头通讯连接，以根据所述三个摄像头的测量结果计算所述被测试件的二维应变，并输出二维应变结果。

在本发明的进一步优选方案中，所述三组特征标志孔中的每一组包括呈“十”字布设的五个特征标志孔。