[发明专利]适用于三维曲面异形结构的简易快速人工散斑制备方法

说明书

本发明提供一种适用于三维曲面异形结构的简易快速人工散斑制备方法，属于光测力学技术领域。该方法先获知待测三维结构件的尺寸，根据待测部位投影得到二维平面的尺寸，利用计算机生成散斑数字图像，利用微型激光雕刻机，把计算机生成的散斑图像，雕刻在纸张上，制成散斑模板。实验时，待测结构试件进行表面处理，利用预制的散斑模板和自喷漆，将预制好的散斑模板，覆盖在待测物的表面结构上，并且使用纸张遮盖不需要制作散斑的部位。使用自喷漆喷涂散斑模板表面，成型后揭开所有散斑模板纸张和遮盖纸张，得到分布于三维曲面结构表面的散斑模板图样。本方法实施快速简单、操作易学，适用复杂曲面结构表面。

技术领域

本发明涉及工程材料与光测力学、变形测量技术领域，特别是指一种适用于三维曲面异形结构的简易快速人工散斑制备方法。

背景技术

航空航天、车辆制造等行业的快速发展，对各类结构部件的结构性能测量和可靠性评估提出了更加严格的要求。航空发动机涡轮叶片、高速航天器隔热瓦以及车辆防撞梁等部件，其结构外形为三维异形曲面结构。

在利用以人工散斑为变形信息载体的基于数字图像相关非接触式变形测量方法对上述结构部件进行变形测量时，被测结构部件的复杂结构对人工散斑的制备提出了新的挑战。被测结构的曲面异形部位、三维结构和孔洞等，对人工散斑的随机位置分布、大小尺寸分布和影响灰度的浓度分布都会造成影响。

目前，常规的人工散斑制备方法包括人工随机喷涂方法、专用设备刻蚀方法以及散斑模板配合各类腐蚀方法等。

中国专利CN101905210A公开了一种用于高温环境变形测量的散斑制作方法，该方法选用经过配比的溶液，使用毛刷或滴管随机点涂、喷溅在试件表面，即人工随机喷涂方法。上述方法难以控制散斑点的分布和尺寸，且很难同时保证三维结构的沟槽等部位能够布置合适的散斑图样。

中国专利CN102445158A分别公开了一种制作高温散斑的方法，该方法采用等离子体刻蚀机，利用计算机随机生成大小、数量随机的散斑图像，将图像直接刻蚀到材料表面。该方法设备昂贵，难以直接携带到测试现场，并且难以对异形曲面结构进行刻蚀。中国专利CN103808440A公开了一种微纳米散斑的制备方法和系统，该方法采用了聚焦离子束设备，直接在材料表面刻蚀。同样存在上述设备昂贵、使用不便等问题。

中国专利CN108195298A公开了一种高温散斑及其可调控制备方法，该方法利用计算机随机生成大小、数量随机的散斑图像，利用机械加工或3D打印方法制作树脂或橡胶材料的散斑模板，采用特制的高温散斑材料溶液，模板铺设到试件表面，溶剂在试件表面固化成型。该方法应用了散斑模板，实现了散斑大小、分布的可调控制备，但是其散斑成型步骤工艺复杂，需要用到真空箱、加热固化装置等，设备复杂，散斑制备速度耗时较长，难以直接携带到测试现场。中国专利CN108036919A公开了一种应用于高超声速飞行器风洞试验的高温散斑制作方法，该方法利用计算机随机生成大小、数量随机的散斑图像，将图像打印到蜡纸上，晾干制作成散斑模板，最终模板放置在金属试样表面，利用电化学腐蚀设备，将散斑图样腐蚀成型。该方法制作的散斑同样实现了散斑大小、分布的可调控，且稳固性较好，但是其电化学腐蚀设备价格高昂，操作复杂，难以携带到测试现场制作散斑，并且只能应用于特定的金属试样，对于不导电的非金属材料不适用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种适用于三维曲面异形结构的简易快速人工散斑制备方法。该方法能够允许实验人员在不同的实验场所现场快速制备人工散斑，并且对于带有孔洞的曲面结构等能够很好的实现人工散斑分布随机、大小随机。

该方法包括准备阶段和制备阶段，具体步骤如下：

S1：准备阶段：实验前散斑模板制备：

S11：利用已知的待测三维构件外型尺寸，投影得到二维平面尺寸；

S12：根据二维平面尺寸，利用计算机生成散斑数字图像；