三维小视场成像系统

研究了一套投影正弦光栅条纹,测量表面有大梯度或非连续结构等复杂形貌微小物体的三维测量系统。针对所测量物体大小,通过将体视显微镜、相机和投影仪组合,研制了具有较小视场的条纹投影系统。软件产生具有最佳条纹个数的三组正弦条纹图,每组包含四个彼此间有90°相位移动的条纹。根据所测量物体表面颜色和纹理特性,选择投影系统的合适颜色通道投射软件所产生的正弦条纹序列到被测物表面。相机从另一角度获取经被测表面调制的变形条纹图。通过四步相移和最佳条纹选择方法分别计算得到折叠相位图和展开相位图。利用水平精密移动台定位一水平白板到几个已知位置,建立绝对相位和深度之间的关系,获得系统深度方向的数据。微小物体的三维形貌测量实验证明了所研制成像系统的可行性和准确性。

基于三维激光扫描的移动大尺寸圆柱体工件长度快速检测系统

针对移动大尺寸圆柱体工件两端的表面形貌特征,利用三维激光扫描仪设计了一种快速长度在线检测系统。基于三维激光扫描仪可在短时间内连续高速获取大量测量数据的特点,系统在虚拟环境下构造出自适应测量形状的虚拟测量基准面,采用二维误差分离方法抑制系统误差和运动误差,识别定位工件两端端点并计算其到虚拟测量基准面的位移;最后结合多传感器融合模型获取三维位移场测量结果。另外,测试前用三坐标测量机精密测量过的相似形状圆柱体工件对系统进行了校准修正。为验证系统的精度和可靠性,分别对处于(1 000±25)mm内不同直径的圆柱体工件进行了长度检测。结果显示,系统可在1s完成直径约为50mm工件的长度测量,检测分辨力为0.010mm,检测精度达到0.050mm。实际运行结果表明,该设计系统具有高自动性和高效性,可满足在线生产中对大尺寸工件控制和检测的要求。

船舶数字化制造的测量技术创新

大型高性能船舶及其先进制造技术发展迅速,传统船舶分散制造模式的制造质量、效率、能耗得不到有效控制。随着数字化制造技术在船舶制造领域逐步推广,精度造船理念成为主流和方向,由此对贯穿于整个造船工艺流程的测量技术尤其是空间坐标测量定位技术提出迫切需求。面对超大空间船舶数字化制造的精密测量难题,基于理论研究和设备研制,该文提出采用网络多站模式的非正交控制网,构造大空间整体结构化三维测量场的精密测量定位新方法,分析整体结构化测量场的关键技术,为数字化造船的高精度、高效率测量问题提供新思路。

基于数字体图像相关法的TATB基PBX材料内部变形测量

研究采用μ‑CT对单轴压缩过程中的三氨基三硝基苯(TATB)基高聚物黏结炸药(Polymer Bonded Explosives,PBX)试件进行了原位扫描,获得了不同载荷下试件的三维数字体图像;采用基于反向组合高斯‑牛顿配准算法(Inverse Compositional Gauss‑Newton,IC‑GN)的局部数字体图像(Digital Volume Correlation,DVC)方法分析了试件加载前后的2组数字体图像,获得了试件内部具有亚体素精度的三维位移场和应变场;基于获得的应变场根据胡克定律弹性本构关系,重建试件内部的三维应力场。研究结果表明,基于μ‑CT和DVC结合的内部变形测量技术能够直观地揭示试件内部应变局部化区域的产生,并识别亚体素微裂纹在样品中的位置。

脉冲漏磁检测技术中新型传感器设计及实验验证

漏磁检测法广泛应用于铁磁性材料的缺陷检测。应用有限元法对一新型脉冲漏磁传感装置下钢管缺陷产生的漏磁场进行了仿真分析,仿真结果表明提取缺陷漏磁场三维分量进行缺陷识别,相比较传统的提取一维或二维缺陷漏磁场分量而言,可获取更多有关缺陷尺寸、位置等信息,提高对缺陷的识别能力。采用所设计的新型脉冲漏磁传感器,对脉冲漏磁三维检测分量信号进行了分析,由三维检测信号峰值扫描波形可有效识别缺陷,并评估缺陷长度、深度等信息;实验结果与仿真分析有较好的一致性。

基于CT成像和数字体图像相关法的岩石内部变形场量测方法的研究进展

在采矿工程、边坡工程、隧道工程、水利水电工程及新兴的岩体工程如深埋油气储库、地下核废料处置库、地热开发等生产开发过程中,岩石是主要工程对象.直观观测与定量表征应力场、渗流场和温度场等多物理场耦合作用下岩石内部非连续结构演化始终是岩石力学重要和具有挑战性的研究内容.高精度微CT能够在微细观甚至纳米尺度上观测岩石内部结构,通过与数字体图像相关法结合,可实现岩石内部变形场的透明可视化与定量解析,为岩石的非连续结构与多物理场效应的透明解析和推演提供了新的有效途径.本文回顾了近年来微焦点CT在岩石内部结构检测、数字岩心和内部变形场量测方面的应用,详细阐述了CT原位扫描实验与数字体图像相关法的原理及主要进展,分析了岩石微细观结构对应变场测量精度的影响及数字体图像相关法在岩石内部变形测量中的典型应用,探讨了数字体图像相关法测量岩石内部变形场面临的挑战.

芳纶捆绑对纬编双轴向多层衬纱织物增强环氧树脂复合材料层间性能的影响

将芳纶作为捆绑纱制备纬编双轴向多层衬纱(MBWK)织物增强环氧树脂复合材料,研究了MBWK织物增强环氧树脂复合材料层间性能及芳纶捆绑纱对其层间性能的影响。通过三点弯曲和短梁剪切测试,得到MBWK织物增强环氧树脂复合材料的弯曲性能和层间剪切性能,并通过Aramis V6三维场应变测量系统观察实验过程中层间应变变化。与传统涤纶低弹丝捆绑的MBWK织物增强环氧树脂复合材料相比,芳纶捆绑MBWK织物增强环氧树脂复合材料的弯曲性能和层间剪切性能明显提升,弯曲强度和层间剪切强度分别提高了14.21%和12.70%;弯曲模量提高了25.49%。芳纶捆绑MBWK织物增强环氧树脂复合材料在受到面外载荷时,纵向应变(Epsilon X)和层间剪切应变(Epsilon XZ)在中性面区域内较大,且在受到面外载荷时,芳纶捆绑纱起到有效抑制复合材料分层的作用。