基于数字全息和数字图像相关方法的面内位移测量

针对一套数字全息装置只能测量离面位移这一个维度位移的局限性问题,将数字全息与数字图像相关方法相结合,利用数字全息重建的强度图像,实现了面内另外两个维度位移的测量,拓宽了一套数字全息装置的测量能力。该方法对待测物体位移前后的全息图数值重建得到两幅强度图,然后对变形前后的强度图应用数字图像相关方法得到面内两个维度位移的测量结果。该方法中采用的数字全息的强度图本质上是激光散斑图,而不是传统数字图像相关使用的白光下或自然光下的表面喷涂散斑或者物体自然纹理,因此是对数字图像相关方法应用于激光散斑图像的有益探索。最后通过二维位移装置对平面施加面内方向位移的实验验证了数字图像相关方法对于数字全息重建的激光散斑图在面内位移测量的有效性。最后,讨论了基于数字全息对曲面物体利用数字图像相关进行面内位移测量的可行性。传统的二维数字图像相关方法由于有限焦深导致散斑退相关现象,因而无法对曲面物体进行面内位移测量。但是,借助数字全息技术在一幅全息图中能将物体聚焦到不同深度的能力,可以将曲面物体分割为不同深度部分开展二维数字图像相关测量。本文从理论上讨论了该方法的可行性,并在实验上遍历了不同深度的DH重建对曲面物体面内位移的测量准确性的影响,为数字图像相关方法借助数字全息技术的辅助对曲面物体面内位移的测量进行了有益探索。

基于试样中部变形的p-q-s空间临界状态面试验研究

在一系列控制吸力的非饱和压实土三轴剪切试验中,应用数字图像测量技术获得了避开端部效应影响的试样中部1/3区域的强度及变形试验数据。由试验结果对非饱和土p–q–s三维应力空间临界状态面与LC屈服面交线在p–q平面、q–s平面和s–p平面的投影曲线进行了研究,进而全面地描述了非饱和土三维应力空间中的临界状态面的合理形态,修正了Alonso模型中的临界状态线表达式并进行了验证。

基于数字图像相关的光学引伸计应变测量精度研究

基于数字图像相关(DIC)方法的光学引伸计在应变测量领域有着广泛的应用。为了提高数字图像相关方法的测量精度,本文采用二维DIC与三维DIC的光学引伸计、基于双45°反射镜成像的二维光学引伸计以及电测法,对单轴拉伸试验中不锈钢试件的应变进行同时测量,比较分析了各个光学引伸计在测量轴向与横向应变方面的优劣以及误差产生的原因。实验结果表明:试件离面运动的存在大幅降低了普通二维光学引伸计的应变精度;基于双45°反射镜成像的二维光学引伸计可以有效消除离面刚体位移对测量结果的影响,其应变测量精度(尤其是横向应变精度)高于其他光学引伸计,且测量结果与电测法的测量结果高度吻合;三维DIC光学引伸计的横向应变精度明显不如轴向应变精度。

单目CCD离面位移测量

以针孔成像原理为基础,利用结构表面的离面位移与所成图像中散斑颗粒的应变的线性对应关系,通过计算散斑应变场的方法来计算结构表面的离面位移场,对其理论进行数字模拟分析.数字模拟结果表明,该方法可进行离面位移场测量,测量精度高,与理论相符.还用该方法进行了离面位移试验,试验结果及分析表明,噪音对该方法的影响很小,离面位移测量精度为毫米,可应用于土木工程结构试验中.

基于面阵CCD的圆形工件直径及不规则度测量系统

设计了一种利用CCD影像技术的非接触测量圆形工件直径及不规则度的测量系统。该系统采用面阵CCD拍摄待测工件横截面，利用DSP控制转动平台，带动待测物件以可调速度转动，可以采集各个方向上的精确图像。最后使用自行编制的数字图像处理软件处理所拍摄的图像，提取图像边缘，与模板拟合，根据各项参数计算出待测圆形物件的直径与不规则度。

变截面舵面结构全场瞬态变形测量及振动特性分析

搭建了一套全场非接触应变测量系统,对变截面舵面结构受随机载荷激励作用下的变形及振动特性进行实验研究;实验以2A12铝合金材料制成的变截面舵面结构为试验对象,采用高分辨率的相机记录舵面结构全场清晰的散斑图像,然后利用三维数字图像相关方法对其结构表面的连续变形进行直接测量,同时利用傅里叶变换对采集到的散斑图像进行振动特性分析,获得变截面舵面结构的模态频率和模态振型;为验证非接触测量得到的振动特性结果的准确性,用小质量加速度传感器得到的振动响应信号进行对比;试验结果表明,在0~500 Hz的测试频段内,三维数字图像相关方法辨识变截面舵面结构前三阶模态参数与加速度传感器测量结果非常吻合,前三阶固有频率误差在2%以内,阻尼比误差在6%以内,前二阶模态振型均为弯曲模式,第三阶模态振型为弯曲扭转耦合模式,验证了三维数字图像相关的全场振动测量技术的有效性,为高温环境及非线性变截面舵面结构非接触振动测试提供依据。

二维数字图像相关测量中离面位移引起的误差分析

二维数字图像相关方法作为一种非接触全场变形测量的光学方法,在工程上有着广泛的应用。由于其假设物体只发生面内位移,而实验中往往存在离面位移,从而引起测量误差。本文针对这一问题利用了针孔模型,从理论上分析了离面位移对普通镜头测量结果的影响,通过铝块平移实验验证了理论分析的正确性。利用提出的理论模型修正橡胶材料的变形测量结果,并与远心镜头测量结果进行对比,发现修正后的普通镜头测量的结果更接近远心镜头测量的结果。最后,本文根据理论分析和实验验证,给出了减小或消除离面位移造成误差的方法。

使用双远心镜头的高精度二维数字图像相关测量系统

通过比较变形前后同一平面物体表面的两幅数字图像,二维数字图像相关方法可获得亚像素精度的像面位移(以像素为单位)和应变。但在实际测量中,变形物体表面的离面位移、相机传感器平面位置的微小改变以及镜头的成像畸变,都会使原先假设的物、像面位移间的线性对应关系不再严格成立,在某些情况下会引起不能忽略的测量误差。详细分析了被测物体的离面位移、相机自热和镜头畸变对二维数字图像相关方法位移和应变测量结果的影响。通过实验研究了3种典型的成像镜头(标准成像镜头、物方远心成像镜头和双远心成像镜头)对以上不利因素的抗干扰能力。实验显示高质量的双远心镜头不仅对被测物体表面的离面位移和相机自热不敏感,并且镜头畸变也小到可以忽略不计的程度,因此该镜头是高精度二维数字图像相关测量中的关键光学元件。

高速摄影测量在振动台动力模型试验中的应用

针对振动台试验的缩尺模型往往频率很高,采用普通摄像机记录试验过程会丢失很多信息,无法将摄影测量应用于振动台动力模型试验中的问题,利用高速相机记录试验过程,并采用数字图像处理技术获得标示点处的物理量,与传统传感器比较表明,高速摄影测量是一种无接触、全局化、自动化程度高、精度满足试验要求的量测手段,并在Koyna重力坝振动台模型试验中取得了较好效果。

一种新的宏、细观变形全场测量方法(英文)

基于光学干涉和衍射理论,提出了一种新的用于宏、细观面内变形测量的光学方法。利用三束准直相干光之间的干涉,分别得到面内位移U+V和U-V的两幅耦合条纹图。借助于FFT相移技术,直接计算出全场的U和V分布。本实验系统中包含有长距离显微镜,三光束系统,数字图像采集和处理系统等。它具有光路简单,避开条纹级次的确定,直接计算得到U、V场等优点。将它用于热塑性复合材料 56层板AS4/PEEK[0/±45/90]7S三点弯曲梁位移场的宏、细观测量。得到了层间的变形规律。本文还利用三维各向异性弹性有限元法对AS4/PEEK[0/±45/90]7S三点弯曲梁进行了数值计算,得到了自由表面的位移场和应变场的数值解。定量分析了层间的变形传递规律,有助于进一步分析AS4/PEEK[0/±45/90]7S层合板宏、细观变形。

基于数字图像相关的平面物体面形散斑图形偏折术

提出了一种基于数字图像相关(DIC)的散斑图形偏折术(SPD),将二维DIC用于测量镜面的三维面形。用散斑位移代替条纹形变,使偏折术的测量过程更简单高效,只需拍摄两幅散斑图,面形检测精度可以达到微米量级。介绍了SPD的原理与方法,推导了相关公式,对散斑图进行了设计制作。实验测量了一块有机玻璃板的面形,与相位测量偏折术的结果对比,其测量精度接近1μm。

基于斜射式激光三角测量锯材宽度的研究

在已有的激光三角测厚技术的基础上提出了激光三角宽度测量的数学模型。模型认为宽度测量分辨率与被测试件宽度无关,与被测试件厚度存在线性关系,当激光和相机光轴的夹角满足一定条件时,宽度分辨率是个常数,此时模型精度最高。利用这个模型结合数字图像处理技术对九种常见规格的锯材试件进行504个样本宽度检测,结果显示毛边锯材外材面宽度识别相对误差率不到0.12%,误差均值在0.13mm以内,所提模型是一种高精度新型非接触性检测外材面宽度的方法。

非光学量测量及设备

O348.1 97053392有限元计算应力模拟实验光弹性等差条纹图=Anexperimental photoelastic isochromatic frangepattern simulated with stresses calculated byFEM[刊,中]/何玉明,古斌(华中理工大学力学系.湖北,武汉(430074))∥华中理工大学学报.—1997,25(2).—91—93提出用有限元计算应力模拟光弹性等差条纹图像的方法,介绍了由计算应力计算图像显示点应力的算法。通过主应力差与光弹性等差条纹的关系获得了模拟条纹图。模拟条纹图的灰度值可由数字图像卡快速全场显示,实现了计算应力的光弹性应力等差条纹图的模拟。所提出的新思路为计算结果与实验结果进行全场定量比较提供了新的途径。图3参3(李士范)TB72 97053393动态过程的三维面形测量=Dynamic 3—D shapedetected[刊,中]/吴春才。

双反射镜成像用于二维数字图像相关应变精度提升

受离面刚体位移的影响,普通二维数字图像相关(DIC)方法测得的应变结果往往精度较差。基于双45°双反射镜成像技术,提出了一种改进的二维DIC方法来提高应变测量精度。利用双反射镜成像,将试样正反面散斑图案记录到同一张图像中,对左右图像中对应点的应变取平均值,可自动消除试样离面刚体位移的影响,获得准确的全场应变。开展了两组拉伸实验来验证该方法的可行性。实验结果表明:对于均匀变形,由改进的二维DIC方法得到的双向应变与电测法的结果相吻合;对于非均匀变形,得到的结果与有限元法结果相一致。因此,本文提出的二维DIC方法具有较高的应变测量精度,是一种便捷、有效、高精度的应变测量方法。

基于子区投影和Savitzky-Golay滤波的三维数字图像相关法应变场计算方法研究

数字图像相关(DIC)法是一种非接触式的全场变形测量方法。三维DIC系统突破二维DIC系统对试验件表面为平面的要求,通过双目或多目相机系统获得试验件表面的三维位移场数据。通过建立局部子区拟合最小二乘平面,将三维空间曲面上的离散点投影到二维平面内,再利用Savitzky-Golay滤波器拟合求解局部应变张量。利用三维DIC法,实现了自由曲面试验件应变场的表征。重点研究了小平面投影算法的误差,结果表明,投影过程导致的应变场计算误差远小于位移场误差的传递量;当应变子区半径M=5时,应变场误差约为30με;当M=10时,应变场误差约为10με。

不用专门相移装置的三维面形测量

提出一种不需要专用相移装置实现相移 ,主要利用数字图像处理技术实现三维面形测量的方法。研究结果表明 ,用原干涉图像及 1幅以上的移值条纹图就可能实现物体三维面形的测量。

基于普通镜头与改进视场分离技术的光学引伸计

虽然基于远心镜头的光学引伸计在应变测量中具有精度高的优点,但是远心镜头成本高、视场固定的不足使得引伸计灵活性较差,因此,本文提出了一种基于低成本普通镜头与改进视场分离技术的光学引伸计方法。该方法取2个独立视场中心线上的点作为标距点,既减小了离面刚体位移对测量方向应变的影响,又有效增加了引伸计标距。通过不锈钢试样的静态实验和单轴拉伸实验验证了该光学引伸计的可行性和稳定性,实验结果的均方根误差(RMSE)约为5με,表明提出的光学引伸计具有很高的应变测量精度。