測(cè)量離面位移的數(shù)字散斑相關(guān)方法及其應(yīng)用研究.pdf

1、力學(xué)是科學(xué)與工程技術(shù)之間的一座橋梁，也是人們認(rèn)識(shí)自然的一個(gè)極其重要的手段。在其漫長(zhǎng)的發(fā)展過(guò)程中，實(shí)驗(yàn)研究一直扮演著十分重要的角色，而位移和變形的測(cè)量是在實(shí)驗(yàn)研究中最基本的任務(wù)之一，因?yàn)樗鼈兪橇W(xué)行為最直接的反映。光學(xué)測(cè)試方法作為一種非接觸、全場(chǎng)測(cè)量的方法，其各種優(yōu)點(diǎn)顯得尤為突出，已經(jīng)被廣泛應(yīng)1于物體的面內(nèi)變形、離面變形、三維形貌以及材料力學(xué)性能等領(lǐng)域的測(cè)量，并日漸成為微結(jié)構(gòu)與材料靜動(dòng)態(tài)性能的一種最基本而有效的測(cè)試技術(shù)。離面變形是光測(cè)力學(xué)

2、最基本的測(cè)量參數(shù)之一。通常，離面變形的光學(xué)測(cè)量方法需要對(duì)被測(cè)物體表面做適當(dāng)處理，甚至需做成模型，然后通過(guò)光學(xué)干涉形成條紋，再?gòu)臈l紋中提取所需的位移信息。由于這類(lèi)測(cè)量方法大多基于光波干涉原理，因此，測(cè)量過(guò)程對(duì)環(huán)境要求比較高。作為一種最活躍也最有生命力的光測(cè)力學(xué)方法，數(shù)字散斑相關(guān)方法(DSCM)以其簡(jiǎn)單、無(wú)損、全場(chǎng)、非接觸、高精度、自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)已被成功應(yīng)用于科學(xué)研究和工程實(shí)際的許多領(lǐng)域。本文的研究旨在利用數(shù)字散斑相關(guān)方法，使用單相機(jī)實(shí)

3、現(xiàn)物體離面位移的測(cè)量，使得離面位移的測(cè)量變得簡(jiǎn)單、快速。在此基礎(chǔ)上建立了簡(jiǎn)單適用的鼓膜測(cè)試系統(tǒng)。本論文的主要工作和成果如下：
　　 1.根據(jù)測(cè)量離面位移的光學(xué)方法和數(shù)字散斑相關(guān)法的基本原理，采用單相機(jī)實(shí)現(xiàn)了離面位移的數(shù)字散斑相關(guān)測(cè)量，即將數(shù)字散斑相關(guān)與光學(xué)投影測(cè)量相結(jié)合的投影散斑法。該方法是從側(cè)面傾斜一定角度將人工散斑投影到物體表面，一般情況下CCD相機(jī)也傾斜放置。當(dāng)物體發(fā)生離面位移時(shí)，散斑受高度的調(diào)制而發(fā)生移動(dòng)。用數(shù)字圖像相關(guān)

4、方法計(jì)算出像面上散斑的位移，根據(jù)幾何關(guān)系就可以得到物體表面的高度變化。
　　 2.研制了測(cè)量離面位移的高精度數(shù)字散斑相關(guān)測(cè)量設(shè)備，相對(duì)精度達(dá)到1：10000。本文深入探討了遠(yuǎn)心鏡頭在提高離面位移測(cè)量精度方面的重要作用，同時(shí)分析了鏡頭參數(shù)和相機(jī)參數(shù)與提高系統(tǒng)測(cè)量精度之間的關(guān)系，為進(jìn)一步研制類(lèi)似光測(cè)系統(tǒng)的硬件提供了一些參考。
　　 3.開(kāi)發(fā)了用于測(cè)量離面位移的DSCM軟件。利用VC++6.0開(kāi)發(fā)工具，編制了該系統(tǒng)的配套軟件。

5、本軟件使用了多線(xiàn)程技術(shù)，不僅可以實(shí)時(shí)顯示圖像，而且可以根據(jù)不同的測(cè)試對(duì)象添加相應(yīng)的有針對(duì)性的功能，更加方便用戶(hù)操作。
　　 4.利用所研制的離面位移測(cè)量系統(tǒng)，進(jìn)一步研制了用于薄膜力學(xué)性能測(cè)試的實(shí)驗(yàn)裝置，并用于鼓膜法測(cè)量薄膜力學(xué)性能的實(shí)驗(yàn)研究。
　　 5.為了方便操作，特別設(shè)計(jì)了彈簧活塞加油系統(tǒng)。鼓膜測(cè)試過(guò)程中，油缸中的油會(huì)有少部分的損耗。由于加油過(guò)程中極易混入空氣，從而導(dǎo)致加載數(shù)值測(cè)量不準(zhǔn)確或者活塞超出行程，特別設(shè)計(jì)了與