本申请公开一种基于仿射变换最佳匹配图像的热力参数识别方法，包括制作高温散斑试件，将待测试件固定在三点弯试验机上，采集试件变形前的散斑图像；施加热力载荷，采集试件变形后的散斑图像；在变形前的散斑图像上选取标定区域，完成单位像素实际长度标定；在变形前的散斑图像上选取计算区域，以待测热力参数为待优化量设置迭代初始值；对变形后的散斑图像进行仿射变换，得到构造变形前图像；匹配构造变形前图像与变形前的散斑图像，对待测热力参数连续迭代优化；设置终止迭代阈值，依据终止迭代阈值终止迭代，实现构造变形前图像与变形前的散斑图像最佳匹配；测量并排除刚体平动、转动，同时识别出包括弹性模量、泊松比和热膨胀系数的热力参数。
【技术实现步骤摘要】
本申请设及实验力学中高溫测量
，具体地说，设及一种基于仿射变换最 佳匹配图像的热力参数识别方法。
技术介绍
目前对于高溫材料的弹性模量和泊松比测定主要通过高溫拉伸实验完成。升溫到 预定值对试样单向拉伸，记录载荷量和测量材料拉伸方向和横向应变，得到弹性模量和泊 松比。对于热膨胀系数主要通过升溫到预定值记录应变来测量。传统方法热力参量必须分 开测量，需要重复升溫，工序繁琐，成本高 姚学锋等于2012年专利技术的专利CN103018111A提出基于虚位移场法同时测量高溫 材料弹性模量、泊松比和热膨胀系数的方法。但该方法需要第Ξ方数字图像相关软件支持 得到材料变形前后位移场应变场；需要具备专业知识人员构建虚位移场，进行下一步处理； 考虑到实际操作存在刚体运动，在不排除刚体平动的情况下会引入误差；计算过程繁琐，耗 时多。因此，操作简便，不需要第Ξ方软件支持，考虑实际操作可能存在的刚体平动，处理速 度快（< 10s)的热力参量同时测量技术亟待提出。
技术实现思路
有鉴于此，本申请所要解决的技术问题是提供了一种基于仿射变换最佳匹配图像 的热力参数识别方法，操作简便，不需要第Ξ方软件支持，考虑实际操作可能存在的刚体平 动，处理速度快。 阳0化]为了解决上述技术问题，本申请有如下技术方案： ，其特征在于，包括： 制作高溫散斑试件，将制作好的高溫散斑待测试件固定在带有高溫箱的Ξ点弯试 验机上，采集所述待测试件变形前的散斑图像a;[000引施加热力载荷，采集所述待测试件变形后的散斑图像b; 在变形前的散斑图像a上选取标定区域，完成单位像素实际长度标定； 在变形前的散斑图像a上选取计算区域，W待测热力参数为待优化量，设置迭代 初始值P。： p〇=化V，目，E，V，曰]。其中，U和V为刚体平动，Θ为刚体转动，E为弹性模量，V为泊松比，α为热膨胀 系数； 对变形后的散斑图像b进行仿射变换，得到构造变形前图像C; 匹配所述构造变形前图像C与所述变形前的散斑图像a,对待测热力参数连续迭 代优化；设置终止迭代阔值，依据所述终止迭代阔值终止迭代，实现所述构造变形前图像C 与所述变形前的散斑图像a最佳匹配； 测量并排除刚体平动、刚体转动，一次同时识别出包括弹性模量、泊松比和热膨胀 系数的热力参数。优选地，其中，所述对变形后的散斑图像b进行仿射变换，得到构造变形前图像C， 进一步为： 依据W下方程对变形后的散斑图像b进行仿射变换，得到构造变形前图像C: 其中，X和y为散斑点在变形后图像b中的坐标，x^^和y^为散斑点在构造变形前 图像C中的坐标，U和V为刚体平动，Ue和Ve为刚体转动，Uf和Vf为力载荷变形，E，V为 材料弹性模量、泊松比，Ut和Vt为热载荷变形，α为材料热膨胀系数，f为Ξ点弯载荷，ΔΤ 为溫度箱所加溫度；G为材料剪切模量，由E，V求得；EI为试件抗弯刚度，由试件尺寸和弹 性模量求得。 优选地，其中，所述匹配所述构造变形前图像C与所述变形前的散斑图像a,对待 测热力参数连续迭代优化，进一步为：[002引依据W下方程，匹配所述构造变形前图像C与所述变形前的散斑图像曰，对待测热 力参数连续迭代优化：阳030] Pk+i=Pk+Δρ[00川其中，Δρ为第k+1次迭代待测参量增量J(x，y)为构造变形前图像C中（X，y) 处灰度值；I(X，y)为原始变形前图像a中（X，y)处灰度值；Pi为待优 化参数P第i个分量；Pw为第K+1次迭代优化参数值。 优选地，其中，所述设置终止迭代阔值，进一步为： 设置终止迭代相关系数阔值C。： |C(Pw)-C(Pk)I<C〇 其中，C(PkJ为构造未变形图像c与原始未变形图像a第k+1次迭代相关系数；J(X% /)为构造未变形图像C中（X% /)处灰度值；I(X，y)为原始未变形图像a中（X，y) 处灰度值；Pw为第k+1次迭代测量结果；C(pk)为第k次迭代构造变形前图像C与原始变 形前图像a相关系数；C(PkJ为第k+1次迭代构造变形前图像C与原始变形前图像a相关 系数；C。为终止迭代相关系数阔值。[00測优选地，其中，所述测量并排除刚体平动、刚体转动，一次同时识别出包括弹性模 量、泊松比和热膨胀系数的热力参数为：P=Pk+i=扣，V，目，E，V，α]W W40] 其中，Ρ为待优化参数，Pw为第Κ+1次迭代优化参数值，U和V为刚体平动，Θ为 刚体转动，E为弹性模量，V为泊松比，α为热膨胀系数。 优选地，其中，采用垂直试件表面的单色光照明采集装置采集试件表面的散斑图， 所述采集装置包括单色光光源、双远屯、镜头、与光源颜色一致的单色光光学滤光片和CCD。 与现有技术相比，本申请所述的方法，达到了如下效果： 第一，与传统热力参数测量相比，本专利技术通过一次高溫试验同时测量材料弹性模 量、泊松比和热膨胀系数，降低了重复升溫成本。 W44] 第二，与专利CN103018111A相比，本专利技术不需要第S方数字图像软件的预处理散 斑图即可得到位移场应变场。 第Ξ，本专利技术操作简便，只需要非专业人员输入试件尺寸，实验热力载荷和迭代初 值，选取标定区域和计算区域，即可开始计算并输出热力参数识别结果。 第四，本专利技术识别速度快。本专利技术将全部识别过程集成在数字图像分析过程中，省 去第Ξ方软件前处理和构建虚位移场等专业操作。 第五，本专利技术考虑到热力载荷加载过程中试件的刚体面内平动，转动，能够准确测 量并排除；使用双远屯、镜头，排除了刚体离面运动引起的误差，减少了系统误差种类。【附图说明】 此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申 请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中： 图1为本专利技术中基于仿射变换最佳匹配图像的热力参数识别方法的流程图； 图2为本专利技术中本专利技术中仿射变换最佳匹配图像方法模型图； 图3为本专利技术中仿射变换原理图； 图4为本专利技术中标定区域、计算区域的选择示意图； 图5为本专利技术实施例3中基于仿射变换最佳匹配图像的热力参数识别方法的流程 图。【具体实施方式】 如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员 应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不W 名称的差异来作为区分组件的方式，而是W组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在 通篇说明书及权利要求当中所提及的"包含"为一开放式用语，故应解释成"包含但不限定 于"。"大致"是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所 述技术问题，基本达到所述技术效果。此外，"禪接"一词在此包含任何直接及间接的电性 禪接手段。因此，若文中描述一第一装置禪接于一第二装置，则代表所述第一装置可直接电 性禪接于所述第二装置，或通过其他装置或禪接手段间接地电性禪接至所述第二装置。说 明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式，然所述描述乃W说明本申请的一般原则为目 的，并非用W限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。 阳055] 实施例1 参见图1所示为本申请所述一种基于仿射变当前第1页1 2 3 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于仿射变换最佳匹配图像的热力参数识别方法，其特征在于，包括：制作高温散斑试件，将制作好的高温散斑待测试件固定在带有高温箱的三点弯试验机上，采集所述待测试件变形前的散斑图像a；施加热力载荷，采集所述待测试件变形后的散斑图像b；在变形前的散斑图像a上选取标定区域，完成单位像素实际长度标定；在变形前的散斑图像a上选取计算区域，以待测热力参数为待优化量，设置迭代初始值p0：p0＝[U，V，θ，E，v，α]0其中，U和V为刚体平动，θ为刚体转动，E为弹性模量，v为泊松比，α为热膨胀系数；对变形后的散斑图像b进行仿射变换，得到构造变形前图像c；匹配所述构造变形前图像c与所述变形前的散斑图像a，对待测热力参数连续迭代优化；设置终止迭代阈值，依据所述终止迭代阈值终止迭代，实现所述构造变形前图像c与所述变形前的散斑图像a最佳匹配；测量并排除刚体平动、刚体转动，一次同时识别出包括弹性模量、泊松比和热膨胀系数的热力参数。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：刘战伟，董杰，高建新，谢惠民，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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