材料构件高温变形的非接触测量系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种材料构件高温变形的非接触测量系统包括：激光器、空间滤波器、工业CCD相机和图像处理器；其中，将激光器发出的激光束通过空间滤波器照射在初始温度下的试件的中心表面，以获取初始激光散斑；通过工业电荷耦合器件CCD相机分别获取参考图像和变形图像；所述图像处理器采用数字图像相关的方法计算所述变形图像相对于所述参考图像的变形位移场。根据本发明专利技术实施例的材料构件高温变形的非接触测量方法，有效地提高了高温环境下材料构件非接触式变形测量的精度，且温度适用范围更宽，为高温环境测量材料构件的力学性能提供新的思路。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光测力学
，特别涉及一种材料构件高温变形的非接触测量系统及方法。
技术介绍
在冶金、电力、航空航天等诸多领域中，高温环境下的应变测量技术是对高温材料结构进行热力学性能评价的关键技术之一。应变测量分为“接触式”和“非接触式”两种。传统的基于应变片的“接触式测量”方法，在进行高温应变测量时存在应变元件筛选与固连、误差补偿等困难，基于高温引伸计的测量方法存在压缩变形测量误差大、小试件夹具设计难、高温下使用损耗大等局限性。因此，非接触式的高温应变测量技术日益得到重视。但高温环境下，非接触式变形测量方法面临诸多困难，如高温散斑制备。众所周知，散斑是数字图像相关方法测量物体表面变形的重要载体，试件表面散斑图的质量直接影响材料变形测量的精度。目前常用的散斑制备方法是喷涂油漆、喷涂无机粘接剂等人工制备散斑的方法，但普通的油漆不能耐高温，当温度高于200℃后就会发生不同程度的氧化、变色，甚至发生脱落等现象。即使是特殊的耐高温漆，随着温度的升高也会发生氧化、脱落等现象，且为了形成质量好的高对比度的散斑，耐高温漆只适用于与其颜色差异较大的试件。喷涂无机粘接剂的方法是利用高温无机粘接剂将耐高温颗粒粘接在试件表面形成散斑，但在高温环境下，当耐高温粘接剂的热膨胀系数与试件本身的热膨胀系数差异较大时，结合力变差，导致散斑发生不同程度的变形甚至脱落等现象。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决上述技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种材料构件高温变形的非接触测量系统，有效地提高了高温环境下材料构件非接触式变形测量的精度，且温度适用范围更宽，为高温环境测量材料构件的力学性能提供新的思路，具有广泛的应用前景。本专利技术的另一个目的在于提出一种材料构件高温变形的非接触测量方法。为达到上述目的，本专利技术第一方面实施例提出了一种材料构件高温变形的非接触测量系统，包括：激光器、空间滤波器、工业CCD(Charge-coupledDevice，电荷耦合器件)相机和图像处理器；其中，将激光器发出的激光束通过空间滤波器照射在初始温度下的试件的中心表面，以获取初始激光散斑；通过工业电荷耦合器件CCD相机采集所述初始激光散斑的图像以获取参考图像；在将所述试件加热至预设温度并保持预设时间后，对所述试件进行力载，并通过所述工业CCD相机采集力载过程中的所述试件的变形激光散斑的图像以获取变形图像；所述图像处理器采用数字图像相关的方法计算所述变形图像相对于所述参考图像的变形位移场。根据本专利技术实施例的材料构件高温变形的非接触测量系统，利用激光散斑作为材料构件变形的信息载体，记录变形前后的散斑图像，并运用数字图像相关方法分析材料构件的变形场信息，通过本专利技术系统制备的激光散斑在高温环境下具有耐高温、无变色、无脱落、易制备、适用性广泛等优点，因此基于该激光散斑的图像的质量也相应提高，从而有效地提高了高温环境下材料构件非接触式变形测量的精度，且温度适用范围更宽，为高温环境测量材料构件的力学性能提供新的思路，具有广泛的应用前景。另外，根据本专利技术上述实施例提出的材料构件高温变形的非接触测量方法还可以具有如下附加的技术特征：具体地，所述空间滤波器包括窄带滤波片，所述窄带滤波片的类型根据所述激光器进行选择。根据本专利技术的一个实施例，所述激光器需包括固态单纵模激光器，其中，所述固态单纵模激光器发出的激光束的相干长度大于所述工业CCD相机到所述试件的距离。根据本专利技术的一个实施例，所述激光器发出的激光束的最大激光功率根据所述预设温度进行选择。根据本专利技术的一个实施例，所述试件的中心表面的粗糙度大于所述激光束的波长的二分之一。根据本专利技术的一个实施例，所述工业CCD相机的帧率根据所述试件的力载的速率进行选择。根据本专利技术的一个实施例，所述数字图像相关的方法的分析子区参数根据所述试件的中心表面的粗糙度进行选择。为达到上述目的，本专利技术第二方面实施例提出了一种材料构件高温变形的非接触测量方法，包括：将激光束滤波之后照射在初始温度下的试件的中心表面，以获取初始激光散斑；采集所述初始激光散斑的图像以获取参考图像；在将所述试件加热至预设温度并保持预设时间后，对所述试件进行力载，并采集力载过程中的所述试件的变形激光散斑的图像以获取变形图像；通过数字图像相关的方法计算所述变形图像相对于所述参考图像的变形位移场。根据本专利技术实施例的材料构件高温变形的非接触测量方法，利用激光散斑作为材料构件变形的信息载体，记录变形前后的散斑图像，并运用数字图像相关方法分析材料构件的变形场信息，通过本专利技术方法制备的激光散斑在高温环境下具有耐高温、无变色、无脱落、易制备、适用性广泛等优点，因此基于该激光散斑的图像的质量也相应提高，从而有效地提高了高温环境下材料构件非接触式变形测量的精度，且温度适用范围更宽，为高温环境测量材料构件的力学性能提供新的思路，具有广泛的应用前景。附图说明图1A为根据本专利技术一个实施例的材料构件高温变形的非接触测量系统的实物示意图；图1B为根据本专利技术一个实施例的材料构件高温变形的非接触测量系统的连接关系示意图；图2为根据本专利技术一个实施例的材料构件高温变形的非接触测量方法的流程图；图3为根据本专利技术一个实施例的碳碳编织材料试件的实物示意图；图4为为根据本专利技术一个实施例的对试件的力载曲线；图5根据本专利技术一个实施例的2300℃高温环境下的变形激光散斑的示意图；图6为根据本专利技术一个实施例的试件应变曲线；图7为根据本专利技术一个实施例的试件应力-应变曲线。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。下面结合附图来描述本专利技术实施例的材料构件高温变形的非接触测量方法。在描述本专利技术实施例的方法之前，首先介绍材料构件高温变形的非接触测量系统100，该系统100包括激光器11、空间滤波器12、工业CCD相机13和图像处理器14。系统的实物示意图如附图1A所示，连接关系示意图如附图1B所示。具体的，将激光器11发出的激光束通过所述空间滤波器12照射在初始温度下的试件的中心表面，以获取初始激光散斑。通过工业CCD相机13采集所述初始激光散斑的图像以获取参考图像。接着，在将所述试件加热至预设温度并保持预设时间后，对所述试件进行力载，并通过所述工业CCD相机13进一步采集力载过程中的所述试件的变形激光散斑的图像以获取变形图像。最后，所述图像处理器14采用数字图像相关的方法计算所述变形图像相对于所述参考图像的变形位移场。所述激光器11可以为固态单纵模激光器。同时，所述试件的中心表面必须是光学粗糙表面，其粗糙度应该大于所述激光束的波长的二分之一。优选的，所述激光器11发出的激光束的最大激光功率根据所述预设温度进行选择。具体的，随着试件温度的升高，背景辐射越来越严重，因此，试件温度越高，选用的激光功率越大，以保证激光光强大于背景辐射光强。其中，所述空间滤波器12可以包括窄带滤波片，所述窄带滤波片的类型根据所述激光器进行选择。具体的，所述窄带滤波片需要根据所述激光器的波长进行选择，窄带滤波片的中心波长应为激光束的波长，且窄本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种材料构件高温变形的非接触测量系统，其特征在于，包括：激光器、空间滤波器、工业电荷耦合器件CCD相机和图像处理器；其中，将激光器发出的激光束通过空间滤波器照射在初始温度下的试件的中心表面，以获取初始激光散斑；通过工业电荷耦合器件CCD相机采集所述初始激光散斑的图像以获取参考图像；在将所述试件加热至预设温度并保持预设时间后，对所述试件进行力载，并通过所述工业CCD相机采集力载过程中的所述试件的变形激光散斑的图像以获取变形图像；所述图像处理器采用数字图像相关的方法计算所述变形图像相对于所述参考图像的变形位移场。

【技术特征摘要】
1.一种材料构件高温变形的非接触测量系统，其特征在于，包括：激光器、空间滤波器、工业电荷耦合器件CCD相机和图像处理器；其中，将激光器发出的激光束通过空间滤波器照射在初始温度下的试件的中心表面，以获取初始激光散斑；通过工业电荷耦合器件CCD相机采集所述初始激光散斑的图像以获取参考图像；在将所述试件加热至预设温度并保持预设时间后，对所述试件进行力载，并通过所述工业CCD相机采集力载过程中的所述试件的变形激光散斑的图像以获取变形图像；所述图像处理器采用数字图像相关的方法计算所述变形图像相对于所述参考图像的变形位移场。2.如权利要求1所述的材料构件高温变形的非接触测量系统，其特征在于，所述空间滤波器包括窄带滤波片，所述窄带滤波片的类型根据所述激光器进行选择。3.如权利要求1所述的材料构件高温变形的非接触测量系统，其特征在于，所述激光器需包括固态单纵模激光器，其中，所述固态单纵模激光器发出的激光束的相干长度大于所述工业CCD相机到所述试件的距离。4.如权利要求3所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：阳建宏，宋金连，刘福佳，黎敏，孙冬柏，孟繁强，张建芳，张昊阳，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：北京;11