一种融合红外信息的应变场和温度场耦合测量方法及系统技术方案

本发明专利技术属于数字图像相关法技术领域，并具体公开了一种融合红外信息的应变场和温度场耦合测量方法及系统。该测量方法包括下列步骤：S1对待测量试样进行散斑处理获得散斑试样，拍摄该散斑试样初始时刻的图像作为参考图像；S2对散斑试样进行拉伸处理，拍摄在拉伸变形过程中的光学图像和红外温度场图，将不同时刻获得的变形后的光学图像分别与初始时刻的参考图像进行相关性匹配，获得在不同时刻的三维应变图；S3补偿散斑试样不同时刻的三维应变图和红外温度场图的分辨率差异，使得二者图像大小相同，以此获得在各个时刻对应的三维应变场和温度场，实现应变场和温度场的耦合。通过本发明专利技术，实现应变和温度的耦合分析，操作简单，测量精度高。测量精度高。测量精度高。

【技术实现步骤摘要】
一种融合红外信息的应变场和温度场耦合测量方法及系统


[0001]本专利技术属于数字图像相关法
，更具体地，涉及一种融合红外信息的应变场和温度场耦合测量方法及系统。

技术介绍

[0002]材料在拉伸变形中的热源有：塑性变形产生的热量以及热弹性效应中的热量。同时观测材料的应变场和温度场，对于分析材料在变形过程中的能量变化具有重要的意义，因此有必要在加载过程中，对材料的应变场和温度场进行耦合测量。
[0003]费庆国，邓洪涛，何顶顶等著的“一种基于3D
‑
DIC的温度场与位移场同步测量系统及测量方法”(CN201910242084.2)中使用两个彩色相机的双目成像系统获得试样的应变场，同时在不同温度下拍摄标定块的颜色得到颜色标定曲线，通过对比试样表面的示温漆颜色和颜色标定曲线上不同温度的颜色，得到试样表面的温度场。该测试系统在测量前需要对标定块进行颜色标定，测量步骤繁琐，而且通过插值的方法获得连续的温度曲线，会引入温度测量误差。
[0004]范依航，王涛，李荣丽等著的“基于DIC技术与红外摄像技术的高速切削变形测量装置”(CN201720477382.6)中使用两台CCD相机获得试样的应变场，使用红外相机获得试样表面的温度场。该测试系统并没有对三台相机采用相同的算法进行标定，容易引入畸变误差，且未补偿应变图和温度图分辨率的差异，未能实现应变场和温度场的耦合测量。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种融合红外信息的应变场和温度场耦合测量方法及系统，其中通过测量不同时刻待测量试样的拉伸应变场和温度场，获取待测试样在同一时刻对应的应变和温度，以此实现温度和应变的耦合，操作简单，精度较高，实现材料变形过程中热量与变形的测量。
[0006]为实现上述目的，按照本专利技术，提供了一种融合红外信息的应变场和温度场耦合测量方法，该测量方法包括下列步骤：
[0007]S1对于待测量试样进行散斑处理，以此获得散斑试样，拍摄该散斑试样的初始光学图像，以此作为该散斑试样初始时刻的参考图像；
[0008]S2对所述散斑试样进行拉伸处理，在拉伸的同时在不同的预设采样时刻拍摄所述散斑试样变形过程中的光学图像和红外温度场图，将不同时刻获得的变形后光学图像分别与所述初始时刻的参考图像进行DIC数字图像相关性匹配，以此获得所述散斑试样在不同时刻的三维应变图；
[0009]S3补偿所述散斑试样不同时刻的三维应变图和红外温度场图的分辨率差异，使得所述三维应变场图和温度场图的图像大小相同，以此获得散斑试样在各个时刻对应的三维应变和温度场，实现应变场和温度场的耦合。
[0010]进一步优选地，在步骤S1中，所述散斑处理是首先在待测量试样表面均匀涂满白
色哑光漆，干燥后在其表面喷撒黑色哑光漆，以此获得散斑试样。
[0011]进一步优选地，在S2中，拍摄散斑试样的变形后的光学图像以及红外温度场图像之前，均需对拍摄的相机进行标定，以此获得相机的内部和外部参数。
[0012]进一步优选地，所述标定板采用含有三个同心圆的圆点标定板。
[0013]进一步优选地，在步骤S3中，所述补偿散斑试样不同时刻的三维应变光学图像和红外温度场图像的分辨率差异采用双线性内插法，以此获得散斑试样在各个时刻对应的三维应变场和温度场。
[0014]按照本专利技术的另一个方面，提供了上述测量方法的测量系统，该测量系统包括拉伸装置、应变计算装置和温度场采集装置，其中：
[0015]所述拉伸装置用于对所述散斑试样进行拉伸；所述应变计算装置用于计算所述散斑试样不同时刻的三维应变，所述温度场采集装置用于采集不同时刻所述散斑试样的温度场图；
[0016]所述应变计算装置和温度场采集装置与所述拉伸装置相对设置，所述应变计算装置包括两台设置在同一水平线上的CCD相机，所述红外温度场采集装置包括一台红外相机。
[0017]进一步优选地，所述应变计算装置的两台相机对称设置在所述红外相机的两侧，所述红外相机的光轴垂直于所述散斑试样，使得所述红外相机从正前方拍摄散斑试样。
[0018]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，具备下列有益效果：
[0019]1.本专利技术通过将不同时刻获得的变形后的光学图像分别与所述初始时刻的参考光学图像进行DIC数字图像相关性匹配，以此获得不同时刻待测量试样的应变，并且同时拍摄对应时刻的温度场，以此获得在同一时刻对应的应变场和温度场，实现温度场和应变场的耦合，该方法操作简单，耗时短，变形测量精度高；
[0020]2.本专利技术通过对待测量试样进行散斑处理，以此在待测试样表面获得散斑，通过将散斑图像划分为一个个小子集，在左右相机拍摄的光学图像中进行DIC数字图像相关性匹配获得子集的三维坐标，在变形前后的光学图像中通过相关性匹配获得子集的位移，对全部的子集进行计算，实现全场三维应变的测量；
[0021]3.本专利技术中将红外相机的光轴与待测量试样垂直，使得红外相机能从正面拍摄待测试样，进而获得的温度场更加精确，CCD相机对称设置在红外相机的两侧，该对称设置的相机实现双目视觉成像，进行数字相关匹配后，能实现应变的三维测量。
附图说明
[0022]图1是按照本专利技术的优选实施例所构建的融合红外信息的应变场和温度场耦合测量方法的流程图；
[0023]图2是按照本专利技术的优选实施例所构建的融合红外信息的应变场和温度场耦合测量系统的示意图；
[0024]图3是按照本专利技术的优选实施例所构建的散斑试样的示意图；
[0025]图4是按照本专利技术的优选实施例所构建的三维数字图像相关(3D
‑
DIC)软件测量得到的应变分布图；
[0026]图5是按照本专利技术的优选实施例所构建的对红外相机拍摄的红外图像进行空间线
性插值后的温度分布图。
[0027]在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：
[0028]1‑
万能试验机，2
‑
试样，3
‑
CCD相机，4
‑
红外相机，5
‑
三脚架，6
‑
控制器，11
‑
白光源。
具体实施方式
[0029]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0030]如图1所示，一种融合红外信息的应变场和温度场耦合测量方法，3D
‑
DIC是指三维的数字图像相关法，包括以下步骤：
[0031]步骤一、清洗试样表面后，在试样表面均匀涂满白色哑光漆，待干燥后喷撒黑色哑光漆获得散斑试样。
[0032]步骤二、采用三脚架作为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种融合红外信息的应变场和温度场耦合测量方法，其特征在于，该测量方法包括下列步骤：S1对于待测量试样进行散斑处理，以此获得散斑试样，拍摄该散斑试样的初始光学图像，以此作为该散斑试样初始时刻的参考图像；S2对所述散斑试样进行拉伸处理，在拉伸的同时在不同的预设采样时刻拍摄所述散斑试样变形过程中的光学图像和红外温度场图，将不同时刻获得的变形后光学图像分别与所述初始时刻的参考图像进行DIC数字图像相关性匹配，以此获得所述散斑试样在不同时刻的三维应变图；S3补偿所述散斑试样不同时刻的三维应变图和红外温度场图的分辨率差异，使得所述三维应变图和温度场图的图像大小相同，以此获得散斑试样在各个时刻对应的三维应变场和温度场，实现应变场和温度场的耦合。2.如权利要求1所述的一种融合红外信息的应变场和温度场耦合测量方法，其特征在于，在步骤S1中，所述散斑处理是首先在待测量试样表面均匀涂满白色哑光漆，干燥后在其表面喷撒黑色哑光漆，以此获得散斑试样。3.如权利要求1所述的一种融合红外信息的应变场和温度场耦合测量方法，其特征在于，在S2中，拍摄散斑试样的变形后的光学图像以及红外温度场图之前，均需对拍摄的相机进行标定，以此获得相机的内...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱福龙，沈奔，曾宝山，胡洲，胡剑雄，冯陈泽芳，李金洺，王淼操，黄煜华，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：