一种双光谱变形场与温度场集成同步测量系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种双光谱变形场与温度场集成同步测量系统及方法，属于材料局部变形与温度测试技术领域，包括可见光拍摄相机和红外拍摄相机；所述可见光拍摄相机下方设置可见光谱成像反光镜，可见光谱成像反光镜倾斜设定角度对准被测区域，可见光拍摄相机通过可见光谱成像反光镜反射的光线获得被测区域的可见光图像；所述红外拍摄相机对准被测区域，获得温度场数据。该测量系统能够克服现有测量方法对变形场和温度场集成同步测量和计算困难的技术难题，能够对可见光和红外光的双光谱图像进行高时空分辨率高速拍摄获取，具有结构简单、操作方便、可靠性高、非接触和全场测量等优点。非接触和全场测量等优点。非接触和全场测量等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种双光谱变形场与温度场集成同步测量系统及方法


[0001]本专利技术属于材料局部变形与温度测试
，具体涉及一种双光谱变形场与温度场集成同步测量系统及方法。

技术介绍

[0002]这里的陈述仅提供与本专利技术相关的
技术介绍
，而不必然地构成现有技术。
[0003]材料局部变形及断裂过程中动态的运动学和热力学信息是研究其变形机理和加工工艺技术的理论基础。材料局部变形和断裂行为是一种非常复杂的热力等物理化学多场耦合现象，涉及到剧烈的塑性应变和很高的温度耗散。这些复杂的热力学现象是材料动态变形过程的直接证据，是材料内部复杂变形行为的直接表现，是揭示材料动态变形机理的直接信息。如果能够在材料受载过程中通过原位测量手段获得局部变形区精确的动态的运动学信息和热力学信息，那么这将有助于揭示材料塑性变形及断裂失效机理，并建立材料力学模型。除此之外，材料变形区运动学场和热力学场数据的获取，可以帮助材料变形的模拟仿真研究及其新材料开发、加工工艺技术创新等的工程应用。
[0004]然而，材料剧烈的塑性变形往往发生在非常局部微小的区域中，并且发生的时间非常迅速，同步获得同一变形区域的运动学场和热力学场信息是非常具有挑战性的，使用普通常规手段是非常困难的。
[0005]目前，关于材料变形的测量方法主要包括引伸计、应变片和声学测量等方法。但是以上这些方法仅能获取材料某一点的变形数据，而对于变形区域“全场”的信息却无法获得。对于温度的测量方法主要有热电偶测量方法，此方法是一种破坏性的测量方法，需要对材料打孔，测量不准确且也不能获得全场的温度数据。

技术实现思路

[0006]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的是提供一种双光谱变形场与温度场集成同步测量系统及方法，该测量系统能够克服现有测量方法对变形场和温度场集成同步测量和计算困难的技术难题，能够对可见光和红外光的双光谱图像进行高时空分辨率高速拍摄获取，具有结构简单、操作方便、可靠性高、非接触和全场测量等优点。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术是通过如下的技术方案来实现：
[0008]第一方面，本专利技术提供了一种双光谱变形场与温度场集成同步测量系统，包括可见光拍摄相机和红外拍摄相机；所述可见光拍摄相机下方设置可见光谱成像反光镜，可见光谱成像反光镜倾斜设定角度对准被测区域，可见光拍摄相机通过可见光谱成像反光镜反射的光线获得被测区域的可见光图像；所述红外拍摄相机对准被测区域，获得温度场数据。
[0009]作为进一步的技术方案，所述可见光拍摄相机与可见光相机支架连接，由可见光相机支架带动可见光拍摄相机在X、Y、Z三个方向进行移动。
[0010]作为进一步的技术方案，所述可见光拍摄相机与可见光拍摄相机显微镜头相连接，可见光拍摄相机显微镜头垂直向下拍摄，可见光拍摄相机显微镜头与可见光谱成像反
光镜相对设置。
[0011]作为进一步的技术方案，所述红外拍摄相机与红外相机底座相连接，红外相机底座可带动红外拍摄相机上下移动。
[0012]作为进一步的技术方案，所述红外拍摄相机向下倾斜，其与水平面具有设定夹角。
[0013]作为进一步的技术方案，所述红外拍摄相机与红外拍摄相机显微镜头相连接，红外拍摄相机显微镜头对准拍摄区域。
[0014]第二方面，本专利技术还提供了一种如上所述的双光谱变形场与温度场集成同步测量系统的测量方法，包括以下步骤：
[0015]对被测对象表面进行预处理以制作散斑，将被测对象装夹在试验平台夹具中；将可见光拍摄相机和红外拍摄相机安装，可见光谱成像反光镜、红外拍摄相机均对准被测区域；
[0016]对被测对象进行力热加载试验，红外拍摄相机获得温度场信息，可见光拍摄相机获得可见光图像；
[0017]根据可见光拍摄相机获得的变形图像获得变形场和应变率场数据；而后根据同时刻的温度场、变形场和应变率场数据获得被测对象同时刻同区域的应力场数据。
[0018]作为进一步的技术方案，应力场数据的得出过程为：将获得的温度场、变形场和应变率场数据带入到应力计算程序中，通过材料变形本构方程和材料本构参数计算得到应力场数据，应力计算程序中使用的材料变形本构方程为：
[0019][0020]其中，A、B、C、n和m为本构参数，σ为应力，ε和分别为应变和应变率，T、T
room
、T
melt
分别为材料变形时温度、室温、材料熔点。
[0021]作为进一步的技术方案，测量过程中，可见光拍摄相机与可见光拍摄相机显微镜头连接，可见光拍摄相机显微镜头将被测区域放大，以使可见光拍摄相机获取被测对象表面的散斑图案。
[0022]作为进一步的技术方案，测量过程中，红外拍摄相机和红外拍摄相机显微镜头连接，红外拍摄相机显微镜头捕捉到微尺度区域的温度场图像。
[0023]上述本专利技术的有益效果如下：
[0024]本专利技术的测量系统，通过可见光拍摄相机获取被测区域的可见光图像，通过红外拍摄相机获取被测区域的温度场数据，整个测量系统结构简单，操作方便，不需要复杂的光路系统，使得红外温度测量和可见光拍摄更加直接，避免了误差的引入，可使测得的数据更加真实可靠。
[0025]本专利技术的测量系统，通过可见光拍摄相机和红外拍摄相机，能够同时对同一局部区域拍摄并计算获得变形场、应变率场、温度场和应力场数据，对深入理解材料动态变形机理具有重要意义，能够让研究者更全面的直接获得高分辨率材料变形的运动学和热力学信息。
[0026]本专利技术的测量系统，应用场景非常广，由于其结构简单可适用性强，可以将其放置在各种力学测试平台上对被测对象进行测量，可将其安装在霍普金森压杆试验机和万能试
验机上，或安装在实际加工场景中如各类切削机床、压力加工机床等加工过程的测量。
附图说明
[0027]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0028]图1是本专利技术根据一个或多个实施方式的双光谱变形场与温度场集成同步测量系统的示意图；
[0029]图2是本专利技术根据一个或多个实施方式的双光谱变形场与温度场集成同步测量系统中的光路示意图；
[0030]图中：为显示各部位位置而夸大了互相间间距或尺寸，示意图仅作示意使用；
[0031]其中，1.三自由度龙门可见光相机支架；2.可见光拍摄相机；3.可见光拍摄相机显微镜头；4.可见光谱成像反光镜；5.可见光谱成像反光镜底座；6.红外拍摄相机显微镜头；7.红外拍摄相机；8.单自由度倾斜红外相机底座；9.被测对象。
具体实施方式
[0032]应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本专利技术使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0033]正如
技术介绍
所介绍的，现有技术中存在对变形场与温度场无法同步测量的问题，为了解决本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双光谱变形场与温度场集成同步测量系统，其特征是，包括可见光拍摄相机和红外拍摄相机；所述可见光拍摄相机下方设置可见光谱成像反光镜，可见光谱成像反光镜倾斜设定角度对准拍摄区域，可见光拍摄相机通过可见光谱成像反光镜反射的光线获得被测区域的可见光图像；所述红外拍摄相机对准拍摄区域，获得温度场数据。2.如权利要求1所述的双光谱变形场与温度场集成同步测量系统，其特征是，所述可见光拍摄相机与可见光相机支架连接，由可见光相机支架带动可见光拍摄相机在X、Y、Z三个方向进行移动。3.如权利要求1所述的双光谱变形场与温度场集成同步测量系统，其特征是，所述可见光拍摄相机与可见光拍摄相机显微镜头相连接，可见光拍摄相机显微镜头垂直向下拍摄，可见光拍摄相机显微镜头与可见光谱成像反光镜相对设置。4.如权利要求1所述的双光谱变形场与温度场集成同步测量系统，其特征是，所述红外拍摄相机与红外相机底座相连接，红外相机底座可带动红外拍摄相机上下移动。5.如权利要求1所述的双光谱变形场与温度场集成同步测量系统，其特征是，所述红外拍摄相机向下倾斜，其与水平面具有设定夹角。6.如权利要求1所述的双光谱变形场与温度场集成同步测量系统，其特征是，所述红外拍摄相机与红外拍摄相机显微镜头相连接，红外拍摄相机显微镜头对准拍摄区域。7.如权利要求1
‑
6任一项所述的双光谱变形场与温度场...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘战强，马凯，王兵，蔡玉奎，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：