微尺度数字图像相关方法和技术研究

发布时间：2017-06-09 21:30

  本文关键词：微尺度数字图像相关方法和技术研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在现代光力学测量中,数字图像相关法具有适用范围广、对实验条件要求低、非接触、精度高等优点,是一种简单、实用、有效的全场位移与应变测量方法,被广泛应用到实验力学及其他学科领域。随着现代微加工技术的不断发展,材料和器件越来越向微小型化发展,迫切的需要发展微观尺度数字图像相关方法和技术。散斑作为数字图像相关中的变形传感元件反映材料或结构的变形,其质量的好坏将直接影响光学测量结果的准确性,因此制备高质量的散斑在光学测量中起着十分重要的作用。其次,借助显微镜平台,数字图像相关法可以实现微尺度下的变形测量,但是必须研究显微镜镜头失真导致图像畸变问题,否则将会对测试结果带来较大的误差。针对这两个问题,本文主要开展的研究工作有1)针对高倍显微镜下的镜头畸变影响,采用一阶畸变函数和三阶畸变函数对畸变图像校准,通过微散斑图和正交光栅模板做刚体平移实验,建立相应的畸变模型,并确定畸变系数。结果表明,一阶函数矫正后误差降低56.3%,三阶矫正后误差降低81.3%,相对误差降低了25%,三阶畸变函数能够有效地实现高倍显微镜下镜头畸变的矫正。2)发展了一种基于离心甩胶技术的微散斑制作方法。用散斑的平均灰度梯度和团聚率作为散斑质量的评价方法,研究了温度、离心速度、固化时间等参数对散斑图的影响,找到了最优的微散斑制作工艺参数,实现了微散斑膜的制备,并且可以方便地将散斑膜转移到试件表面。该方法的优点是可以制作大面积散斑、散斑颗粒大小和分布可控、对试件表面适应性好、工艺简单、花费低、易操作。3)对微尺度数字图像相关方法和技术进行了验证实验研究和应用研究。经过微尺度平移对比实验,结果表明微散斑的测量误差为1.5%。通过拉伸实验测量铝试件的弹性模量,验证了微尺度数字图像相关方法有效性和可靠性。将微散斑应用于带有微小缺口的亚克力板表面和涂层界面(涂层600μm厚),成功地获得了小于2mm视场范围内的裂纹尖端应变场,可用于材料与结构的力学性能表征。
【关键词】：数字图像相关 镜头畸变 散斑图 微尺度 变形测量
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O348.1;TP391.41
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 引言10-22
• 1.1 研究背景及意义10-11
• 1.2 数字图像相关法国内外研究现状11-13
• 1.2.1 宏观尺度11-12
• 1.2.2 微纳米尺度12-13
• 1.3 散斑的制备13-18
• 1.4 目前研究中存在的主要问题18-20
• 1.4.1 微观散斑18-19
• 1.4.2 误差分析19-20
• 1.5 本文研究的目的及内容20-22
• 第二章 数字图像相关方法及其畸变误差22-36
• 2.1 数字图像相关法22-24
• 2.2 畸变误差分析24-28
• 2.2.1 本节引论24-26
• 2.2.2 镜头畸变失真原理26-27
• 2.2.3 径向畸变27
• 2.2.4 偏心畸变27-28
• 2.2.5 薄棱镜畸变28
• 2.3 畸变矫正28-34
• 2.3.1 一阶畸变函数28-32
• 2.3.2 三阶畸变函数32-34
• 2.4 本章小结34-36
• 第三章 微散斑制作方法研究36-56
• 3.1 本章概述36
• 3.2 散斑图的质量评价36-38
• 3.3 微散斑的制作方法38-40
• 3.4 微散斑制作工艺优化40-46
• 3.4.1 实验室温度的影响40-42
• 3.4.2 离心速度对散斑图的影响42-44
• 3.4.3 固化时间对散斑图质量的影响44-46
• 3.5 传感元件散斑薄膜的制作46-49
• 3.5.1 微散斑薄膜制备46-47
• 3.5.2 微散斑薄膜转移方法47-49
• 3.6 验证微散斑的可行性49-55
• 3.6.1 数值模拟验证实验49-51
• 3.6.2 实验验证微散斑的可行性51-55
• 3.7 本章小结55-56
• 第四章 微散斑的应用研究56-63
• 4.1 拉伸实验56-58
• 4.1.1 原位加载测量系统的设计56-57
• 4.1.2 原位加载验证实验57-58
• 4.2 微缺口拉伸实验58-60
• 4.2.1 散斑的制备58
• 4.2.2 拉伸实验与结果58-60
• 4.3 热障涂层界面变形测量60-62
• 4.3.1 试件制备60
• 4.3.2 三点弯曲实验与结果60-62
• 4.4 本章小结62-63
• 第五章 总结与展望63-65
• 5.1 总结63
• 5.2 展望63-65
• 参考文献65-70
• 致谢70-71
• 读研期间发表的文章71

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