应用于材料试验机的位移场实时光测系统开发

发布时间：2017-08-01 13:06

  本文关键词：应用于材料试验机的位移场实时光测系统开发

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【摘要】：材料试验机是一种重要的科学实验仪器,在材料特性研究中广泛应用,然而传统材料试验机由于引伸计的限制,不能提供样品在拉伸、压缩或疲劳试验中表面的完整位移场分布,不能测量试样的大变形。本文将光测力学与传统的材料试验机相结合,利用光学测量方法非接触、实时性以及提供全场信息的特点,建立了一套应用于材料试验机的位移场实时光测系统,可以实现试件的大变形在线测量和断裂瞬间的观测。该系统以Basler CCD相机作为图像传感器进行图像采集,用Camera Link数据线将采集到的实时数据传输到NI PCIE采集卡中,通过labview并行处理技术和RAID O存储方式,达到了120帧/秒的数据采集速度和每秒近240M的存储速度。 本文实现了两种位移场计算方法：自动网格法和数字相关法。自动网格法是通过网格点阵中每个点的中心位移改变来反映位移场变化,结合几何中心法和灰度重心法的各自优点,本文采用了一种新的网格点中心坐标计算方法,平衡了计算速度和精度；在网格点阵的编码方面,发展了一种改进的一维编码排序方法,使得运算速度更快,适应性更强。数字相关法则不需要制作网格点阵,通过分析散斑的变化得到变形的信息。 高精度标定板的标定实验结果表明该系统的测量稳定性为0.5um,消除畸变后系统测量误差约为7um。随后将该系统应用在Instron、岛津和MTS等材料试验机上,分别对铝、橡胶和铁等材料进行了拉伸实验,结果表明该系统能够实时获取试样的平面位移场分布,实时图像处理速度达到10帧／秒；同时该系统能够进行试件断裂瞬间的观测,最高拍摄速度为120帧／秒。
【关键词】：材料试验机 光学测量 实时 自动网格法 数字相关法
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP391.41;TH87
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-7
• 目录7-9
• 第一章 绪论9-13
• 1.1 课题研究背景及意义9
• 1.2 国内外研究现状9-12
• 1.3 本文主要工作12-13
• 第二章 系统结构13-21
• 2.1 系统总体框架13-14
• 2.2 数据采集同步14-15
• 2.3 系统硬件15-19
• 2.3.1 CCD相机16
• 2.3.2 数据采集卡16-17
• 2.3.3 双远心镜头17-18
• 2.3.4 数据采集卡,接线盒和接口连线18-19
• 2.4 小结19-21
• 第三章 软件结构21-39
• 3.1 Labview技术及并行处理21-22
• 3.2 RaidO存储22-23
• 3.3 软件流程图23-24
• 3.4 图像处理算法24-37
• 3.4.1 自动网格法24-26
• 3.4.2 改进的自动网格法26-33
• 3.4.3 数字图像相关法33-37
• 3.5 小结37-39
• 第四章 基于光测系统的材料拉伸变形测量39-61
• 4.1 光测系统性能测试39-47
• 4.1.1 系统稳定性试验39-41
• 4.1.2 图像放大率41-45
• 4.1.3 测量误差45-47
• 4.2 几何中心算法与灰度重心算法比较47-48
• 4.3 拉伸试验结果48-58
• 4.3.1 铝试件试验48-51
• 4.3.2 橡胶试件试验51-55
• 4.3.3 铁试件试验55-57
• 4.3.4 泊松比57-58
• 4.4 系统的应变精度58-59
• 4.5 小结59-61
• 第五章 总结与展望61-65
• 5.1 总结61-62
• 5.2 展望62-65
• 参考文献65-69
• 致谢69-71
• 在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果71

【参考文献】

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本文编号：604358