CN102183458B - 一种残余应力的测量方法和测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种残余应力的测量方法和测量系统，用以解决现有测量方法的测量过程繁琐复杂、测量效率较低的问题。该方法包括：在待测区域的表面喷涂散斑后，获取待测区域的第一散斑图像；在待测区域的表面上打孔后，获取待测区域的第二散斑图像；根据第一散斑图像、第二散斑图像和数字散斑相关法，确定第一轴向点与第二轴向点的轴向位移差和第一环向点与第二环向点的环向位移差；根据轴向位移差和环向位移差，确定孔所处位置的轴向残余应力和环向残余应力。该技术方案使测量过程不需要繁琐的贴片和连线的过程，简化了测量的过程，从而极大的提高了残余应力的测量效率，并且可以获得孔所处位置的残余应力释放前后的整个变形场。

Description

一种残余应力的测量方法和测量系统

技术领域

本发明涉及计量测试领域，特别涉及一种残余应力的测量方法和测量系统。

背景技术

管道系统是当前机电产品的重要组成部分，随着现代技术的发展，管道的安全应用越来越受到工程界的重视。而其中弯管又是管道系统的重要构件，它除了能改变介质流动方向外，还能提高管路的柔韧性，缓解管路的震动和约束力，同时也对热膨胀起补偿作用。由于弯管的加工是管材塑性变形的过程，这就导致了弯管内部产生了很大的残余应力。这些残余应力在加工时，影响弯管工艺中回弹补偿量的选择。而在装配过程中，由于装配误差的存在，使得管路系统中的弯管也可能受力变形，产生装配残余应力。而在使用过程中，管路系统在外界环境的影响下导致变形又会产生残余应力。这些残余应力使弯管本身的疲劳强度、应力腐蚀等力学性能降低，增大了系统失效的可能性。由此可见，对于弯管内残余应力的测量和研究是十分必要的。

图1为弯管表面的应力分布示意图。如图1所示，弯管1上点P处的残余应力主要可分解为沿轴向的轴向残余应力σ_z和沿环向的环向残余应力σ_h。

在现有技术中，弯管的残余应力的现场测量通常是使用电测法来测量的。电测法的基本流程包括贴应变片、钻孔、读取应变仪中记录的应变值，最后通过应变仪中的数据来计算出弯管内残余应力的值。电测法测量轴向残余应力和环向残余应力的原理是一样的。弯管弯曲处的表面在开孔前，孔边的轴向残余应力σ_z分布均匀，在弯管弯曲处钻半径为R的孔，孔边的应力降为0，孔两侧的应力σ_s重新分布，其原始应力σ_z和释放后应力σ_s之间的差值部分为打孔而释放出来的应力σ_D，通过在离孔中心的距离为a的地方贴上应变片，即可测量出释放的应力带来的应变ε_z，利用释放的应力σ_D与残余应力σ_z的关系σ_D＝σ_z-σ_s和极轴坐标系下的广义胡克定律，可推导出应变ε_z与σ_z的关系式。

又由于弯管的主要应力为轴向应力和环向应力，所以应变片多采用常见的电阻式三相应变片，以同时获得轴向和环向的应变值ε_h、ε_z，从而求解出弯管在各个方向上的残余应力值。

但是使用电测法测量弯管的残余应力前需要在待测点处贴应变片，而贴应变片的过程十分繁琐复杂，从而导致测量效率较低。

发明内容

本发明实施例提供了一种残余应力的测量方法和测量系统，用以解决现有测量方法的测量过程繁琐复杂、测量效率较低的问题。

本发明实施例提供了一种残余应力的测量方法，包括：

在待测区域的表面喷涂散斑后，获取所述待测区域的第一散斑图像；

在所述待测区域的表面上打孔后，获取所述待测区域的第二散斑图像；

根据所述第一散斑图像、所述第二散斑图像和数字散斑相关法，确定第一轴向点的第一轴向位移，确定第二轴向点的第二轴向位移，并确定所述第一轴向位移与所述第二轴向位移的差作为轴向位移差；

根据所述第一散斑图像、所述第二散斑图像和所述数字散斑相关法，确定第一环向点的第一环向位移，确定第二环向点的第二环向位移，并确定所述第一环向位移与所述第二环向位移的差作为环向位移差；

根据所述轴向位移差和所述环向位移差，确定所述孔所处位置的轴向残余应力和环向残余应力；

其中，所述第一轴向点与第二轴向点位于所述孔的两侧、同处于轴向的一条线上并相对所述孔的中心对称；所述第一环向点与第二环向点位于所述孔的两侧、同处于环向的一条线上并相对所述孔的中心对称。

所述根据所述第一散斑图像、所述第二散斑图像和数字散斑相关法，确定第一轴向点的第一轴向位移，确定第二轴向点的第二轴向位移，确定所述第一轴向位移与所述第二轴向位移的差作为轴向位移差之前，还包括：

在所述第二散斑图像中，根据像素灰度和区域形态确定所述孔的中心。

所述根据所述第一散斑图像、所述第二散斑图像和数字散斑相关法，确定第一轴向点的第一轴向位移，确定第二轴向点的第二轴向位移，并确定所述第一轴向位移与所述第二轴向位移的差作为轴向位移差，具体为：

在所述孔的两侧，确定同处于轴向的一条线上并相对所述孔的中心对称的第一轴向点和第二轴向点；

在所述第二散斑图像中，以所述第一轴向点为中心确定第一计算区域，利用所述数字散斑相关法确定所述第一计算区域中多个点各自的轴向位移，根据所述第一计算区域中多个点各自的轴向位移确定所述第一轴向点的第一轴向位移；

在所述第二散斑图像中，以所述第二轴向点为中心确定第二计算区域，利用所述数字散斑相关法确定所述第二计算区域中多个点各自的轴向位移，根据所述第二计算区域中多个点各自的轴向位移确定所述第二轴向点的第二轴向位移；

确定所述第一轴向位移与所述第二轴向位移的差作为轴向位移差。

所述根据所述第一散斑图像、所述第二散斑图像和所述数字散斑相关法，确定第一环向点的第一环向位移，确定第二环向点的第二环向位移，并确定所述第一环向位移与所述第二环向位移的差作为环向位移差，具体为：

在所述孔的两侧，确定同处于环向的一条线上并相对所述孔的中心对称的第一环向点和第二环向点；

在所述第二散斑图像中，以所述第一环向点为中心确定第三计算区域，利用所述数字散斑相关法确定所述第三计算区域中多个点各自的环向位移，根据所述第三计算区域中多个点各自的环向位移确定所述第一环向点的第一环向位移；

在所述第二散斑图像中，以所述第二环向点为中心确定第四计算区域，利用所述数字散斑相关法确定所述第四计算区域中多个点各自的环向位移，根据所述第四计算区域中多个点各自的环向位移确定所述第二环向点的第二环向位移；

确定所述第一环向位移与所述第二环向位移的差，为所述第一环向点与所述第二环向点的环向位移差。

根据所述轴向位移差和所述环向位移差，确定所述孔所处位置的轴向残余应力和环向残余应力，具体为：

将所述轴向位移差和所述环向位移差，代入由所述轴向位移差与轴向应变的第一换算关系，所述环向位移差与环向应变的第二换算关系，所述轴向应变与轴向释放应力的第三换算关系，所述环向应变与环向释放应力的第四换算关系，以及所述轴向释放应力、所述环向释放应力、轴向残余应力与环向残余应力的第五换算关系所组成的方程组中求解，获得所述孔所处位置的轴向残余应力和环向残余应力。

所述第三换算关系和所述第四换算关系中均包括所述待测区域所属基体的弹性模量和泊松比；

所述测量方法，还包括：

确定所述待测区域所属基体的弹性模量和泊松比。

本发明实施例还提供了一种残余应力的测量系统，包括：

第一获取模块，用于在待测区域的表面喷涂散斑后，获取所述待测区域的第一散斑图像；

第二获取模块，用于在所述待测区域的表面上打孔后，获取所述待测区域的第二散斑图像；

第一确定模块，用于根据所述第一散斑图像、所述第二散斑图像和数字散斑相关法，确定第一轴向点的第一轴向位移，确定第二轴向点的第二轴向位移，并确定所述第一轴向位移与所述第二轴向位移的差作为轴向位移差，所述第一轴向点与第二轴向点位于所述孔的两侧、同处于轴向的一条线上并相对所述孔的中心对称；

第二确定模块，用于根据所述第一散斑图像、所述第二散斑图像和所述数字散斑相关法，确定第一环向点的第一环向位移，确定第二环向点的第二环向位移，并确定所述第一环向位移与所述第二环向位移的差作为环向位移差，所述第一环向点与第二环向点位于所述孔的两侧、同处于环向的一条线上并相对所述孔的中心对称；

第三确定模块，用于根据所述轴向位移差和所述环向位移差，确定所述孔所处位置的轴向残余应力和环向残余应力。

所述的测量系统，还包括：

第四确定模块，用于在所述第二散斑图像中，根据像素灰度和区域形态确定所述孔的中心。

所述的测量系统，还包括：

卡具，用于夹固所述待测区域所属的基体；

相机，用于在所述待测区域的表面喷涂散斑后，拍摄所述待测区域的第一散斑图像；在所述待测区域上打孔后，拍摄所述待测区域的第二散斑图像；

移动平台，用于承载所述相机；

存储器，用于存储所述相机拍摄的所述第一散斑图像和所述第二散斑图像，并将所述第一散斑图像发送给所述第一获取模块，将所述第二散斑图像发送给所述第二获取模块；

第一控制模块，用于控制所述移动平台移动，使所述相机不阻碍所述打孔操作，并在所述相机拍摄所述第一散斑图像和所述第二散斑图像时，使所述待测区域位于所述相机的视场中、且使所述待测区域与所述相机的相对位置相同。

所述的测量系统，还包括：

光源，用于照亮所述待测区域；

第二控制模块，用于控制所述光源的照射方向，使所述光源在照亮所述待测区域时不产生反光的光斑。

所述的测量系统，还包括：

第五确定模块，用于确定所述待测区域所属基体的弹性模量和泊松比。

本发明实施例提供的残余应力的测量方法和测量系统中，待测区域的表面上喷涂有散斑，在待测区域的表面被打孔后残余应力得到了释放并产生了形变，然后根据待测区域形变前的第一散斑图像、形变后的第二散斑图像和数字散斑相关法，确定孔两侧两个轴向点由于形变而产生的轴向位移差以及两个环向点由于形变而产生的环向位移差，最后根据轴向位移差和环向位移差确定孔所处位置的轴向残余应力和环向残余应力。该测量过程不需要繁琐的贴片和连线的过程，简化了测量的过程，从而极大的提高了残余应力的测量效率，并且可以获得孔所处位置的残余应力释放前后的整个变形场。

附图说明

图1为弯管内残余应力的分布示意图；

图2为本发明实施例提供的残余应力的测量方法的流程图；

图3为本发明实施例计算轴向位移差和环向位移差的计算示意图；

图4A为本发明实施例计算点Pn的轴向位移的示意图；

图4B为本发明实施例计算点Pn的轴向位移的另一示意图；

图5为本发明实施例提供的一种残余应力的测量系统的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的另一种残余应力的测量系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

首先需要说明本发明实施例提供的残余应力的测量方法和测量系统，适用于测量弯管、金属板材、金属结构支撑件、受力箱体等基体上某一区域的残余应力。

如图2所示，本发明实施例提供了一种残余应力的测量方法，包括如下步骤：

步骤201、在待测区域的表面喷涂散斑后，获取待测区域的第一散斑图像。

步骤202、在待测区域的表面上打孔后，获取待测区域的第二散斑图像。

其中，孔的位置就是待测点的位置，打孔可由试验人员使用钻孔机完成，打孔的目的是为了释放待测点处的残余应力，使待测区域由于残余应力的释放而产生形变。

如果待测区域比较厚，可以开盲孔；如果待测区域比较薄应该开通孔。开孔前，应在待测点做好标记，以便调整相机，使开孔位置位于图像的中间。开孔时，尽量保持待测区域保持不动，以免对计算结果引入不可控的误差。

步骤203、根据第一散斑图像、第二散斑图像和数字散斑相关法，确定第一轴向点P₁的第一轴向位移W₁(由于形变而产生)，确定第二轴向点P₂的第二轴向位移W₂(由于形变而产生)，并确定第一轴向位移W₁与第二轴向位移W₂的差作为轴向位移差Wz，其中，第一轴向点P₁与第二轴向点P₂位于孔的两侧、同处于轴向的一条线上并相对孔的中心对称。

在执行步骤203之前，还可以包括如下步骤：

在第二散斑图像中，根据像素灰度和区域形态确定孔的中心C。

下面解释该步骤如何执行：

在待测区域上开孔后，孔在第二散斑图像上的灰度值G理论上为黑色，即其灰度值为0。但是由于光线等原因，实际拍摄的第二散斑图像上孔区域内的灰度值只是接近于0，所以规定第二散斑图像中灰度值G小于预设阈值G₁的区域为孔，然后根据形态学判定该区域是否近似为圆，圆的半径R是否与钻头半径R_z接近。当某一区域的灰度值G小于预设阈值G₁、该区域近似为圆、且该区域的半径R与钻头半径R_z相等或者差值在一个客差范围内，则认为该区域为孔，根据形态学求解得出孔的中心C。

参考图3，步骤203具体为：

步骤2031、在孔的两侧，确定同处于轴向的一条线上并相对孔的中心C对称的第一轴向点P₁和第二轴向点P₂；

第一轴向点P₁到孔的中心C的距离为a，第二轴向点P₂到孔的中心C的距离亦为a，a的值根据孔的半径R确定，可以消除由于开孔导致的变形对测量结果的影响；

步骤2032、在第二散斑图像中，以第一轴向点P₁为中心确定第一计算区域S1，利用数字散斑相关法确定第一计算区域S1中多个点各自的轴向位移，根据第一计算区域S1中多个点各自的轴向位移确定第一轴向点P₁的第一轴向位移；

A1、第一计算区域S1中的多个点可以任意选取，下面以任意点Pn为例说明如何利用数字散斑相关法确定第一计算区域S1中任一点的轴向位移：

如图4A、4B所示，在第一散斑图像中，确定对应第一计算区域S1的开孔前区域S1’(开孔前区域S1’在第一散斑图像中的坐标，与第一计算区域S1在第二散斑图像中的坐标相同)，取第一计算区域S1中的一点Pn，并确定开孔前区域S1’中对应点Pn的点Pn’，点Pn的坐标实际上就是点Pn’在打孔变形后的坐标。

根据以下相关公式(1)确定点Pn’在第一散斑图像中的坐标和点Pn在第二散斑图像中的坐标：

$C_r=\frac{\left\{\mathrm{\Σ\Σ}\right[(f-\stackrel{\‾}{f})\·(g-\stackrel{\‾}{g})]{\}}^2}{\mathrm{\Σ\Σ}{(f-\stackrel{\‾}{f})}^2\·\mathrm{\Σ\Σ}{(g-\stackrel{\‾}{g})}^2}---\left(1\right)$

其中，f为第一散斑图像上点Pn’周围小区域R_po内的灰度函数，g为第二散斑图像上点P_n周围小区域R_p内的灰度函数，

分别为这两个区域内灰度值的平均值，Cr为相关系数；

通过上述相关公式即可计算出区域R_po、R_p之间的相似程度，从而可确定出点Pn’在第一散斑图像中的坐标位置(u′，v′)，点P_n在第二散斑图像中的坐标位置(u，v)；(u，v)中的轴向坐标减去(u′，v′)中的轴向坐标，即为整像素下点Pn的轴向位移ΔU；

为了提高计算的精度，在计算出整像素下点Pn的轴向位移后还应计算亚像素下的轴向位移，具体可以通过亚像素搜索算法计算获得；

A2、按照以上方法确定出第一计算区域S1中多个点各自的轴向位移之后，取该多个点的轴向位移的平均值，即为第一轴向点P₁的第一轴向位移W₁；

步骤2033、在第二散斑图像中，以第二轴向点P₂为中心确定第二计算区域S2，利用数字散斑相关法确定第二计算区域S2中多个点各自的轴向位移，根据第二计算区域S2中多个点各自的轴向位移确定第二轴向点P₂的第二轴向位移W₂；

步骤2033的具体处理原理同A1、A2中所述，这里不再详述。

步骤2034、确定第一轴向点P₁的第一轴向位移W₁与第二轴向点P₂的第二轴向位移W₂的差，为第一轴向点P₁与第二轴向点P₂的轴向位移差Wz。

步骤204、根据第一散斑图像、第二散斑图像和数字散斑相关法，确定第一环向点P₃的第一环向位移W₃(由于形变而产生)，确定第二环向点P₄的第二环向位移W₄(由于形变而产生)，并确定第一环向位移W₃与第二环向位移W₄的差作为环向位移差Wh，其中，第一环向点与第二环向点位于孔的两侧、同处于环向的一条线上并相对孔的中心对称。

步骤204，具体为：

步骤2041、在孔的两侧，确定同处于环向的一条线上并相对孔的中心对称的第一环向点P₃和第二环向点P₄；

步骤2041的具体处理原理同步骤2031，这里不再详述；

步骤2042、在第二散斑图像中，以第一环向点P₃为中心确定第三计算区域S3，利用数字散斑相关法确定第三计算区域S3中多个点各自的环向位移，根据第三计算区域S3中多个点各自的环向位移确定第一环向点P₃的第一环向位移W₃；

步骤2042的具体处理原理同步骤2032，这里不再详述；

步骤2043、在第二散斑图像中，以第二环向点P₄为中心确定第四计算区域S4，利用数字散斑相关法确定第四计算区域S4中多个点各自的环向位移，根据第四计算区域S4中多个点各自的环向位移确定第二环向点P₄的第二环向位移W₄；

步骤2043的具体处理原理同步骤2032，这里不再详述；

步骤2044、确定第一环向位移W₃与第二环向位移W₄的差，为第一环向点P₃与第二环向点P₄的环向位移差Wh。

步骤205、根据轴向位移差Wz和环向位移差Wh，确定孔所处位置的轴向残余应力σ_z和环向残余应力σ_h。

具体为：

将轴向位移差Wz和环向位移差Wh，代入由轴向位移差Wz与轴向应变ε_z的第一换算关系，环向位移差Wh与环向应变ε_h的第二换算关系，轴向应变ε_z与轴向释放应力σ_sz的第三换算关系，环向应变ε_h与环向释放应力σ_sh的第四换算关系，以及轴向释放应力σ_sz、σ_szθ、环向释放应力σ_sh、σ_shθ、轴向残余应力σ_z与环向残余应力σ_h的第五换算关系所组成的方程组中求解，获得孔所处位置的轴向残余应力σ_z和环向残余应力σ_h。

其中，应力应变关系包括：

轴向位移差Wz与轴向应变ε_z的第一换算关系、环向位移差Wh与环向应变ε_h的第二换算关系均适用以下公式(2)：

$w=2{\∫}_a^{\∞}{\mathrm{\ϵ}}_x\mathrm{dx}---\left(2\right)$

其中，a为点与孔中心的距离。

轴向应变ε_z与轴向释放应力σ_sz、σ_szθ的第三换算关系如以下公式(3)：

${\mathrm{\ϵ}}_z=\frac{1}{E}({\mathrm{\σ}}_{\mathrm{sz}}-{\mathrm{\μ\σ}}_{\mathrm{sz\θ}})---\left(3\right)$

环向应变ε_h与环向释放应力σ_sh、σ_shθ的第四换算关系如以下公式(4)：

${\mathrm{\ϵ}}_h=\frac{1}{E}({\mathrm{\σ}}_{\mathrm{sh}}-{\mathrm{\μ\σ}}_{\mathrm{sh\θ}})---\left(4\right)$

轴向释放应力σ_sz、σ_szθ、环向释放应力σ_sh、σ_shθ、轴向残余应力σ_z与环向残余应力σ_h的第五换算关系，见以下公式(5)：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{sz}}=-\frac{{\mathrm{\σ}}_z+{\mathrm{\σ}}_h}{2}\·\frac{R^2}{a^2}+\frac{{\mathrm{\σ}}_z-{\mathrm{\σ}}_h}{2}(\frac{{3R}^4}{a^4}-\frac{{4R}^2}{a^2})\\ {\mathrm{\σ}}_{\mathrm{sz\θ}}=-\frac{{\mathrm{\σ}}_z+{\mathrm{\σ}}_h}{2}\·\frac{R^2}{a^2}-\frac{{\mathrm{\σ}}_z-{\mathrm{\σ}}_h}{2}\·\frac{{3R}^4}{a^4}\\ {\mathrm{\σ}}_{\mathrm{sh}}=-\frac{{\mathrm{\σ}}_z+{\mathrm{\σ}}_h}{2}\·\frac{R^2}{a^2}-\frac{{\mathrm{\σ}}_z-{\mathrm{\σ}}_h}{2}(\frac{{3R}^4}{a^4}-\frac{4R^2}{a^2})\\ {\mathrm{\σ}}_{\mathrm{sh\θ}}=-\frac{{\mathrm{\σ}}_z+{\mathrm{\σ}}_h}{2}\·\frac{R^2}{a^2}+\frac{{\mathrm{\σ}}_z-{\mathrm{\σ}}_h}{2}\·\frac{{3R}^4}{a^4}\end{array}\right.---\left(5\right)$

其中，a为点与孔中心的距离；R为孔的半径。

另外，由于第三换算关系和第四换算关系中，均包括待测区域所属基体的弹性模量和泊松比，因此，当待测区域所属基体的弹性模量和泊松比为未知时，上述测量方法还可以包括以下步骤：

确定待测区域所属基体的弹性模量和泊松比。

确定出弹性模量和泊松比之后，代入上述方程组中，即可完成求解。

本发明实施例提供的残余应力的测量方法中，待测区域的表面上喷涂有散斑，在待测区域的表面被打孔后残余应力得到了释放并产生了形变，然后根据待测区域形变前的第一散斑图像、形变后的第二散斑图像和数字散斑相关法，确定孔两侧两个轴向点由于形变而产生的轴向位移差以及两个环向点由于形变而产生的环向位移差，最后根据轴向位移差和环向位移差确定孔所处位置的轴向残余应力和环向残余应力。该测量过程不需要繁琐的贴片和连线的过程，简化了测量的过程，从而极大的提高了残余应力的测量效率，并且可以获得孔所处位置的残余应力释放前后的整个变形场。

如图5所示，本发明另一实施例提供了一种残余应力的测量系统，包括：

第一获取模块，用于在待测区域的表面喷涂散斑后，获取待测区域的第一散斑图像；

第二获取模块，用于在待测区域的表面上打孔后，获取待测区域的第二散斑图像；

第一确定模块，用于根据第一散斑图像、第二散斑图像和数字散斑相关法，确定第一轴向点的第一轴向位移，确定第二轴向点的第二轴向位移，并确定第一轴向位移与第二轴向位移的差作为轴向位移差，第一轴向点与第二轴向点位于孔的两侧、同处于轴向的一条线上并相对孔的中心对称；

第二确定模块，用于根据第一散斑图像、第二散斑图像和数字散斑相关法，确定第一环向点的第一环向位移，确定第二环向点的第二环向位移，并确定第一环向位移与第二环向位移的差作为环向位移差，第一环向点与第二环向点位于孔的两侧、同处于环向的一条线上并相对孔的中心对称；

第三确定模块，用于根据轴向位移差和环向位移差，确定孔所处位置的轴向残余应力和环向残余应力。

如图6所示，上述测量系统，还可包括：

第四确定模块，用于在第二散斑图像中，根据像素灰度和区域形态确定孔的中心。

再如图6所示，上述测量系统，还可包括：

卡具，用于夹固待测区域所属的基体，使基体位置固定不变；

相机，用于在待测区域的表面喷涂散斑后，拍摄待测区域的第一散斑图像；在待测区域上打孔后，拍摄待测区域的第二散斑图像；

移动平台，用于承载相机；

存储器，用于存储相机拍摄的第一散斑图像和第二散斑图像，并将第一散斑图像发送给第一获取模块，将第二散斑图像发送给第二获取模块；

第一控制模块，用于控制移动平台移动，使相机不阻碍打孔操作，并在相机拍摄第一散斑图像和第二散斑图像时，使待测区域位于相机的视场中、且使待测区域与相机的相对位置相同。

其中，第一控制模块控制移动平台移动，在打孔的时候，使相机不会对打孔操作有阻碍，并在相机拍摄第一散斑图像和第二散斑图像时，使待测区域位于相机的视场中、且使待测区域与相机的相对位置相同，从而保证测量的准确性。

再如图6所示，上述测量系统，还可包括：

光源，用于照亮待测区域；

第二控制模块，用于控制光源的照射方向，使光源在照亮待测区域时不产生反光的光斑。

再如图6所示，上述测量系统，还可包括：

第五确定模块，用于确定待测区域所属基体的弹性模量和泊松比。

本发明实施例提供的残余应力的测量系统中，待测区域的表面上喷涂有散斑，在待测区域的表面被打孔后残余应力得到了释放并产生了形变，然后根据待测区域形变前的第一散斑图像、形变后的第二散斑图像和数字散斑相关法，确定孔两侧两个轴向点由于形变而产生的轴向位移差以及两个环向点由于形变而产生的环向位移差，最后根据轴向位移差和环向位移差确定孔所处位置的轴向残余应力和环向残余应力。该测量系统使得不需要进行繁琐的贴片和连线的过程，简化了测量的过程，从而极大的提高了残余应力的测量效率，并且可以获得孔所处位置的残余应力释放前后的整个变形场。

本领域普通技术人员可以理解，实现上述事实的方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，程序可以存储于一计算机所可读取的存储介质中，该程序在执行时，包括如下步骤：在待测区域的表面喷涂散斑后，获取上述待测区域的第一散斑图像；在待测区域的表面上打孔后，获取待测区域的第二散斑图像；根据第一散斑图像、第二散斑图像和数字散斑相关法，确定第一轴向点的第一轴向位移，确定第二轴向点的第二轴向位移，并确定第一轴向位移与第二轴向位移的差作为轴向位移差；根据第一散斑图像、第二散斑图像和数字散斑相关法，确定第一环向点的第一环向位移，确定第二环向点的第二环向位移，并确定第一环向位移与第二环向位移的差作为环向位移差；根据轴向位移差和环向位移差，确定孔所处位置的轴向残余应力和环向残余应力。上述的存储介质，可以是ROM/RAM、磁盘、光盘等。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种残余应力的测量方法，其特征在于，包括：

在待测区域的表面喷涂散斑后，获取所述待测区域的第一散斑图像；

在所述待测区域的表面上打孔后，获取所述待测区域的第二散斑图像；

根据所述第一散斑图像、所述第二散斑图像和数字散斑相关法，确定第一轴向点的第一轴向位移，确定第二轴向点的第二轴向位移，并确定所述第一轴向位移与所述第二轴向位移的差作为轴向位移差；

根据所述第一散斑图像、所述第二散斑图像和所述数字散斑相关法，确定第一环向点的第一环向位移，确定第二环向点的第二环向位移，并确定所述第一环向位移与所述第二环向位移的差作为环向位移差；

根据所述轴向位移差和所述环向位移差，确定所述孔所处位置的轴向残余应力和环向残余应力；

其中，所述第一轴向点与第二轴向点位于所述孔的两侧、同处于轴向的一条线上并相对所述孔的中心对称；所述第一环向点与第二环向点位于所述孔的两侧、同处于环向的一条线上并相对所述孔的中心对称；

根据所述轴向位移差和所述环向位移差，确定所述孔所处位置的轴向残余应力和环向残余应力，具体为：

将所述轴向位移差和所述环向位移差，代入由所述轴向位移差与轴向应变的第一换算关系，所述环向位移差与环向应变的第二换算关系，所述轴向应变与轴向释放应力的第三换算关系，所述环向应变与环向释放应力的第四换算关系，以及所述轴向释放应力、所述环向释放应力、轴向残余应力与环向残余应力的第五换算关系所组成的方程组中求解，获得所述孔所处位置的轴向残余应力和环向残余应力。

2.如权利要求1所述的测量方法，其特征在于，

所述根据所述第一散斑图像、所述第二散斑图像和数字散斑相关法，确定第一轴向点的第一轴向位移，确定第二轴向点的第二轴向位移，确定所述第一轴向位移与所述第二轴向位移的差作为轴向位移差之前，还包括：

在所述第二散斑图像中，根据像素灰度和区域形态确定所述孔的中心。

3.如权利要求1所述的测量方法，其特征在于，

所述根据所述第一散斑图像、所述第二散斑图像和数字散斑相关法，确定第一轴向点的第一轴向位移，确定第二轴向点的第二轴向位移，并确定所述第一轴向位移与所述第二轴向位移的差作为轴向位移差，具体为：

在所述孔的两侧，确定同处于轴向的一条线上并相对所述孔的中心对称的第一轴向点和第二轴向点；

在所述第二散斑图像中，以所述第一轴向点为中心确定第一计算区域，利用所述数字散斑相关法确定所述第一计算区域中多个点各自的轴向位移，根据所述第一计算区域中多个点各自的轴向位移确定所述第一轴向点的第一轴向位移；

在所述第二散斑图像中，以所述第二轴向点为中心确定第二计算区域，利用所述数字散斑相关法确定所述第二计算区域中多个点各自的轴向位移，根据所述第二计算区域中多个点各自的轴向位移确定所述第二轴向点的第二轴向位移；

确定所述第一轴向位移与所述第二轴向位移的差作为轴向位移差。

4.如权利要求1所述的测量方法，其特征在于，

所述根据所述第一散斑图像、所述第二散斑图像和所述数字散斑相关法，确定第一环向点的第一环向位移，确定第二环向点的第二环向位移，并确定所述第一环向位移与所述第二环向位移的差作为环向位移差，具体为：

在所述孔的两侧，确定同处于环向的一条线上并相对所述孔的中心对称的第一环向点和第二环向点；

在所述第二散斑图像中，以所述第一环向点为中心确定第三计算区域，利用所述数字散斑相关法确定所述第三计算区域中多个点各自的环向位移，根据所述第三计算区域中多个点各自的环向位移确定所述第一环向点的第一环向位移；

在所述第二散斑图像中，以所述第二环向点为中心确定第四计算区域，利用所述数字散斑相关法确定所述第四计算区域中多个点各自的环向位移，根据所述第四计算区域中多个点各自的环向位移确定所述第二环向点的第二环向位移；

确定所述第一环向位移与所述第二环向位移的差，为所述第一环向点与所述第二环向点的环向位移差。

5.如权利要求1所述的测量方法，其特征在于，

所述第三换算关系和所述第四换算关系中均包括所述待测区域所属基体的弹性模量和泊松比；

所述测量方法，还包括：

确定所述待测区域所属基体的弹性模量和泊松比。

6.一种残余应力的测量系统，其特征在于，包括：

第一获取模块，用于在待测区域的表面喷涂散斑后，获取所述待测区域的第一散斑图像；

第二获取模块，用于在所述待测区域的表面上打孔后，获取所述待测区域的第二散斑图像；

第一确定模块，用于根据所述第一散斑图像、所述第二散斑图像和数字散斑相关法，确定第一轴向点的第一轴向位移，确定第二轴向点的第二轴向位移，并确定所述第一轴向位移与所述第二轴向位移的差作为轴向位移差，所述第一轴向点与第二轴向点位于所述孔的两侧、同处于轴向的一条线上并相对所述孔的中心对称；

第二确定模块，用于根据所述第一散斑图像、所述第二散斑图像和所述数字散斑相关法，确定第一环向点的第一环向位移，确定第二环向点的第二环向位移，并确定所述第一环向位移与所述第二环向位移的差作为环向位移差，所述第一环向点与第二环向点位于所述孔的两侧、同处于环向的一条线上并相对所述孔的中心对称；

第三确定模块，用于根据所述轴向位移差和所述环向位移差，确定所述孔所处位置的轴向残余应力和环向残余应力；

第三确定模块具体用于将所述轴向位移差和所述环向位移差，代入由所述轴向位移差与轴向应变的第一换算关系，所述环向位移差与环向应变的第二换算关系，所述轴向应变与轴向释放应力的第三换算关系，所述环向应变与环向释放应力的第四换算关系，以及所述轴向释放应力、所述环向释放应力、轴向残余应力与环向残余应力的第五换算关系所组成的方程组中求解，获得所述孔所处位置的轴向残余应力和环向残余应力。

7.如权利要求6所述的测量系统，其特征在于，还包括：

第四确定模块，用于在所述第二散斑图像中，根据像素灰度和区域形态确定所述孔的中心。

8.如权利要求6或7所述的测量系统，其特征在于，还包括：

卡具，用于夹固所述待测区域所属的基体；

相机，用于在所述待测区域的表面喷涂散斑后，拍摄所述待测区域的第一散斑图像；在所述待测区域上打孔后，拍摄所述待测区域的第二散斑图像；

移动平台，用于承载所述相机；

存储器，用于存储所述相机拍摄的所述第一散斑图像和所述第二散斑图像，并将所述第一散斑图像发送给所述第一获取模块，将所述第二散斑图像发送给所述第二获取模块；

第一控制模块，用于控制所述移动平台移动，使所述相机不阻碍所述打孔操作，并在所述相机拍摄所述第一散斑图像和所述第二散斑图像时，使所述待测区域位于所述相机的视场中、且使所述待测区域与所述相机的相对位置相同。

9.如权利要求6或7所述的测量系统，其特征在于，还包括：

光源，用于照亮所述待测区域；

第二控制模块，用于控制所述光源的照射方向，使所述光源在照亮所述待测区域时不产生反光的光斑。

10.如权利要求6或7所述的测量系统，其特征在于，还包括：

第五确定模块，用于确定所述待测区域所属基体的弹性模量和泊松比。

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