CN103994727A - 一种基于转印技术的散斑制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种基于转印技术的散斑制作方法。方法包括：通过计算机软件输入散斑尺寸、散斑数量、变形等参数，生成两对以上散斑图；通过软件对每对散斑图进行数字散斑相关运算，根据计算结果，选择散斑匹配度高的散斑图；将选定的散斑图进行打印；按照待测物体尺寸对散斑图进行裁剪；通过转印技术将散斑图转印在待测物体表面，得到具有选定散斑图的待测物体。本发明具有制作简单、快捷，操作方便，精度高，价格低廉，适用广泛的优点。

Description

一种基于转印技术的散斑制作方法

技术领域

本发明涉及一种基于转印技术的散斑制作方法，属于光测力学、变形测量、工程检测领域。

背景技术

数字散斑相关方法是上世纪80年代由日本I.Yamaguchi和美国南卡罗来纳大学的W.H.Peter和W.F.Ranson等人同时提出的。I.Yamaguchi在研究物体小变形时，采用测量物体变形前后光强的互相关函数峰值来导出物体的位移。Yamaguchi采用双光束照明，并在照明点法线方向放置图像传感器，他推导了物体变形与在衍射场中散斑位移的关系，对加载前后的衍射光场进行相关运算，导出位移场并利用这个关系得到了表面应变。Peter和Ranson则采用电视摄像机记录被测物体加载前后的激光散斑图，经模数转换得到数字灰度场的相关迭代运算，从而得出位移和应变。综上所述，数字散斑相关法是通过对变形前后的待测物体表面的散斑图进行相关计算从而测量出物体表面的变形场。因此，散斑成为数字相关法最为重要的组成部分之一。散斑制作的快慢就影响到整个测试的进度，散斑的质量就影响到变形测量的精度。

传统散斑制作方法采用激光制作，该方法制作的散斑精度高，需要在防振台上进行测试，对环境影要求高。目前制作的散斑的方法最为常用的是采用喷漆技术，在待测物体表面反复喷涂黑白两色漆，从而形成人工散斑。这种制作散斑的方法，颗粒大，随机性强，散斑质量的好坏通常取决于制作人员的技术水平，制作的待测物体返工次数较多。此外，还有化学气相沉积法、紫外线光刻法，这些方法制作散斑制作方法复杂，散斑颗粒难以控制。而溶液镀银法、电子束曝光法、聚焦离子束刻蚀等制作方法，又因制作区域小，价格昂贵，不适合进行推广。

发明内容

针对上述存在问题，本发明方法提供了一种制作简单、快捷，操作方便，精度高，价格低廉，适用性强的基于转印技术的散斑制作方法。

为了实现上述目的，本发明技术方案如下：

一种基于转印技术的散斑制作方法，所述制作方法按以下步骤进行：

a.通过计算机软件输入散斑尺寸、散斑数量、产生变形等参数，生成两对以上散斑图。

b.通过软件对每对数字散斑图进行数字散斑相关运算，，根据计算结果，选择散斑匹配度高的散斑图。

c.打印出选定的散斑图。

d.按照待测物体尺寸对打印出的散斑图进行裁剪。

e.将裁剪出的散斑图转印在待测物体表面，得到带有选定散斑图的待测物体。

本发明所述通过计算机软件生成散斑图，包括生成两对以上散斑图，每对散斑图包括无形变散斑图及相对应赋予已知形变的散斑图。

本发明所述软件模拟运算，为对每对散斑图进行匹配及相关运算。

本发明所述计算效果好的散斑图，为匹配精度高，计算形变与已知形变较为吻合的散斑图。

本发明所述转印，为水转印技术或热转印技术或冷转印技术。

本发明与现有散斑制作技术相比，具有以下优点及突出效果：常规的散斑制作制作方法，依靠人工操作直接喷涂在待测物体表面，随机性较大，返工次数多。而通过计算机模拟生成散斑图，可以对散斑图的散斑大小、密度、图形尺寸进行控制，然后再进行相关运算，选择出匹配度高、计算效果好的散斑图，只要严格按照流程，基本不存在返工。采用喷漆制作散斑图，操作复杂，且制作完散斑图后需要较长的晾干时间，制作周期长。通过转印技术进行散斑的制作，散斑图直接通过打印机输出，然后转印待测物体表面，转印工序完成后即可开始测试，操作简单，同时降低了制作周期。就散斑的制作的可重复性而言，采用喷漆制作散斑方法，同一测试中不同待测物体具有的散斑图往往不同，缺乏对比性。而通过转印方法制作散斑图，在选定散斑图后可以大批量制作，不仅同一测试中可以采用相同的散斑图，只要待测物体尺寸相同，在不同测试中都可以采用相同的散斑。就生产成本而言，对于一般精度的测试，通过普通打印机就可以实现上述散斑图的制作，使得该制作方法成本低，取材方便，制作简单。此外，随着打印技术和转印技术的不断发展，该方法也将得到不断的发展。

附图说明

图1为本发明的操作制作方法流程图。

图2为计算机模拟生成的一对散斑图。

图3为计算机相关匹配的计算结果的云图。

图4为通过水转印技术制作散斑的制作方法流程图。

图5为通过热转印技术制作散斑的制作方法流程图。

图6为通过冷转印技术制作散斑的制作方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对发明的具体实施作进一步详细描述

一种基于转印技术的散斑制作方法，见图1，所述制作方法按以下步骤进行：

a.通过计算机软件生成散斑图。

具体地，通过计算机软件生成两对以上尺寸略大于实际待测物体的散斑图。每对散斑图由两幅散斑图组成，其包含不发生形变的散斑图及相对应发生已知形变的散斑图。每对散斑数量、密度不一。本发明的一个实施例中，其中一对散斑图(图2)，散斑的大小为7像素，数量为12000，已知形变散斑图(如图2(b))较未发生形变散斑图产生0.5像素的水平位移。

b.通过软件模拟运算，选择计算效果较好的散斑图。

具体地，将生成的两对以上散斑图依次通过软件进行匹配及计算，根据其相关计算的结果与已知形变进行比较，判断散斑图的质量，选择计算效果好的散斑图。在本发明的一个实施例中，已知形变较未发生形变散斑图产生0.5像素的水平位移，其计算结果如图3。

c.打印选定的散斑图

具体地，通过打印机或者印刷厂印刷在转印纸上印出选定散斑图。在本发明的一个实施例中，通过家用激光打印机在水转印贴纸上印刷出了选定的散斑图。

d.按照待测物体尺寸对带有散斑图的转印纸进行裁剪

具体地，根据待测物体尺寸，将打印出带有散斑图的转印纸进行裁剪，使其大小与待测物体刚好吻合。在本案的一个实施例中，裁剪出带有散斑图纸的转印纸的为直径为100mm的半圆盘。

e.将散斑图转印在待测物体表面，得到具有选定散斑图的待测物体

具体地，采用转印技术将散斑图转印至待测物体表面，从而得到具有选定散斑图的待测物体。在发明的一个实施例中，先将冷转印液涂在待测物体表面，再将冷转印纸贴在待测物体表面充分与冷转印液接触，最后揭去底纸并喷上光油，即得到了具有选定散斑图的待测物体。

实施例1

图4为通过水转印贴纸技术制作散斑的制作方法流程图。具体实施步骤如下：

a.通过计算机软件生成三对散斑图，本实施例中软件采用高斯算法。其计算公式如下，没发生变形散斑图计算公式为：发生变形的散斑图计算公式为： $I(x,y)=\underset{k=1}{\overset{s}{\mathrm{\Σ}}}[i_0*\exp (-\frac{{(x-x_k-\mathrm{dx})}^2-{(y-y_k-\mathrm{dy})}^2}{r^2})].$ 其中，i0为散斑图背景光强度，在本实施例中i₀＝1；x_k与y_k为散斑点位置，在本实施例中通过随机均匀函数产生。s为散斑数量，在本实施例的三对散斑图计算中分别取10000、12000、12000；x,y为像素值，该值根据测试过程中所使用的相机的分辨率决定，在本实施例中x＝2704,y＝3376；r为散斑的尺寸，在本实施例中，其值分别取4、5、7。dx、dy为已知形变值，本实施例中dx＝0，dy＝0.5。根据上述方法与值，生成三对散斑图。其中一对如图2所示。

b.通过计算机模拟运算选择计算效果好的散斑图，在本实施例中，通过计算机软件对变形前后的散斑图像进行最大相关系数的搜索，从而匹配图像，计算出变形产生的水平位移，生成位移云图。图3为散斑数量s为12000，尺寸为7的散斑图对所产生的计算结果，该计算结果所得位移与已经水平位移0.5吻合度高，匹配度高，故选用该散斑图。

c.在水转印贴纸上打印出选定散斑图，在本实施例中通过家用激光打印机打印出选定的散斑图，水转印贴纸大小为A尺寸，散斑图尺寸为120mm*120mm的正方形。

d.根据待测物体尺寸，将散斑图进行裁剪，在本实施例中，待测物体尺寸为直径为100mm，厚度为20mm的半圆盘，将水转印贴纸裁剪为待测物体表面的尺寸即100mm的半圆盘。

e.对要粘贴散斑的位置进行清理，对待测物体表面进行清理，去除油污、灰尘。

f.在粘贴处涂上打底液，将打底液均匀的喷涂在待测物体表面。

g.把裁剪好的水转印贴纸放入水中，浸泡大约10到15秒，然后取出。

h.撕去底纸，把水转印贴纸贴在待测物体表面。因为待测物体表面为平面，故直接粘贴即可。若待测物体表面为曲面，还需要配合软化剂使用。在本发明的另一实施例中，待测物体为直径为50mm的球体，在球体表面喷涂软化剂后把水转印贴纸沿着其表面进行粘贴。

i.在待测物体表面涂上修饰剂，待干燥后，再喷上光油，获得选定散斑图的待测物体。在本实施例中，先均匀的喷涂修饰剂，然后用电吹风吹干，再最后喷涂光油，即完成了散斑的制作。

实施例2

图5为通过热转印贴纸技术制作散斑的制作方法流程图。具体实施步骤如下：

a.通过计算机软件生成三对散斑图，并进行模拟运算选择计算效果好的散斑图。本实施例中软件采用高斯算法。其计算公式如下，没发生变形散斑图计算公式为： $I(x,y)=\underset{k=1}{\overset{s}{\mathrm{\Σ}}}[i_0*\exp (-\frac{{(x-x_k)}^2-{(y-y_k)}^2}{r^2})];$ 发生变形的散斑图计算公式为： $I(x,y)=\underset{k=1}{\overset{s}{\mathrm{\Σ}}}[i_0*\exp (-\frac{{(x-x_k-\mathrm{dx})}^2-{(y-y_k-\mathrm{dy})}^2}{r^2})].$ 其中，i₀为散斑图背景光强度，在本实施例中i₀＝1；x_k与y_k为散斑点位置，在本实施例中通过随机均匀函数产生。s为散斑数量，在本实施例的三对散斑图计算中分别取10000、12000、12000；x,y为像素值，该值根据测试过程中所使用的相机的分辨率决定，在本实施例中x＝2704,y＝3376；r为散斑的尺寸，在本实施例中，其值分别取4、5、7。dx、dy为已知形变值，本实施例中dx＝0，dy＝0.5。根据上述方法与值，生成三对散斑图。其中一对如图2所示。然后进行散斑图的筛选，先通过计算机软件对变形前后的散斑图像进行最大相关系数的搜索，从而匹配图像，计算出变形产生的水平位移，生成位移云图。图3为散斑数量s为12000，尺寸为7的散斑图对所产生的计算结果，该计算结果所得位移与已经水平位移0.5吻合度高，计算效果好，故选用该散斑图。

b.在热转印贴纸上打印出选定散斑图，在本实施例中通过家用激光打印机打印出选定的散斑图，热转印贴纸大小为A尺寸，散斑图尺寸为120mm*120mm的正方形。

c.根据待测物体尺寸，将散斑图进行裁剪，在本实施例中，待测物体尺寸为直径为100mm，厚度为20mm的半圆盘，将热转印贴纸裁剪为待测物体表面的尺寸即100mm的半圆盘。

d.对要粘贴散斑的位置进行清理，即对待测物体表面进行清理，去除油污与灰尘。之后，在待测物表面喷涂涂层。

e.待涂层干了之后，把裁剪好的热转印贴纸放在待测物上。把待测物和热转印贴纸一起放入热转印机内，设置温度为120°，时间为60秒，然后开启热转印机。

f.等到转移机停止工作后，将待测物取出，即得到带有选定散斑图的待测物。

实施例3

图6为通过冷转印贴纸技术制作散斑的制作方法流程图。具体实施步骤如下：

a.通过计算机软件生成三对散斑图，并进行模拟运算选择计算效果好的散斑图。本实施例中软件采用高斯算法。其计算公式如下，没发生变形散斑图计算公式为： $I(x,y)=\underset{k=1}{\overset{s}{\mathrm{\Σ}}}[i_0*\exp (-\frac{{(x-x_k)}^2-{(y-y_k)}^2}{r^2})];$ 发生变形的散斑图计算公式为： $I(x,y)=\underset{k=1}{\overset{s}{\mathrm{\Σ}}}[i_0*\exp (-\frac{{(x-x_k-\mathrm{dx})}^2-{(y-y_k-\mathrm{dy})}^2}{r^2})].$ 其中，i₀为散斑图背景光强度，在本实施例中i₀＝1；x_k与y_k为散斑点位置，在本实施例中通过随机均匀函数产生。s为散斑数量，在本实施例的三对散斑图计算中分别取10000、12000、12000；x,y为像素值，该值根据测试过程中所使用的相机的分辨率决定，在本实施例中x＝2704,y＝3376；r为散斑的尺寸，在本实施例中，其值分别取4、5、7。dx、dy为已知形变值，本实施例中dx＝0，dy＝0.5。根据上述方法与值，生成三对散斑图。其中一对如图2所示。然后进行散斑图的筛选，先通过计算机软件对变形前后的散斑图像进行最大相关系数的搜索，从而匹配图像，计算出变形产生的水平位移，生成位移云图。图3为散斑数量s为12000，尺寸为7的散斑图对所产生的计算结果，该计算结果所得位移与已经水平位移0.5吻合度高，计算效果好，故选用该散斑图。

b.在冷转印贴纸上打印出选定散斑图，在本实施例中通过家用激光打印机打印出选定的散斑图，冷转印贴纸大小为A尺寸，散斑图尺寸为120mm*120mm的正方形。

c.根据待测物体尺寸，将散斑图进行裁剪，在本实施例中，待测物体尺寸为直径为100mm，厚度为20mm的半圆盘，将热转印贴纸裁剪为待测物体表面的尺寸即100mm的半圆盘。

d.对要粘贴散斑的位置进行清理，即对待测物体表面进行清理，去除油污与灰尘。之后，在待测物表面喷涂冷转印液。

e.喷涂完之后，立刻把裁剪好的冷转印贴纸放在待测物上，使其充分接触。

f.通过电吹风的热风对试件表面进行烘干，大约10-15分钟。随后在试件表面喷涂光油。

g.完成上述步骤后，等待光油干后，就得到带有选定散斑图的待测物。

尽管上述步骤已经展示和描述了本发明的三个实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为本发明的限制。

Claims (4)

1.一种基于转印技术的散斑制作方法，其特征在于，所述制作方法按以下步骤进行：

a.通过计算机软件输入散斑尺寸、散斑数量、产生变形三个参数，生成两对以上散斑图；

b.通过软件对每对数字散斑图进行数字散斑相关运算，根据计算结果，选择散斑匹配度高的散斑图；

c.打印出选定的散斑图；

d.按照待测物体尺寸对打印出的散斑图进行裁剪；

e.将裁剪出的散斑图转印在待测物体表面，得到带有选定散斑图的待测物体。

2.如权力要求1所述的一种基于转印技术的散斑制作方法，其特征在于：所述的转印方法为水转印技术。

3.如权力要求1所述的一种基于转印技术的散斑制作方法，其特征在于：所述的转印方法为热转印技术。

4.如权力要求1所述的一种基于转印技术的散斑制作方法，其特征在于：所述的转印方法为冷转印技术。