CN105486245A - 一种测量复合材料冲击后凹坑深度的实验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种测量复合材料冲击后凹坑深度的实验装置及方法，属于实验力学、复合材料非接触光学测试技术领域，尤其涉及一种测量复合材料冲击后凹坑深度的实验装置及方法。本发明采用栅线投影测量技术和光学三角测量技术相结合的方法，用CCD相机拍摄投射于受冲击前后复合材料板上的数字光栅的照片，用相位测量技术测出复合材料板受冲击前后的表面数字光栅变形及相位变化，对冲击后复合材料板的冲击凹坑深度进行全场测量，从而得出复合材料板耐冲击性能及冲击后凹坑全场深度信息。本发明采用的栅线投影测试技术是非接触全场测量，和游标卡尺、高度尺等点接触测量方法相比，省去了多次测量不同位置深度的繁琐工序以及减小了最大凹坑深处的不确定性的影响，使冲击后凹坑深度测量更为方便简单和精确。

Description

一种测量复合材料冲击后凹坑深度的实验装置及方法

技术领域

本发明涉及一种测量复合材料冲击后凹坑深度的实验装置及方法，属于实验力学、复合材料非接触光学测试技术领域，尤其涉及一种测量复合材料冲击后凹坑深度的实验装置及方法。

背景技术

冲击后压缩实验是表征复合材料耐冲击性能及层间性能的重要手段，其主要分为两个阶段，一是在一定能量下的落锤低速冲击测试，二是冲击后进行压缩测试。落锤冲击后复合材料试件的最大凹坑深度以及凹坑深度分布是其耐冲击性能及层间性能的重要参数。目前，对复合材料冲击后凹坑深度测量的主要方法是通过游标卡尺或者高度尺进行单点试探性测量，通过测多次以及对不同部位进行测量，达到确定最大凹坑深度的目的。这种点接触测量方法不但工序繁琐、工作量大而且很难保证所得到的最大深度信息准确。

发明内容

本发明的目的是提供一种测量复合材料冲击后凹坑深度的实验装置及方法，通过栅线投影测量技术和光学三角测量技术相结合的方法，使其能对复合材料板冲击后凹坑深度进行精确全场测量。

本发明的技术方案如下：

利用包括CCD相机、支架、电动平移台、计算机、和投影仪装置测量复合材料冲击后凹坑深度；其测量步骤如下：

1)将所述的CCD相机和投影仪设置在电动平移台上方，且固定于支架上；支架在电动平移台上左右平移；CCD相机、电动平移台和投影仪通过控制线路与计算机连接；

2)在计算机上安装MATLAB软件，用MATLAB软件在计算机中生成灰度正弦变化的栅线，并将栅线投射于电动平移台上；

3)将待测试件放置于电动平台上，使试件上的待测面水平朝上；

4)将CCD相机对准待测面，调节该CCD相机的位置和焦距，使待测面在CCD相机视场的中成清晰的图像，拍摄一幅照片；

5)通过MATLAB软件利用三角测量原理提取所拍摄照片中栅线的全场相位信息；

6)由全场相位信息计算冲击凹坑全场高度信息：

假设f₀是投射到电动平移台上的光栅条纹频率，相位φ(x,y)是由被测物体凹坑引起的相位变化，则CCD相机上在凹坑内的投射光与无凹坑处的投射光的横坐标之差为：

$s=\frac{\mathrm{\φ}(x,y)}{2{\mathrm{\πf}}_0}$

利用CCD相机、投影仪(6)和被测物体上表面的三角关系可得坐标差和凹坑高度h(x,y)的关系为：

h(x,y)＝sL₁/(s+d)

其中：L₁为投影仪出瞳或CCD相机入瞳到电动平移台距离，d为投影仪出瞳和CCD相机入瞳两光瞳之间的距离，x为横坐标、y为纵坐标。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果：

本发明采用栅线投影测量方法是一种基于相位测试技术的新型光学全场非接触测试方法，其主要通过测量被物体深度变化而改变的栅线信息提取物体深度变化引起的光学相位信息，进而通过三角测量原理确定物体深度信息，能更为方便地检测复合材料冲击后凹坑深度。

本发明采用的栅线投影测量技术是非接触测量，和传统高度尺方法相比，省去了多次测量不同位置深度的繁琐工序以及减小了最大凹坑深处的不确定性的影响，使冲击后凹坑深度测量更为方便简单和精确。

附图说明

图1是本发明装置的结构原理示意图。

图中：1-CCD相机；2-支架；3-电动平移台；4-计算机；5-被测试件；6-投影仪。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明的具体结构、工作原理、工作过程，但不应以此限制本发明的保护范围。

图1是该测试测复合材料冲击后凹坑深度的结构原理示意图。该装置包括CCD相机1、支架2、电动平移台3、计算机4以及投影仪6；所述的CCD相机1和投影仪6设置在电动平移台3上方，且固定于支架2上；支架在电动平移台3上左右平移；CCD相机1、电动平移台3和投影仪6通过控制线路与计算机4连接。

本发明提供的方法包括如下步骤：

1)将所述的CCD相机1和投影仪6设置在电动平移台3上方，且固定于支架2上；支架在电动平移台3上左右平移；CCD相机1、电动平移台3和投影仪6通过控制线路与计算机4连接；

2)在计算机4上安装MATLAB软件，用MATLAB软件在计算机4中生成灰度正弦变化的栅线，并将栅线投射于电动平移台3上；

3)将待测试件放置于电动平台3上，使试件上的待测面水平朝上；

4)将CCD相机1对准待测面，调节该CCD相机1的位置和焦距，使待测面在CCD相机1视场的中成清晰的图像，拍摄一幅照片；

5)通过MATLAB软件利用三角测量原理提取所拍摄照片中栅线的全场相位信息；

6)由全场相位信息计算冲击凹坑全场高度信息：

假设f₀是投射到电动平移台上的光栅条纹频率，相位φ(x,y)是由被测物体凹坑引起的相位变化，则CCD相机1上在凹坑内的投射光与无凹坑处的投射光的横坐标之差为：

$s=\frac{\mathrm{\φ}(x,y)}{2{\mathrm{\πf}}_0}$

利用CCD相机1、投影仪6和被测物体上表面的三角关系可得坐标差和凹坑高度h(x,y)的关系为：

h(x,y)＝sL₁/(s+d)

其中：L₁为投影仪6出瞳或CCD相机1入瞳到电动平移台3距离，d为投影仪6出瞳和CCD相机1入瞳两光瞳之间的距离，x为横坐标、y为纵坐标。

Claims (1)

1.一种测量复合材料冲击后凹坑深度的方法，其特征在于：利用包括CCD相机(1)、支架(2)、电动平移台(3)、计算机(4)、和投影仪(6)装置测量复合材料冲击后凹坑深度；其测量步骤如下：

1)将所述的CCD相机(1)和投影仪(6)设置在电动平移台(3)上方，且固定于支架(2)上；支架在电动平移台(3)上左右平移；CCD相机(1)、电动平移台(3)和投影仪(6)通过控制线路与计算机(4)连接；

2)在计算机(4)上安装MATLAB软件，用MATLAB软件在计算机(4)中生成灰度正弦变化的栅线，并将栅线投射于电动平移台(3)上；

3)将待测试件放置于电动平台(3)上，使试件上的待测面水平朝上；

4)将CCD相机(1)对准待测面，调节该CCD相机(1)的位置和焦距，使待测面在CCD相机(1)视场的中成清晰的图像，拍摄一幅照片；

5)通过MATLAB软件利用三角测量原理提取所拍摄照片中栅线的全场相位信息；

6)由全场相位信息计算冲击凹坑全场高度信息：

假设f₀是投射到电动平移台上的光栅条纹频率，相位φ(x,y)是由被测物体凹坑引起的相位变化，则CCD相机(1)上在凹坑内的投射光与无凹坑处的投射光的横坐标之差为：

$s=\frac{\mathrm{\φ}(x,y)}{2{\mathrm{\πf}}_0}$

利用CCD相机(1)、投影仪(6)和被测物体上表面的三角关系可得坐标差和凹坑高度h(x,y)的关系为：

h(x,y)＝sL₁/(s+d)

其中：L₁为投影仪(6)出瞳或CCD相机(1)入瞳到电动平移台(3)距离，d为投影仪(6)出瞳和CCD相机(1)入瞳两光瞳之间的距离，x为横坐标、y为纵坐标。