CN106323514A - 一种基于ips-dgs方法的透明材料应力测量装置 - Google Patents
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Abstract
一种基于IPS-DGS方法的透明材料应力测量装置，属于应力测量技术领域。IPS屏幕(1)通过USB接口(7)或无线传输与计算机主机(5)连接，CCD传感器(4)安装在镜头(3)上，通过图像采集卡(6)与主机(5)相连，显示器(8)通过显卡VGA(7)与主机(5)相连；主机(5)上安装有散斑生成软件、图像采集软件与图像处理软件；待测试件(2)放置于IPS屏幕(1)和镜头(3)之间；由主机(5)生成的散斑图像，传输到IPS屏幕(1)上并呈现出来。显示器(8)显示最终分析结果。本发明可以快速、准确、便捷、自动化地测量出不同大小的透明物体的应力分布。
Description
技术领域
本发明属于实验应力(光测力学)的测量仪器与技术，涉及一种基于IPS-DGS方法的透明材料的应力测量装置。
背景技术
实验应力测试技术可以检测材料与结构的服役情况，提高工程结构的安全性和可靠性，并为设计新型结构与新材料的应用提供依据。由于透明材料的透光性等光学性能良好，光测力学手段在透明材料的应力测量中广为应用。传统的光测力学方法(如光弹性法、相干梯度敏感法、焦散线法等)存在测量装置复杂、局限性大等缺点。新兴的数字梯度敏感法(Digital Gradient Sensing,DGS)仅通过图像采集系统与散斑板即可测量得到试件的主应力和梯度，拥有设备简单、计算简便的优点。该方法将材料的透明性质与数字图像相关(Digital ImageCorrelation,DIC)方法相结合，利用透明材料的应力分布与折射率变化之间的关系，采用图像采集系统记录变化图像，从而分析得到透明材料的全场主应力和梯度。
然而传统的数字梯度敏感法测试系统存在以下缺点：
1.光源配置不易调节。在数字梯度敏感法中，被测试件为表面光滑的透明材料，传统的前光式照明方式常常导致试件表面反光、光照不均匀等问题，光源选择不当还可能对试件产生温度场的不良影响；
2.散斑质量难以控制。散斑图的质量直接影响数字梯度敏感法的实验误差，而对于常用的人工喷涂黑白漆的制斑方法，一次喷涂的效果往往不尽如人意，即使反复喷涂制斑，也难以保证人工散斑能够保持一定的散斑大小、均匀的散斑分布和合适的黑白散斑对比度。
发明内容
为了更好地解决光源设备选择、放置困难与散斑图像质量不佳等问题。本发明提供了一种基于IPS-DGS方法的透明材料应力测量装置，主要包括IPS屏幕、镜头、CCD传感器、计算机主机、图像采集卡、USB接口、显卡VGA和显示器；IPS屏幕通过USB接口或无线传输与计算机主机连接，接收来自计算机主机计算分析后形成的散斑图像；CCD传感器安装在镜头上，通过图像采集卡与计算机主机相连，显示器通过显卡VGA与计算机主机相连；计算机主机上安装有散斑生成软件、图像采集软件与图像处理软件；将待测试件固定在加载装置上，放置于IPS屏幕和镜头之间；计算机主机通过镜头实时采集透过待测试件的IPS屏幕上的散斑图像，并进行分析计算；显示器显示最终分析结果。
应力测量装置的测量方法，
步骤一，安装与调整：将镜头、IPS屏幕分别置于相应的支架上，将待测试件置于加载装置上，调整支架，使得镜头、待测试件、IPS屏幕位于同一水平线上；将CCD传感器与计算机主板上的图像采集卡相连，打开主机中的图像采集软件，设置相应的图像采集参数(采集帧率、图像分辨率等)。通过IPS屏幕呈现出主机生成的散斑图像，调节IPS屏幕的亮度与镜头的光圈、焦距，通过显示器监测所采集的图像，使得散斑成像清晰，测量范围合适。
步骤二，参数测量与标定：测量并记录所需参数，包括待测试件尺寸、待测试件与IPS屏幕的间距等。对镜头的缩放比例进行标定，采集一幅含标尺的图像，计算单位长度(如1mm)对应的图像像素值，即为真实物体与图像尺寸的比例。
步骤三，图像采集与测量：启动图像采集软件的采集功能，分别采集待测试件未受力和受力后的图像；这一过程可选择单幅采集或连续采集，分别适用于试件受到单一、固定的载荷与受到连续、变化的载荷这两种情况；图像采集完毕后，通过主机中的图像处理软件计算得到试件的主应力和梯度与应力分布，并在显示器上呈现出来。
本发明的有益效果在于：将IPS屏幕引入数字梯度敏感(DGS)法中，形成背光式系统，从而舍去了外加光源的麻烦，通过简单便携的设备即可组成IPS-DGS应力测量设备。采用计算机仿真模拟散斑图像，相比传统制斑方法更为简单、环保，同时散斑质量更好，有助于减小测量误差、提高测量精度。通过选取不同的IPS屏幕(1)、调整其显示的散斑大小、改变镜头的焦距等，可以测量不同大小的透明物体的应力分布，应用范围更广。综上，本发明基于IPS-DGS方法的透明材料应力测量装置，可以快速、准确、便捷、自动化地测量出不同大小的透明物体的应力分布。
附图说明
附图是本发明的结构示意图。
图中：1IPS屏幕；2待测试件；3镜头；4CCD传感器；5计算机主机；6图像采集卡；7USB接口；8显卡VGA；9显示器。
具体实施方式
以下结合技术方案和附图详细阐述本发明的实施例。
一种基于IPS-DGS方法的透明材料应力测量装置，主要包括IPS屏幕(1)、镜头(3)、CCD传感器(4)、计算机主机(5)、图像采集卡(6)、USB接口(7)、显卡VGA(8)和显示器(9)；IPS屏幕(1)通过USB接口(7)或无线传输与计算机主机(5)连接，接收来自计算机主机(5)计算分析后形成的散斑图像；CCD传感器(4)安装在镜头(3)上，通过图像采集卡(6)与计算机主机(5)相连，显示器(8)通过显卡VGA(7)与计算机主机(5)相连；计算机主机(5)上安装有散斑生成软件、图像采集软件与图像处理软件；将待测试件(2)固定在加载装置上，放置于IPS屏幕(1)和镜头(3)之间；计算机主机(5)通过镜头(3)实时采集透过待测试件(2)的IPS屏幕(1)上的散斑图像，并进行分析计算；显示器(8)显示最终分析结果。
以连续加载下的应力测试为例，本发明IPS-DGS应力测量装置的测量步骤为：
a.准备：
将待测透明待测试件(2)固定在加载装置上，打开图像采集系统实时监控，调整IPS屏幕(1)亮度、镜头(3)的位置与焦距等，保证采集的散斑图像清晰和大小适中。
b.测量：
(b1)对镜头(3)的缩放比例进行标定，采集一幅含标尺的图像，计算单位长度(如1mm)对应的图像像素值，即为真实物体与图像尺寸的比例。
(b2)触发加载装置与图像采集系统的连续采集按钮，采集若干幅散斑图像，直至加载结束。
c.数据处理：
运行图像处理和数字梯度敏感法计算程序，分析受力前后的散斑图像，得到透明待测试件(2)的主应力和梯度与应力分布情况。
Claims (1)
1.一种基于IPS-DGS方法的透明材料应力测量装置，其特征在于主要包括IPS屏幕(1)、镜头(3)、CCD传感器(4)、计算机主机(5)、图像采集卡(6)、USB接口(7)、显卡VGA(8)和显示器(9)；IPS屏幕(1)通过USB接口(7)或无线传输与计算机主机(5)连接，接收来自计算机主机(5)计算分析后形成的散斑图像；CCD传感器(4)安装在镜头(3)上，通过图像采集卡(6)与计算机主机(5)相连，显示器(8)通过显卡VGA(7)与计算机主机(5)相连；计算机主机(5)上安装有散斑生成软件、图像采集软件与图像处理软件；将待测试件(2)固定在加载装置上，放置于IPS屏幕(1)和镜头(3)之间；计算机主机(5)通过镜头(3)实时采集透过待测试件(2)的IPS屏幕(1)上的散斑图像，并进行分析计算；显示器(8)显示最终分析结果。
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN111307347A (zh) * | 2020-03-30 | 2020-06-19 | 天津城建大学 | 一种试件表面主应力测试装置及方法 |
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