CN110567390A - 一种用于形变测量的散斑制作工具及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于形变测量的散斑制作工具及方法。该工具包括光源组件、掩膜板、底板、竖直支撑杆、升降组件和第一喷涂组件，其中光源组件、掩膜板连接于升降组件，掩膜板安装于光源组件的下方，底板安装于掩膜板的下方，所述升降组件在竖直支撑杆上，且位置可上下调节，第一喷涂组件用于对试件喷涂光刻胶。该方法通过使用上述的散斑制作工具制作散斑。通过使用本方法的工具及方法，可以使得制作出的散斑排除人为因素所造成的不良影响，提高散斑的制作良品率。同时制作的散斑不会改变试件的应变分布，保证了将该散斑应用于数字图像相关技术测量时的测量精度和分析结果的准确性。本发明可广泛应用于材料分析技术领域内。

Description

一种用于形变测量的散斑制作工具及方法

技术领域

本发明涉及材料分析技术领域，尤其是一种用于形变测量的散斑制作工具及方法。

背景技术

随着计算机科学和图像识别等技术的发展，一种新兴的用图像分析材料应变的方法——数字图像相关法(Digital Image Correlation DIC)受到了广泛的关注和应用。该方法通过试件变形前后的两幅数字图像，结合相关算法获取感兴趣区域的变形信息，从而分析得到材料的力学弹性性能等结果，对实验环境的要求极为宽松，并且具有全场测量、抗干扰能力强、测量精度高等优点。

在应用数字图像相关技术时，需要提前在试件涂上一定特征的散斑，通过实时采集试件各个变形阶段的散斑图像来分析全场应变和变形。目前现有技术中散斑的制作方案有传统的手工喷涂法和激光灼烧法，手工喷涂法是先在试件表面喷上一层白色的底漆，然后再通过手动控制的方法在底漆上喷上一层离散、不均匀的黑色散斑，这种制作方式的成本不高但是良品率很低，手动喷涂黑色散斑时稍微用力就会导致散斑连接到一起，相对地，用力不足又会导致特征散斑数量不够。激光灼烧法是采用较小光束的激光器在试件表面烧灼出黑色的特征点，这种制作方式在烧灼时会损坏试件的表面，故而可能会改变试件的应变分布，因此会影响到测量精度和分析结果的准确性。现有技术中，还未有良好的技术方案能够有效解决上述制作方式所存在的弊端。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明实施例提供一种用于形变测量的散斑制作工具及方法，能够在制作散斑时排除人为因素所造成的不利影响，提高制作散斑的良品率，同时该制作方法不会对试件的表面造成不良影响，保证了将该散斑应用于数字图像相关技术测量时的测量精度和分析结果的准确性。

本发明实施例所采取的技术方案是：

第一方面，本发明实施例提供了一种用于形变测量的散斑制作工具，包括：光源组件、掩膜板、底板、竖直支撑杆、升降组件和第一喷涂组件；

所述光源组件、掩膜板连接于升降组件，所述掩膜板安装于光源组件的下方，所述底板安装于掩膜板的下方，所述底板用于放置试件，所述竖直支撑杆设置于底板上，所述升降组件安装于竖直支撑杆上，且所述升降组件在竖直支撑杆上的位置可上下调节，所述第一喷涂组件用于对试件喷涂光刻胶。

进一步，所述光源组件包括准直扩束镜和发光装置；

所述发光装置安装于准直扩束镜的光束入口处，所述掩膜板安装于准直扩束镜的光束出口处的下方。

进一步，还包括：透镜组件，所述透镜组件连接于升降组件，所述透镜组件安装于掩膜板和底板之间，且所述透镜组件包括凹/凸球面透镜和凹/凸非球面透镜。

进一步，还包括：第二喷涂组件，所述第二喷涂组件用于对试件喷涂底漆。

第二方面，本发明实施例提供了一种用于形变测量的散斑制作方法，用于通过所述的散斑制作工具制作散斑，包括以下步骤：

将试件放置在底板上并开启光源组件；

调整透镜组件和升降组件，使得光线透过掩膜板所形成的图像与试件上的预设测量区域重合；

在试件上的预设测量区域喷涂光刻胶；

喷涂光刻胶后达到预设时间时，关闭光源组件；

从底板上取出试件，清理试件上未固化的光刻胶。

进一步，所述调整透镜组件和升降组件，使得光线透过掩膜板所形成的图像与试件上的预设测量区域重合这一步骤，其具体包括：

当所述图像未能覆盖试件上的预设测量区域时，将所述透镜组件调整为凹透镜效果；

当所述图像完全超出试件上的预设测量区域时，将所述透镜组件调整为凸透镜效果。

进一步，所述调整透镜组件和升降组件，使得光线透过掩膜板所形成的图像与试件上的预设测量区域重合这一步骤，其还包括：

当所述透镜组件为凹透镜效果且所述图像未能覆盖试件上的预设测量区域时，向上调整升降组件使得光线透过掩膜板所形成的图像与试件上的预设测量区域重合；

当所述透镜组件为凹透镜效果且所述图像完全超过试件上的预设测量区域时，向下调整升降组件使得光线透过掩膜板所形成的图像与试件上的预设测量区域重合；

当所述透镜组件为凸透镜效果且所述图像未能覆盖试件上的预设测量区域时，向下调整升降组件使得光线透过掩膜板所形成的图像与试件上的预设测量区域重合；

当所述透镜组件为凸透镜效果且所述图像完全超过试件上的预设测量区域时，向上调整升降组件使得光线透过掩膜板所形成的图像与试件上的预设测量区域重合。

进一步，还包括以下步骤：调整底板上所述试件的位置，使得光线透过掩膜板所形成的图像与试件上的预设测量区域重合。

进一步，所述在试件上的预设测量区域喷涂光刻胶这一步骤之前，还包括以下步骤：在试件上的预设测量区域喷涂底漆。

本发明的优点和有益效果将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到：通过使用上述的散斑制作工具及方法，可以使得所制作出的散斑排除人为因素所造成的不良影响，提高散斑的制作良品率。而且该制作方法不会对试件的表面造成不良影响，可保证制作的散斑不会改变试件的应变分布，同时保证了使用该散斑进行数字图像相关技术测量时的测量精度和分析结果的准确性。另外，本发明中制作出的散斑与试件粘连稳定，不易脱落，整个散斑的制作形成过程十分迅速，能够很大程度上节省散斑的制作时间。

附图说明

图1为本发明实施例的一种用于形变测量的散斑制作工具结构示意图；

图2为本发明实施例的一种用于形变测量的散斑制作工具的掩膜板结构示意图；

图3为本发明实施例的一种用于形变测量的散斑制作方法流程图。

附图标记：1、光源组件；2、掩膜板；3、试件；4、准直扩束镜；5、发光装置；6、透镜组件；7、底板；8、竖直支撑杆；9、第一横杆；10、第二横杆；11、第三横杆；12、升降组件；13、滑块。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。对于以下实施例中的步骤编号，其仅为了便于阐述说明而设置，对步骤之间的顺序不做任何限定，实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。

参照图1，本发明实施例提供了一种用于形变测量的散斑制作工具，包括：光源组件1、掩膜板2、底板7、竖直支撑杆8、升降组件12和第一喷涂组件；

所述光源组件1、掩膜板2连接于升降组件12，所述掩膜板2安装于光源组件1的下方，所述底板7安装于掩膜板2的下方，所述底板7用于放置试件3，所述竖直支撑杆8设置于底板7上，所述升降组件12与竖直支撑杆8连接且所述升降组件12可在竖直支撑杆上下滑动，所述第一喷涂组件用于对试件3喷涂光刻胶。

本发明实施例中，提出了一种基于光刻胶特性来对试件3制作散斑的工具，该散斑可应用于DIC等材料分析技术，所述试件3由需要进行应变测量、分析的材料制作而成，具体地，为了便于进行材料分析以及散斑制作，可以将试件3制成平板状。所述工具包括光源组件1、掩膜板2、底板7、竖直支撑杆8、升降组件12和第一喷涂组件。其中，第一喷涂组件用于对试件3喷涂光刻胶，该光刻胶的颜色应当与试件3颜色具有明显的区分度，以使得后续制作出的散斑适用于图像分析。具体地，当试件3本身为白色时，可以选用T-9508黑色UV胶。所述掩膜板2上安装于光源组件1的下方，参照图2，其上有若干离散、分布不规则的孔洞，(所示图2中黑色部分为孔洞)，应当理解的是，每个掩膜板具体的孔洞形状以及数量均可按照实际需要自由设定。该掩膜板2用以使光源组件1发出的光源透过孔洞照射到试件3上，从而在试件3上形成一定的光照图案，令试件3上预先喷涂的光刻胶部分因光源的照射而发生凝固，粘连在试件3上；而未被光源照射到的光刻胶则不会发生固化，可以在关闭光源组件1后通过简单的清洗去除，这样即可在试件3上获取到理想的散斑图案。所述光源组件1和光刻胶的种类选用应当对应，例如当选择紫外光光源时，光刻胶也应选择为对紫外光敏感的光刻胶，具体地，光源组件1可以包括但不限于以下方式：紫外光、准分子激光、电子束、离子束、X射线等光源；光刻胶的选用种类可包括：紫外光刻胶、深紫外光刻胶、极紫外光刻胶、电子束光刻胶、离子束光刻胶、X射线光刻胶。不同曝光波长的光刻胶，其适用的光刻极限分辨率不同，一般来说，曝光波长越小，加工的分辨率越佳，制作的试件3散斑效果越好。因最终形成的散斑是固化在试件3表面的光刻胶，而光刻胶的固化情况又是基于掩膜板2的孔洞形成的，故而所述散斑图案是由预先制作好的掩膜板2决定的。因此，本发明实施例中的散斑制作工具所制作出的散斑排除了人为因素所造成的影响，大大提高了制作散斑的良品率。

本发明实施例中，所述掩膜板2的下方设置有用于放置试件3的底板7，还有一竖直支撑杆8设置于所述底板7上的一侧，光源组件1、掩膜板2连接于升降组件12，所述升降组件12包括滑块13、第一横杆9、第二横杆10和第三横杆11，其中，所述第一横杆9用于固定光源组件1，所述第二横杆10用于固定掩膜板2，所述第三横杆11用于固定透镜组件6，第一横杆9、第二横杆10和第三横杆11均连接于所述滑块13。所述滑块13安装于竖直支撑杆8上，且其位置可在竖直支撑杆8上上下调整，也可固定在竖直支撑杆8上的某一位置。具体地，所述滑块13与竖直支撑杆8的连接方式可以采用滑轨、螺栓拆卸连接等任一种可调节的方式。该结构使得本发明在使用时更加方便快捷，可以通过上下灵活调节升降组件12，以保证发射的光源能够较为完整地映射到试件3上。

进一步作为优选的实施方式，所述光源组件1包括准直扩束镜4和发光装置5；

所述发光装置5安装于准直扩束镜4的光束入口处，所述掩膜板2安装于准直扩束镜4的光束出口处的下方。

本发明实施例中，为了使光源组件1发射的光源达到试件3表面时效果较为平均，采用的光源组件1包括准直扩束镜4和发光装置5。发光装置5安装于准直扩束镜4的光束入口处，准直扩束镜4对发光装置5发射的光源进行扩束和准直，将点光源即原本呈聚焦状态发射的光束以平行光的形式照射到掩膜板2上。这样可以使得试件3上的各处光刻胶受光更加均匀，最终得到的散斑效果更好。

进一步作为优选的实施方式，还包括：透镜组件6，所述透镜组件6连接于升降组件12，所述透镜组件6安装于掩膜板2和底板7之间，且所述透镜组件6包括凹/凸球面透镜和凹/凸非球面透镜。

本发明实施例中，在掩膜板2下增设了透镜组件6，所述透镜组件6通过第三横杆11连接于滑块13。该透镜组件6用于调整照射到试件3上的掩膜板2图案大小，具体地，当试件3较小时，透镜组件6可以选用凸透镜，将掩膜板2图案聚焦到试件3上；当试件3较大时，透镜组件6可以选用凹透镜，将掩膜板2图案发散到试件3上。透镜组件6的设置可以大大提高本发明制作散斑的灵活性，可以无需更换掩膜板就能适用于各个大小的试件3，同时在使用时操作十分简单，只需挑选合适的透镜，上下调整透镜的位置使得散斑图案可完整投射并与试件3上待制作散斑的区域重合即可。此处应当理解的是，在试件3表面过大或者过小的情况下，采用透镜组件6也无法有效完成作业时，还是应当选择更换掩膜板2来保证制作的效果。

进一步作为优选的实施方式，还包括：第二喷涂组件，所述所述第二喷涂组件用于对试件3喷涂底漆。

本发明实施例中，还增设了第二喷涂组件，可对试件3进行喷涂底漆，对于那些本身表面色彩状况较丰富，或是为了使试件3和散斑更容易区分，还可选择在对试件3喷涂光刻胶前先喷涂一层底漆，同样，底漆的颜色应当与光刻胶具有鲜明的区分度，具体地，例如当采用的是T-9508黑色UV胶时，可选用白色的底漆作为第二喷涂组件的喷涂材料。

参照图3，本发明实施例提供了一种用于形变测量的散斑制作方法，包括以下步骤：

S1：将试件放置在底板上并开启光源组件；

S2：调整透镜组件和升降组件，使得光线透过掩膜板所形成的图像与试件上的预设测量区域重合；

S3：在试件上的预设测量区域喷涂光刻胶；

S4：喷涂光刻胶后达到预设时间时，关闭光源组件；

S5：从底板上取出试件，清理试件上未固化的光刻胶。

本发明实施例中，提供了一种用于形变测量的散斑制作方法，该方法基于上述的一种用于形变测量的散斑制作工具，能够通过该工具来制作散斑，所述散斑可应用于DIC等材料分析技术。本发明方法实施例中，首先获取到需要进行材料分析、应变测量的试件，在所述试件上确认好感兴趣的分析测量区域，作为预设测量区域，故而该预设测量区域即为本次需要在试件上制作的散斑区域。将所述试件放置于散斑制作工具的底板上，开启光源组件，光源组件所发射的光线经过扩束和准直后形成平行的光束照射到掩膜板上，由于掩膜板上存在若干离散、分布不规则的孔洞，且掩膜板除了孔洞处其他部位均不透光，因此透过掩膜板孔洞的光线将在试件上形成与掩膜板孔洞图案相对应的光照图像。通过调整散斑制作工具的透镜组件和升降组件，具体地，例如更换透镜的种类或者凹/凸程度、调低或者调高升降组件，均可以使得光线透过掩膜板所形成的光照图像大小有所改变，待调整所述光照图像的大小和试件上的预设测量区域重合时，固定所述升降组件。然后在试件上的预设测量区域喷涂光刻胶，此处的光刻胶的种类应当和光源组件中的发光装置相对应，例如当发光装置选择紫外光发射器时，光刻胶也应选择为对紫外光敏感的光刻胶。具体地，光源组件中的发光装置可以包括但不限于以下方式：紫外光、准分子激光、电子束、离子束、X射线等光源；光刻胶的选用种类可包括：紫外光刻胶、深紫外光刻胶、极紫外光刻胶、电子束光刻胶、离子束光刻胶、X射线光刻胶。不同曝光波长的光刻胶，其适用的光刻极限分辨率不同，一般来说，曝光波长越小，加工的分辨率越佳，制作的试件散斑效果越好。

喷涂完毕光刻胶后，由于光线的存在，所述试件上的光刻胶会在光线的照射下完成固化，牢固的沾连在试件表面上，等待一段预设时间后即可关闭光源组件，所述预设时间的长短根据光刻胶种类的感光固化属性以及发光装置的具体设置来确定，预设时间不可过短，否则有可能固化不完全，导致最终形成的散斑十分容易脱落，相对地，预设时间也不宜过长，否则有可能出现未被光照的光刻胶因长期暴露而粘结，导致未固化的光刻胶难以清除或者最终形成的散斑出现大片连接的情况。因此，所述预设时间的长短可根据具体的散斑制作情况灵活调整。

最后，从底板上取下试件，通过简单的冲洗工作即可清理掉未固化的光刻胶，而被光线照射固化、沾连在试件表面上的光刻胶即为最后制得的散斑。

进一步作为优选的实施方式，调整透镜组件和升降组件，使得光线透过掩膜板所形成的图像与试件上的预设测量区域重合这一步骤，其具体包括：

S21：当所述图像未能覆盖试件上的预设测量区域时，将所述透镜组件调整为凹透镜效果；

S22：当所述图像完全超出试件上的预设测量区域时，将所述透镜组件调整为凸透镜效果。

进一步作为优选的实施方式，调整透镜组件和升降组件，使得光线透过掩膜板所形成的图像与试件上的预设测量区域重合这一步骤，其还包括：

S23：当所述透镜组件为凹透镜效果且所述图像未能覆盖试件上的预设测量区域时，向上调整升降组件使得光线透过掩膜板所形成的图像与试件上的预设测量区域重合；

S24：当所述透镜组件为凹透镜效果且所述图像完全超过试件上的预设测量区域时，向下调整升降组件使得光线透过掩膜板所形成的图像与试件上的预设测量区域重合；

S25：当所述透镜组件为凸透镜效果且所述图像未能覆盖试件上的预设测量区域时，向下调整升降组件使得光线透过掩膜板所形成的图像与试件上的预设测量区域重合；

S26：当所述透镜组件为凸透镜效果且所述图像完全超过试件上的预设测量区域时，向上调整升降组件使得光线透过掩膜板所形成的图像与试件上的预设测量区域重合。

进一步作为优选的实施方式，还包括以下步骤：

S6：调整底板上所述试件的位置，使得光线透过掩膜板所形成的图像与试件上的预设测量区域重合。

本发明实施例中，对如何调整所述散斑制作工具和试件，使得光线透过掩膜板所形成的图像与试件上的预设测量区域重合提出了几种可行的实施手段。具体地，想要达到上述目的，可以对散斑制作工具的透镜组件和升降组件进行调整或者直接移动调整试件的位置。将试件放置到底板上，打开光源组件，此时可以先取出或者拆卸掉透镜组件中放置的透镜，目的是先判断该试件需要何种类型的透镜：当所述图像未能覆盖试件上的预设测量区域时，说明试件上的光照图像过小需要放大，此时需要的透镜为凹透镜；当所述图像完全超出试件上的预设测量区域时，说明试件上的光照图像过大需要缩小，此时需要的透镜为凸透镜。更进一步地，更换透镜后由于透镜的度数(凹凸程度)不同，可能也并不能恰好满足需求，此时需要进一步通过升降组件对其进行调整，对于透镜组件为凹透镜效果时来说，向上调整升降组件可使得光线透过掩膜板所形成的图像变大，向下调整升降组件可使得光线透过掩膜板所形成的图像变小；对于透镜组件为凸透镜效果时来说，向上调整升降组件可使得光线透过掩膜板所形成的图像变小，向下调整升降组件可使得光线透过掩膜板所形成的图像变大，根据具体的图像与试件上的预设测量区域的重合情况，来判断调整是否达到要求。应当理解的是，所述重合并不是指光线透过掩膜板所形成的图像和试件上的预设测量区域大小、形状完全重合，在可接受的误差范围内大小和形状的不同是允许的，实际的制作散斑过程中多会出现光线透过掩膜板所形成的图像略大于、覆盖试件上的预设测量区域的情况。即本发明实施例的方法提供的是如何调整光线透过掩膜板所形成的图像和试件上的预设测量区域之间的关系，具体的重合标准依据实际的生产制作要求可灵活变更。

进一步作为优选的实施方式，所述在试件上的预设测量区域喷涂光刻胶这一步骤之前，还包括以下步骤：

S7：在试件上的预设测量区域喷涂底漆。

本发明实施例中，还增设了喷涂底漆这一实施步骤，对试件进行喷涂底漆的目的如下：对于那些本身表面色彩状况较丰富，或是为了使试件和散斑更容易区分，本发明实施例选择在对试件喷涂光刻胶前先喷涂一层底漆。同样，底漆的颜色应当与光刻胶具有鲜明的区分度，具体地，例如当采用的是T-9508黑色UV胶时，可选用白色的底漆作为喷涂材料。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“另一实施方式”或“某些实施方式”等的描述意指结合实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施方式，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种用于形变测量的散斑制作工具，其特征在于，包括：光源组件、掩膜板、底板、竖直支撑杆、升降组件和第一喷涂组件；

所述光源组件、掩膜板连接于升降组件，所述掩膜板安装于光源组件的下方，所述底板安装于掩膜板的下方，所述底板用于放置试件，所述竖直支撑杆设置于底板上，所述升降组件安装于竖直支撑杆上，且所述升降组件在竖直支撑杆上的位置可上下调节，所述第一喷涂组件用于对试件喷涂光刻胶。

2.根据权利要求1所述的一种用于形变测量的散斑制作工具，其特征在于：

所述光源组件包括准直扩束镜和发光装置；

所述发光装置安装于准直扩束镜的光束入口处，所述掩膜板安装于准直扩束镜的光束出口处的下方。

3.根据权利要求2所述的一种用于形变测量的散斑制作工具，其特征在于，还包括：透镜组件，所述透镜组件连接于升降组件，所述透镜组件安装于掩膜板和底板之间，且所述透镜组件包括凹/凸球面透镜和凹/凸非球面透镜。

4.根据权利要求3所述的一种用于形变测量的散斑制作工具，其特征在于，还包括：第二喷涂组件，所述第二喷涂组件用于对试件喷涂底漆。

5.一种用于形变测量的散斑制作方法，用于通过权利要求4中所述的散斑制作工具制作散斑，

其特征在于，包括以下步骤：

将试件放置在底板上并开启光源组件；

调整透镜组件和升降组件，使得光线透过掩膜板所形成的图像与试件上的预设测量区域重合；

在试件上的预设测量区域喷涂光刻胶；

喷涂光刻胶后达到预设时间时，关闭光源组件；

从底板上取出试件，清理试件上未固化的光刻胶。

6.根据权利要求5所述的一种用于形变测量的散斑制作方法，其特征在于：所述调整透镜组件和升降组件，使得光线透过掩膜板所形成的图像与试件上的预设测量区域重合这一步骤，其具体包括：

当所述图像未能覆盖试件上的预设测量区域时，将所述透镜组件调整为凹透镜效果；

当所述图像完全超出试件上的预设测量区域时，将所述透镜组件调整为凸透镜效果。

7.根据权利要求6所述的一种用于形变测量的散斑制作方法，其特征在于：所述调整透镜组件和升降组件，使得光线透过掩膜板所形成的图像与试件上的预设测量区域重合这一步骤，其还包括：

当所述透镜组件为凹透镜效果且所述图像未能覆盖试件上的预设测量区域时，向上调整升降组件使得光线透过掩膜板所形成的图像与试件上的预设测量区域重合；

当所述透镜组件为凹透镜效果且所述图像完全超过试件上的预设测量区域时，向下调整升降组件使得光线透过掩膜板所形成的图像与试件上的预设测量区域重合；

当所述透镜组件为凸透镜效果且所述图像未能覆盖试件上的预设测量区域时，向下调整升降组件使得光线透过掩膜板所形成的图像与试件上的预设测量区域重合；

当所述透镜组件为凸透镜效果且所述图像完全超过试件上的预设测量区域时，向上调整升降组件使得光线透过掩膜板所形成的图像与试件上的预设测量区域重合。

8.根据权利要求5-7任一项所述的一种用于形变测量的散斑制作方法，其特征在于，还包括以下步骤：调整底板上所述试件的位置，使得光线透过掩膜板所形成的图像与试件上的预设测量区域重合。

9.根据权利要求5所述的一种用于形变测量的散斑制作方法，其特征在于：所述在试件上的预设测量区域喷涂光刻胶这一步骤之前，还包括以下步骤：在试件上的预设测量区域喷涂底漆。