[发明专利]一种关于透明试件受集中荷载的高精度全场测量方法

权利要求书

1.一种关于透明试件受集中荷载的高精度全场测量方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)在被测透明试件正面、背面和散斑板表面这三个平面上制备单色荧光随机散斑图案，且三个平面的荧光散斑颜色各不相同，为红、绿、蓝中的一种；

(2)使用两台3CCD彩色相机搭建光学测量装置，并安置好被测透明试件与散斑板，一台相机作为主相机，其光轴与被测试件平面和散斑板平面相垂直，另一台相机作为副相机，其光轴与主相机光轴成一定夹角；

(3)保持步骤(2)中的相机位置不动，对光学测量装置的内部参数和外部参数进行标定；对被测透明试件的光-力学参数C_σ进行标定，用于计算被测透明试件的表面变形与应力分布；

(4)采集被测试件在受集中荷载时的图像；

(5)使用步骤(3)中的光学测量装置的内部参数和外部参数以及(4)中获得的图像，通过数字散斑方法计算被测透明试件不同时刻的正面、背面的表面变形，以及计算散斑板的光线经过被测透明试件折射后在主相机中的图像位移场δ_x和δ_y；

(6)使用步骤(3)中标定的被测透明试件的光-力学参数C_σ和步骤(5)中散斑板的光线经过被测透明试件折射后在主相机中的图像位移场δ_x和δ_y，实现对被测透明试件全场应力分布的测量。

2.根据权利要求1所述的一种关于透明试件受集中荷载的高精度全场测量方法，其特征在于，步骤(2)中，副相机光轴与主相机光轴夹角为35°±5°。

3.根据权利要求1所述的一种关于透明试件受集中荷载的高精度全场测量方法，其特征在于，步骤(2)中，安置被测透明试件与散斑板时，被测透明试件平面和散斑板表面应保持平行，l为被测透明试件平面到散斑板平面的距离，L为被测透明试件平面到主相机镜头的距离，并且，l＜L。

4.根据权利要求1所述的一种关于透明试件受集中荷载的高精度全场测量方法，其特征在于，步骤(3)中所述的内部参数为(u₀,v₀,S_x,S_y)，其中，(u₀,v₀)为主相机光轴与主相机的图像平面的像面交点O的图像坐标，等效焦距(S_x,S_y)为镜头焦距f分别与像元的横、纵向尺寸之比；外部参数有旋转矩阵R和平移向量T，R和T描述了相机坐标系与世界坐标系的相对位置姿态关系；被测透明试件上的任意一点在某一相机图像中的图像坐标(u,v)与在世界坐标系中的坐标(X,Y,Z)有如下映射关系：

其中，Z_c是该空间点到相机光心的距离在光轴方向的投影长度。

5.根据权利要求1所述的一种关于透明试件受集中荷载的高精度全场测量方法，其特征在于，步骤(5)中所述的图像位移场δ_x和δ_y是指散斑板在主相机中呈现的x方向和y方向的图像位移场，该位移场是光线经过被测透明试件折射所呈现在图像上的位移场，并非散斑板的真实位移场。

6.根据权利要求1所述的一种关于透明试件受集中荷载的高精度全场测量方法，其特征在于，步骤(6)中所述的被测透明试件应力场与步骤(5)中所得的图像位移场有如下关系式:

其中，B为试件厚度；以集中荷载在被测透明试件上的作用点为原点，以垂直于被测透明试件边界并指向试件内部的方向x方向，以沿着被测透明试件边界的方向为y方向建立坐标系，且y方向为x方向在逆时针方向上旋转90°；x、y为被测透明试件上任意一点在该坐标系下的坐标，σ_x和σ_y为被测透明试件在x方向与y方向上的应力分布，F指被测透明试件所受的集中荷载，τ_xy为被测透明试件的切应力分布。