[发明专利]基于单幅正交栅线的宏微观三维变形测量方法

说明书

技术领域

本申请涉及光测力学领域，具体的说，是涉及一种基于单幅正交栅线的宏微观三维变形测量的方法。

背景技术

双目视觉是模仿人的眼睛，使用两个相机得到同一区域同一时刻不同角度的图片，然后通过两幅图片的位移信息得到测量区域的三维变形场，双目视觉方法在宏观三维变形场测量领域得到了广泛的应用。因为使用两个相机，首先要将两个相机的视场调整到同一区域，在拍摄时还要做到同步，这就使整个系统设备较多，操作比较麻烦，容易因时间或者区域不匹配产生误差。

随着微纳米技术研究的不断深入，微机电系统(MEMS，Microelectromechanical Systems)或者微结构的应用也越来越广泛，对微纳米结构力学性能测量和表征也成为人们关注的问题，发展适合微纳米尺度力学性能测量和表征的实验方法成为一种必然的趋势。以电镜的扫描线作为参考栅与试件上栅线叠加形成的扫描云纹技术，因为其高灵敏度的全场位移和应变测量，在面内变形测量方面得到了广泛的应用。但这些测量技术都只是针对面内的位移场和应变场，不能实现物体三维变形的测量。

中国专利申请号201310232350.6(公开号CN103424085，公开日2013年12月4日)的发明创造名称为：一种物体表面三维形貌的测量方法，该申请公开了利用扫描云纹法与扫描电镜中的立体分析模型公式相结合得到被测物体的表面形貌。其不足之处是此测量方法在实现过程中需要用到两幅不同角度的云纹图，这就要求两幅图片显示同一测量区域，操作较复杂且容易因区域不匹配引进误差。

同样，在《Mapan》杂志2011年26卷第1期中Micro 3D measurement method using SEM一文中介绍了一种在扫描电镜中三维形貌的测量方法。其不足之处是，该方法需要制造微型光栅，使电子通过光栅在试件表面形成影像云纹，进而得到试件的三维形貌，操作复杂，因需要制造可以透过电子束的透射光栅，会增加测量成本。

因此，对于结构和三维变形都为中心对称的一类物体的三维变形研究，现实中，对于这一类情况有很多，比如说弹丸冲击的凹坑、鼓泡的三维变形，中心对称结构中充满液体、气体或者均匀受热后的三维变形，爆炸，水波等在一定的范围中冲击金属板形成结构三维变形等，如何建立一个静态或动态三维变形测量，使测量范围广，且操作简单，易于实现的宏微观三维变形测量方式，便成为亟待解决的技术问题。

发明内容

本申请所要解决的技术问题是提供一种基于单幅正交栅线的宏微观三维变形测量方法，以解决结构和三维变形都为中心对称的一类物体的三维变形研究，建立一个静态或动态三维变形测量，使测量范围广，且操作简单，易于实现的宏微观三维变形测量的问题。

为解决上述技术问题，本申请提供了一种基于单幅正交栅线的宏微观三维变形测量方法，其特征在于，该方法包括：

(1)在待测物体的表面制作具有特定频率的正交栅线形成所述待测物体表面，根据待测物体的尺寸及预先估计的三维变形量的大小，选择图像采集仪器，通过调整图像采集仪器对所述待测物体表面的参数，使所述待测物体表面待测区域的正交栅线在图像采集仪器焦距范围内；

(2)旋转调整所述试样台的仰俯，按照旋转轴须与正交栅线中某一栅线方向平行的原则，使试样台倾斜一个角度β，并调整所述图像采集仪器对所述待测物体表面的参数，使所述待测物体表面待测区域的正交栅线在图像采集仪器焦距范围内，得出所述待测物体表面待测区域的变形前后的至少两幅的正交栅线；

(3)对(2)中得到的变形前后的每一幅正交栅线，经傅里叶变换和逆傅立叶变换进行解耦，得到栅线方向与旋转轴平行的单向栅线，同时得出栅线方向与旋转轴垂直的单向栅线；

(4)将(3)中所述解耦后得到的不同方向的单向栅线进行位移计算，得出变形前且所述栅线方向与旋转轴垂直的单向栅线的位移场A，变形后所述栅线方向与旋转轴垂直的单向栅线位移场B，以及变形后所述栅线方向与旋转轴平行的单向栅线位移场C；

(5)根据(4)中所述得到的位移场A和B、C，利用