一种高温环境下物体变形测量方法

摘要

一种高温环境下物体变形测量方法，涉及材料、光学实验及固体力学等领域。该方法利用物体在高温环境下的变形测量装置，将被测物体置于高温加载平台上，并在被测物体两侧分别放置反射镜，由CCD相机采集加热前后物体和反射镜反射的背景散斑图像，通过数字图像相关算法分别分析采集到的图像，得到被测物体和反射镜反映的散斑位移场，在被测物体反映的位移场中去除两侧反射镜反映的位移场的插值，即得到去除空气扰动后的变形所反映的位移场，通过计算可得到高温下物体的表面形貌。本发明充分利用了光学装置的灵活性，易于实现，可实现对物体在高温环境下表面形貌变化的实时在线、全场分布测量。

主权项

一种高温环境下物体变形测量方法，其特征在于该方法包括如下步骤：a).建立测量系统：该系统包括背景散斑(1)、高温加载平台(6)、分光镜(3)、反射镜(5)、CCD相机(7)及含有计算程序的计算机(8)；在所述高温加载平台上放置反射镜，反射镜上放置被测物体，将被测物体置表面抛光或喷涂成镜面；CCD相机距背景散斑的光程为L，被测物体与背景散斑距离为D，被测物体和反射镜厚度远小于D，这样被测物体和反射镜视为在同一平面上；背景散斑用照明光源照亮，被测物体和反射镜透过分光镜反射背景散斑，CCD相机在分光镜的水平方向拍摄经过被测物体和分光镜两次反射的背景散斑图；b).利用高温加载平台对被测物体进行加载，在高温环境下分别记录温度T、载荷P、电场强度E和磁场强度H，用CCD相机拍摄加载前后的背景散斑图像；c).将加载前后的背景散斑图像输入计算机，建立坐标系：被测物体所在平面为OXY平面，背景散斑所在平面为OX_oY_o平面，用数字图像相关方法分别计算得到加载前后被测物体和反射镜反射的背景散斑位移场(u_o，v_o)和(u_k，v_k)，其中，(u_o，v_o)由被测物体表面变形和被测物体上方空气折射率变化产生，(u_k，v_k)仅由反射镜上方空气折射率变化产生，由(u_k，v_k)采用最小二乘曲面拟合得到仅由物体上方空气折射率变化引起的位移场(u′_o，v′_o)，将(u_o，v_o)对应减去(u′_o，v′_o)，即得到去除空气折射率变化影响的位移场(u，v)；d).设仅由物体表面变形引起的光线反射后的偏折角为(φ_x，φ_y)，由下式计算：其中，u和v分别为加载前后仅由物体表面变形反映的散斑在x和y方向的位移，φ_x和φ_y为 光线垂直物体表面入射后的反射光线沿x和y方向的偏折角，被测物体平面OXY上的坐标(x，y)和散斑平面OX_oY_o上的坐标(x_o，y_o)之间的关系为：e).物体变形较小时，即物体加载后表面形貌梯度的全场分布由下式计算：由表面形貌梯度求得物体变形后真实形貌z，由下式计算：物体变形后曲率κ_xx、κ_yy由下式计算：。