出平面位移光学测量技术研究

摘要

随着科学技术的高速发展，中大尺寸工件的需求量越来越大，对制造行业生产的工件平整度要求也越来越高，因此研究一种在工程实际中便于应用的中大平面的出平面位移检测方法具有重要意义。光学测量技术因其具有不破坏性、快速性和精确性，成为了出平面位移测量的一种重要方法。光学测量出平面位移技术种类较多，基本可分为几何光学方法、干涉方法和数字图像相关方法，但是在工程实际应用中现有的检测方法仍存在一些不足。 本研究以单相机的数字图像相关方法为基本原理，完成了橡胶薄板和玻璃镜面出平面位移场的实验测量。通过试件表面喷涂散斑，采集出平面位移信息的数字图像，并通过图像相关计算得到亚像素位移场和应变场，从而获得出平面位移场。橡胶薄板适用性实验结果表明，当加载出平面位移大于2mm时，实验结果与加载出平面位移值基本一致，当加载出平面位移小于2mm时，无法测得出平面位移场；玻璃镜面适用性实验结果表明，当加载出平面位移为0-0.5mm时，无法测得出平面位移场。因此，在本研究实验条件下，单相机的数字图像相关方法对于微小出平面位移场的测量不适用。 由于玻璃镜面微小出平面位移难以全场测量，本研究提出了一种通过对比数字图像进行中大尺寸玻璃镜面微小出平面位移快速检测的光学测量方法。该方法的原理是光线在两个玻璃镜面之间多次反射，将微小出平面位移放大形成多级物像，通过对比待测镜面和标准镜面的多级物像中标识点的移动，计算待测镜面出平面位移。本研究建立了理论模型，推导了多级物像与出平面位移的对应关系，通过对比图像获得多级物像点移动量，进而得到出平面位移量。 基于本研究提出的光学测量方法，设计了可调节微小出平面位移放大倍数的实验装置。本研究完成了四边简支玻璃镜面多种组合加载情况下的出平面位移测量的实验，并通过 ANSYS有限元程序进行了相应的仿真计算，实验结果与仿真结果误差小于5%，证明了本研究提出的测量微小出平面位移光学方法的可行性。 本研究可以为中大尺寸玻璃镜面的快速检测提供一种可行有效的方法，并为出平面位移光学测量技术研究提供重要参考。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 研究意义和工业背景

1.2 发展历史及研究现状

1.3 本文主要研究内容

第2章 出平面位移光学测量理论研究

2.1 引言

2.2 单相机的数字图像相关方法测量出平面位移基本理论

2.3 几何光学方法测量出平面位移理论研究

2.4 本章小结

第3章 基于数字图像相关方法测量出平面位移实验研究

3.1 引言

3.2 数字图像相关方法测量出平面位移原理

3.3 橡胶薄板出平面位移测量实验

3.4 玻璃镜面出平面位移测量实验

3.5 本章小结

第4章 薄板出平面位移场仿真研究

4.1 引言

4.2 四边简支矩形薄板的纳维解法

4.3 四边简支矩形玻璃镜面的有限元仿真分析

4.4 多种组合加载条件下出平面位移仿真模拟

4.5 本章小结

第5章 基于几何光学方法测量出平面位移实验研究

5.1 引言

5.2 基于几何光学方法测量出平面位移实验装置介绍

5.3 中心点加载出平面位移实验结果定量对比分析

5.4 多种组合加载方式下实验结果对比分析

5.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢