一種變形測量的散斑制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種光測力學領域，特別涉及一種適用于常溫或高溫環境中的變形測量的散斑制作方法。
【背景技術】
[0002]隨著新型高溫材料的開發以及在很多行業的不斷利用，高溫材料的研究已經成為很多國家研究的趨勢，高溫環境下材料和結構的力學性能以及變形狀態和破壞機理日益受到科研人員的重視，在航空航天材料、航空發動機中的零構件、高壓蒸汽鍋爐、汽輪機以及化工煉油設備等工程領域，高溫力學問題一直是一個廣泛而突出且不可避免的問題。因此，高溫條件下的變形測量的發展勢必將成為實驗力學領域研究人員所關注的集中問題。
[0003]目前，對于材料高溫性能的研究越來越多的采用非接觸式的光測力學方法，即數字圖像相關方法。與接觸式的和逐點測量的應變片測量方法相比，數字圖像相關方法具有非接觸和全場測量的優勢，但在使用數字圖像相關方法處理工件表面變形時，工件表面必須具有能被識別的，隨機的變形信息載體，這種工件表面隨機的信息載體，我們通常稱為散斑。散斑分為自然散斑和人工散斑，自然散斑一般指工件被測表面的自然紋理，但是這種紋理往往灰度對比度較低，因此需要在工件表面經過人為的處理得到容易識別的信息載體，這就是人工散斑。
[0004]目前常溫環境下通常使用的人工散斑制作方法是噴漆法。噴漆法是用黑白啞光漆噴涂在被測試樣表面以形成隨機的人工散斑。具體制作方法為:首先使用白色啞光漆均勻覆蓋噴涂被測試樣表面，常溫下放置24小時后，使用黑色啞光距離試樣漆適當距離自上而下噴灑，使黑色啞光漆顆粒自然掉落在試樣表面，形成隨機人工散斑。但是，這種方法得到的散斑只能在常溫下使用，當溫度超過200°C以后啞光漆就開始氧化燒蝕，最后造成散斑破壞，圖像相關處理方法失效。其他制作散斑的方法主要包括化學方法如硝酸銀溶液法和等離子噴涂法等。化學方法制作散斑大小顆粒不均勻，而且在800° C后，表面散斑易脫落;等離子噴涂法雖然能制造出耐高溫的散斑，但是制作過程復雜，而且過于昂貴。
【發明內容】
[0005]本發明是針對高溫和超高溫條件下現有散斑制作進行變形測量出現的失效問題，提出了一種變形測量的散斑制作方法，使用微小激光束刻蝕在試樣表面，在高溫下該散斑依然可以很牢靠地依附在金屬、陶瓷和復合材料的表面，表面的人工散斑作為被測試樣變形信息的忠實載體隨著試樣表面一起變形，為數字圖像相關方法測量這些材料表面高溫變形提供了一種理想的變形信息載體，該人工散斑所適用的溫度范圍從-100° C至2000°C，從理論上來說該人工散斑所適用的溫度范圍與材料能承受的溫度范圍相當。
[0006]本發明的技術方案為:一種變形測量的散斑制作方法，具體包括如下步驟:
1)選擇準備好試驗用的標準試樣，然后用丙酮對標準試樣表面進行清洗，清洗后用棉球拭干和干燥處理； 2)根據實驗條件和試驗要求確定散斑直徑大小和散斑密度，然后將確定后參數輸入到散斑生成軟件，導出模擬的理想散斑圖；
3)將模擬的理想散斑圖導入光纖激光打標機，根據實驗條件調整激光打標機激光束半徑、激光輸出功率、脈沖數、激光焦距、激光打標速度；
4)將步驟1)中標準試樣放入光纖激光打標機相應位置，通過調整激光打標機與激光光源上下高度，確保激光能量最大限度打到試樣表面，調整好試樣位置后，開啟激光打標機，開始刻蝕；
5)激光刻蝕結束，取出試樣，擦拭表面，擱置，人工散斑制作完成。
[0007]所述光纖激光打標機裝置加裝三維平臺和旋轉平臺，對曲面或內凹面進行散斑制作。
[0008]本發明的有益效果在于:本發明變形測量的散斑制作方法，散斑制作操作簡單穩定、容易實現，制作成本底；制作的散斑大小均勻、密度適中，切均可控，散斑效果更好;在2000° C高溫下該散斑顆粒形態無顯著變化;光纖激光打標機裝置加裝有三維平臺和旋轉平臺，可以對曲面或內凹面進行高溫散斑的處理。
【附圖說明】
[0009]圖1為本發明散斑制作方法的流程圖；
圖2為本發明光纖激光打標機制作散斑過程示意圖；
圖3為本發明散斑生成軟件處理得到的理想散斑圖；
圖4為本發明光纖激光打標機刻蝕后得到的試樣表面散斑圖。
【具體實施方式】
[0010]如圖1所示變形測量的散斑制作方法的操作流程圖，圖2是光纖激光打標機制作散斑示意圖，其具體操作步驟如下:
a.選被測試件材料為純鈦板狀標準拉伸件(材料牌號為Ti6)，該被測試件尺寸為190mmX 12.5mmX 3mm(長X寬X厚)形狀，然后對其表面用丙酮清洗后用棉球拭干和干燥處理；
b.根據實驗條件和試驗要求確定散斑直徑大小為0.03mm，散斑密度為85%，隨機度為90%。將其相應參數輸入到散斑生成軟件，導出理想散斑圖(PDF格式)，如圖3所示散斑生成軟件處理得到的理想散斑圖；
c.將模擬的理想散斑圖導入光纖激光打標機，根據實驗條件調整激光打標機激光束半徑、激光輸出功率和脈沖數，這里調節光纖激光打標機功率80%(最大功率3W)，單位脈沖數4，激光打標速度100mm/min，焦距350mm;
d.將步驟a中標準拉伸件放入光纖激光打標機相應位置，通過調整激光打標機與激光光源上下高度，確保激光能量最大限度打到試樣表面，調整好試樣位置后，開啟激光打標機，開始刻蝕，時間約2min，進行散斑制作速度不宜過快；
e.激光刻蝕結束，取出試樣，擦拭表面，放置2小時，人工散斑制作完成，如圖4所示光纖激光打標機刻蝕后得到的試樣表面散斑圖。
[0011]光纖激光打標機裝置加裝有三維平臺和旋轉平臺，可以對曲面或內凹面進行高溫散斑的處理。
【主權項】
1.一種變形測量的散斑制作方法，其特征在于，具體包括如下步驟: 1)選擇準備好試驗用的標準試樣，然后用丙酮對標準試樣表面進行清洗，清洗后用棉球拭干和干燥處理； 2)根據實驗條件和試驗要求確定散斑直徑大小和散斑密度，然后將確定后參數輸入到散斑生成軟件，導出模擬的理想散斑圖； 3)將模擬的理想散斑圖導入光纖激光打標機，根據實驗條件調整激光打標機激光束半徑、激光輸出功率、脈沖數、激光焦距、激光打標速度； 4)將步驟1)中標準試樣放入光纖激光打標機相應位置，通過調整激光打標機與激光光源上下高度，確保激光能量最大限度打到試樣表面，調整好試樣位置后，開啟激光打標機，開始刻蝕； 5 )激光刻蝕結束，取出試樣，擦拭表面，擱置，人工散斑制作完成。2.根據權利要求1所述變形測量的散斑制作方法，其特征在于，所述光纖激光打標機裝置加裝三維平臺和旋轉平臺，對曲面或內凹面進行散斑制作。
【專利摘要】本發明涉及一種變形測量的散斑制作方法，使用微小激光束刻蝕在試樣表面，在高溫下該散斑依然可以很牢靠地依附在金屬、陶瓷和復合材料的表面，表面的人工散斑作為被測試樣變形信息的忠實載體隨著試樣表面一起變形，為數字圖像相關方法測量這些材料表面高溫變形提供了一種理想的變形信息載體，該人工散斑所適用的溫度范圍從-100°C至2000℃，從理論上來說該人工散斑所適用的溫度范圍與材料能承受的溫度范圍相當。<b><sub /></b>
【IPC分類】G01B11/16, G01N1/28
【公開號】CN105486564
【申請號】CN201610060404
【發明人】胡育佳, 楊震遠, 陳家璧, 朱堅民, 王亞軍
【申請人】上海理工大學
【公開日】2016年4月13日
【申請日】2016年1月28日