一种变形测量的散斑制作方法
一种变形测量的散斑制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种光测力学领域，特别涉及一种适用于常温或高温环境中的变形测量的散斑制作方法。
【背景技术】
[0002]随着新型高温材料的开发以及在很多行业的不断利用，高温材料的研究已经成为很多国家研究的趋势，高温环境下材料和结构的力学性能以及变形状态和破坏机理日益受到科研人员的重视，在航空航天材料、航空发动机中的零构件、高压蒸汽锅炉、汽轮机以及化工炼油设备等工程领域，高温力学问题一直是一个广泛而突出且不可避免的问题。因此，高温条件下的变形测量的发展势必将成为实验力学领域研究人员所关注的集中问题。
[0003]目前，对于材料高温性能的研究越来越多的采用非接触式的光测力学方法，即数字图像相关方法。与接触式的和逐点测量的应变片测量方法相比，数字图像相关方法具有非接触和全场测量的优势，但在使用数字图像相关方法处理工件表面变形时，工件表面必须具有能被识别的，随机的变形信息载体，这种工件表面随机的信息载体，我们通常称为散斑。散斑分为自然散斑和人工散斑，自然散斑一般指工件被测表面的自然纹理，但是这种纹理往往灰度对比度较低，因此需要在工件表面经过人为的处理得到容易识别的信息载体，这就是人工散斑。
[0004]目前常温环境下通常使用的人工散斑制作方法是喷漆法。喷漆法是用黑白哑光漆喷涂在被测试样表面以形成随机的人工散斑。具体制作方法为:首先使用白色哑光漆均匀覆盖喷涂被测试样表面，常温下放置24小时后，使用黑色哑光距离试样漆适当距离自上而下喷洒，使黑色哑光漆颗粒自然掉落在试样表面，形成随机人工散斑。但是，这种方法得到的散斑只能在常温下使用，当温度超过200°C以后哑光漆就开始氧化烧蚀，最后造成散斑破坏，图像相关处理方法失效。其他制作散斑的方法主要包括化学方法如硝酸银溶液法和等离子喷涂法等。化学方法制作散斑大小颗粒不均匀，而且在800° C后，表面散斑易脱落;等离子喷涂法虽然能制造出耐高温的散斑，但是制作过程复杂，而且过于昂贵。
【发明内容】
[0005]本发明是针对高温和超高温条件下现有散斑制作进行变形测量出现的失效问题，提出了一种变形测量的散斑制作方法，使用微小激光束刻蚀在试样表面，在高温下该散斑依然可以很牢靠地依附在金属、陶瓷和复合材料的表面，表面的人工散斑作为被测试样变形信息的忠实载体随着试样表面一起变形，为数字图像相关方法测量这些材料表面高温变形提供了一种理想的变形信息载体，该人工散斑所适用的温度范围从-100° C至2000°C，从理论上来说该人工散斑所适用的温度范围与材料能承受的温度范围相当。
[0006]本发明的技术方案为:一种变形测量的散斑制作方法，具体包括如下步骤:
1)选择准备好试验用的标准试样，然后用丙酮对标准试样表面进行清洗，清洗后用棉球拭干和干燥处理； 2)根据实验条件和试验要求确定散斑直径大小和散斑密度，然后将确定后参数输入到散斑生成软件，导出模拟的理想散斑图；
3)将模拟的理想散斑图导入光纤激光打标机，根据实验条件调整激光打标机激光束半径、激光输出功率、脉冲数、激光焦距、激光打标速度；
4)将步骤1)中标准试样放入光纤激光打标机相应位置，通过调整激光打标机与激光光源上下高度，确保激光能量最大限度打到试样表面，调整好试样位置后，开启激光打标机，开始刻蚀；
5)激光刻蚀结束，取出试样，擦拭表面，搁置，人工散斑制作完成。
[0007]所述光纤激光打标机装置加装三维平台和旋转平台，对曲面或内凹面进行散斑制作。
[0008]本发明的有益效果在于:本发明变形测量的散斑制作方法，散斑制作操作简单稳定、容易实现，制作成本底；制作的散斑大小均匀、密度适中，切均可控，散斑效果更好;在2000° C高温下该散斑颗粒形态无显著变化;光纤激光打标机装置加装有三维平台和旋转平台，可以对曲面或内凹面进行高温散斑的处理。
【附图说明】
[0009]图1为本发明散斑制作方法的流程图；
图2为本发明光纤激光打标机制作散斑过程示意图；
图3为本发明散斑生成软件处理得到的理想散斑图；
图4为本发明光纤激光打标机刻蚀后得到的试样表面散斑图。
【具体实施方式】
[0010]如图1所示变形测量的散斑制作方法的操作流程图，图2是光纤激光打标机制作散斑示意图，其具体操作步骤如下:
a.选被测试件材料为纯钛板状标准拉伸件(材料牌号为Ti6)，该被测试件尺寸为190mmX 12.5mmX 3mm(长X宽X厚)形状，然后对其表面用丙酮清洗后用棉球拭干和干燥处理；
b.根据实验条件和试验要求确定散斑直径大小为0.03mm，散斑密度为85%，随机度为90%。将其相应参数输入到散斑生成软件，导出理想散斑图(PDF格式)，如图3所示散斑生成软件处理得到的理想散斑图；
c.将模拟的理想散斑图导入光纤激光打标机，根据实验条件调整激光打标机激光束半径、激光输出功率和脉冲数，这里调节光纤激光打标机功率80%(最大功率3W)，单位脉冲数4，激光打标速度100mm/min，焦距350mm;
d.将步骤a中标准拉伸件放入光纤激光打标机相应位置，通过调整激光打标机与激光光源上下高度，确保激光能量最大限度打到试样表面，调整好试样位置后，开启激光打标机，开始刻蚀，时间约2min，进行散斑制作速度不宜过快；
e.激光刻蚀结束，取出试样，擦拭表面，放置2小时，人工散斑制作完成，如图4所示光纤激光打标机刻蚀后得到的试样表面散斑图。
[0011]光纤激光打标机装置加装有三维平台和旋转平台，可以对曲面或内凹面进行高温散斑的处理。
【主权项】
1.一种变形测量的散斑制作方法，其特征在于，具体包括如下步骤: 1)选择准备好试验用的标准试样，然后用丙酮对标准试样表面进行清洗，清洗后用棉球拭干和干燥处理； 2)根据实验条件和试验要求确定散斑直径大小和散斑密度，然后将确定后参数输入到散斑生成软件，导出模拟的理想散斑图； 3)将模拟的理想散斑图导入光纤激光打标机，根据实验条件调整激光打标机激光束半径、激光输出功率、脉冲数、激光焦距、激光打标速度； 4)将步骤1)中标准试样放入光纤激光打标机相应位置，通过调整激光打标机与激光光源上下高度，确保激光能量最大限度打到试样表面，调整好试样位置后，开启激光打标机，开始刻蚀； 5 )激光刻蚀结束，取出试样，擦拭表面，搁置，人工散斑制作完成。2.根据权利要求1所述变形测量的散斑制作方法，其特征在于，所述光纤激光打标机装置加装三维平台和旋转平台，对曲面或内凹面进行散斑制作。
【专利摘要】本发明涉及一种变形测量的散斑制作方法，使用微小激光束刻蚀在试样表面，在高温下该散斑依然可以很牢靠地依附在金属、陶瓷和复合材料的表面，表面的人工散斑作为被测试样变形信息的忠实载体随着试样表面一起变形，为数字图像相关方法测量这些材料表面高温变形提供了一种理想的变形信息载体，该人工散斑所适用的温度范围从-100°C至2000℃，从理论上来说该人工散斑所适用的温度范围与材料能承受的温度范围相当。<b><sub /></b>
【IPC分类】G01B11/16, G01N1/28
【公开号】CN105486564
【申请号】CN201610060404
【发明人】胡育佳, 杨震远, 陈家璧, 朱坚民, 王亚军
【申请人】上海理工大学
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2016年1月28日
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种光测力学领域，特别涉及一种适用于常温或高温环境中的变形测量的散斑制作方法。
【背景技术】
[0002]随着新型高温材料的开发以及在很多行业的不断利用，高温材料的研究已经成为很多国家研究的趋势，高温环境下材料和结构的力学性能以及变形状态和破坏机理日益受到科研人员的重视，在航空航天材料、航空发动机中的零构件、高压蒸汽锅炉、汽轮机以及化工炼油设备等工程领域，高温力学问题一直是一个广泛而突出且不可避免的问题。因此，高温条件下的变形测量的发展势必将成为实验力学领域研究人员所关注的集中问题。
[0003]目前，对于材料高温性能的研究越来越多的采用非接触式的光测力学方法，即数字图像相关方法。与接触式的和逐点测量的应变片测量方法相比，数字图像相关方法具有非接触和全场测量的优势，但在使用数字图像相关方法处理工件表面变形时，工件表面必须具有能被识别的，随机的变形信息载体，这种工件表面随机的信息载体，我们通常称为散斑。散斑分为自然散斑和人工散斑，自然散斑一般指工件被测表面的自然纹理，但是这种纹理往往灰度对比度较低，因此需要在工件表面经过人为的处理得到容易识别的信息载体，这就是人工散斑。
[0004]目前常温环境下通常使用的人工散斑制作方法是喷漆法。喷漆法是用黑白哑光漆喷涂在被测试样表面以形成随机的人工散斑。具体制作方法为:首先使用白色哑光漆均匀覆盖喷涂被测试样表面，常温下放置24小时后，使用黑色哑光距离试样漆适当距离自上而下喷洒，使黑色哑光漆颗粒自然掉落在试样表面，形成随机人工散斑。但是，这种方法得到的散斑只能在常温下使用，当温度超过200°C以后哑光漆就开始氧化烧蚀，最后造成散斑破坏，图像相关处理方法失效。其他制作散斑的方法主要包括化学方法如硝酸银溶液法和等离子喷涂法等。化学方法制作散斑大小颗粒不均匀，而且在800° C后，表面散斑易脱落;等离子喷涂法虽然能制造出耐高温的散斑，但是制作过程复杂，而且过于昂贵。
【发明内容】
[0005]本发明是针对高温和超高温条件下现有散斑制作进行变形测量出现的失效问题，提出了一种变形测量的散斑制作方法，使用微小激光束刻蚀在试样表面，在高温下该散斑依然可以很牢靠地依附在金属、陶瓷和复合材料的表面，表面的人工散斑作为被测试样变形信息的忠实载体随着试样表面一起变形，为数字图像相关方法测量这些材料表面高温变形提供了一种理想的变形信息载体，该人工散斑所适用的温度范围从-100° C至2000°C，从理论上来说该人工散斑所适用的温度范围与材料能承受的温度范围相当。
[0006]本发明的技术方案为:一种变形测量的散斑制作方法，具体包括如下步骤:
1)选择准备好试验用的标准试样，然后用丙酮对标准试样表面进行清洗，清洗后用棉球拭干和干燥处理； 2)根据实验条件和试验要求确定散斑直径大小和散斑密度，然后将确定后参数输入到散斑生成软件，导出模拟的理想散斑图；
3)将模拟的理想散斑图导入光纤激光打标机，根据实验条件调整激光打标机激光束半径、激光输出功率、脉冲数、激光焦距、激光打标速度；
4)将步骤1)中标准试样放入光纤激光打标机相应位置，通过调整激光打标机与激光光源上下高度，确保激光能量最大限度打到试样表面，调整好试样位置后，开启激光打标机，开始刻蚀；
5)激光刻蚀结束，取出试样，擦拭表面，搁置，人工散斑制作完成。
[0007]所述光纤激光打标机装置加装三维平台和旋转平台，对曲面或内凹面进行散斑制作。
[0008]本发明的有益效果在于:本发明变形测量的散斑制作方法，散斑制作操作简单稳定、容易实现，制作成本底；制作的散斑大小均匀、密度适中，切均可控，散斑效果更好;在2000° C高温下该散斑颗粒形态无显著变化;光纤激光打标机装置加装有三维平台和旋转平台，可以对曲面或内凹面进行高温散斑的处理。
【附图说明】
[0009]图1为本发明散斑制作方法的流程图；
图2为本发明光纤激光打标机制作散斑过程示意图；
图3为本发明散斑生成软件处理得到的理想散斑图；
图4为本发明光纤激光打标机刻蚀后得到的试样表面散斑图。
【具体实施方式】
[0010]如图1所示变形测量的散斑制作方法的操作流程图，图2是光纤激光打标机制作散斑示意图，其具体操作步骤如下:
a.选被测试件材料为纯钛板状标准拉伸件(材料牌号为Ti6)，该被测试件尺寸为190mmX 12.5mmX 3mm(长X宽X厚)形状，然后对其表面用丙酮清洗后用棉球拭干和干燥处理；
b.根据实验条件和试验要求确定散斑直径大小为0.03mm，散斑密度为85%，随机度为90%。将其相应参数输入到散斑生成软件，导出理想散斑图(PDF格式)，如图3所示散斑生成软件处理得到的理想散斑图；
c.将模拟的理想散斑图导入光纤激光打标机，根据实验条件调整激光打标机激光束半径、激光输出功率和脉冲数，这里调节光纤激光打标机功率80%(最大功率3W)，单位脉冲数4，激光打标速度100mm/min，焦距350mm;
d.将步骤a中标准拉伸件放入光纤激光打标机相应位置，通过调整激光打标机与激光光源上下高度，确保激光能量最大限度打到试样表面，调整好试样位置后，开启激光打标机，开始刻蚀，时间约2min，进行散斑制作速度不宜过快；
e.激光刻蚀结束，取出试样，擦拭表面，放置2小时，人工散斑制作完成，如图4所示光纤激光打标机刻蚀后得到的试样表面散斑图。
[0011]光纤激光打标机装置加装有三维平台和旋转平台，可以对曲面或内凹面进行高温散斑的处理。
【主权项】
1.一种变形测量的散斑制作方法，其特征在于，具体包括如下步骤: 1)选择准备好试验用的标准试样，然后用丙酮对标准试样表面进行清洗，清洗后用棉球拭干和干燥处理； 2)根据实验条件和试验要求确定散斑直径大小和散斑密度，然后将确定后参数输入到散斑生成软件，导出模拟的理想散斑图； 3)将模拟的理想散斑图导入光纤激光打标机，根据实验条件调整激光打标机激光束半径、激光输出功率、脉冲数、激光焦距、激光打标速度； 4)将步骤1)中标准试样放入光纤激光打标机相应位置，通过调整激光打标机与激光光源上下高度，确保激光能量最大限度打到试样表面，调整好试样位置后，开启激光打标机，开始刻蚀； 5 )激光刻蚀结束，取出试样，擦拭表面，搁置，人工散斑制作完成。2.根据权利要求1所述变形测量的散斑制作方法，其特征在于，所述光纤激光打标机装置加装三维平台和旋转平台，对曲面或内凹面进行散斑制作。
【专利摘要】本发明涉及一种变形测量的散斑制作方法，使用微小激光束刻蚀在试样表面，在高温下该散斑依然可以很牢靠地依附在金属、陶瓷和复合材料的表面，表面的人工散斑作为被测试样变形信息的忠实载体随着试样表面一起变形，为数字图像相关方法测量这些材料表面高温变形提供了一种理想的变形信息载体，该人工散斑所适用的温度范围从-100°C至2000℃，从理论上来说该人工散斑所适用的温度范围与材料能承受的温度范围相当。<b><sub /></b>
【IPC分类】G01B11/16, G01N1/28
【公开号】CN105486564
【申请号】CN201610060404
【发明人】胡育佳, 杨震远, 陈家璧, 朱坚民, 王亚军
【申请人】上海理工大学
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2016年1月28日
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