基于数字散斑的弯管残余应力测量系统的误差分析

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1、撒光与光电子学进展Laser&OptoelectronicsProgress⑥2011《中国激光》杂志社基于数字散斑的弯管残余应力测量系统的误差分析陈涛刘检华张天(北京理工大学机械与车辆学院，北京100081)摘要针对基于数字散斑相关法(DSCM)的残余应力测量系统，分析了影响系统精度的主要误差因素，并根据各个误差因素的形成原理，提出了减少或去除误差的方法。通过实验数据的对比，验证了误差因素对测量系统的影响，同时验证了所给出的减少误差的方法的可行性，为基于数字散斑相关法的测量系统的误差分析提供了有益的参考。关键词测量；误差分析；数字散斑相关法；残余应力；弯管中图分类号043

2、9文献标识码Adoi：10．3788／LOP48．111201ErrorAnalysisoftheBendingTubeResidualStressMeasurementSystemBasedonDigitalSpeckleCorrelationMethodChenTaoLiuJianhuaZhangTan(SchoolofMechanicalEngineering，BeringInstituteofTechnology，Bering100081，China)AbstractInviewofthebendingtuberesidualstressmeasurementsys

3、tembasedondigitalspecklecorrelationmethod(DSCM)，themainerrorelementsareanalyzedcomprehensively．Accordingtothetheoryoftheerrorelements，themethodstoreducetheerrorsareproposed．Attheend，theerrorelementsandthemethodswhichreducetheerrorsareverifiedthroughanexperiment．ItiSausefu1referencetothesim

4、ilarmeasuresystembasedonthedigitalspecklecorrelationmethod．Keywordsmeasurement；erroranalysis；digitalspecklecorrelationmethod；residualstress；bendingtubeOCIScodes120．6150：100．2000：110．296O；110．61501引言目前，管路系统在航空航天、船舶、汽车以及锅炉等领域内应用非常广泛。但是，目前对导管数控弯曲过程中产生的回弹、起皱、横截面畸变等成形缺陷的形成规律还缺乏深入研究l_】]。同时，导管弯曲成

5、形后普遍存在着残余应力，这种导管在弯曲加工后产生的残余应力不仅影响着导管弯曲加工中回弹补偿量的确定，同时在使用中也会降低弯管的力学性能，增大管路系统的失效可能。因此，对于弯管残余应力的测量和研究是十分重要的。数字散斑相关法(DSCM)不需要光学干涉条纹处理，具有光路相对简单、非接触、高精度、可得到全场位移、适用测试的对象范围广、对测量环境无特别要求等优点]，能够广泛应用于测量能使材料或结构的外表面发生形变的物理量上，例如位移、应变等。这使得其在机械、土木、材料、生物、医学等诸多领域获得了极其广泛的应用口]。针对DSCM技术的诸多优点，本文提出一种基于数字散斑相关法的弯管残余

6、应力测量系统，并重点对测量系统的误差进行了分析。本文首先简要介绍了基于散斑相关法的弯管残余应力测量系统及其关键算法，然后系统地分析了影响测量系统精度的误差因素，并且针对这些误差因素，提出了减少系统误差、提高测量精度的方法。最后通过实验证明了这些方法的可行性。收稿日期：2011-06—22；收到修改稿日期：2011-07—25；网络出版日期：2011—09—30基金项目：国家自然科学基金(50805009)资助课题。作者简介：陈涛(1986一)，男，硕士研究生，主要从事光学测量方面的研究。E—mail：ctiself@yahoo．com．ca导师简介：刘检华(1977一)，男

7、，博士，副教授，主要从事虚拟装配和虚拟现实等方面的研究。E-mail：jeffiiu@bit．edu．en激与光电子学进展www．opticsjourna1．net2基于散斑相关法的弯管残余应力测量系统测量系统的基本原理为：在弯管的待测区域外表面喷涂散斑后，在待测点处打孔以释放弯管内残余应力，并记录下打孔前后的区域的散斑图像，其后利用数字散斑相关法求解得出孔周围的变形量，再使用一定的算法由变形量计算出弯管内的残余应力。图1显示了测量系统的硬件组成，其可分为成像单元和控制单元两部分。成像单元的主要功能为将被测物体的表