利用DIC技术测量全钢化真空玻璃抗折强度装置及方法

本发明属于全钢化真空玻璃，具体涉及一种利用dic技术测量全钢化真空玻璃抗折强度装置及方法。

背景技术：

1、全钢化真空玻璃具有卓越的保温隔热、隔声降噪、轻薄通透、防凝露、安全稳定等优异性能；目前，全钢化真空玻璃出色的性能正在得到越来越多的认可，在日常生活中其应用也十分广泛。全钢化真空玻璃在使用过程中，需要承受一定的载荷，不能产生巨大变形，更不能出现裂纹和损坏，若其抗折强度不足，将会造成全钢化真空玻璃整体损坏，严重影响其安全性能和使用寿命，所以对全钢化真空玻璃进行抗折强度计算以检验其是否满足抗折强度的要求是很有必要的。

2、传统测量全钢化真空玻璃抗折强度的方法大多采用的是接触式测量，例如：在利用电测法接触式测量时，需要在待测物体表面粘贴应变片，但是应变片对试验环境的温度变化十分敏感，电流的热效应会影响应变片的测量值，如果待测物体的刚度较小容易发生变形，粘贴应变片也会对局部的刚度造成影响，导致测量结果不准确；此外，传统接触式测量全钢化真空玻璃抗折强度的方法需要人工操作，过程复杂，测量效率低，且全钢化真空玻璃破碎可能会对测量人员造成伤害，即测量过程的安全系数低。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的问题，本发明提出一种利用dic技术测量全钢化真空玻璃抗折强度装置及方法，目的在于通过无接触装置测量全钢化真空玻璃的抗折强度，实现测量过程的安全性和智能性，解决全钢化真空玻璃抗折强度测量效率低、准确性低的问题。

2、本发明一种利用dic技术测量全钢化真空玻璃抗折强度装置所采用的技术方案为：包括底座、数据处理装置和设于底座上的箱体，箱体与底座形成一个沿前后方向贯穿箱体的腔室，腔室内设有液压装置，液压装置的下端设有沿竖直方向移动的压辊，压辊与压力传感器连接；腔室的两侧竖直设有滑轨，滑轨上设有角度可调节的补光灯，两个滑轨之间设置横杆，横杆上滑动设有角度可调节的高速相机；底座上沿前后方向设有直线导轨，直线导轨上滑动设置支撑辊；数据处理装置为带有dic分析软件的计算机，数据处理装置通过导线与压力传感器和高速相机连接。

3、进一步地，所述直线导轨的长度延伸至底座外；

4、进一步地，所述支撑辊为表面光滑的圆柱，且支撑辊的数量为两个；

5、进一步地，所述压辊为表面光滑的圆柱；

6、本发明一种利用dic技术测量全钢化真空玻璃抗折强度方法具体包括以下步骤：

7、(1)在全钢化真空玻璃的表面随机制作散斑图像，并且在全钢化真空玻璃表面和侧面涂上亚光白漆，将表面涂有散斑图像的全钢化真空玻璃平放在支撑辊上；

8、(2)调整补光灯的高度、角度和高速相机的位置、角度、焦距和光圈，将全钢化真空玻璃的待测面调至高速相机的视野范围内并使其拍摄的图像符合要求；

9、(3)启动液压装置，压辊通过液压装置向下移动，当压辊接触到全钢化真空玻璃后，高速相机和压力传感器开始工作，压辊压着全钢化真空玻璃向下移动的过程中，高速相机拍下整个过程，直至全钢化真空玻璃破碎，高速相机和压力传感器停止工作，将高速相机拍摄到的全钢化真空玻璃表面散斑变化的图像和压力传感器的数值传送到数据处理装置；

10、(4)将高速相机拍摄到的全钢化真空玻璃表面散斑变化的图像传送到数据处理装置，经数据处理得到全钢化真空玻璃待测面位移场和应变场的计算结果后与压力传感器的压力数值结合，得到全钢化真空玻璃的抗折强度。

11、进一步地，所述步骤(1)中的散斑图像具有非重复性、各向异性、高反差性；

12、进一步地，所述步骤(2)中高速相机的调整要求为：调节光圈，使图像的红色像素点缩小，同时保证图像清晰明亮；调节焦距，使图像画面清晰，放大图像后，黑色像素闪耀斑点为3个像素；调节曝光时间，使图像画面内出现的紫色像素点增多；

13、进一步地，所述全钢化真空玻璃待测面位移场的计算过程为：在测量前将全钢化真空玻璃的待测面划分成等间距的虚拟网格节点，虚拟网格节点间距的选取为3个像素，计算时，虚拟网格节点就是选取的关键像素点；采用预定位搜索法计算虚拟网络节点的位移计算结果，即可得出全场的位移信息；其计算公式为：

14、

15、式中，x(i+1)、y(j+1)表示预测点的坐标，x(i)、y(i)表示计算预测点的上一个坐标，u(i)、v(j)表示计算预测点的上一个位移值；

16、进一步地，所述全钢化真空玻璃待测面应变场的计算过程为：在dic软件中采用对位移场进行最小局部二乘拟合法计算应变；位移场最小局部二乘拟合法的具体原理为：采取一个二维的多项式来拟合离散位移场的一个局部子区，然后通过最小二乘法拟合计算出多项式的系数，最后根据所求得的多项式系数便可得出局部子区的中心点应变值，以上完成了一个局部子区的应变计算，计算完该点后再移动到下一个区域，依照同样的方法求解，直至获取整个应变场的数据；

17、拟合所用的二维一次多项式如下式所示：

18、u(x，y)＝a0+a1x+a2y

19、v(x，y)＝b0+b1x+b2y

20、式中a0、a1、a2、b0、b1、b2表示待求解的多项式系数，u(x，y)、v(x，y)为坐标位移；

21、现在在己知的位移场中选取一个应变计算子区，该窗口包含的计算数据点为(2m+1)×(2m+1)个，将这些数据点按照顺序代入以上二维一次多项式中，则表达为：

22、

23、

24、求解多项式的系数值：

25、

26、

27、当待测全钢化真空玻璃在发生有限变形的情况下，根据green应变分量计算公式可求解出各应变分量为：

28、

29、

30、

31、通过以上公式得出全钢化真空玻璃在压力作用下的变形数值，再结合压力传感器的数值得到全钢化真空玻璃的抗折强度。

32、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

33、1、本发明利用计算机的数字图像相关技术(即dic技术)，对高速相机拍摄的影像以及压力传感器的数据进行处理，能够快速得到全钢化真空玻璃的形变过程，实时计算、实时输出，实现了动态测量；且本发明不需要粘贴应变片，可以更准确地测量物体的应变情况，极大的提高了计算精度，保证了测量抗折强度的准确性。

34、2、本发明利用dic技术测量全钢化真空玻璃抗折强度装置与方法，利用压辊和液压装置代替人工操作，可防止全钢化真空玻璃破碎时导致的误伤，实现无接触测量全钢化真空玻璃的抗折强度，本发明智能程度高，且脱离人工，增加了装置的安全系数。

35、3、本发明的测量范围广、适用性强；利用在直线导轨上移动的支撑辊可以测量不同尺寸的全钢化真空玻璃的抗折强度，且本发明对测量环境的要求低，在高温或低温环境下，只要相机可以稳定采集图形，均能够正常工作，其受环境影响因素较小。

技术特征：

1.利用dic技术测量全钢化真空玻璃抗折强度装置，其特征在于，包括底座(1)、数据处理装置(8)和设于底座上的箱体(9)，箱体(9)与底座(1)形成一个沿前后方向贯穿箱体的腔室，腔室内设有液压装置(5)，液压装置(5)的下端设有沿竖直方向移动的压辊(4)，压辊(4)与压力传感器连接；腔室的两侧竖直设有滑轨，滑轨上设有角度可调节的补光灯(7)，两个滑轨之间设置横杆，横杆上滑动设有角度可调节的高速相机(6)；底座(1)上沿前后方向设有直线导轨(2)，直线导轨(2)上滑动设置支撑辊(3)；数据处理装置(8)为带有dic分析软件的计算机，数据处理装置通过导线与压力传感器和高速相机(6)连接。

2.如权利要求1所述的利用dic技术测量全钢化真空玻璃抗折强度装置，其特征在于，所述直线导轨(2)的长度延伸至底座外。

3.如权利要求1所述的利用dic技术测量全钢化真空玻璃抗折强度装置，其特征在于，所述支撑辊(3)为表面光滑的圆柱，且支撑辊的数量为两个。

4.如权利要求1所述的利用dic技术测量全钢化真空玻璃抗折强度装置，其特征在于，所述压辊(4)为表面光滑的圆柱。

5.利用dic技术测量全钢化真空玻璃抗折强度方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.如权利要求5所述的利用dic技术测量全钢化真空玻璃抗折强度方法，其特征在于，所述步骤(1)中的散斑图像具有非重复性、各向异性、高反差性。

7.如权利要求5所述的利用dic技术测量全钢化真空玻璃抗折强度方法，其特征在于，所述步骤(2)中高速相机的调整要求为：调节光圈，使图像的红色像素点缩小，同时保证图像清晰明亮；调节焦距，使图像画面清晰，放大图像后，黑色像素闪耀斑点为3个像素；调节曝光时间，使图像画面内出现的紫色像素点增多。

8.如权利要求5所述的利用dic技术测量全钢化真空玻璃抗折强度方法，其特征在于，所述全钢化真空玻璃待测面位移场的计算过程为：在测量前将全钢化真空玻璃的待测面划分成等间距的虚拟网格节点，虚拟网格节点间距的选取为3个像素，计算时，虚拟网格节点就是选取的关键像素点；采用预定位搜索法计算虚拟网络节点的位移计算结果，即可得出全场的位移信息；其计算公式为：

9.如权利要求5所述的利用dic技术测量全钢化真空玻璃抗折强度方法，其特征在于，所述全钢化真空玻璃待测面应变场的计算过程为：在dic软件中采用对位移场进行最小局部二乘拟合法计算应变；位移场最小局部二乘拟合法的具体原理为：采取一个二维的多项式来拟合离散位移场的一个局部子区，然后通过最小二乘法拟合计算出多项式的系数，最后根据所求得的多项式系数便可得出局部子区的中心点应变值，以上完成了一个局部子区的应变计算，计算完该点后再移动到下一个区域，依照同样的方法求解，直至获取整个应变场的数据；

技术总结
本发明提出了一种利用DIC技术测量全钢化真空玻璃抗折强度装置和方法，具体包括底座、数据处理装置和设于底座上的箱体，箱体与底座形成一个沿前后方向贯穿箱体的腔室，腔室内设有液压装置，液压装置的下端设有沿竖直方向移动的压辊，压辊与压力传感器连接；腔室的两侧竖直设有滑轨，滑轨上设有补光灯，两个滑轨之间设置横杆，横杆上滑动设有高速相机；底座上沿前后方向设有直线导轨，直线导轨上滑动设置支撑辊；数据处理装置为带有DIC分析软件的计算机，数据处理装置通过导线与压力传感器和高速相机连接。本发明通过无接触测量全钢化真空玻璃的抗折强度，不需要人工测量，可防止全钢化真空玻璃破碎时导致的误伤并极大的提高了计算精度。

技术研发人员：胡东方,袁朝阳,刘亚楠
受保护的技术使用者：河南科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15