一种以激光干涉仪为计量基准的DIC位移精度验证实验
1.实验背景
应自主研发的Revealer-DIC三维应变测量仪(简称RDIC)位移精度验证需求, 千眼狼光学测量工程师团队在光学影像测量实验室，开展以激光干涉仪为精度计量基准，探究环境干扰、散斑密排度、散斑类型对测量精度影响的科学实验。
2.实验设备
图1 实验设备一览
1）激光干涉仪（Renishaw XL-80，计量院同款）
2）Revealer-DIC三维应变测量仪
3）Revealer-DIC三维应变测量软件
4）标定板与散斑
圆点标定板 散斑
5）3D位移平台及光学平台及其他辅助设备
3.实验过程与实验数据
3.1 环境干扰实验
第一步:搭建整套系统，如图1所示。
第二步:基于圆点标定板，采用24步标定法做标定。
第三步:控制位移平台从视野最左边逐渐移至最右边再最左边，每移动20mm采集一张图像，并用激光干涉仪获取位移基准数据。
第四步:保持环境不变，采集20帧图片，利用RDIC三维应变测量软件计算位移值，结果与激光干涉仪进行对比。
第五步:增加补光，采集20帧图片，利用RDIC三维应变测量软件计算位移值，结果与激光干涉仪进行对比。
第六步:调节中央空调风速，引起空气扰动，采集20帧图片，利用RDIC三维应变测量软件计算位移值，结果与激光干涉仪进行对比。
以上实验重复5次，数据结果如下↓↓↓
图2 环境实验测量结果
表1 环境实验与激光干涉仪对比结果（单位：μm）
3.2 散斑密排度实验
前三步同上。
第四步：跟踪并采集不同密排度散斑位移图像，利用DIC三维应变测量软件计算位移值，结果与激光干涉仪进行对比。
图3 散斑密排度示意（左→右，40%-50%-60%-70%-80%）
图4 不同散斑密排度测量结果
表2 不同散斑密排度测量对比结果（单位：μm）
3.3 散斑类型实验
前三步同上。
第四步：统一使用60%密排度，跟踪并采集二值散斑、高斯散斑、蚯蚓散斑的图像，利用DIC三维应变测量软件计算位移值，结果与激光干涉仪对比。
图5 不同类型散斑，左→右，二值-高斯-蚯蚓散斑
图6 不同类型散斑对比结果
4.实验结论
4.1 环境三因素中，按引起误差大小排序，光线变化＞环境震动＞空气扰动，与静止状态误差相比，分别增大26.5μm、20.6μm、12.5μm。
测量提示→保持实验室光线稳定，避免人员走动，室内空调保持匀速运行。
4.2 散斑密排度对精度影响呈两极分化态势，40%、80%密排度下，误差较大，60%误差最小。
测量提示→散斑制作，密排度以60%为宜。
4.3 重建精度横比，高斯散斑和二值散斑精度接近，均优于蚯蚓散斑。对焦横比，二值散斑更容易对焦。
测量提示→优先推荐二值散斑。
附 光学影像测量实验室
千眼狼光学影像测量实验室是中科视界参照计量研究院、国内重点高校实验室标准重点建设的研发基地之一，占地面积约200㎡。
目前拥有专职光学测量团队40余人，其中博士7人，提供基于高速摄影技术、数字图像相关技术的全面、可视化、系统级解决方案，提供20kN座式、5kN台式万能试验机、视频引伸计、高速摄像机、高分辨率摄像机、高精度位移检测光学平台、激光干涉仪等仪器设备，可视化研究金属、复合、弹塑性等各型材料在动、静、热载下的应力应变行为、弹性模量、拉伸量、泊松比、裂纹延展特性等。
千眼狼光学影像测量实验室面向广大高校、科研院所研究人员，企事业单位技术人员开放，欢迎预约交流。
下一期，千眼狼光学测量工程师们将继续探究三维DIC应变精度的影响因素，并讨论如何抑制零加载下相机本底噪声引起的应变误差。更多技术咨询↓↓↓↓↓
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