数字图像相关方法在板载芯片封装热变形测量中的应用

针对板载芯片封装结构中由于各层材料热膨胀系数的差异引起的热失配现象,利用数字图像相关方法对板载芯片封装结构在热载荷下的表面热变形分布进行实验测量,并比较了不同封装配置对结构热变形的影响.建立了适于求解结构表面热变形分布的理论模型,利用实验结果和有限元模拟验证了理论模型.同时表明了实验方法的有效性和可行性,为微机电系统器件设计提供了有益的参考.
关键词:       测量|热变形|数字图像相关方法|板载芯片封装|微机电系统     

双平面镜双相机数字图像相关技术在三维重建中的应用

三维数字图像相关技术在获取工件表面信息方面有重要应用,针对单相机系统在全场测量中的局限性及多相机系统在全场测量中的复杂性,本文提出一种双平面镜辅助的双相机视觉测量方法,并应用在三维重建中。即：分析像素点到三维点的实际映射关系,基于公垂线中点法进行目标点三维重构,确定棋盘格标定板角点的三维坐标;分析角点在镜面的虚实对应关系,标定镜面位置方程,得到反射变换矩阵;通过反射变换矩阵完成物面的虚实转换,最终实现三维全场测量。为验证该方法的可行性和可靠性,分别进行了静态实验和动态实验。结果表明：在游戏币静态实验中,其正反轮廓的三维重建效果良好;在五棱铝柱热变形动态实验中,铝柱外侧表面高度变化均值与Ansys软件的仿真结果基本一致,且优于在镜面上喷涂散斑的重建方法,具有较高的精度。     

数字图像相关中基于可靠变形初值估计的大变形测量

为使数字图像相关方法适用于大变形测量,提出一种变形初值估计方法.通过在变形前图像中第一个计算点附近选择三个或更多特征点并在变形后图像中选择其对应点,利用坐标对应关系获得该点可靠的变形估计值作为Newton-Rapshon方法的迭代初值.该方法可对被测物体存在任意刚体转动或大变形情况下的表面变形进行准确测量,克服了通常的基于整像素位移相关搜索再进行亚像素位移测量的数字图像相关方法在被测物面存在稍大转角或大变形情况下即不能使用的缺点.对存在相对刚体转动图像的位移场和聚丙烯泡沫塑料压缩实验的大变形进行了测量,结果充分显示本文方法的有效性.     

针对裂尖变形场测量的包络单元局部数字图像相关方法

使用数字图像相关(DIC)方法测量平滑、准确的裂纹尖端位移场和应变场是学术界难题之一。目前常用的方法为基于子区的局部DIC方法,但其子区跨裂纹计算的结果无意义。经过改进的基于子区分割的DIC方法降低了子区内像素点数量,导致精度降低。提出一种基于Hermite单元的局部DIC(HELDIC)方法,依次分块计算感兴趣区域(ROI),利用较大单元包络分块区域剔除单元边界精度较低的数据,通过调整Hermite单元位置使得剔除的数据量最少,再使用所提改进的逐点最小二乘(PLS)方法平滑分块的位移场并得到应变场,从而提高裂纹尖端应变场的平滑度和精确度。实验结果表明,所提方法与传统局部DIC方法相比获得的变形场距离裂纹尖端及裂纹面更近,且在给定的单元和子区大小下的应变场平均误差降低30%以上,是计算裂尖变形场的有效方法。     

基于带通滤波成像的高温数字图像相关方法

提出一种用于高温物体表面全场变形测量的高温数字图像相关方法.该方法采用带通光学滤波成像技术以有效减小高温物体表面热辐射对相机采集图像亮度增强的影响,在物体表面温度高达1000℃时仍可获得可被数字图像相关方法直接分析处理的高质量数字图像.用该方法测量了铬镍奥氏体不锈钢在1000℃高温时的全场热变形以及从室温到1000℃温...     

基于数字图像相关的水下螺旋桨三维变形测量

提出了一种基于三维数字图像相关(3D-DIC)技术的船用螺旋桨3D变形测量方法.测量系统由双目立体相机、闪光灯和同步装置组成,采用空泡水筒对螺旋桨进行加载.首先,用基于极线约束的自标定方法对系统的外部参数进行标定,以获得桨叶表面的3D位移分布.然后,对重构的桨毂部分进行点云配准,得到变形后螺旋桨叶根部点云的平移向量和旋...     

基于GMA光流网络的二维变形测量数字图像相关法初值估计

提出一种利用深度学习提取散斑变形图像位移场的算法。对比几种主流光流网络模型在散斑图像上的计算精度,将全局运动聚合（GMA）光流网络引入数字图像相关法,使用光流网络模型预测的位移场作为亚像素迭代算法的初值,最后结合逆合成高斯-牛顿法计算散斑图像的亚像素位移场。结果表明,与几种主流的数字图像相关算法相比,GMA光流网络初值的计算精度和计算效率更高,适用于大变形测量,是一种兼顾计算速度和精度的变形测量算法。对木块材料进行压缩实验,结果充分显示了所提方法在散斑变形测量中的有效性。     

高温数字图像相关法变形测量中玻璃介质误差校正

为了校正玻璃介质在高温变形测量中引起的测量误差,本文将玻璃介质作为相机标定模型的一部分,基于摄影测量技术和数字图像相关法,提出一种复杂环境下的双目相机标定方法,将其应用在高温变形测量中.首先,针对复杂环境下图像质量差引起的标定困难问题,采用带畸变校正的相机成像模型,通过捆绑调整的相机标定方法完成双目相机标定,提高了标定...     

用激光测量高热可靠性电子器件的热变形

本文提出了一种测量大功率电子器件热变形的双曙光激光全息干涉法，针对一种可靠性要求很高的电子器件-火箭点火用固态继电器进行实际测试，试验结果表明，固态继电器在大负载功率工作状态时，芯片表面的干涉条纹较多，条纹弯曲程度较大，因此反映了芯片热变形和热应力增大趋势较为明显。     

基于摄影测量校正的斜光轴数字图像相关方法

提出一种针对单相机、斜光轴测量条件下,基于摄影测量校正的二维数字图像相关法(DIC).变形前,在被测物表面粘贴不少于3个控制点(圆形标志点),通过摄影测量技术得到控制点的三维坐标,利用控制点的三维坐标及其在图像上对应的二维坐标,通过空间后方交会法得到斜光轴相机的三维空间方位,拟合控制点的三维坐标得到控制面.变形过程中,...     

高精度数字图像相关测量系统及其技术研究

研制双CCD长距显微数字图像相关测量系统,它融合光电子、数字图像相关方法和散斑技术于一体,具有非接触式、高精度、宽量程、准实时、测试方法简便等优点,它可用于材料力学性能(特别是柔性高分子材料力学性能)测量、低膨胀系数新型材料线胀系数等的测量。若将其用于应变测量,灵敏度优于1με,而传统数字图像相关方法测量应变的理论灵敏度为20με。利用列阵光学元件解决了0.05 mm高衬比度微小标记的方便设置;提出消除了数字图像灰度噪声的时间平均法,使相关测量精度稳定地达到0.01 pixel。还给出金属材料拉应变的测量结果,实验结果与经典理论值相当接近。此外,还阐述数字图像相关测量技术是一种超光学系统衍射极限分辨力的测量技术。     

基于数字图像相关的三维刚体位移测量方法

基于三维位移测量在工程技术领域的必要性和重要性,开展了单摄像机和数字图像相关相结合的三维刚体位移测试方法的研究.基于图像位移场矢量中心和斜率与面内和离面位移的分别对应关系,采用最小二乘拟合法分离图像位移场的常量项与一次项,据此,可实现物体三维位移分量的有效分离.以针孔摄像机成像模型为基础,开展了数值模拟及硅片平移实验,发展了与三维刚体位移对应的散斑图模拟方法,验证了基于仿射变换的相关迭代法的精度和适用性.数值模拟与实验结果验证了数字图像相关方法用于实现物体三维刚体化移重构的可行性和优越性,最大测量误差为5%.     

数字全息干涉法用于变形测量

介绍了数字全息干涉法的原理,针对激光散斑噪声对包裹干涉相位图样的影响,将小波去噪分析用于图样预处理,可以提高解相精度.用该方法对四周固定、中心加载典型试件的位移进行了测试.实验结果表明,该方法简单、快速、可行.     

数字图像相关中基于位移场局部最小二乘拟合的全场应变测量

为了从含噪声的位移场中计算得到可靠的应变场,提出一种基于位移场局部最小二乘拟合的全场应变求解方法。介绍了数字图像相关方法的原理,阐述了基于位移场局部最小二乘拟合的全场应变求解方法,并讨论了计算区域边界、孔洞及裂纹附近区域等情况下的应变计算。对均匀变形和中心带圆孔的薄铝板拉伸实验的计算结果表明,该方法能有效地从原始位移场数据中提取全场应变信息。在均匀变形情况下应选择大的应变计算窗口,计算结果更逼近真值;在非均匀变形情况下,如果位移场中包含较强的噪声,则应选择较大的应变计算窗口,而位移场精度很高时可选择更小的应变计算窗口。     

图像三维重构在叶片表面压力测量的应用

PSP(Pressure Sensitive Paint)图像的三维重构即将PSP处理所得二维压力图谱转变为叶片三维模型上的压力分布,其有助于PSP实验结果的分析和压力信息的定量提取。以某叶栅的PSP压力图像为对象进行图像的三维重构,得到了三维叶片模型表面的压力分布,并对三维重构图像进行了误差分析。结果表明:1)将PSP图像进行三维重构以后可以方便压力信息的分析及读取;2)标记点的数量及位置分布对PSP图像的三维重构精度有影响。     

摄像测量在舰船变形测量中的应用研究

针对舰船不同安装基座间相对变形的高精度测量要求,提出了一种利用单摄像机三维姿态测量原理和亚像素定位法,通过若干台摄像机进行传递测量船体变形的方法,来解决对两个或多个不通视安装基座之间相对变形进行高精度测量的问题。分别对单摄像测量和多级摄像传递测量进行了测量精度分析,采用4台2K×2K分辨率的摄像机进行传递测量,测量精度优于23″。该方法在舰船上较易实施,且精度较高。     

基于数字相关法的应力应变检测技术及应用

借助高准确度数字散斑相关技术并结合标记点法,对工作的热风炉进行了实时位移和应变检测.测试了环向和轴向位移和应变,得出热风炉壳的位移场等直线,即环向位移呈现竖向条纹,轴向位移总体呈现水平状位移等值线,并且位移数据较为均匀.由位移场得到了应变场,由于温差变化不大,由此产生的最大热应力为63.85 MPa.数字散斑相关技术所测结果与标记点法所测数据吻合.现场检测表明,炉壁外表面,由热交换引起的应力远小于钢材的许用应力,所以结构运行安全.