CN102261894B - 基于激光标记自动跟踪的材料变形测量方法及装置 - Google Patents

基于激光标记自动跟踪的材料变形测量方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于激光标记自动跟踪的材料变形测量方法及装置。激光器输出的激光经分划板后形成不同图案的激光标记，射向五角棱镜，经五角棱镜反射后照射到被测材料（即试样）的标记线上，采用伺服电机和电机控制器驱动五角棱镜转动，使激光标记自动跟踪材料变形过程中试样标记线的变化，由CCD实时采集激光标记和试样标记线的图像输入计算机，经数字图象处理后，获得试样的变形量。本发明具有较强的抗干扰能力，材料变形量测量精度可达到0.02%以上，成本低，易于实用化。

Description

基于激光标记自动跟踪的材料变形测量方法及装置
技术领域
本发明涉及一种材料变形测量方法及装置，尤其是涉及一种基于激光标记自动跟踪的材料变形测量方法及装置。
背景技术
材料变形测量是表征材料性能的基础。在材料力学性能测试研究及应用领域，材料试样受力发生变形，其变形量是材料性能测试的重要研究内容之一，通过对材料变形过程的精确测量，可以获得材料的弹性模量、屈服点延伸强度、断后伸长率和断裂总伸长率等技术参数，以保证材料的正确使用。
目前，国内外材料变形测量的方法主要有接触式测量方法和非接触式测量方法。接触式测量方法以应变片式和电感式的引伸计为典型代表，其存在的不足之处是在材料的拉伸变形测量过程中，引伸计刀口与试样之间的摩擦将引入测量误差，而且在测量中由于试验机上、下夹头之间一般存在同轴度误差，使试样处于偏心拉伸状态产生反走现象，引入测量误差，故该测量方法的测量精度一般小于0.05%；另外，在试样将要发生断裂前，为避免引伸计刀口损坏，需将引伸计刀口与试样卸开，因此，无法实现对材料拉伸全过程的测量。非接触式测量方法以视频引伸计为主，在试样两端做显著标记线，由CCD实时拍摄试样变形图像，根据CCD成像几何关系，准确推算出试样标记线间的实际变形量，该方法的形变测量精度可达0.03%。但是，在试样被拉伸时，由于试样上的标记线也会随之产生形变，这将导致图像处理算法无法对标记线进行精准定位，而且对于机器视觉测量系统来说，一般物距是焦距的几百或上千倍，这时CCD内外参数或图像上目标像点位置的任何一点微小误差在测量结果中都可能被放大千百倍，因此限制了测量精度的提高。
发明内容
针对材料力学性能测试等技术领域需要高精度的材料形变测量，本发明的目的在于提供一种基于激光标记自动跟踪的材料变形测量方法及装置，通过激光标记自动跟踪试样标记线完成对材料变形的精确测量，是一种非接触式的材料变形测量方法及装置，解决了材料变形测量时试样标记线发生形变导致测量精度降低的技术问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一、一种基于激光标记自动跟踪材料变形测量方法：
激光器输出的激光标记光束经五角棱镜反射后照射到试样标记线上，开始拉伸变形测量前，先需对激光标记扫描范围进行标定；试样在试验机载荷的作用下进行拉伸变形运动，由伺服电机驱动五角棱镜转动使激光标记实时自动跟踪试样标记线，CCD实时获得激光标记和试样变形的图像，经过计算机图像处理算法求出试样在拉伸全程中的变形量。
二、一种基于激光标记自动跟踪材料变形测量装置：
激光器的激光光束经分划板后形成的激光标记，经五角棱镜反射到试样的试样标记线上，使激光标记与试样标记线重合；电机控制器的一端控制伺服电机驱动五角棱镜转动，电机控制器的另一端经计算机、图像采集卡与CCD连接，CCD实时采集激光标记和试样标记线的图像，经图象采集卡输入计算机，获得试样的变形量。
本发明具有的有益效果是：
（1）激光标记自动跟踪式的非接触式测量方法利用CCD对材料在载荷作用下变形全过程进行实时图像获取，能够克服接触式引伸计刀口容易损坏问题和无法对材料拉伸的全程进行测量的缺陷，并克服测量中处于偏心拉伸状态下产生的反走现象。
（2）激光标记在试样拉伸变形中具有不变性，从而在试样形变全过程中完成对标记线的实时准确自动跟踪，因此可抑制试样变形对单一传统固定标记线形变的影响，具有较强抗干扰能力，因此，测量精度高，在标准量程范围内变形相对测量精度达到0.02%以上。
（3）结构简单，低成本，且易于实用化。
附图说明
图1是本发明装置的结构原理图。
图2是不同形式的激光标记图案。
图中：1、激光器，2、分划板；3、五角棱镜，4、伺服电机，5、电机控制器，6、计算机，7、图像采集卡，8、CCD，9、试样，10、试样标记线。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
本发明的激光器1的激光光束经分划板2后形成的激光标记，经五角棱镜3反射到试样9的试样标记线10上，使激光标记与试样标记线10重合；电机控制器5的一端控制伺服电机4驱动五角棱镜3转动，电机控制器5的另一端经计算机6、图像采集卡7与CCD8连接，CCD8实时采集激光标记和试样标记线10的图像，经图象采集卡7输入计算机6，获得试样的变形量。
基于激光标记自动跟踪的材料变形测量方法及装置，如图1所示，激光器1采用半导体激光器，波长为650nm，分划板2（A3钢材质）经线切割制作成如图2所示的标记图案。
本发明具体测量实施过程为：
（1）激光器1输出的激光光束经分划板2形成图2所示的标记图案中的一种，更换分划板2可以形成不同的激光标记光束；
（2）激光标记光束经五角棱镜3（棱镜间两个镜面夹角为108o，五个反射面镀加强铝反射膜且可被其它多面体棱镜替换）反射后照射到试样标记线10上，开始拉伸变形测量前，标准尺置于附图1中试样9的位置，用其对激光标记光束的扫描范围进行标定，例如扫描试样标距50mm、100mm等，以确定图像像素点代表的实际距离；
（3）标定完成后，将试样9固定于拉伸试验机上，开始测量前，先使激光标记与试样标记线完全重合，记录试样标记线间标距为                                               
Figure DEST_PATH_IMAGE002
；
（4）开始测量时，试样9在试验机载荷
Figure 2011101971305100002DEST_PATH_IMAGE004
Figure DEST_PATH_IMAGE006
作用下被拉伸，由电机控制器5控制伺服电机4转动五角棱镜3，使激光标记光束自动跟踪试样标记线10；
（5）试样拉伸过程中，由CCD 8实时拍照获得激光标记光束和试样标记线的图像，图像采集卡7将CCD 8获得的数字图像传送给计算机6；
（6）采用图像预处理算法先对图像进行去噪，利用图像分割算法对背景与试样进行图像分割，去除试验机和环境等干扰，得到比较单一的试样图像，利用自标定方法对CCD进行空间坐标标定，然后利用图像识别算法找到两激光标记的中点位置，根据两中点位置，计算试样上激光标记间的拉伸距离
Figure DEST_PATH_IMAGE008
，从而可得到试样标记线间的变化量：
Figure DEST_PATH_IMAGE010
Figure 411801DEST_PATH_IMAGE006
；
（7）以
Figure DEST_PATH_IMAGE012
（
Figure DEST_PATH_IMAGE014
为试验机载荷拉力，
Figure DEST_PATH_IMAGE016
为试样的原始截面积）为横坐标、
Figure DEST_PATH_IMAGE018
Figure 46361DEST_PATH_IMAGE006
为纵坐标，绘制试样在断裂前后的应力－应变曲线，即可得出被测材料在拉伸全程中的试验机载荷与试样标记线间距离变化量的函数关系
Figure DEST_PATH_IMAGE020
，
Figure DEST_PATH_IMAGE022
。
至此完成本发明。

Claims (2)

1.一种基于激光标记自动跟踪材料变形测量方法，其特征在于：激光器输出的激光光束经分划板后形成的激光标记光束经五角棱镜反射后照射到试样标记线上，开始拉伸变形测量前，先需对激光标记扫描范围进行标定；试样在试验机载荷的作用下进行拉伸变形运动，由伺服电机驱动五角棱镜转动使激光标记实时自动跟踪试样标记线，CCD实时获得激光标记和试样变形的图像，经过计算机图像处理算法求出试样在拉伸全程中的变形量；
采用图像预处理算法先对图像进行去噪，利用图像分割算法对背景与试样进行图像分割，去除试验机和环境干扰，得到单一的试样图像，利用自标定方法对CCD进行空间坐标标定，然后利用图像识别算法找到两激光标记的中点位置，根据两中点位置，计算试样上激光标记间的拉伸距离Li(i＝1，2，…n)，从而得到试样标记线间的变化量：ΔLi＝Li-L0(i＝1，2，…n)；其中L0为标定后试样标记线间标距。
2.一种基于激光标记自动跟踪材料变形测量装置，其特征在于：激光器(1)的激光光束经分划板(2)后形成的激光标记，经五角棱镜(3)反射到试样(9)的试样标记线(10)上，使激光标记与试样标记线(10)重合；电机控制器(5)的一端控制伺服电机(4)驱动五角棱镜(3)转动，电机控制器(5)的另一端经计算机(6)、图像采集卡(7)与CCD(8)连接，CCD(8)实时采集激光标记和试样标记线(10)的图像，经图象采集卡(7)输入计算机(6)，获得试样的变形量。
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Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103439981A (zh) * 2013-08-29 2013-12-11 浙江理工大学 基于无标定视觉伺服的激光标记自动跟踪引伸计控制方法
CN103440629B (zh) * 2013-08-29 2016-06-15 浙江理工大学 激光标记自动跟踪的视频引伸计的数字图像处理方法
CN103760025B (zh) * 2014-02-10 2016-10-05 深圳三思纵横科技股份有限公司 引伸计及其测量方法
CN104501736A (zh) * 2014-12-25 2015-04-08 安徽科鸣三维科技有限公司 一种基于激光源运动的机器视觉自动跟踪控制系统
CN104503486B (zh) * 2014-12-25 2018-01-12 芜湖林一电子科技有限公司 一种基于试样运动的机器视觉自动跟踪控制系统
CN104656564B (zh) * 2014-12-25 2018-01-12 芜湖林一电子科技有限公司 一种基于图像的机器人视觉伺服控制系统
CN106705874A (zh) * 2015-07-23 2017-05-24 苏州工业园区职业技术学院 基于机器视觉技术的材料变形非接触测量系统
CN105510124A (zh) * 2016-01-12 2016-04-20 济南大学 一种试件拉伸试验断后伸长率自动测量系统及其方法
CN109187221A (zh) * 2018-09-30 2019-01-11 华南理工大学 一种对高分子材料形状记忆效果定量测量的测试装置及方法
CN111473734B (zh) * 2020-04-29 2021-12-07 同济大学 一种小净距隧道中夹岩稳定性监测系统及其方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0023643B1 (de) * 1979-08-02 1984-04-18 MFL Prüf- und Messysteme GmbH Verfahren und Vorrichtung zur photoelektrischen berührungslosen Messung von Dehnungsabläufen
US6512536B1 (en) * 1999-02-09 2003-01-28 The United States Of America As Represented By The United States National Aeronautics And Space Administration Cable and line inspection mechanism
CN1573586A (zh) * 1998-06-23 2005-02-02 株式会社理光 采用光束特性评价方法的写入单元调整装置
JP2009025125A (ja) * 2007-07-19 2009-02-05 Nikon Corp 形状測定装置
CN101718529A (zh) * 2009-11-30 2010-06-02 重庆大学 多光束形变检测装置及其使用方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0023643B1 (de) * 1979-08-02 1984-04-18 MFL Prüf- und Messysteme GmbH Verfahren und Vorrichtung zur photoelektrischen berührungslosen Messung von Dehnungsabläufen
CN1573586A (zh) * 1998-06-23 2005-02-02 株式会社理光 采用光束特性评价方法的写入单元调整装置
US6512536B1 (en) * 1999-02-09 2003-01-28 The United States Of America As Represented By The United States National Aeronautics And Space Administration Cable and line inspection mechanism
JP2009025125A (ja) * 2007-07-19 2009-02-05 Nikon Corp 形状測定装置
CN101718529A (zh) * 2009-11-30 2010-06-02 重庆大学 多光束形变检测装置及其使用方法

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