CN103080723B - 材料试验机 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种能够将摄像机的标线识别水平在显示部进行显示的材料试验机。由摄像机（28）摄影得到的图像数据被送至控制部（33）。利用该图像数据中的标线位置计算中使用的计算范围的图像数据，在轮廓制作部（41）中制作标线记号的轮廓。其后，利用所制作的轮廓，由识别水平判定部（42）对摄像机（28）是否准确地识别了标线进行判断，并将与该判定结果对应地用不同颜色进行区分的条形图显示于显示部（35）。

Description

材料试验机

技术领域

本发明涉及一种具有标线识别水平显示功能的材料试验机。

背景技术

给试验片赋予拉伸负载并对其伸展进行测量的材料试验机，例如由立设在工作台上通过马达的旋转同步地自如旋转的一对的螺纹杆；通过螺母可上下移动地支承在这些螺纹杆上的十字头；以及与工作台和十字头分别连接的夹具等的夹具构成。并且，通过在使试验片的两端把持在夹具上的状态下让十字头移动，进行将拉伸负载给与试验片的试验的同时，通过位移测量单元对试验片的伸展进行测量。

作为这种材料试验机中的位移测量单元的一种，已知的有视频式非接触延伸计。首先，在利用视频式非接触延伸计进行位移测量之前，预先将印刷了标线记号等的标线封条等贴附在试验片表面的规定位置上。并且，在试验进行中，通过用摄像机对预先在试验片的表面的规定的上下位置所附的标线记号进行摄影，根据得到的图像数据来计算出标线位置及标线间距离的位移量（参见专利文献1）。

当用这种视频式非接触延伸计对伸长进行测量时，将摄像机配置成被夹具所把持的试验片的规定的上下位置贴着的标线封条的双方收进一台照相机的视野内。该摄像机对标线记号的识别是利用将对标线记号设定的数据区域的图像数据在与向试验片的负载轴正交的方向上进行积分而成的轮廓来进行的。并且，基于该轮廓，再算出试验进行前的标线的位置（参见专利文献2）。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本特开平11－094719号公报

专利文献2:日本特开平11－295042号公报

发明内容

发明要解决的课题

然而，根据标线记号的轮廓来求出标线位置的时候，试验进行前的标线记号的轮廓就必须是恰当的。这是由于反之将会影响其后的试验进行中的标线位置的捕捉及位移测量。并且，为了要使该标线记号的轮廓是恰当的，就需要摄像机准确地捕捉试验片上所贴附的标线记号，且能够正确地进行识别。

图6是制作现有的标线记号M的轮廓P1的方法说明图。首先，为了收集图像数据，利用装有所期望的焦距镜头27的摄像机28对试验片10进行摄影。在此，预先将标线记号M周边规定的范围指定为用于标线位置计算作图像数据范围的计算范围Ｅ。关于该计算范围Ｅ的图像数据，将纸面横向的色浓度的积分值、即，纸面横方向排设的计算范围Ｅ内的各像素的灰度值的积算值以每个负载轴侧的像素位置画轮廓并图表化，从而得到轮廓P1。轮廓P1与摄影图像一起显示于显示部，操作人员就能用目视来确认轮廓P1的形状了。

以往，对摄像机28是否能准确地捕捉到标线记号M进行的判断是由操作人员通过目视确认标线记号M的轮廓P1的形状来进行的。轮廓P1的形状是根据对试验片10的照明方法、镜头27的光圈、标线的计算范围Ｅ等的设定而变化的。例如，在对试验片10的照明过强的情况下，因为摄影图像中由灰色变成白色成分增多，图6所示的轮廓P1的形状其基线L1上升，标线记号M的色浓度分布的峰值则降低。另外，伴随受到拉伸负载的试验片10的伸展，标线记号M的图案等通过在负载轴方向上延伸标线记号的色浓度也将变薄。为此，基线L1（轮廓的最小值）与标线记号M的色浓度的最大值之差小的轮廓将被操作人员判断为不是标线记号M被摄像机28准确地捕捉到时的轮廓。并且，操作人员判断为在根据轮廓P1的形状摄像机28没有准确地捕捉到标线记号的情况下，将对试验片10的照明方法、镜头27的光圈、标线的计算范围Ｅ等进行调整直到得到恰当的轮廓为止。

像这样，在操作人员观察轮廓的形状并对摄像机是否准确地捕捉到标线记号进行判断的时候，因各操作人员的感觉不同而有时会产生判断上的差异。由于这种判断上的差异将影响试验结果，因而最好尽可能地不要产生。但是，实际上，为了不产生这种判断上的差异，而要求操作人员能够以准确地看出什么样的轮廓将影响测量结果那样程度适应材料试验及装置的操作。

另外，即便是适应了材料试验及装置的操作的操作人员，有时也会把与装置的设计方设想作为摄像机准确地捕捉到标线记号时的轮廓相差甚远的轮廓，判断为摄像机准确地捕捉到的标线记号。在这种情况下，难以得到正确的测量结果。

本发明是为了解决上述课题而做出的，其目的在于提供一种能够将摄像机的标线识别水平在显示部进行显示的材料试验机。

用于解决课题的手段

技术方案1所述的发明是：一种材料试验机，通过对附加了标线的试验片赋予试验力，且用摄像机对所述标线进行摄影，对试验片的伸展进行测量，所述材料试验机其特征在于，包括：轮廓制作单元，其根据图像数据来制作试验进行之前的所述标线的轮廓；识别水平判定单元，其根据所述轮廓对摄像机的标线识别水平进行判定；显示部，其对与所述识别水平判定单元的判定相应的识别水平进行显示。

技术方案2所述的发明是：基于技术方案1所述的发明，所述识别水平判定单元根据识别水平判定为多个等级，所述识别水平在所述显示部被显示为根据所述识别水平判定单元所判定的等级用不同颜色进行区分的条形图。

技术方案3所述的发明是：基于技术方案1所述的发明，所述识别水平判定单元根据所述轮廓是否接近适于所述试验片的测量的理想化的轮廓的特征，来判定所述识别水平。

技术方案4所述的发明是：基于技术方案3所述的发明，所述理想化的轮廓的特征是，所述轮廓的最大值是否接近设想为即使所述轮廓的最大值在试验进行中变动也无法达到满刻度时的、该最大值相对于满刻度的比例Ａ。

技术方案5所述的发明是：基于技术方案3所述的发明，所述理想化的轮廓的特征是所述轮廓的平均值是否接近轮廓的标线的分布范围成为用于对标线位置进行计算的负载轴方向的计算范围的30～50％的范围内的、该平均值相对于满刻度的比例B。

技术方案6所述的发明是：基于技术方案3所述的发明，所述理想化的轮廓的特征是所述轮廓的最小值是否接近满刻度的0％。

技术方案7所述的发明是：基于技术方案1所述的发明，所述识别水平判定单元将所述轮廓的最大值设为ａ、将所述轮廓的平均值设为b、将所述轮廓的最小值设为ｃ时，由下式计算出识别水平S，并对识别水平进行判定，

算式：S＝（1－｜ａ－Ａ｜）·（1－｜b－B｜）·（1－｜ｃ－0.0｜）

其中，ａ、b、ｃ为0以上且1以下的值；A是假设即使所述轮廓的最大值在试验进行当中进行变动也无法达到满刻度的、相对于满刻度的比例；B是轮廓中的标线的分布范围成为用于对标线位置进行计算的负载轴方向的计算范围的30～50％的范围内时的，所述轮廓的平均值相对于满刻度的比例。

技术方案8所述的发明是：基于技术方案7所述的发明，所述识别水平判定单元根据所述识别水平S的值将识别水平判定为多个等级，所述识别水平S在显示部被显示为根据所述识别水平判定单元所判定的等级用不同颜色进行区分的条形图。

发明的效果

根据技术方案1所述的发明，因为包括通过摄像机对标线的识别水平进行判定的标线识别水平判定单元，且将对应于该判定的识别水平显示于显示部，所以能够向操作人员提供摄像机是否准确地捕捉标线的客观性指标。为此，可以降低因各操作人员而产生的判断差异。

根据技术方案2及技术方案8所述的发明，将识别水平作为由识别水平判定单元所判定的由等级区分为不同颜色进的条形图显示于显示部，所以操作人员可以容易地把握利用摄像机进行标线的识别水平的程度。

根据技术方案3至技术方案7所述的发明，因为识别水平判定单元对所制作的轮廓是否接近对位移测量不会产生影响的理想化的轮廓的特征来进行判定，所以即使是经验肤浅的操作人员，也可以通过观察识别水平的显示，而容易地知道对位移测量有无影响。

附图说明

图1是本发明的材料试验机的概要图。

图2是用于对试验片10、摄像机28及照明装置37的位置关系进行说明的俯视概略图。

图3是本发明的主要结构示意框图。

图4是识别水平判定部42中的轮廓P的判定说明图。

图5是识别水平的显示例。

图6是制作现有的标线记号M的轮廓P1的方法说明图。

具体实施方式

以下，根据附图对本发明的实施方式进行说明。图1是本发明的材料试验机的概要图。图2是用来对试验片10、摄像机28及照明装置37的位置关系进行说明的俯视概略图。

该材料试验机包括：工作台18；立设在地面上的一对支柱19；在各支柱19的内部的工作台18上朝垂直方向的状态可旋转地立设的一对螺纹杆；可以沿这些螺纹杆移动的十字头23；用于使该十字头23移动并对试验片10赋予试验力的负载单元30。

十字头23与一对螺纹杆通过图示省略的螺母连接。各螺纹杆的下端部与负载单元30连接，来自于负载单元30的动力源的动力传递给一对螺纹杆。通过一对螺纹杆同步地旋转，十字头23沿该一对螺纹杆升降。

在十字头23上附设有用于对试验片10的上端部进行把持的上夹具21。另一方面，在工作台18上附设有用于对试验片10的下端部进行把持的下夹具22。当进行拉伸试验的时候，在利用这些上夹具21及下夹具22将试验片10的两端部把持住的状态下，通过使十字头23上升，将试验力（拉伸负载）负载给试验片10。

此时，作用在试验片10上的试验力被负载传感器24检测出，且通过控制电路31输入到控制部33。另外，用摄像机28对试验片10进行摄影，且将该图像输入到控制部33。

摄像机28包括可安装和拆卸的镜头27，由配设在支柱19上的臂29所支撑。另外，摄像机28通过对支柱19上的臂29的固定位置及臂29的弯曲度进行调整并定位，以使上夹具21及下夹具22收进同一视野中。并且，如图2所示，摄像机28配设成在大致倾斜45度的状态下，镜头27的正面正对被上夹具21及下夹具22所把持的试验片10的表面的位置上。

在摄像机28的上方配设有LED照明等的照明装置37。照明装置37配置成支撑在配设于支柱19上的臂39上，且不进入摄像机28的视野。照明装置37通过从试验片10的上方侧对试验片10的表面进行光照射，提供给摄像机28进行摄影所必要的光量。

控制部33由包括ROM、RAM等的存储装置及CPU等的计算机等构成。控制部33中连接有作为液晶显示器等的显示装置的显示部35、具有鼠标及键盘等的输入部34及摄像机28以及控制电路31。控制电路31将来自于负载传感器14的试验力数据、十字头23的位置信息发送给控制部33。并且，控制部33读取摄像机28的摄影图像数据并进行数据处理，对试验片10上的标线间的距离的位移量进行运算，将其结果作为试验片10的伸展，与试验力及十字头23的位置信息等一起显示于显示部35。另外，控制部33包括后述的轮廓制作部41和识别水平判定部42。

在这种材料试验机中，在对被上夹具21及下夹具22把持住状态下的试验片10进行试验之前，操作人员对试验片10附加标线，而且，进行摄像机28及照明装置37的位置、标线的计算范围的调整等。此外，在该实施方式中，通过将预先印刷有标线记号M的标线封条贴附到试验片10上来附加标线。

图3是本发明的主要结构示意框图。

由摄像机28摄影得到的图像数据被送至控制部33。如前面参照图6说明的那样，利用图像数据中的标线位置计算中使用的计算范围Ｅ的图像数据，来制作标线记号M的轮廓P。这些是通过控制部33中的轮廓制作部41来进行的。

所制作的轮廓P在识别水平判定部42中就以下3项是否与理想化的轮廓的特征接近进行评价。图4是识别水平判定部42中的轮廓P的评价说明图。

第1项是评价轮廓P的最大值ａ是否接近假象为该最大值a即使在试验进行中进行变动也达不到的满刻度时的、该最大值a相对于满刻度的比例Ａ。因为该实施方式中的满刻度是指，由轮廓P将计算范围Ｅ的横向的各像素的灰度值（0～255）的积算值所画的轮廓，所以1像素的灰度值的最大值255乘以计算范围Ｅ的横向的像素数得到的值即为满刻度。另一方面，由于因计算范围Ｅ的设定等满刻度的数值为变动的，因而，如图4所示，满刻度显示为100％。

然而，图4所示的轮廓P的峰值如果在进行试验测量期间饱和的话，因为在轮廓P的负载轴方向的像素位置取最大值ａ（在此与满刻度相同的值）的范围变宽，所以标线位置计算的精度将会遭到破坏。为此，期望轮廓P的最大值ａ即使在试验进行中变动也达不到满刻度。另一方面，因试验进行而伴随试验片10的伸展标线记号M也会移动，有时标线记号M部分的色浓度整体也将变得淡浅。即便在这种情况下，为了将标线位置计算的精度保持在一定以上，即使图4所示的轮廓P的峰值位置变低，也期望与基线L有充分的差。

因此，轮廓P的最大值a设想成即使在试验进行中进行变动也达不到满刻度时的、相对于满刻度的比例Ａ虽然是与满刻度接近的值，但以与满刻度不过于接近的值为佳。即，该比例Ａ以例如70～90％为佳。此外，在该实施方式中，比例Ａ设定为80％。该比例Ａ因试验片10的性质或贴附在试验片10上的标线封条的图案不同等而变更。

第2项是评价轮廓P的平均值b是否接近轮廓P的标线记号M的分布范围变成用于对标线位置进行计算的负载轴方向的计算范围的30～50％的范围内时的、相对于满刻度的比例B。试验一旦进行，因为伴随试验片10的伸展标线记号M也将移动，由于来自于照明装置37的光的照射角度的变化等，图4所示的轮廓的峰值形状有时会变形。另外，在试验片10上直接标有标线的情况下，伴随试验片10的伸展标线的形状将产生变化，轮廓的峰值形状有时也会变形成平缓形状。并且，在这种轮廓的变形中，轮廓上的标线记号M的分布范围有时会超过用于对标线位置进行计算的负载轴方向的计算范围。于是，标线位置计算所需要的轮廓P的基线L的数值（轮廓的最小值）将无法准确地求得，标线位置计算的精度将会遭到破坏。如果轮廓P中的标线记号M的分布范围收纳于用来对标线位置进行计算的负载轴方向的计算范围的30～50％的范围内的话，则即使标线记号M的轮廓P变形，也能够准确地收集标线位置计算所需要的轮廓的基线的数值（轮廓的最小值）。

经验发现在用于对标线位置进行计算的负载轴方向的计算范围的30～50％的范围内是否收纳有标线记号M的分布范围，可以通过评价轮廓P的平均值b(也是轮廓P整体色浓度的平均值)是否接近于满刻度的比例B来判断。在此，比例B以10～30％为佳。此外，在该实施方式中，比例B设为20％。该比例A因试验片10的性质及贴附在试验片10上的标线封条的图案的不同(与标线记号M不同)等而变更。

第3项是评价轮廓P的最小值c是否接近满刻度0％。这是因为从标线位置计算的可靠性的观点来看，作为该计算的基础数据的轮廓的背景噪音尽可能地低为佳。

上述3项的评价具体地由下式来进行并计算出识别水平S。

[算式1]

S=(1-|a-A|)·(1-|b-B|)·(1-|c-0.0|)

(0≤a≤1，0≤b≤1,0≤c≤1)

a、b、c越是分别接近目标值A、B、0，各项的值就越接近l，且a、b、c的所有的条件不具备的话，识别水平S的值就不会变大。并且，识别水平S的值越大则识别水平越稳定。即，表示用摄像机28可以更准确地捕捉到标线记号M。此外，在该实施方式中，如上所述，将比例A设定为80％，比例B设定为20％，以A=0.8、B=0.2计算出识别水平S。

图5是识别水平的显示例。图5的(a)是判定为识别水平不足时的显示例；图5的(b)是判定为识别水平不稳定时的显示例；图5的(c)是判定为识别水平稳定时的显示例。此外，图5的(a)、(b)、(c)中的上侧的条形图表示加在试验片10的上方的标线的识别水平；下侧的条形图表示加在试验片10的下方的标线的识别水平。

在图3所示的识别水平判定部42中，由算式l得到的识别水平S可以根据识别水平S的值分成3个等级来判定。在该实施方式中，识别水平S为0以上且不足0.3时，则判定为“识别水平不足”；识别水平S为0.3以上且不足0.6时，则判定为“识别水平不稳定”；识别水平s为0.6以上且不足l时，则判定为“识别水平稳定”。此外，这些数值范围仅仅是一个例子，并不限于此。另外，判定也不仅为3等级的判定，也可以只是“不足”、“稳定”2等级的判定，还可以进行更细化的判定。

一旦由识别水平判定部进行的判定结束，标线的识别水平就显示于显示部35。显示部35中，标线的识别水平显示成与识别水平S的值相应的条形图，并且，各个条根据“识别水平不足”、“识别水平不稳定”、“识别水平稳定”这3个等级的判定结果，用不同颜色进行区分显示。当判定为“识别水平不足”时，如图5的（ａ）所示，与识别水平S的值相应的短条就用例如与“识别水平不足”相对应的红色来显示。当判定为“识别水平不稳定”时，如图5的（b）所示，与识别水平S的值相应的中等程度的长条就用例如与“识别水平不稳定”相对应的黄色来显示。而且，当判定为“识别水平稳定”时，如图5的（ｃ）所示，与识别水平S的值相应的长条就用例如与“识别水平稳定”相对应的兰色来显示。此外，在图5中，对识别水平S的判定以附加不同的影线取代用不同颜色来进行区分，。

在显示用表示“识别水平不足”及“识别水平不稳定”的颜色等来显示的情况下，操作人员对照明装置37的位置及其光量、标线的计算范围等进行再调整。并且，再调整之后再次由度控制部33进行上述轮廓制作及识别水平判定等运算。其后，标线的识别水平的显示变成表示“识别水平稳定”的显示的话，操作人员将试验进行的指示通过操作输入部34赋予控制部33。

此外，在该实施方式中，虽然将标线的识别水平显示为条形图，但是也可以将识别水平S的数值原封不动地显示，且省略按照“识别水平不足”、“识别水平不稳定”、“识别水平稳定”的3等级的判定结果，用不同颜色进行区分显示。另外，也可以将识别水平S的数值的条形图的显示省略，而将“识别水平不足”、“识别水平不稳定”、“识别水平稳定”的3等级的判定结果显示为用不同颜色进行区分的信号。

符号说明

10    试验片

18    工作台

19    支柱

21    上夹具

22    下夹具

23    十字头

24    负载传感器

27    镜头

28    摄像机

29    臂

30    负载单元

31    控制电路

33    控制部

34    输入部

35    显示部

37    照明装置

39    臂

41    轮廓制作部

42    识别水平判定部。

Claims (7)

1.一种材料试验机，通过对附加了标线的试验片赋予试验力，且用摄像机对所述标线进行摄影，对试验片的伸展进行测量，所述材料试验机其特征在于，包括：

轮廓制作单元，其根据图像数据来制作试验进行之前的所述标线的轮廓；

识别水平判定单元，其根据所述轮廓对摄像机的标线识别水平进行判定，所述标线识别水平表征所述轮廓是否接近适于所述试验片的测量的理想化的轮廓；

显示部，其对与所述识别水平判定单元的判定相应的识别水平进行显示。

2.根据权利要求1所述的材料试验机，其特征在于，

所述识别水平判定单元根据识别水平判定为多个等级，

所述识别水平在所述显示部被显示为根据所述识别水平判定单元所判定的等级用不同颜色进行区分的条形图。

3.根据权利要求1所述的材料试验机，其特征在于，

所述理想化的轮廓的特征是，所述轮廓的最大值是否接近设想为即使所述轮廓的最大值在试验进行中变动也无法达到满刻度时的、该最大值相对于满刻度的比例A。

4.根据权利要求1所述的材料试验机，其特征在于，

所述理想化的轮廓的特征是所述轮廓的平均值是否接近轮廓的标线的分布范围成为用于对标线位置进行计算的负载轴方向的计算范围的30～50％的范围内的、该平均值相对于满刻度的比例B。

5.根据权利要求1所述的材料试验机，其特征在于，

所述理想化的轮廓的特征是所述轮廓的最小值是否接近满刻度的0％。

6.根据权利要求1所述的材料试验机，其特征在于，

所述识别水平判定单元将所述轮廓的最大值设为a、将所述轮廓的平均值设为b、将所述轮廓的最小值设为c时，由下式计算出识别水平S，并对识别水平进行判定，

式：S＝(1－|a－A|)·(1－|b－B|)·(1－|c－0.0|)

其中，a、b、c为0以上且1以下的值；A是假设即使所述轮廓的最大值在试验进行当中进行变动也无法达到满刻度的、相对于满刻度的比例；B是轮廓中的标线的分布范围成为用于对标线位置进行计算的负载轴方向的计算范围的30～50％的范围内时的，所述轮廓的平均值相对于满刻度的比例。

7.根据权利要求6所述的材料试验机，其特征在于，

所述识别水平判定单元根据所述识别水平S的值将识别水平判定为多个等级，

所述识别水平S在显示部被显示为根据所述识别水平判定单元所判定的等级用不同颜色进行区分的条形图。