CN111721458B - 一种基于图像识别的残余应力检测方法与装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种基于图像识别的残余应力检测方法，设计了一种利用图像识别技术的残余应力检测装置，该方法和装置可以实现对不同材料进行不同深度、不同位置的残余应力检测。基于图像识别的残余应力检测方法是，通过钻头打孔释放测量点处的残余应力，引起孔周围材料的变形，使得粘贴于材料表面的反光片亮度发生改变，照射灯光增强亮度改变效果，将拍摄照片进行灰度处理，利用图像识别技术辨识图像变化情况，获得材料的变形值，实现对试件测量点处残余应力的检测。该残余应力检测装置，具体包括装夹系统，钻孔及控制系统，图像采集系统和数据处理系统，装置可以实现一次试件装夹条件下进行多点的残余应力检测。与现有技术相比，本发明显著优点有：1)可以进行多种材料的残余应力检测；2)可以实现试件的一次装夹多点残余应力检测，减少了外加载荷的影响；3)残余应力检测效率得到提高。

Description

一种基于图像识别的残余应力检测方法与装置
技术领域
本发明涉及一种基于图像识别的残余应力检测方法与装置，属于残余应力检测领域。
背景技术
在零件制造过程中，受到不均匀热、(应)力等载荷的作用，在载荷移除后材料内部存在不均匀应力的分布，称为残余应力。大量残余应力的存在，在材料去除加工过程中造成不同程度的残余应力释放，引起加工变形难以控制，甚至材料内部的残余应力将影响零件的承载能力和使用性能。直接对零件进行残余应力的检测，是对其整体应力评估与工艺控制的有效途径。残余应力的检测方法有物理方法(如X射线法、磁性法等)和机械方法(如钻孔法、剥层法等)。物理方法是利用材料中残余应力状态引起的某种物理效应，建立起某一物理量与残余应力(或应变)间的关系，通过测定这一物理量推算出残余应力；机械方法用机械加工的方法将工件一部分除去，释放部分或全部残余应力并造成相应的位移与应变，再在某些部位测量这些位移或应变，通过弹性力学分析推算出原始存在的残余应力。钻孔法因其操作简单，准确度高，设备和测量成本低，得到广泛应用。但是，钻孔法中对于因残余应力释放引起的变形检测差异较大，以应变片、激光散斑干涉等检测为主，增加了检测过程的工作量和设备成本。此外，残余应力检测方法极少能够实现一次装夹多点检测，增加了装夹应力引起的附加应力对检测结果的影响。
发明内容
基于上述背景，本发明提出一种基于图像识别的残余应力检测方法，设计了一种利用图像识别技术的残余应力检测装置，该方法和装置可以实现对不同材料进行不同深度、不同位置的残余应力检测。基于图像识别的残余应力检测方法是，通过钻头打孔释放测量点处的残余应力，引起孔周围材料的变形，使得粘贴于材料表面的反光片亮度发生改变，照射灯光增强亮度改变效果，将拍摄照片进行灰度处理，利用图像识别技术辨识图像变化情况，获得材料的变形值，实现对试件测量点处残余应力的检测。该残余应力检测装置，具体包括装夹系统，钻孔及控制系统，图像采集系统和数据处理系统，装置可以实现一次试件装夹条件下进行多点的残余应力检测。
本发明提出的基于图像识别的残余应力检测方法具体操作，如图1所示：
(1)试件准备：将反光片固结于测试点周围，进行试件的装夹，启动钻头，实现测试点的打孔。
(2)光源调节与校正：对装夹完成的试件进行光源调节与校正，使反光片实现正常的镜面反射，实现因残余应力释放引起的畸变反射。
(3)图像采集与标记：对各阶段因反光片变形引起的畸变反射进行图像记录。
(4)图像处理及存储：对四个位置的反光片图像进行灰度处理，记录多组变形的灰度图像。
(5)图像灰度值对比：对比校正灰度值和应力释放后灰度值，实现试件变形量的计算。
(6)残余应力计算：利用弹性模量、泊松比等材料物理属性值，计算该点残余应力的释放值，即为该点残余应力值。
(7)结果输出与储存：对多组残余应力检测结果进行输出和保存。
本发明设计的基于图像识别的残余应力检测装置，如图2所示，具体包括装夹系统，钻孔及控制系统，图像采集系统和数据处理系统。装夹系统由工作台1、提升电机5、提升丝杠6、调节螺母7、调节螺钉8、装夹平台10、上支撑座11、内六角螺钉12、提升平台13组成；钻孔及控制系统由电脑2、整体式钻头3、内六角螺钉12组成；图像采集系统和数据处理系统由电脑2、相机4、光源14组成。这些零部件共同构成了整残余应力检测装置。
本发明的有益效果是：
1、可以进行多种材料的残余应力检测。
2、可以实现试件的一次装夹多点残余应力检测，减少了外加载荷的影响。
3、残余应力检测效率得到提高。
附图说明
图1是基于图像识别的残余应力检测方法实施步骤图；
图2是基于图像识别的残余应力检测装置图；
图中1为工作台，2为电脑，3为整体式钻头，4为相机，5为提升电机，6为提升丝杠，7为调节螺母，8为调节螺钉，9为试件，10为装夹平台，11为上支撑座，12为内六角螺钉，13为提升平台，14为光源。
图3是残余应力检测装置的图像采集系统示意图；
图中1为光源，2为整体式钻头，3为相机，4为试件。
图4是残余应力检测装置的装夹系统示意图；
图中1为工作台，2为提升电机，3为上支撑座，4为提升丝杠，5为装夹平台，6为试件，7为内六角螺钉，8为调节螺钉，9为调节螺母，10提升平台。
图5是试件测量点与反光片粘贴示意图；
图中1为试件，2为测量点，3为反光片。
图6是不同反光片灰度值对比示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
本发明提出一种基于图像识别的残余应力检测方法，设计了一种利用图像识别技术的残余应力检测装置，该方法和装置可以实现对不同材料进行不同深度、不同位置的残余应力检测。基于图像识别的残余应力检测方法是，通过钻头打孔释放测量点处的残余应力，引起孔周围材料的变形，使得粘贴于材料表面的反光片亮度发生改变，照射灯光增强亮度改变效果，将拍摄照片进行灰度处理，利用图像识别技术辨识图像变化情况，获得材料的变形值，实现对试件测量点处残余应力的检测。该残余应力检测装置，具体包括装夹系统，钻孔及控制系统，图像采集系统和数据处理系统，装置可以实现试件一次装夹进行多点的残余应力检测。
本发明提出的基于图像识别的残余应力检测方法具体操作，如图1所示：
(1)试件准备：将反光片固结于测试点周围，进行试件的装夹，启动钻头，实现测试点的打孔。
(2)光源调节与校正：对装夹完成的试件进行光源调节与校正，使反光片实现正常的镜面反射，实现因残余应力释放引起的畸变反射。
(3)图像采集与标记：对各阶段因反光片变形引起的畸变反射进行图像记录。
(4)图像处理及存储：对四个位置的反光片图像进行灰度处理，记录多组变形的灰度图像。
(5)图像灰度值对比：对比校正灰度值和应力释放后灰度值，实现试件变形量的计算。
(6)残余应力计算：利用弹性模量、泊松比等材料物理属性值，计算该点残余应力的释放值，即为该点残余应力值。
(7)结果输出与储存：对多组残余应力检测结果进行输出和保存。
本发明设计的基于图像识别的残余应力检测装置，如图2所示，具体包括装夹系统，钻孔及控制系统，图像采集系统和数据处理系统。装夹系统由工作台1、提升电机5、提升丝杠6、调节螺母7、调节螺钉8、装夹平台10、上支撑座11、内六角螺钉12、提升平台13组成；钻孔及控制系统由电脑2、整体式钻头3、内六角螺钉12组成；图像采集系统和数据处理系统由电脑2、相机4、光源14组成。这些零部件共同构成了整残余应力检测装置。
如图3所示，该图为残余应力检测装置的图像采集系统示意图，通过光源1的调整与校正，使得反射片能够到达非变形条件下的镜面反射，当整体式钻头2完成打孔之后，相机3实现反光片变形过程的图片记录，将图片传输到电脑进行图片处理，光源1、整体式钻头2、相机3均通过内六角螺钉固定于工作台上。整体式钻头2由工作台上的多组螺纹孔进行前后和左右位置的调整。
如图4所示，该图为残余应力检测装置的装夹系统示意图，试件6通过内六角螺钉7固定于装夹平台5，装夹平台5与提升平台10通过燕尾槽进行连接和导向，提升平台10在提升电机2的带动下通过提升丝杠4进行试件上下位置的移动，在装夹平台5左右侧的两组调节螺钉8和调节螺母9实现试件的左右位置调整。在钻头位置调整后，由调节螺母和提升丝杠可以实现多测量点位置的移动，实现试件一次装夹多点残余应力测量。
如图5所示，该图为试件测量点与反光片粘贴示意图，确定测量点2位置，进行反光片3粘贴，实现变形方向和大小的测量，该种方式可以实现多组反光片的一次性粘贴。
如图6所示，该图为不同反光片灰度值对比示意图，该组灰度对比为反光片在不同变形条件下，对光照的反射情况，实现变形大小与方向的确定。
以上所述实施方式仅为本发明的优选实施例，而并非本发明可行实施的穷举。以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理和精神的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰都应当被认为包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (2)

1.一种基于图像识别的残余应力检测方法，通过试件准备、光源调节与校正、图像采集与标记、图像处理及存储、图像灰度值对比、残余应力计算、结果输出与储存过程实现残余应力的检测；在试件准备阶段，将反光片固结于测试点周围，进行试件的装夹，启动钻头，实现测试点的打孔，通过钻头打孔释放测量点处的残余应力，引起孔周围材料的变形；在光源调节与校正阶段，对装夹完成的试件进行光源调节与校正，通过光源的调整与校正，使得反光片能够到达非变形条件下的镜面反射，实现因残余应力释放引起的畸变反射；在图像采集与标记阶段，当整体式钻头完成打孔之后，相机实现反光片变形过程的图片记录，粘贴于材料表面的反光片亮度发生改变，照射灯光增强亮度改变效果，对各阶段因反光片变形引起的畸变反射进行图像记录；在图像处理及存储阶段，将图片传输到电脑进行图片处理，对四个位置的反光片图像进行灰度处理，利用图像识别技术辨识图像变化情况，记录多组变形的灰度图像；在图像灰度值对比阶段，对比校正灰度值和应力释放后灰度值，实现变形方向和大小的测量；在残余应力计算阶段，利用弹性模量、泊松比材料物理属性值，计算该点残余应力的释放值，即为该点残余应力值；在结果输出与储存阶段，对多组残余应力检测结果进行输出和保存。
2.一种权利要求1所述方法使用的基于图像识别的残余应力检测装置，该装置具体包括装夹系统，钻孔及控制系统，图像采集系统和数据处理系统；装夹系统由工作台、提升电机、提升丝杠、调节螺母、调节螺钉、装夹平台、上支撑座、内六角螺钉、提升平台组成，钻孔及控制系统由电脑、整体式钻头、内六角螺钉组成，图像采集系统和数据处理系统由电脑、相机、光源组成；整体式钻头由工作台上的多组螺纹孔进行前后和左右位置的调整，在钻头位置调整后，由调节螺母和提升丝杠可以实现多测量点位置的移动，实现试件一次装夹多点残余应力测量。
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