CN112504149A - 一种基于dic技术的板料扩孔率获取方法 - Google Patents

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吴会平
陈军
李代洲
李细锋
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Shanghai Jiaotong University
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    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/08—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring diameters
    • G01B11/12—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring diameters internal diameters

Abstract

本发明涉及一种基于DIC技术的板料扩孔率获取方法，包括以下步骤：1)加工带中心孔的试样；2)在中心孔的四周及厚度方向所在曲面依次喷白漆和黑漆制作散斑；3)将带散斑的试样放在扩孔试验装置上进行扩孔试验；4)利用DIC设备的高速摄像机拍摄扩孔开始前至孔缘或竖缘出现颈缩或裂纹时的一系列图像；5)采用数字图像相关方法获取孔缘散斑在变形前、后的形貌和位置信息，根据孔缘或竖缘上点的位置坐标计算扩孔前后的孔径；6)计算获得扩孔率。与现有技术相比，本发明具有跟踪扩孔试验全程，准确捕捉颈缩或者开裂时刻，避免了人工测量孔径的测量误差，以轮廓线上所选点集最小二乘误差最小原则计算孔径的方法精度高等优点。

Description

一种基于DIC技术的板料扩孔率获取方法
技术领域
本发明涉及汽车工业检测分析领域，尤其是涉及一种基于DIC技术的板料扩孔率获取方法。
背景技术
随着汽车工业的发展，对高强度低成本金属板材的成形性能要求越来越高。零件制造过程可能经历翻边和扩孔工序，因此，钢板需具有良好的扩孔性能。扩孔率是评价金属薄板成形性的重要指标，通过扩孔试验可以测得板料的扩孔率，评定板材孔缘的成形能力。首钢集团有限公司的韩龙帅等人基于标准扩孔试验，研究了落料后边部毛刺、二次扩孔、扩孔速率、冲孔后和扩孔后静置时间对超高强双相钢 DP1180扩孔性能的影响，北京科技大学的谷海容等人通过《金属薄板成形性能与试验方法第4部分：扩孔试验》研究了试验钢在扩孔过程中的裂纹形成及扩展行为。
在《金属薄板成形性能与试验方法第4部分：扩孔试验》中，孔缘(竖缘) 出现开裂征兆以及开裂是靠人眼观察，存在人为误差；传统的扩孔试验不能保证试验机在孔缘(竖缘)开裂瞬间停机，因为从人眼观察到开裂至操作试验机停机之间存在时间差，凸模行程在此时间差内继续增加，导致计算的扩孔率存在误差；传统的扩孔试验只能在试验结束后对试样的某一特定状态进行测量，不能对试验过程进行全程连续跟踪；试验结束后孔径的测量存在人工测量误差，因此，传统的扩孔试验有一定的局限性。
国际上提出采用数字图像相关技术对试样表面形貌及变形进行测量，该技术是通过对比不同时刻试样表面随机分布的散斑的灰度值来计算变形位移量，进而得到变形量的测量方法。基于DIC技术(数字散斑相关法)的拉伸试验被广泛用来揭示材料的应力应变关系、评定材料的基本力学性能指标，中国专利 201110138457.5采用基于DIC技术的板料成形性能测试装置来实现对变形过程中的板料应变的测量。宝山钢铁股份有限公司的赵广涛等人基于DIC方法开展圆柱凸模扩孔试验，借助DIC系统在孔缘选择3个点拟合圆，获得了扩孔后的直径。方法中选择点时存在人为误差，所计算的直径与实际扩孔后的孔内径存在误差，因此得到的扩孔率还不够精确。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于DIC技术的板料扩孔率获取方法，利用DIC技术结合最小二乘圆计算方法实现对扩孔率的精确测量。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种基于DIC技术的板料扩孔率获取方法，包括以下步骤：
1)加工带中心孔的试样；
2)在中心孔的四周及厚度方向所在曲面依次喷白漆和黑漆制作散斑；
3)将带散斑的试样放在扩孔试验装置上进行扩孔试验；
4)利用DIC设备的高速摄像机拍摄扩孔开始前至孔缘或竖缘出现颈缩或裂纹时的一系列图像；
5)采用数字图像相关方法获取孔缘散斑在变形前、后的形貌和位置信息，根据孔缘或竖缘上点的位置坐标计算扩孔前后的孔径；
6)计算获得扩孔率。
所述的步骤3)中，扩孔试验具体过程为：
将带散斑的试样固定在凹模和压边圈之间，通过控制凸模行程，对试样进行扩孔，直至孔缘或者竖缘出现颈缩或者裂纹为止。
凸模运动速度不大于1mm/s。
所述的步骤4)中，通过调整高速摄像机的景深，使其能够清楚识别扩孔前孔缘上的散斑以及出现颈缩或裂纹时孔缘或者竖缘上的散斑。
在调整高速摄像机的景深基础上，增加拍照频率，记录孔缘散斑发生的光学变化过程。
所述的步骤5)中，根据数字图像相关方法获取变形前孔缘上多个样本点的位置信息，具体为：
选择变形前孔缘轮廓线上的多个样本点，根据数字图像相关方法计算所选择样本点的位置坐标，以轮廓线上所选点集的最小二乘误差最小为原则计算孔径，并记为D0。
所述的步骤5)中，根据数字图像相关方法获取变形后孔缘上多个样本点的位置信息，具体为：
选定孔缘或者竖缘出现颈缩或者裂纹时刻的图像，在孔缘或者竖缘内径所代表的圆周轮廓线上选择多个样本点，根据数字图像相关方法获取所选择样本点的位置坐标，以轮廓线上所选点集的最小二乘误差最小为原则计算孔径或竖缘内径，并记为Dh。
对于选定的孔缘或者竖缘出现颈缩或者裂纹时刻的图像，在孔缘或者竖缘内径所代表的圆周轮廓线上选择样本点时，避开颈缩或者裂纹所在位置。
所述的步骤6)具体为：
利用扩孔率计算公式计算扩孔率。
所述的扩孔率计算公式为：
Figure 100002_1
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明能够方便的跟踪扩孔试验全程，准确捕捉颈缩或者开裂时刻，使用数字图像相关技术测量的位置坐标精确，避免了人工测量孔径的测量误差，本发明方法采用轮廓线上所选点集最小二乘误差最小原则计算孔径，测得的扩孔率高。
附图说明
图1为扩孔前的试样示意图。
图2为扩孔后的试样示意图，其中，图(2a)为主视图，图(2b)为俯视图。
图3为扩孔前后选择样本点和轮廓线上样本点最小二乘定圆示意图。
图4为本发明的方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
本发明提供一种基于DIC技术的板料扩孔率获取方法，包括以下步骤：
1)加工带中心孔的试样，在中心孔的四周及厚度方向所在曲面喷白漆和黑漆制作散斑；
2)将中心孔带散斑的试样固定在凹模和压边圈之间，通过控制凸模行程，对试样进行扩孔，直至孔缘或者竖缘出现颈缩或者裂纹为止，利用DIC设备的高速摄像头拍摄从扩孔前至孔缘或竖缘出现颈缩或裂纹为止的一系列照片；
3)根据数字图像相关方法提取变形前后孔缘的若干样本点的位置信息，根据轮廓线上所选点集最小二乘误差最小的原则计算扩孔前后的孔径：
选择变形前孔缘上的样本点A、B、C……，根据数字图像相关方法计算所选择点的位置坐标，根据轮廓线上所选点集最小二乘误差最小的原则计算孔径，记为 D0；选定孔缘或者竖缘出现颈缩或者裂纹时刻的图像，在孔缘或者竖缘内径所代表的圆周轮廓线上选择若干样本点，根据数字图像相关方法计算所选择点的位置坐标，根据轮廓线上所选点集最小二乘误差最小的原则计算孔径或竖缘内径Dh；利用公式
Figure BDA0002840287120000041
计算扩孔率。
需要注意的是，在孔缘或者竖缘内径所代表的圆周轮廓线上选择样本点时，需避开颈缩或者裂纹所在位置。
实施例
本例中采用基于DIC技术的扩孔率计算方法对牌号为DP600的双相钢进行扩孔率计算，具体包括以下步骤：
在尺寸为100mm×100mm×2mm的试样中心加工直径为10mm的孔；
在孔四周及厚度方向所在曲面上依次喷涂白漆、黑漆制作散斑；
调整高速摄像机的景深，使其可以清楚识别扩孔前孔缘上的散斑，以及出现颈缩或裂纹时孔缘或者竖缘上的散斑，在此基础上，尽量增加拍照频率，将带散斑的试样固定在凹模和压边圈之间，控制凸模以不大于1mm/s的速度运动，对试样进行扩孔，直至孔缘或者竖缘出现颈缩或者裂纹为止；
以扩孔前放置在模具上的试样照片为参照，选择扩孔前孔缘轮廓线上的样本点A、B、C……，根据数字图像相关方法得到样本点的位置坐标(xA，yA)、(xB，yB)、 (xC，yC)……，按照轮廓线上所选点集最小二乘误差最小的原则确定圆心坐标以及中心孔直径，得到扩孔前的孔径D0；选择孔缘或者竖缘出现颈缩或者裂纹时刻的照片，在孔缘或者竖缘内径所代表的圆周轮廓线上选择样本点A1、B1、C1……选择点时注意避开颈缩或者开裂的位置，根据数字图像相关方法得到样本点的位置坐标，按照轮廓线上所选点集最小二乘误差最小的原则确定扩孔后中心孔的圆心坐标以及孔内径，扩孔后的孔径或竖缘内径Dh＝15.15mm；
利用公式
Figure BDA0002840287120000051
计算扩孔率，得到扩孔率λ＝51.5％。
本发明未详细公开的部分如利用轮廓线上所选点集最小二乘误差最小原则定圆以及根据数字图像相关方法得到样本点的位置坐标等均属于本领域的公知技术。

Claims (10)

1.一种基于DIC技术的板料扩孔率获取方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)加工带中心孔的试样；
2)在中心孔的四周及厚度方向所在曲面依次喷白漆和黑漆制作散斑；
3)将带散斑的试样放在扩孔试验装置上进行扩孔试验；
4)利用DIC设备的高速摄像机拍摄扩孔开始前至孔缘或竖缘出现颈缩或裂纹时的一系列图像；
5)采用数字图像相关方法获取孔缘散斑在变形前、后的形貌和位置信息，根据孔缘或竖缘上点的位置坐标计算扩孔前后的孔径；
6)计算获得扩孔率。
2.根据权利要求1所述的一种基于DIC技术的板料扩孔率获取方法，其特征在于，所述的步骤3)中，扩孔试验具体过程为：
将带散斑的试样固定在凹模和压边圈之间，通过控制凸模行程，对试样进行扩孔，直至孔缘或者竖缘出现颈缩或者裂纹为止。
3.根据权利要求2所述的一种基于DIC技术的板料扩孔率获取方法，其特征在于，凸模运动速度不大于1mm/s。
4.根据权利要求1所述的一种基于DIC技术的板料扩孔率获取方法，其特征在于，所述的步骤4)中，通过调整高速摄像机的景深，使其能够清楚识别扩孔前孔缘上的散斑以及出现颈缩或裂纹时孔缘或者竖缘上的散斑。
5.根据权利要求4所述的一种基于DIC技术的板料扩孔率获取方法，其特征在于，在调整高速摄像机的景深基础上，增加拍照频率，记录孔缘散斑发生的光学变化过程。
6.根据权利要求1所述的一种基于DIC技术的板料扩孔率获取方法，其特征在于，所述的步骤5)中，根据数字图像相关方法获取变形前孔缘上多个样本点的位置信息，具体为：
选择变形前孔缘轮廓线上的多个样本点，根据数字图像相关方法计算所选择样本点的位置坐标，以轮廓线上所选点集的最小二乘误差最小为原则计算孔径，并记为D0。
7.根据权利要求6所述的一种基于DIC技术的板料扩孔率获取方法，其特征在于，所述的步骤5)中，根据数字图像相关方法获取变形后孔缘上多个样本点的位置信息，具体为：
选定孔缘或者竖缘出现颈缩或者裂纹时刻的图像，在孔缘或者竖缘内径所代表的圆周轮廓线上选择多个样本点，根据数字图像相关方法获取所选择样本点的位置坐标，以轮廓线上所选点集的最小二乘误差最小为原则计算孔径或竖缘内径，并记为Dh。
8.根据权利要求7所述的一种基于DIC技术的板料扩孔率获取方法，其特征在于，对于选定的孔缘或者竖缘出现颈缩或者裂纹时刻的图像，在孔缘或者竖缘内径所代表的圆周轮廓线上选择样本点时，避开颈缩或者裂纹所在位置。
9.根据权利要求7所述的一种基于DIC技术的板料扩孔率获取方法，其特征在于，所述的步骤6)具体为：
利用扩孔率计算公式计算扩孔率。
10.根据权利要求9所述的一种基于DIC技术的板料扩孔率获取方法，其特征在于，所述的扩孔率计算公式为：
Figure 1
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