CN115031650A - 一种基于标记点组合的相对变形测量方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于标记点组合的相对变形测量方法及系统，方法包括被测件上变形测量位置粘贴标记点；采集初始图像以及被测件变形测试力加载过程中的当前图像；对被测件初始图像和当前图像中的标记点进行识别、组合，构建测量组件并实时计算被测件的相对位移，实现相对变形量的测量。变形测量系统包括图像采集系统、三维DIC计算分析软件、标记点系统，标记点系统内设有标记点设计模块，三维DIC计算分析软件内设有标记点识别模块、标记点组合构建模块、相对变形计算分析模块。本发明设计的方法和系统具有操作简单、结构简单的优点，能够快速的响应以获取测量数据，可以应用于各种测量场景，特别适用于很多无法通过接触方式测量的场景。

Description

一种基于标记点组合的相对变形测量方法及系统

技术领域

本发明属于光测实验力学、三维数字图像相关技术领域，具体为一种基于标记点组合的相对变形测量方法及系统。

背景技术

目前，力学性能中变形的测量广泛应用在汽车及零部件、航空航天、生物医疗、土木工程、轨道交通等领域，且随着国家工业大力发展，越来越多的新的结构需要通过结构测试去验证其质量和力学性能，准确、高效的对结构的变形量进行测量，对保证产品质量合格以及结构设计合理性验证越来越重。

目前，传统的变形测量方法有两种，一种方法是拉线式位移传感器，其采用接触式测量方法；另一种方法是全方位动态形变监测装置，通过固定在试样周围的声波测距传感器和激光测距传感器实现变形的测量，是一种非接触式的测量方法。

现有已知的接触式测量方法中，例如中国专利CN114087971P，公开了一种拉线式位移传感器，通过与产品进行接触，根据电阻器的变化实现应变测量，这种测量方法能够实现局部一点的位移测量，同时也仅是一维方向的位移测量，无法满足全面数据的测量需求，不能适用于广泛的测量场景，无法满足两个组件之间相对变形的测量，具有检测精度差、操作复杂、检测效率低的问题，同时当试验加载的速度较快时，此种接触式测量方法就无法及时响应，无法获得测量数据以准确及时的获得产品的变形结果。

现有已知的非接触式测量方法中，例如中国专利CN113959351P，公开了一种全方位动态形变试验监测装置，其通过在被测机构周围布置固定框架、测量臂、电子水平仪、声波定位机构和激光测距机构，实现对中间被测物的变形测量，但此种方法结构复杂、成本高、操作复杂，难以应用于更广泛的测量场景的弊端。

因此，需要对上述接触式测量方法和非接触式测量方法进行改进，以提供一种能够应用于更广泛的测量场景的产品的变形测量方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于标记点组合的相对变形测量方法及系统，本发明设计的相对变形测量方法及系统能够实现非接触式、多组件之间的相对变形的测量，具有便捷高效、测量数据全面、适用性广泛等特点。

实现发明目的的技术方案如下：

第一方面，本发明提供了一种基于标记点组合的相对变形测量方法，包括以下步骤：

设计被测件的变形测量位置；

被测件上各变形测量位置处粘贴标记点；

采集被测件初始图像以及实时采集变形测试力加载过程中的当前图像；

基于三维DIC计算分析软件，对被测件的初始图像和当前图像中的标记点进行识别、组合，构建测量组件并实时计算被测件的相对位移，实现相对变形量的测量。

本发明设计的相对变形测量方法的原理是：首先，根据变形测量要求在被测件上选择变形测量位置，并在各变形测量位置上粘贴标记点；其次，试验加载过程中实时采集当前图像；再次，对初始图像以及当前图像内标记点进行识别、组合，形成测量组件；最后，根据测量组件，计算变形测试力加载过程中被测件的相对位移，进而获得被测件的相对变形量。

本发明设计的测量方法为非接触测量方法，测量方法简单，且能够在变形测试力加载速度高时，快速的响应以获取测量数据，可以应用于各种测量场景，特别适用于很多无法通过接触方式测量的场景。

进一步的，被测件上变形测量位置设计，包括：

当被测件只有一个部件时，对该被测件选择变形测量位置；

或者，当被测件包括两个及以上部件时，对该被测件的各部件分别选择变形测量位置。

更进一步的，被测件的各部件上变形测量位置至少有1个。

在本发明的一个实施例中，当被测件只有一个部件时，被测件的相对变形量计算方法为：

基于三维DIC计算分析软件，识别初始图像和当前图像中变形测量位置的标记点，获取标记点的位置信息；

依据变形测量要求，选择被测件上若干个标记点进行组合，构建形成测量组件；

依据测量组件，计算变形测试力加载过程中该被测件上变形测量位置的相对位移，实现相对变形量的测量。

在本发明的另一个实施例中，当被测件两个及以上部件时，被测件的不同部件之间的相对变形量计算方法为：

基于三维DIC计算分析软件，识别初始图像和当前图像中各变形测量位置的标记点，获取标记点的位置信息；

依据变形测量要求，根据被测件上需要计算相对变形量的部件；

选择该部件上若干个标记点进行组合，构建形成测量组件；

依据测量组件，计算变形测试力加载过程中被测件部件之间的相对变形量相对位移，实现相对变形量的测量。

第二方面，本发明提供了一种基于标记点组合的相对变形测量系统，包括图像采集系统、三维DIC计算分析软件、标记点系统，所述标记点系统内设有标记点设计模块，所述标记点设计模块用于根据变形测量要求，在被测件上选择变形测量位置，所述变形测量位置上粘贴有标记点。所述三维DIC计算分析软件用于对被测件上所述标记点组合形成测量组件，并根据测量组件计算被测件的相对变形量。

本发明设计的相对变形测量系统，通过在被测件上选择变形测量位置，并在变形测量位置上粘贴标记点；通过图像采集系统获取被测件的初始图像和当前图像；通过三维DIC计算分析软件对标记点进行组合形成测量组件进而实现被测件的相对变形量的计算。本发明设计的测量系统具有结构简单、操作简便、成本低，适用各种测量场景的优点。

进一步的，所述三维DIC计算分析软件包括标记点识别模块、标记点组合构建模块、相对变形计算分析模块。

所述标记点识别模块用于对所述图像采集系统采集的被测件的初始图像和当前图像上标记点进行识别，并获取各标记点的位置信息。

所述标记点组合构建模块用于根据被测件的变形测量要求，对被测件上标记点进行组合，以构建所述测量组件。

进一步的，所述图像采集系统包括单测量头，所述单测量头用于采集被测件的初始图像和当前图像。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明设计的测量方法为非接触测量方法，测量方法简单，且能够在变形测试力加载速度高时，快速的响应以获取测量数据，可以应用于各种测量场景，特别适用于很多无法通过接触方式测量的场景。

2.三维DIC计算分析软件内设计的标记点识别模块能够对采集的被测件的初始图像和当前图像上各个标记点进行准确的识别以获取各个标记点位置的变化，标记点组合构建模块可以对被测件上标记点进行随机组合，可以测量同被测件上一个部件上变形测量位置的变形，也可以测量被测件上2个部件之间的相对变形量。

3.图像采集系统采用单测量头，通过单侧布置，可实现单一角度的非接触测量，实现不同组件之间的相对变形测量，使用更加高效便捷。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本发明基于标记点组合的相对变形测量方法的流程图；

图2为当被测件只有一个部件时，被测件的相对变形量计算方法流程图；

图3为当被测件包括两个及以上部件时，被测件不同部件的相对变形量计算方法流程图；

图4为具体实施方式中基于标记点组合的相对变形测量系统的系统框图；

图5为具体实施方式中基于标记点组合的相对变形测量系统的布局图。

具体实施方式

下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但这些实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。

实施例1：

本实施例提供了一种基于标记点组合的相对变形测量方法，本发明设计的相对变形测量方法的原理是：根据变形测量要求在被测件上选择变形测量位置，并在各变形测量位置上粘贴标记点；试验加载过程中实时采集当前图像；对初始图像以及当前图像内标记点进行识别、组合，形成测量组件；最后，根据测量组件，计算变形测试力加载过程中被测件的相对位移，进而获得被测件的相对变形量。

在本实施方式中，如图1所示，基于标记点组合的相对变形测量方法包括以下步骤：

S1、设计被测件的变形测量位置。

根据被测件结构的差异以及变形情况的不同，被测件上需要测量变形的位置也不同，本步骤根据被测件结构的不同(即被测件含有部件数量)对被测件上变形测量位置的设计。例如，当包被测件只有一个部件时，需要测量该被测件上不同位置的相对变形量，因此以该被测件为目标，在该被测件上选择变形测量位置。再例如，当被测件包括两个及以上部件时，需要测量该被测件的部件之间的相对变形量，和同一个部件上不同位置的相对变形量，此时该被测件的各部件为目标，分别根据各部件的几个在各部件选择变形测量位置。

更进一步的，被测件上变形测量位置的选择是根据变形测量的需要进行设置的，具体的被测件的部件上变形测量位置至少有1个。例如可以在被测件上选择1个变形测量位置，测量时根据该变形测量位置的位移变化计算该被测件(或被测件的各部件)的相对变形量；也可以选择2个以上变形测量位置，测量时可以将同一个部件上不同变形测量位置组合，计算该变形测量位置的位移变化，进而实现该变形测量位置以及整个被测件的变形量，也可以将不同部件上变形测量位置组合，计算被测件上不同部件间的相对变形量。

S2、被测件上各变形测量位置处粘贴标记点。

本步骤中，变形测试过程中，被测件在变形测试力的作用下发生变形，各变形测量位置的位置随之发生变化，变形测量位置上粘贴的标记点的位置也发生变化。需要说明的是：标记点的作用是用来指示变形测量位置的位移变化，其结构在整个测试过程中是不会发生变化。

为了便于下述步骤S4中三维DIC计算分析软件对标记点进行识别，本步骤中，标记点选择标准规格标记点，且各个标记点可以通过颜色区分，也可以在标记点上进行编号予以区分，也可以通过其他方式进行区分，本具体实施方式对各个标记点的区分方法不作具体的限定。

S3、采集被测件初始图像以及实时采集变形测试力加载过程中的当前图像。

本步骤中，将采集的初始图像作为参照，与变形测试力加载过程采集的当前图像进行比较分析，以计算下述步骤S4中测量组件中标记点的位移变化。

进一步的，为了减少采集图像的处理量，在本步骤中图像采集系统采用单个测量头获取被测件的初始图像和当前图像。

S4、基于三维DIC计算分析软件，对被测件的初始图像和当前图像中的标记点进行识别、组合，构建测量组件并实时计算被测件的相对位移，实现相对变形量的测量。

具体的，当获取被测件的初始图像和当前图像后，将初始图像和当前图像输入三维DIC计算分析软件，通过对步骤S2中粘贴的标记点进行识别，获取初始图像和当前图像上位置一一对应的标记点的位置信息(即坐标信息)；根据测量需求，选择标记点进行组合构建测量组件；提取测量组件中各个标记点的位置信息计算测量组件的相对位移，进而实现被测件的相对变形量的测量。

由于被测件结构不同，其可能含有一个部件，也有可能含有两个及以上部件，因此相对变形包括同一个部件中不同位置(即变形测量位置)的相对变形，还包括多个部件间的相对变形。以下对上述两种情况的相对变形量计算方法进行一一说明：

其中，当被测件只有一个部件时，如图2所示，被测件的相对变形量计算方法为：

S401、基于三维DIC计算分析软件，识别初始图像和当前图像中变形测量位置的标记点，获取标记点的位置信息。

本步骤中，当前图像包括加载不同的变形测试力过程中采集的图像，通过不同变形测试力可以获取被测件在不同状态下的变形情况。

当识别初始图像和当前图像上所有标记点后，可以将标记点的位置信息形成一个集合，例如初始图像的标记点集合为P＝{P₁，P₂，P₃，……，P_n}，当前图像的标记点集合Q＝{Q₁，Q₂，Q₃，……，Q_n}。

S402、依据变形测量要求，选择被测件上若干个标记点进行组合，构建形成测量组件。

当根据变形测量要求选择测量组件内的标记点后，从上述标记点集合P和标记点集合Q中提取选取标记点的信息，形成标记点子集合P'和标记点集合Q'，例如选择被测件上2号、4号、5号三个标记点，则形成的标记点子集合P'＝{P₂，P₄，P₅}，标记点集合Q＝{Q₂，Q₄，Q₅}。

S403、依据测量组件，计算变形测试力加载过程中该被测件上变形测量位置的相对位移，实现相对变形量的测量。

本步骤中，相对位移的计算通过标记点子集合P'和标记点集合Q'内记录的位置信息计算，例如可以通过标记点子集合P'和P₂与标记点集合Q'内Q₂和Q₄计算被测件上2号标记点位置的变形测量位置相对于4号标记点位置的变形测量位置的相对位移，进而获得被测件上2号标记点位置的变形测量位置的相对变形量。

其中，当被测件包括两个及以上部件时，被测件的相对变形量计算方法包括同一个部件上不同变形测量位置的相对变形和不同部件间的相对变形，同一个部件上不同变形测量位置的相对变形与被测件只有一个部件的计算方法相同。如图3所示，被测件不同部件之间的相对变形量计算方法为：

S401、基于三维DIC计算分析软件，识别初始图像和当前图像中各变形测量位置的标记点，获取标记点的位置信息；

本步骤中，当前图像包括加载不同的变形测试力过程中采集的各图像，通过不同变形测试力可以获取被测件在不同状态下的变形情况。

当识别初始图像和当前图像上所有标记点后，可以将不同部件上的标记点的位置信息分别形成一个集合。例如，初始图像中部件A的标记点集合A＝{A₁，A₂，A₃，……，A_n}，当前图像中部件A的标记点集合A'＝{A'₁，A'₂，A'₃，……，A'_n}；初始图像中部件B的标记点集合B＝{B₁，B₂，B₃，……，B_n}，当前图像中部件B的标记点集合B'＝{B'₁，B'₂，B'₃，……，B'_n}。

S402、依据变形测量要求，根据被测件上需要计算相对变形量的部件。

S403、选择该部件上若干个标记点进行组合，构建形成测量组件。

在计算被测件的部件A相对于部件B的相对变形量时，根据部件A和部件B的特点，当根据变形测量要求选择测量组件内的标记点后，从上述标记点集合A和标记点集合B'中提取选取标记点的信息，形成标记点子集合A－1和标记点集合B'-1，例如选择部件A上2号、3号两个标记点，部件B上1号、3号、5号标记点，则形成的标记点子集合A－1＝{A₂，A₃}，标记点集合B'-1＝{B'₁，B'₃，B'₅}。

S404、依据测量组件，计算变形测试力加载过程中被测件部件之间的相对变形量相对位移，实现相对变形量的测量。

本步骤中，相对位移的计算通过标记点子集合A－1和标记点集合B'-1内记录的位置信息计算，例如可以通过标记点子集合A－1内A₂和A₃，与标记点集合B'-1内B'₁、B'₃、B'₅计算部件A相对于部件B的相对位移，进而获得被测件上部件A相对于部件B的相对变形量。

本发明设计的测量方法为非接触测量方法，其相对于拉线式位移传感器的实现方法具有能够实现全面数据的测量需求，可以满足对被测件的两个部件间相对变形的测量，也可以满足当试验加载速度较快时及时响应快速获得测量数据的优点。其相对于全方位动态形变监测方法及装置具有结构简单、成本低、操作简便，可以应用于各种测量场景，特别适用于很多无法通过接触方式测量的场景的优点。

实施例2：

本实施例提供了一种基于标记点组合的相对变形测量系统，如图4所示和图5所示，图4为相对变形测量系统的原理框图，图5为基于标记点组合的相对变形测量系统的布局图，包括图像采集系统1、三维DIC计算分析软件2、标记点系统3。

如图4所示，所述标记点系统3内设有标记点设计模块201，所述标记点设计模块301用于根据变形测量要求，在被测件4上选择变形测量位置，所述变形测量位置上粘贴有标记点5。

所述三维DIC计算分析软件2用于对被测件4上所述标记点组合形成测量组件，并根据测量组件计算被测件的相对变形量。如图4所示，所述三维DIC计算分析软件2包括标记点识别模块201、标记点组合构建模块202、相对变形计算分析模块203。所述标记点识别模块201用于对所述图像采集系统采集1的被测件4的初始图像和当前图像上标记点5进行识别，并获取各标记点5的位置信息。所述标记点组合构建模块202用于根据被测件4的变形测量要求，对被测件4上标记点5进行组合，以构建所述测量组件。相对变形计算分析模块203用于采用测量组件内标记点5的位置信息计算相对变形位移，进而获得相对变形量结果。

其中，所述图像采集系统1包括单测量头，所述单测量头用于采集被测件的初始图像和当前图像，图像采集系统1内单测量头，单侧布置的方式，可实现单一角度的非接触测量，实现被测件4不同部件间的相对变形测量，使用起来非常便捷高效，这样就能够适用于很多无法接触测量的场景。

本发明设计的相对变形测量系统，通过在被测件4上选择变形测量位置，并在变形测量位置上粘贴标记点5；通过图像采集系统1获取被测件的初始图像和当前图像；通过三维DIC计算分析软件2对标记点5进行组合形成测量组件进而实现被测件4的相对变形量的计算。本发明设计的测量系统具有结构简单、操作简便、成本低，适用各种测量场景的优点。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.一种基于标记点组合的相对变形测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

设计被测件的变形测量位置；

被测件上各变形测量位置处粘贴标记点；

采集被测件初始图像以及实时采集变形测试力加载过程中的当前图像；

基于三维DIC计算分析软件，对被测件的初始图像和当前图像中的标记点进行识别、组合，构建测量组件并实时计算被测件的相对位移，实现相对变形量的测量。

2.根据权利要求1所述的基于标记点组合的相对变形测量方法，其特征在于，被测件上变形测量位置设计，包括：

当被测件只有一个部件时，对该被测件选择变形测量位置；

或者，当被测件包括两个及以上部件时，对该被测件的各部件分别选择变形测量位置。

3.根据权利要求2所述的基于标记点组合的相对变形测量方法，其特征在于，被测件的各部件上变形测量位置至少有1个。

4.根据权利要求3所述的基于标记点组合的相对变形测量方法，其特征在于，当被测件只有一个部件时，被测件的相对变形量计算方法为：

基于三维DIC计算分析软件，识别初始图像和当前图像中变形测量位置的标记点，获取标记点的位置信息；

依据变形测量要求，选择被测件上若干个标记点进行组合，构建形成测量组件；

依据测量组件，计算变形测试力加载过程中该被测件上变形测量位置的相对位移，实现相对变形量的测量。

5.根据权利要求3所述的基于标记点组合的相对变形测量方法，其特征在于，当被测件两个及以上部件时，被测件的不同部件之间的相对变形量计算方法为：

基于三维DIC计算分析软件，识别初始图像和当前图像中各变形测量位置的标记点，获取标记点的位置信息；

依据变形测量要求，根据被测件上需要计算相对变形量的部件；

选择该部件上若干个标记点进行组合，构建形成测量组件；

依据测量组件，计算变形测试力加载过程中被测件部件之间的相对位移，实现相对变形量的测量。

6.一种基于标记点组合的相对变形测量系统，包括图像采集系统、三维DIC计算分析软件，其特征在于，还包括标记点系统，所述标记点系统内设有标记点设计模块，所述标记点设计模块用于根据变形测量要求，在被测件上选择变形测量位置，所述变形测量位置上粘贴有标记点；

所述三维DIC计算分析软件用于对被测件上所述标记点组合形成测量组件，并根据测量组件计算被测件的相对变形量。

7.根据权利要求6所述的基于标记点组合的相对变形测量系统，其特征在于，所述三维DIC计算分析软件包括标记点识别模块、标记点组合构建模块、相对变形计算分析模块；

所述标记点识别模块用于对所述图像采集系统采集的被测件的初始图像和当前图像上标记点进行识别，并获取各标记点的位置信息；

所述标记点组合构建模块用于根据被测件的变形测量要求，对被测件上标记点进行组合，以构建所述测量组件。

8.根据权利要求6所述的基于标记点组合的相对变形测量系统，其特征在于，所述图像采集系统包括单测量头，所述单测量头用于采集被测件的初始图像和当前图像。

Images