CN115735093A - 针对视频引伸计系统和方法的厚度校正 - Google Patents

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Abstract

本公开内容描述了用于通过视频引伸计系统中的单个相机引伸计针对可变厚度样品的立体校准变化进行校正的系统和方法。在一些示例中，系统和方法在测试操作期间补偿参考特性(如校准平面)与实际物理特性(如与测试样品的表面相关联的测试平面)之间的变化。在一些示例中，将校正值应用于输出(例如，成像测试样品的测量尺寸)以补偿参考特性与物理特性之间的差异。

Description

针对视频引伸计系统和方法的厚度校正
背景技术
基于相机的视觉系统已作为材料测试系统的一部分实施，以测量样品应变。这些系统采集被测试样品的一个或多个图像，这些图像与测试的其他感兴趣信号(例如，样品载荷、机器致动器/横向载头位移等)同步。随着测试的进行，可以分析测试样品的图像以定位和跟踪样品的特定特征。这些特征(如样品的宽度)的定位变化允许计算局部样品变形，进而计算样品应变。
常规系统采用相机或其他成像系统来捕获图像，从中测量测试样品的特性。然而，参考位置与实际位置之间的差异可能会导致读数失真和测量不准确。因此，期望一种用于针对这种误差进行校正的系统。
发明内容
本文所公开的系统和方法用于通过视频引伸计系统中的单个相机引伸计来补偿由名义上不同的样品厚度引起的立体校准变化。在一些示例中，系统和方法在测试操作期间补偿参考特性(如校准平面)与实际物理特性(如与测试样品的表面相关联的测试平面)之间的变化。在一些示例中，将校正值应用于输出(例如，成像测试样品的测量尺寸)以补偿参考特性与物理特性之间的差异。
结合所附权利要求，从以下详细描述中，本发明的这些和其他特征和优点将变得明显。
附图说明
在阅读以下详细说明和附图之后，本发明的益处和优点对于相关领域的普通技术人员将变得更加明显，在附图中：
图1是根据本公开内容的各方面的示例引伸计系统的框图。
图2是根据本公开内容的各方面的用于图1的引伸计系统中的测量的示例测试样品。
图3是根据本公开内容的各方面的图1的示例引伸计系统的替代视图的框图。
图4是根据本公开内容的各方面的图1的示例引伸计系统中的校准和测试操作的框图。
图5示出了根据本公开内容的各方面的测试样品的所捕获图像。
图6是根据本公开内容的各方面的图1的示例引伸计系统的示例实施方式的框图。
图7示出了根据本公开内容的各方面的流程图，所述流程图表示了用于在引伸计系统中针对测试样品的亮度失真进行校正的示例机器可读指令。
附图不一定按比例绘制。在适当情况下，相似或相同的附图标记用于表示相似或相同的部件。
具体实施方式
本公开内容描述了用于通过视频引伸计系统中的单个相机引伸计补偿可变厚度样品的立体校准变化的系统和方法。
所公开的示例涉及用于在测试操作期间补偿参考特性(如校准平面)与实际物理特性(如与测试样品的表面相关联的测试平面)之间的变化的系统和方法。在一些示例中，将测试样品的一个或多个预定几何变量或(例如，测量的、计算的和/或通过列表访问的)特性(例如，样品宽度、厚度、边缘位置、曲率等)与观察到的物理几何变量进行比较以确定预定和观察到的物理变量之间的差异。
在一些示例中，该差异是应用于输出(例如，成像测试样品的测量尺寸)以补偿参考特性与物理特性之间的差异的校正值。
在一些示例中，参考几何变量是在校准过程期间确定的。对于光学测量系统，使用具有由图像传感器捕获的其他物理特性的样品标志测量和/或确定的几何变量的表观光学尺寸(例如宽度、厚度、边缘位置、曲率和/或应变)和与该几何变量相关联的值之间的校准关系由引伸计测量系统采用。在一些示例中，系统在整个测试过程中连续地或定期地测量几何变量。因此，可以在测试过程期间更新几何变量的变化并因此更新校正值。
一些常规的测试系统在材料测试过程期间采用基于相机的视觉系统来捕获信息(例如，一个或多个特性或几何变量的测量值)(例如，以便确定测试样品的应变)。这种系统可以捕获测试样品的多个图像并将这些图像同与测试过程相关联的其他信息(例如，样品载荷、机器致动器/横向载头位移等)同步。然后可以经由一种或多种算法分析测试样品的图像，以识别和/或定位测试样品的特定特征，以及随着测试操作的进行跟踪这种特征。这种特征的绝对和/或相对定位的变化允许计算局部样品变形，进而计算样品应变。
感兴趣的样品特征可以包括应用于相机可见的测试样品的表面的标记。例如，处理器可以分析图像以确定标记的定位和/或几何形状(及其任何变化)，并在测试期间随着这些标记相对于彼此移动而跟踪这些标记。样品的前表面上可能存在多个标记——例如用于确定基于标距长度的应变测量值的成对组(轴向标记、横向标记等)，或用于数字图像相关(DIC)技术的准随机散斑图。对确定横向样品应变可能感兴趣的另一组特征是测试样品的边缘。
对于单相机测量系统，可以在距图像传感器预定距离布置的所选校准平面上执行校准过程。校准过程建立了由成像设备捕获的一个或多个特性(例如，尺寸、位置、宽度等)与校准平面上的一个或多个(例如，以物理坐标确定的)物理特性之间的关系。
这种校准过程可以采用定位在校准平面上的校准参考设备。参考设备包括具有已知几何尺寸的预定物理特性，这些尺寸与覆盖感兴趣视域(FOV)中的部分或全部相关联。校准过程使得能够捕获校准设备的图像并将其与已知的校准设备几何形状进行比较，并建立传递函数以将图像坐标从像素坐标系转换到真实世界的物理坐标系。
常规的视频引伸计系统跟踪和测量测试样品表面上标记的尺寸和/或相对定位。在测试过程期间，执行图像处理算法(例如，经由视频引伸计系统的处理器)以确定样品表面上标记的定位。基于所确定的定位，处理器可以计算初始样品标距长度以及样品标距长度相对于测试样品开始时的(多个)值的瞬时变化(例如，轴向和/或横向应变)。视频引伸计系统测量绝对和/或相对位置和/或标记位置变化所能采用的精度至少部分取决于样品的表面是否与初始校准平面共面。测量平面(对应于测试样品的表面)和校准平面(对应于参考平面)的定位之间的差异会产生测量误差(例如，立体误差)。随着测量平面与参考平面之间的偏差增加，将产生更大的测量误差。
在一些示例中，多个测试样品在校准过程之后经受测试过程，每个样品具有不同的厚度。因此，样品的表面与成像设备之间的距离将随每个样品而变化。
对于采用对称样品夹具的测试设备，从第一样品到第二样品的厚度z的增加将导致第二样品离视频引伸计更近z/2。如果第一样品已被布置为与校准平面共面，则第二样品将离成像设备更近z/2，从而缩短光学工作距离(例如，相对于校准工作距离)。因此，基于由成像设备捕获的图像的第二样品的测量值看起来比被测量的第二样品的实际物理特性更大。
这种立体误差在寻求绝对尺寸测量值的材料测试应用中可能比例如使用测量值来确定比例(例如，比例式)应变的测试应用更成问题。在比例应变确定中，透视误差会导致初始标距长度测量和/或应变位移测量中出现类似比例的误差。由于应变被计算为标距长度上的位移，因此立体误差被抵消，因为它们同时存在于分子和分母中。
然而，在绝对尺寸是感兴趣的情况下(例如，当使用引伸计测量应变位移但使用不同的系统或过程测量初始标距长度时)，立体误差可能会变得很重要。例如，随着测试样品工作距离越来越偏离初始校准工作距离，透视误差也会增加。当测试样品厚度变化很大时，可能会出现这种情况，从而很难选择单个具有代表性的校准平面来覆盖所有厚度。
常规系统尝试通过各种技术来缓解这些问题，每种技术都有明显的缺点。一种选择是将校准平面布置在所有感兴趣测试平面的平均平面或中间平面内，以便跨具有不同厚度的样品优化立体测量误差。另一种选择是对引伸计的测试样品安装位置进行物理调整以补偿不同测试样品，以尝试保持与校准平面相等的单一工作距离。又一种选择是使用对平面外立体误差远不那么敏感、但价格更高且视域更有限的远心光学器件。在又一种选择中，可以采用多个相机从不同角度捕获立体信息，这些信息可以并入校准和样品测量过程中。
然而，减轻视频引伸计系统中遇到的立体误差的现有解决方案都有缺点。例如，使用校准平面的平均距离和/或使用不太准确的测量设备必然会产生不太准确的测量值。手动调整引伸计安装位置以补偿不同的样品厚度非常耗时，并且需要操作者记得基于每个样品的厚度对每个样品始终如一地进行多次不同的调整。此外，这种调整难以自动化。
远心光学器件体积大、重量重且价格昂贵，并且视域(FOV)有限。因此，利用多个相机的视频引伸计系统昂贵、复杂，并且需要大量的三维校准过程和设备。
所公开的系统和方法减轻了视频引伸计中由测量平面相对于校准平面的偏差引起的系统性和确定性误差。在一些示例中，误差在测试过程期间被实时校正。在单个相机引伸计系统中实施，系统被配置为自动识别和调整偏差。有利地，所公开的系统和方法不必移动设备或样品以测试不同厚度的样品(以保持校准的工作距离)和/或以针对由不同厚度的样品产生的每个不同工作距离重新校准视频引伸计系统。
如本文所公开的，视频引伸计系统被配置为执行测试样品的光学宽度测量。在一些示例中，基本上不透明的测试样品的边缘是基于测试样品与背屏之间的亮度对比水平来测量的。例如，将测试样品固定在测试机内并布置在照亮的(例如，主动或被动点亮的)背屏前。成像设备被布置为观察测试样品的面向相机的表面，该表面接近成像设备光学器件的焦平面(参见例如图3)。通过这种布置，测试样品通过成像设备查看并成像为深色轮廓形状，因为它位于被明亮照亮的背屏前面(参见例如图5)。
例如，当布置在照明背屏与成像设备之间时，测试样品的清晰聚焦的深色轮廓是鲜明的，并且当在照亮的背屏前面成像时边缘的形状和特征被明确界定。在一些示例中，测试样品由透明度更高的材料制成。这种半透明的测试样品可能会吸收一些来自光源的光，该光足以在测试样品与背屏之间提供可察觉的对比度水平。
如本文所述，材料测试系统(包括施加张力、压力和/或扭转的材料测试系统)包括引起位移和/或载荷承载以对测试样品上施加应力和/或测量其上的应力的一个或多个部件。在一些示例中，视频引伸计系统用于样品应变测试，样品应变测试可以包括以下一项或多项：收集高分辨率图像、将图像提供给图像处理器、分析图像以识别对应于位移或应变值的一个或多个样品特性，并产生对应于这些特性的输出。在所公开的示例中，将来自一个或多个收集的图像的识别特性(如宽度)与一个或多个来源(如阈值列表)或与(即，在测试之前)先前收集的图像进行比较。在一些示例中，所识别特性的值可以应用于一种或多种算法以生成输出，该输出对应于与测试样品相关联的位移或应变值。
使用引伸计的视频处理可以包括连接到处理系统或计算平台和/或视频处理硬件的外部机器视觉成像设备，并使用软件和/或硬件将来自相机的数据转换为电信号或具有与材料测试系统相容的软件接口。
如本文所公开的，采用基于相机的图像捕获(例如，视觉或视频)系统的图像设备在材料测试系统中实施，以测量测试样品上的应变。这种系统收集被测试(即在测试过程期间)样品的多个图像，这些图像与测试的其他感兴趣信号(如样品载荷、机器致动器/横向载头位移等)同步。样品的图像通过算法进行分析(例如，实时和/或测试后)，以随着测试的进行定位和跟踪特定的样品特性。例如，这种特性的定位、尺寸、形状等的变化允许计算出测试样品的变形，进而可以分析并计算样品应变。
可以经由成像设备捕获如样品宽度等特性，并将所捕获图像传输到处理系统。图像分析可以由引伸计系统执行(例如，经由处理系统)以确定(多个)样品宽度的第一或初始位置和/或定位，以随着测试的进行跟踪(这些)宽度的变化。
然后，图像处理算法确定样品的边缘并计算样品的宽度，并跟踪样品宽度相对于测试开始时的初始宽度的变化(即横向应变)。
因此，本文所公开的系统和方法在测试操作期间补偿参考特性(如校准平面)与实际物理特性(如与测试样品的表面相关联的测试平面)之间的变化。在一些示例中，将校正值应用于输出(例如，成像测试样品的测量尺寸)以补偿参考特性与物理特性之间的差异。
在所公开的示例中，用于校正厚度的系统[MHM在最终审查后添加的权利要求]
现在参考附图，图1是示例引伸计系统10，用于测量经历机械性能测试的测试样品16的一个或多个特性的变化。示例引伸计系统10可以连接到例如能够对测试样品16进行机械测试的测试系统33。引伸计系统10可以测量和/或计算测试样品16在经受以下测试时的变化：例如压缩强度测试、张力强度测试、剪切强度测试、弯曲强度测试、挠曲强度测试、撕裂强度测试、剥离强度测试(例如，粘合剂强度)、扭转强度测试和/或任何其他压缩和/或拉伸测试。附加地或可替代地，材料引伸计系统10可以执行动态测试。
根据所公开的示例，引伸计系统10可以包括用于操纵和测试测试样品16的测试系统33、和/或通信耦接到测试系统33的计算设备或处理系统32、光源和/或成像设备，如图6进一步所示。测试系统33向测试样品16施加载荷并且测量测试的机械特性，如测试样品16的位移和/或施加到测试样品16的力。
引伸计系统10包括远程光源和/或一体式光源14(例如，LED阵列)，用于照亮测试样品16和/或反射背屏18。引伸计系统10包括处理系统32(也参见图6)和相机或成像设备12。在一些示例中，光源14和成像设备12被配置为以红外(IR)波长发射和接收；然而，其他照明源和/或波长同样适用。在一些示例中，光源14或成像设备12中的一个或两个包括一个或多个滤光器(例如，偏振滤光器)、一个或多个透镜。在一些示例中，执行校准例程(例如，二维校准例程)以识别测试样品16的一个或多个特性，另外使用一个或多个标志20(包括标志图案)。
在一些示例中，背屏18被配置为将来自光源14的光反射回成像设备12。例如，背屏18的表面可以配置有增强反射和/或将反射光朝成像设备引导的特征。这些特征可以包括背屏18的形状(例如抛物线配置)和/或增加反射的处理(例如角锥棱镜反射器、反射材料等的应用)。附加地或可替代地，滤光器30可以被布置为和/或应用于表面以增加反射的量和/或在期望的方向和/或波长上引导反射光。在一些示例中，滤光器30被配置为准直滤光器，以提供朝成像设备12并且避开其他附近的部件的尽可能多的反射光。
在所公开的示例中，计算设备32可以用于配置测试系统33、控制测试系统33和/或从测试系统33接收测量数据(例如，如力和位移等变换器(transducer)测量值)和/或测试结果(例如，峰值力、断裂位移等)以用于处理、显示、报告和/或任何其他期望的目的。引伸计系统10使用包括以太网、模拟、编码器或SPI的标准接口连接到测试系统33和软件。这允许设备插入现有系统并由现有系统使用，而无需专门的集成软件或硬件。引伸计系统10向材料测试机33实时提供轴向和横向编码器或模拟信息。实时视频引伸计10和材料测试机33与外部计算机32交换实时测试数据，包括伸长/应变数据，该外部计算机可以经由有线和/或无线通信信道配置。引伸计系统10提供从在材料测试机33中经受测试的测试样品16捕获的伸长/应变数据的测量和/或计算，该材料测试机进而向处理器32提供应力和伸长/应变数据。
如本文所公开的，所捕获图像从成像设备输入到处理器32，其中，采用一种或多种算法和/或查找表来计算测试样品16的多个伸长/应变值轴(即，如通过附连至测试样品16的标志20的图像监测计算的目标间距离的变化或百分比变化)。在计算之后，可以将数据存储在存储器中或输出到网络和/或一个或多个显示设备、I/O设备等(也参见图6)。
图2是用于图1的引伸计系统10中的测量的示例测试样品16。例如，在面向光源14和成像设备12的表面28施加一个或多个标记。夹具部分26被配置为布置在测试系统33(也参见图6)的夹具内，并向测试样品16施加力。例如，横向构件加载器向被测试样品16施加力，同时夹具抓住或以其他方式将测试样品16联接到测试系统33。如马达等力施加器使横向载头相对于框架移动以将力施加到测试样品16，如双箭头34所示。将夹具部分26相对于彼此拉离的力34可以使测试样品16伸长，导致标记从第一位置20A移动到第二位置20B。附加地或可替代地，标记可以改变形状或尺寸，这也可以由处理系统32根据所捕获图像来测量。力34还可以使测试样品的边缘从第一位置22A移动到第二位置22B。例如，在第一或初始位置处，边缘具有宽度24A，其在施加力34时减小到宽度24B。
基于所捕获图像，处理系统33被配置为实施测量过程中的伸长/应变。例如，为了检测测试样品16上的伸长/应变，处理系统33监测经由成像设备12提供的图像。当处理系统33识别到测试样品16的标志和/或边缘中的两个或更多个之间的相对位置的变化(例如，与横向载头移动开始时的初始定位相比)时，处理系统33测量变化量以计算测试样品16上的伸长和/或应变量。如本文所公开的，标志被配置为将来自光源的光反射到相机，而背屏反射光以产生深色轮廓用于边缘分析。
如本文所公开的，视频引伸计系统10被配置为执行不透明测试样品16的光学宽度测量。成像设备12被布置为观察测试样品16的面向成像设备12的表面28，表面28接近成像设备光学器件的焦平面(参见例如图3)。通过这种布置，测试样品16通过成像设备12查看并成像为深色轮廓形状，因为它位于明亮照亮的背屏18前面。
如图3所示，视频引伸计系统10被布置为测量轴向应变(基于标志20和/或测试样品16前表面28上的标志的图案的变化)和横向应变(根据样品16的宽度的变化计算)中的一者或两者。视频引伸计系统10的部件在图3中以俯视立体图示出有每个部件相对于其他部件的一般定位。如图所示，这些部件包括成像设备12(例如，摄像机)，该成像设备被配置为在物理测试期间(例如，以规则的间隔、连续地和/或基于与时间、力或其他合适的测试特性相关联的一个或多个阈值)捕获测试样品16的一个或多个图像。
一个或多个光源14发射光36以照亮测试样品16的表面28和屏幕18，该屏幕被布置为面向测试样品16的与光源14相反的后表面。在一些示例中，(多个)光源14被布置为使离轴地引导光(例如，在图3的俯视图中所示的向上、侧向和/或向下方向上)，并且成一定角度地照亮测试样品16的前表面28和/或背屏18。
如图所示，被动式(即缺少主动照明源)背屏18布置在测试样品16的后部，被设计为具有反射特征，并且其尺寸适合为视频引伸计成像设备12呈现均匀亮度的背景。如图3所示，入射到背屏18上的光36被反射回来，成为朝成像设备12引导的光40。在一些示例中，使用被主动照亮的背屏，其亮度水平可以由处理系统32调整。如图所示，成像设备12和测试样品16布置在焦距39处，该焦距在测试过程期间可以是静态的、预定的和/或变化的。来自背屏18的光产生测试样品16的变深色轮廓，允许成像设备12在测试过程期间捕获边缘22的图像及其变化。
测试样品16定位于成像设备12与背屏18之间。测试样品16在测试样品16的前向表面28上设有合适标记20。与视频引伸计系统10相关联的一个或多个图像的分析经由处理系统32来实施，以执行识别算法，该识别算法允许在测试过程期间连续跟踪和测量测试样品16的标记20和测试样品边缘22两者。
例如，当布置在被照亮的背屏18与成像设备12之间时，测试样品16的清晰聚焦的深色轮廓是鲜明的，并且当在被照亮的背屏18前面成像时边缘22的形状和特征被很好地定义。然而，执行高度准确的测量可能是困难的，因为测试样品16的感知位置可能因测试样品的可变厚度而偏移。例如，甚至在校准过程之后，根据用于校准系统10的样品的厚度来确定校准平面。当具有不同厚度的另一测试样品从属于这种校准系统时，参考平面(例如，校准平面)基于厚度偏移，并且产生成像误差。
现在转向图4，视频引伸计系统10被布置为测量具有宽度W的测试样品17的一个或多个特性。例如，该一个或多个特性可以包括标记21的形状或位置、测试样品17的边缘位置或测试样品17的宽度中的一者或多者。
当测试样品17的表面29位于校准平面52上时，引伸计所感测到的一个或多个特性的尺寸将是光学准确的并且忠实地反映测试样品17的物理特性。然而，当测试样品17背离校准平面52位移量dz时(如图4所示)，对视频引伸计而言测试样品17的感知尺寸会有误差，使得观察到的宽度W为W0。换言之，由于测试样品17的厚度T和表面29相对于校准平面52的偏移量，成像设备12捕获的实际物理尺寸W不准确。
例如，在校准过程期间，将距离Zcal确定为图像设备12的光圈与校准平面52之间的距离。当要对测试样品17执行测试过程时，测试样品17的表面29之间的距离被测量并且校准平面52由dz定义。然而，测试样品17的宽度W将在所捕获图像中放大显示，因为厚度T会引起从距离Zcal位移距离dz。因此，成像设备12会将测试样品17的宽度感知为W0，而不是真实物理宽度W。如本文所公开的，测试样品的真实物理宽度W可以通过针对位移进行校正来计算，如等式1中提供的：
Figure BDA0004022411550000101
或者w＝cw0，其中，校正因数
Figure BDA0004022411550000102
当dz为负时(例如，测量平面54比校准平面52更接近视频引伸计系统10)，每个测量的特性被放大。这通过小于一的校正因数来反映，以恢复真实的物理样品宽度。
如果视频引伸计系统10在已知固定平面中相对于成像设备12的中心线50校准，并且样品经由一个或多个夹具紧固以确保样品中心线保持在中心线50上，则结果是由名义样品厚度的变化引起的测量平面54上的样品表面偏移量可以计算为样品厚度的一半。因此，补偿因数c可以在每次测试之前被计算，即使用操作者针对特定的被测试样品输入材料测试软件的样品厚度信息来计算。处理器202可以采用补偿因数c来计算感兴趣的尺寸，并且来自处理器的输出由此表示校正的测量值。因此，已去除由于不吻合的测试和校准平面导致的立体误差。
如图4所示，校准平面52与厚度T的中心共面。在一些示例中，将成像设备12与测试样品17的表面29之间的测量距离Zmea计算为等于校准距离Zcal减去厚度T的二分之一。
如所示示例中所示，当测试系统的夹具保持用于加载测试样品的中心平面时，校正距离dz等同于厚度T的一半。但是，如果中心平面是可变的(例如，加载器和/或夹具的前表面或后表面中的一个或多个是固定的)，系统可以通过已知参数(例如，与测试样品的固定表面和/或厚度相关联的偏移距离)和/或者通过采用一个或多个传感器确定测量距离Zmea、校正距离dz等来确定差异。
例如，系统10可以采用传感器60来测量测试系统10布置的一个或多个特征。例如，传感器60可以采用一种或多种技术(例如，红外(IR)光、发光二极管(LED)输出、超声波传感器、结构光成像、飞行时间计算、支持激光的传感器等)来感测成像设备12与测试样品17的表面29之间的测量距离Zmea。结果可以从传感器60传输到计算设备(例如，经由接口传输到计算设备32)以供分析。然后，计算设备可以基于校准平面52与测量平面54之间的对应于校正距离dz的差异生成校正因数c。
在所示示例中，成像设备12是具有单个光轴50的单视口相机。在一些示例中，可以采用两个或更多个成像设备，这些成像设备可以协同定位和/或布置为具有对测试样品17的不同视角。通过采用立体成像布置，还可以使用与测试样品17的多个维度的视角和/或深度相关联的测量变量来进一步校准和/或测量测试样品17的特性。
在一些示例中，一个或多个边缘的测量值和/或位置采用成像设备12捕获的像素坐标提供。附加地或可替代地，一个或多个边缘的测量值和/或位置采用其他标准坐标系/单位(例如米)提供。在这种示例中，可以实施校准过程以确定测试样品在测量之前在测试系统内的绝对和/或相对布局和/或尺寸，并且可以在测试过程期间采用类似的坐标系/单位。
图5展示了所捕获的测试样品16的图像，但是以下描述同样适用于其他测试样品，如测试样品17。如图所示，测试样品16的清晰聚焦的深色轮廓是鲜明的，并且当在被照亮的背屏18前面成像时边缘22的形状和特征被很好地定义。如果测试过程仅限于随时间比较多个图像，则由于测量平面和校准平面的偏移造成的感知误差影响有限。然而，为了捕获成像测试样品的绝对测量值，由本文公开的系统和方法针对测量平面与校准平面之间的偏移距离进行校正。
图6是图1的示例引伸计系统10的框图。如图1所示，引伸计系统10包括测试系统33和计算设备32。示例计算设备32可以是通用计算机、膝上型计算机、平板计算机、移动设备、服务器、一体机和/或任何其他类型的计算设备。图6的计算设备32包括处理器202，该处理器可以是通用中央处理器(CPU)。在一些示例中，处理器202可以包括一个或多个专用处理单元，比如FPGA、具有ARM核的RISC处理器、图形处理单元、数字信号处理器和/或芯片上系统(SoC)。处理器202执行机器可读指令204，这些机器可读指令可以本地地存储在处理器处(例如，存储在所包括的高速缓存或SoC中)、存储在随机存取存储器206(或其他易失性存储器)中、存储在只读存储器208(或比如FLASH存储器等其他非易失性存储器)中、和/或存储在大容量存储设备210中。示例大容量存储设备210可以是硬盘驱动器、固态存储驱动器、混合驱动器、RAID阵列和/或任何其他大容量数据存储设备。总线212支持处理器202、RAM206、ROM 208、大容量存储设备210、网络接口214和/或输入/输出接口216之间的通信。
示例网络接口214包括硬件、固件和/或软件，以将计算设备201连接到比如互联网等通信网络218。例如，网络接口214可以包括符合IEEE 202.X的用于发送和/或接收通信内容的无线和/或有线通信硬件。
图6的示例I/O接口216包括硬件、固件和/或软件，用于将一个或多个输入/输出设备220连接到处理器202，从而向处理器202提供输入和/或从处理器202提供输出。例如，I/O接口216可以包括用于与显示设备接口连接的图形处理单元、用于与一个或多个USB兼容设备接口连接的通用串行总线端口、FireWire、现场总线和/或任何其他类型的接口。示例引伸计系统10包括联接到I/O接口216的显示设备224(例如，LCD屏幕)。(多个)其他示例I/O设备220可以包括：键盘、小键盘、鼠标、轨迹球、指点设备、麦克风、音频扬声器、显示设备、光学介质驱动器、多触点触摸屏、手势识别接口、磁性介质驱动器和/或任何其他类型的输入和/或输出设备。
计算设备32可以经由I/O接口216和/或(多个)I/O设备220访问非暂时性机器可读介质222。图6的机器可读介质222的示例包括：光盘(例如，光盘(CD)、数字通用/视频光盘(DVD)、蓝光光盘等)、磁性介质(例如，软盘)、便携式存储介质(例如，便携式闪存驱动器、安全数字(SD)卡等)和/或任何其他类型的可移除的和/或安装的机器可读介质。
引伸计系统10进一步包括联接到计算设备32的测试系统33。在图6的示例中，测试系统33经由I/O接口216，比如经由USB端口、Thunderbolt端口、FireWire(IEEE1394)端口和/或任何其他类型的串行或并行数据端口联接到计算设备。在一些示例中，测试系统33经由有线或无线连接(例如，以太网、Wi-Fi等)直接地或经由网络218联接到网络接口214和/或I/O接口216。
测试系统33包括框架228、测力传感器230、位移变换器232、横向构件加载器234、材料夹紧装置236和控制处理器238。框架228为执行测试的测试系统33的其他部件提供刚性结构支撑。测力传感器230测量由横向构件加载器234经由夹具236施加到被测试的材料上的力。横向构件加载器234向被测试的材料施加力，而材料夹紧装置236(也称为夹具)抓住或以其他方式将被测试的材料联接到横向构件加载器234。示例横向构件加载器234包括马达242(或其他致动器)和横向载头244。如本文所使用的，“横向载头”是指材料测试系统向样品施加方向(轴向)力和/或旋转力的部件。材料测试系统可以具有一个或多个横向载头，并且(多个)横向载头可以在材料测试系统中处于任何适当的位置和/或取向。横向载头244将材料夹紧装置236联接到框架228，并且马达242使横向载头相对于框架移动以定位材料夹紧装置236，和/或向被测试的材料施加力。可以用于提供引伸计系统10的部件的力和/或运动的示例致动器包括电动马达、气动致动器、液压致动器、压电致动器、继电器和/或开关。
虽然示例测试系统33使用马达242，比如伺服马达或直接驱动线性马达，但是其他系统可以使用不同类型的致动器。例如，基于系统的要求，可以使用液压致动器、气动致动器和/或任何其他类型的致动器。
示例夹具236包括压板、夹钳或其他类型的夹紧装置，这取决于被测试的机械性能和/或被测试材料。夹具236可以被手动地配置、经由手动输入控制、和/或通过控制处理器238自动地控制。横向载头244和夹具236是操作者可接近的部件。
引伸计系统10可以进一步包括一个或多个控制面板250，控制面板包括一个或多个模式开关252。模式开关252可以包括定位于操作者控制面板上的按钮、开关和/或其他输入设备。例如，模式开关252可以包括控制马达242以使横向载头244点动(例如定位)到框架228上的特定位置处的按钮、控制夹具致动器246关闭或打开气动夹具248的开关(例如脚踏开关)、和/或控制测试系统33操作的任何其他输入设备。
示例控制处理器238与计算设备32通信以例如从计算设备32接收测试参数和/或向计算设备32报告测量值和/或其他结果。例如，控制处理器238可以包括一个或多个通信或I/O接口以实现与计算设备32的通信。控制处理器238可以控制横向构件加载器234增加或减少施加的力，控制(多个)夹紧装置236抓住或释放被测试的材料，和/或接收来自位移变换器232、测力传感器230和/或其他变换器的测量值。
示例控制处理器238被配置为在测试样品16在测试系统33中经受测试时实施伸长/应变测量过程。例如，为了检测测试样品16上的伸长/应变，控制处理器238监测经由成像设备12提供的图像。当控制处理器238识别出测试样品16的边缘22的定位和/或位置发生变化(例如，与横向载头244开始移动时的初始定位相比)时，控制处理器238测量变化量以计算测试样品16上的伸长和/或应变量。例如，由成像设备12提供的实时视频捕获边缘22的绝对位置，并在多个图像的过程中监测它们的相对运动以实时计算伸长/应变。应力数据和应变数据在实时视频引伸计10、测试系统33和处理系统32之间交换，并且通常经由显示设备224组织和显示。
图7示出了表示示例机器可读指令300的流程图，这些指令可以由图1和图6的处理系统32执行以在引伸计系统中针对测试样品的可变厚度进行校正。在框302处，在处理器(例如处理器202、238)处确定成像设备(例如，成像设备12)和与测试系统(例如，测试系统10)相关联的校准平面之间的校准距离。
在框304处，例如经由I/O接口216从远程计算设备接收和/或经由(多个)I/O设备220从用户输入接收测试样品(例如，测试样品16、17)的厚度。在框306处，部分地基于校准距离和校正距离计算校正因数，校正距离等同于测量平面与校准平面之间的差异。
在框308处，对测试样品的表面上的标记或测试样品的轮廓中的一者或多者进行成像，以测量测试样品的一个或多个特性。在一些示例中，测试样品的表面对应于测量平面，测量平面与校准平面偏移开测量距离。在框310处，通过将校正因数应用于测试样品的一个或多个特性的测量值来生成一个或多个经校正特性。
在一些示例中，系统被配置为补偿成像设备相对于测试样品(和/或测试平台、加载结构等)的角度偏移。例如，成像设备可以相对于测试样品的取向以一定角度布置，这可能产生类似偏移的图像。系统可以通过等效和相反的角度偏移来调整图像的取向以呈现没有感知角度的图像。这可以通过以已知角度偏移布置成像设备并且将等效角度值应用于图像来实现。
在一些示例中，系统比如经由一个或多个传感器计算角度偏移。在接收到测试样品图像之后，测量与沿着测试样品(例如，宽度)的一个或多个位置(例如，一个或多个水平位置)相关联的特性，并且基于角度计算这些特性的误差值。可以基于误差值调整测量以提供(多个)特性的校正测量。
可以用硬件、软件、和/或硬件和软件的组合来实现本方法和系统。可以以集中方式在至少一个计算系统中实现本方法和/或系统，或者以不同的元件遍布在若干互连计算系统上的分布式方式实现本方法和/或系统。适合于执行本文所描述的方法的任何种类的计算系统或其他装置都是适合的。硬件与软件的典型组合可以包括具有程序或其他代码的通用计算系统，该程序或其他代码当被加载和执行时控制该计算系统以使得该计算系统执行本文所描述的方法。另一个典型实施方式可以包括专用集成电路或芯片。一些实施方式可以包括非暂时性机器可读(例如，计算机可读)介质(例如，闪存驱动器、光盘、磁存储盘等)，该非暂时性机器可读介质上存储有一行或多行代码，所述代码可由机器执行从而使机器执行如本文所描述的过程。如本文中所使用的，术语“非暂时性机器可读介质”被定义为包括所有类型的机器可读存储介质并且排除传播信号。
如本文所使用的，术语“电路”和“电路系统”是指物理电子部件(即，硬件)以及可以配置硬件、由硬件执行和/或以其他方式与硬件相关联的任何软件和/或固件(“代码”)。如本文中所使用的，例如，特定的处理器和存储器在执行第一一行或多行代码时可以构成第一“电路”，而在执行第二一行或多行代码时可以构成第二“电路”。如本文所使用的，“和/或”是指列表中由“和/或”连接的多个项中的任何一项或多项。例如，“x和/或y”是指三元素集合{(x),(y),(x,y)}中的任何元素。换言之，“x和/或y”是指“x和y中的一个或两个”。作为另一示例，“x、y和/或z”是指七元素集合{(x),(y),(z),(x,y),(x,z),(y,z),(x,y,z)}中的任何元素。换言之，“x、y和/或z”是指“x、y和z中的一个或多个”。如本文所使用的，术语“示例性”是指用作非限制性示例、实例、或图示。如本文所使用的，术语“譬如(e.g.)”和“例如(for example)”引出一个或多个非限制性示例、实例、或图示的列表。如本文所使用的，当电路系统包括某一执行功能所必需的硬件和代码(如果有必要)时，电路系统“能够操作”以执行该功能，而无论该功能的执行是被禁用或未被启用(例如，通过使用者可配置的设置、出厂调整等)。
尽管已经参考某些实施方式描述了本方法和/或系统，但是本领域技术人员将理解，在不脱离本方法和/或系统的范围的情况下，可以进行各种改变并且可以用等效物替代。附加地，在不脱离本公开内容范围的情况下，可以做出许多修改以使特定情况或材料适应于本公开内容的教导。例如，所公开的示例的系统、框和/或其他部件可以被组合、分割、重新布置和/或以其他方式被修改。因此，本方法和/或系统不限于所公开的特定实施方式。替代地，本方法和/或系统将包括无论是从字面上还是依据等同原则都落入所附权利要求的范围内的所有实施方式。

Claims (20)

1.一种用于针对测试样品的可变厚度进行校正的方法，所述方法包括：
经由处理系统确定成像设备和与测试系统相关联的校准平面之间的校准距离；
经由接口接收测试样品的厚度；
经由所述处理系统，部分地基于所述校准距离和校正距离计算校正因数，所述校正距离等同于测量平面与所述校准平面之间的差异；
经由所述成像设备对所述测试样品的表面上的标记或所述测试样品的轮廓中的一者或多者进行成像，以测量所述测试样品的一个或多个特性，其中，所述测试样品的表面对应于所述测量平面，所述测量平面与所述校准平面偏移开测量距离；以及
经由所述处理器，通过将校正因数应用于所述测试样品的所述一个或多个特性的测量值来生成一个或多个经校正特性。
2.如权利要求1所述的方法，进一步包括经由所述处理系统将所述成像设备与所述测试样品的表面之间的测量距离计算为等于所述校准距离和校准平面关于所述测试系统的中心线的偏移量减去所述厚度的二分之一。
3.如权利要求1所述的方法，进一步包括经由所述处理系统将所述成像设备与所述测试样品的表面之间的测量距离计算为等于所述校准距离减去所述厚度的二分之一。
4.如权利要求1所述的方法，其中，所述校准平面与所述厚度的中心共面。
5.如权利要求1所述的方法，其中，所述校正距离等同于所述厚度的二分之一。
6.如权利要求1所述的方法，进一步包括：
经由传感器感测所述成像设备与所述测试样品的表面之间的测量距离；
经由所述接口从所述传感器向所述处理器传输所述测量距离；以及
经由所述处理器，基于所述校准平面与所述测量平面之间的对应于所述测量距离的差异生成所述校正因数。
7.如权利要求6所述的方法，其中，所述传感器是红外传感器、发光二极管传感器、超声波传感器或支持激光的传感器。
8.如权利要求1所述的方法，其中，所述一个或多个特性包括所述标记的形状或位置、所述测试样品的边缘位置或所述测试样品的宽度中的一个或多个。
9.如权利要求1所述的方法，其中，所述校正因数采用毫米、英寸或像素单元之一作为单位。
10.如权利要求1所述的方法，其中，所述成像设备是单视口相机。
11.一种用于针对测试样品的可变厚度进行校正的系统，所述系统包括：
测试系统，用于固定测试样品；
屏幕，用于提供照明以显示所述测试样品的轮廓；
成像设备，所述成像设备相对于所述测试样品与所述屏幕相对布置，并且被配置为捕获所述测试样品的图像；以及
处理系统，用于：
确定成像设备和与所述测试系统相关联的校准平面之间的校准距离；
接收测试样品的厚度；
部分地基于所述校准距离和校正距离计算校正因数，所述校正距离等同于测量平面与所述校准平面之间的差异；
对所述测试样品的表面上的标记或所述测试样品的轮廓中的一个或多个进行成像，以测量所述测试样品的一个或多个特性，其中，所述测试样品的表面对应于所述测量平面，所述测量平面与所述校准平面偏移开测量距离；以及
通过将校正因数应用于所述测试样品的所述一个或多个特性的测量值来生成一个或多个经校正特性。
12.如权利要求11所述的系统，其中，所述测试样品布置于被照亮的屏幕与所述成像设备之间。
13.如权利要求11所述的系统，其中，所述接口是与计算设备或传感器通信的用户接口或网络接口之一。
14.如权利要求11所述的系统，其中，所述处理器位于与所述测试系统或所述成像设备中的一个或多个通信的远程计算平台上。
15.如权利要求11所述的系统，其中，所述处理器与所述成像设备或所述测试系统之一集成。
16.如权利要求11所述的系统，其中，所述成像设备是单视口相机。
17.如权利要求11所述的系统，其中，所述成像设备是两个或更多个相机。
18.如权利要求11所述的系统，其中，所述成像设备被配置为捕获从所述屏幕或所述测试样品反射的偏振光或红外光，其中，所述屏幕反射光以产生所述测试样品的深色轮廓用于边缘分析。
19.一种用于针对测试样品的可变厚度进行校正的系统，所述系统包括处理系统，所述处理系统被配置为：
在测试过程期间从测试样品的成像设备接收图像，其中，所述成像设备相对于所述测试样品与反射屏相对布置；
确定所述成像设备和与所述测试系统相关联的校准平面之间的校准距离；
接收测试样品的厚度；
部分地基于所述校准距离和校正距离计算校正因数，所述校正距离等同于测量平面与所述校准平面之间的差异；
对所述测试样品的表面上的标记或所述测试样品的轮廓中的一个或多个进行成像，以测量所述测试样品的一个或多个特性，其中，所述测试样品的表面对应于所述测量平面，所述测量平面与所述校准平面偏移开测量距离；以及
通过将校正因数应用于所述测试样品的所述一个或多个特性的测量值来生成一个或多个经校正特性。
20.如权利要求1所述的系统，进一步包括传感器，用于测量所述成像设备与所述测试样品的表面之间的测量距离，其中，所述处理器被配置为基于所述校准平面与所述测量平面之间的对应于所述测量距离的差异生成所述校正因数。
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