CN115791384B - 一种基于机器视觉的球压试验压痕测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及球压痕测量技术领域，尤其涉及一种基于机器视觉的球压试验压痕测量系统，包括压敏传感球压采样单元的压敏球压测量装置、球压数据处理模块以及显示模块，压敏传感球压采样单元通过向被测试块施加设定值的力以获得对应的压力信号，球压数据处理模块通过对所述压力信号进行位置筛选获得压痕面压力信号的位置坐标以计算所述被测试块的压痕直径，通过电子元件感受压力信号来计算球压面的弧长数值进而计算被测试块的压痕直径，避免了光学测量的球压接触面确定不准确造成的测量误差，同时，通过系统计算避免人员造成的测量误差，提高了球压试验压痕直径的测量精度。

Description

一种基于机器视觉的球压试验压痕测量系统

技术领域

本发明涉及球压痕测量技术领域，尤其涉及一种基于机器视觉的球压试验压痕测量系统。

背景技术

球压试验按标准规定的条件，用一定质量的球压试验器在一定的温度和一定的时间下压入被测试件的试验。现有技术中对试验结果的判定采用测量压痕直径的方式，但是，由于被测试件在球压痕试验中产生了一定程度的塑性变形，因而对于IEC60695-10-2:2003中规定的测量压痕的位置应从压力球和样品表面相切点处测量并扣除材料变形部分的尺寸的要求，在实际试验中，现有的光学检测以及目测中均存在无法准确地判断接触点位置，无法准确判断材料变形位置以及由于人员引起的测量误差大的问题。

中国专利公开号CN106932271B公开了一种基于逆向工程的球压试验压痕尺寸测量方法，方法包括：使用三维激光扫描仪扫描压痕样品表面，获取压痕样品表面三维点云坐标数据；对点云数据进行预处理；用基于三角网格参数化的B样条曲面拟合方法重建压痕曲面；剖切压痕曲面，获取压痕特征曲线；测量压痕直径。由此可见，上述技术方案中根据压痕样品表面的三维点云数据重建其压痕曲面进而获取压痕直径，但是由于其获取的数据为压痕样品表面三维点云数据，一方面，需要的数据获取设备精度要求高，若采集的数据准确度差，则导致拟合的压痕曲线与实际压痕出现偏差，进而导致压痕直径偏离实际值；另一方面，各个材质的压痕曲面的特征曲线具有特异性，由于材质不同的试样在受到挤压时材料内部应力方向的特异性，导致各材质材料的压痕特征曲线具有特异性，从而，获取的压痕特征曲线的实际压痕接触点的位置无法准确判定导致压痕测量不准确的问题。

发明内容

为此，本发明提供一种基于机器视觉的球压试验压痕测量系统，用以克服现有技术中无法准确判断球压试验中接触点位置造成试验测量偏差大的问题。

为实现上述目的，本发明提供一种基于机器视觉的球压试验压痕测量系统，包括：

压敏球压测量装置，其通过设置有与球压试验的压力球球面形状相同的压敏传感球压采样单元，向被测试块施加设定值的力以采集被测试块的压痕面的压力信号确定被测试块的压痕直径；

球压数据处理模块，其与所述压敏球压测量装置相连，用以获取所述压敏传感球压采样单元的采集的压力信号，并且通过对所述压力信号进行位置筛选获得压痕面压力信号的位置坐标以计算所述被测试块的压痕直径测量值，以及，根据对标准压痕样块的压痕直径的测量值与标准压痕样块的压痕直径的实际值的比对结果确定针对所述压敏传感球压采样单元的压力信号密集程度的调整值；

显示模块，其分别与所述压敏球压测量装置以及所述球压数据处理模块相连，用以显示所述球压数据处理模块计算的所述被测试块在设定力下的压痕直径测量值。

进一步地，所述压敏球压测量装置包括：

球压痕测量组件本体，其用以对所述被测试块进行定位和固定，以及，驱动所述压敏传感球压采样单元以设定的接触压力与被测试块的压痕面接触；

若干标准压痕样块，其上设置有预设直径的球压痕形状，用以作为压痕检测的校正标准；

所述压敏传感球压采样单元，其设置在所述球压痕测量组件本体的测量终端，其包括：

半球面传感采样端，其为半球面结构且半球面尺寸与球压试验的压力球球面尺寸相同，用以作为球压痕测量的终端，向所述被测试块的压痕面施加设定的接触压力，并且，获取与所述压痕面接触的压力信号；

支撑传力件，其为柱形中空结构，并且一端与所述半球面传感采样端远离所述被测试块的一端相连，另一端与所述球压痕测量组件本体相连，用以作为所述球压痕测量组件本体与所述半球面传感采样端的连接件；

传感通信端，其分别与所述半球面传感采样端、所述球压痕测量组件本体以及所述球压数据处理模块相连，用以将所述半球面传感采样端采集的压力信号传递至所述球压数据处理模块。

进一步地，所述球压数据处理模块通过采样点剔除规则和压痕获取规则以对所述压力信号进行数据处理，获得所述压痕面压力信号的位置坐标；

所述压痕获取规则设置为获取压力接触区域外边缘的各压力信号的位置坐标并将其记为所述压痕面压力信号的位置坐标，所述压力接触区域为一封闭区域，其根据所述半球面传感采样端的全部压力信号在所述半球面传感采样端的位置确定；

所述采样点剔除规则设置为剔除与任一所述压力信号位置均不连续的压力信号，以使所述压力接触区域形成一个封闭区域。

进一步地，所述球压数据处理模块根据单个所述压痕面压力信号的位置坐标确定单个压痕面压力信号的匹配信号点的位置坐标以计算单个压力弧长值Li，球压数据处理模块将所述压痕面压力信号的位置坐标中第i个位置坐标记为Pi，并以Pi为起点，以任一所述压痕面压力信号的位置坐标为终点计算其在所述半球面传感采样端的半球面上的弧面物理长度以确定Pi的匹配信号点的位置坐标记为Pi’，其中，Pi’为所述压痕面压力信号的全部位置坐标中与Pi弧面物理长度最大的点的位置坐标，Li为Pi与Pi’在所述半球面传感采样端的半球面上的弧面物理长度，其中，i=1，2，3，……，且i为正整数。

进一步地，所述球压数据处理模块根据平均压力弧长值Lp计算压痕直径D，设定，其中，为全部有效压力弧长值的总和，n为有效压力弧长值的个数，压痕直径D的计算公式为：，其中，，r为所述半球面传感采样端的半球面的半径。

进一步地，所述球压数据处理模块将单个压力弧长值按大小进行排序并根据预设有效率确定有效压力弧长值的取值范围，球压数据处理模块设置有预设有效率g，g≥70%，按从小到大顺序将排在第z位的单个压力弧长值记为第z个压力弧长值Lz，

若或，所述球压数据处理模块判定压力弧长值Lz无效；

若，所述球压数据处理模块判定压力弧长值Lz有效；

其中，N为压力弧长值的总数，z=1，2，3，……,N。

进一步地，所述球压数据处理模块根据第j个标准压痕样块的实际压痕直径Dj0与采用半球面传感采样端采集压力信号计算得到的第j个标准压痕样块的测量压痕直径Dj01进行比对以确定所述半球面传感采样端的信号精度是否符合标准，所述球压数据处理模块设置有精度参量α，其中，0＜α≤0.1，j=1，…，m，m为标准压痕样块的个数，

若（1-α）×Dj0≤Dj01≤（1+α）×Dj0，所述球压数据处理模块判定所述半球面传感采样端的信号精度符合；

若Dj01＜（1-α）×Dj0，或，D01＞（1+α）×Dj0，所述球压数据处理模块判定所述半球面传感采样端的信号精度不符合标准。

进一步地，所述球压数据处理模块在第一信号精度调整条件根据所述测量压痕直径Dj01与所述实际压痕直径Dj0的差值百分比kj确定针对所述半球面传感采样端的压力信号的采集密集度的调整值，设定差值百分比，所述球压数据处理模块设置有第一差值百分比标准K1、第二差值百分比标准K2、第一信号密集度调整系数β1、第二信号密集度调整系数β2以及第三信号密集度调整系数β3，其中，0＜K1＜K2，1＜β1＜β2＜β3，

当kj≤K1时，所述球压数据处理模块判定信号精度偏差低于标准偏差，并采用第一信号密集度调整系数β1对所述压力信号的采集密集度进行调整，球压数据处理模块将调整后所述半球面传感采样端的压力信号采集密集度记为st，设定st=s0×β1，其中，s0为调整前所述半球面传感采样端的压力信号采集密集度；

当K1＜kj≤K2时，所述球压数据处理模块判定信号精度偏差符合标准偏差，并采用第二信号密集度调整系数β2对所述压力信号的采集密集度进行调整，设定st=s0×β2；

当kj＞K2时，所述球压数据处理模块判定信号精度偏差超出标准偏差，并采用第三信号密集度调整系数β3对所述压力信号的采集密集度进行调整，设定st=s0×β3；

其中，所述第一信号精度调整条件为判定所述半球面传感采样端的信号精度不符合标准，所述压力信号的采集密集度为单位面积内的压力信号数量。

进一步地，所述球压数据处理模块根据所述半球面传感采样端的压力信号的采集密集度st与预设采集密集度极值进行比对以确定信号精度调整是否有效，所述球压数据处理模块设置有预设采集密集度极值Smax，其中，Smax＞s0，

若st≤Smax，所述球压数据处理模块判定信号精度调整有效，球压数据处理模块采用所述压力信号的采集密集度st控制所述半球面传感采样端进行压力信号采集；

若st＞Smax，所述球压数据处理模块判定信号精度调整失效，球压数据处理模块采用预设采集密集度极值Smax控制所述半球面传感采样端进行压力信号采集。

进一步地，所述球压数据处理模块在第二信号精度调整条件根据各标准压痕样块的压痕直径测量值与压痕直径的实际值的差值百分比的平均值kp判定系统偏差是否符合标准，设定，球压数据处理模块设置有基准偏差百分比标准KP1，其中，0＜KP1＜α，

若kp≤KP1，所述球压数据处理模块判定系统偏差符合标准且调整后的信号精度合格；

若kp＞KP1，所述球压数据处理模块判定系统偏差不符合标准且调整后的信号精度不合格，球压数据处理模块将所述预设有效率调整至g’，设定g’=g×μ；

其中，μ为系统调整系数且0＜μ＜1；

第二信号精度调整条件为所述球压数据处理模块采用所述压力信号的采集密集度st或预设采集密集度极值Smax控制所述半球面传感采样端进行压力信号采集。

进一步地，所述半球面传感采样端设置为采用压力敏感式触摸屏幕材料制成的半球形传感器采集压力信号。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于，本发明通过设置有压敏传感球压采样单元的压敏球压测量装置和球压数据处理模块，压敏传感球压采样单元采集球压试验中压力球面与被测试块的接触位置的压力信号确定被测试块的受力情况，并且通过向被测试块施加设定值的力以获得对应的压力信号，球压数据处理模块通过对所述压力信号进行位置筛选获得压痕面压力信号的位置坐标以计算所述被测试块的压痕直径，通过电子元件感受压力信号来计算球压面的弧长数值进而计算被测试块的压痕直径，避免了光学测量的球压接触面确定不准确造成的测量误差，同时，通过系统计算避免人员造成的测量误差，提高了球压试验压痕直径的测量精度。

进一步地，本发明压敏传感球压采样单元通过设置有半球面传感采样端、支撑传力件、传感通信端以及若干标准压痕样块，半球面传感采样端作为对所述被测试块施加设定力以进行球压试验的试验终端，能够获取与所述被测试块接触的压痕面的压力信号，由于半球面传感采样端的尺寸与球压试验的压力球球面尺寸相同，因而，通过使用半球面传感采样端采集接触压力信号，压痕形变中未与压力球接触的位置在采集中与半球面传感采样端不形成接触压力，有效地保证了本发明能够通过压敏传感球压采样单元的压力信号判断压痕的范围与塑性变形区域进行区分，避免了光学测量的精度无法达到的问题，有效地支持了本发明球压数据处理模块的数据分析的能够有效地获取压力信号数据来源。

进一步地，本发明球压数据处理模块通过采样点剔除规则和压痕获取规则以对所述压力信号进行数据处理，获得所述压痕面压力信号的位置坐标，通过采样点剔除规则和压痕获取规则能够对半球面传感采样端采集的压力信号进行筛选获取计算压痕直径的需求数据，避免对多余数据进行处理造成的数据计算量大的问题，同时，通过采样点剔除规则能够对单个压力信号点的有效性进行判断，避免单个压力信号出现误识别时对系统的测量造成偏差，进一步克服了半球面传感采样端的信号传递误差。

进一步地，本发明通过根据单个所述压痕面压力信号的位置坐标确定单个压痕面压力信号的匹配信号点的位置坐标以计算单个压力弧长值Li，通过对单个压痕面压力信号的位置坐标根据弧面物理长度计算得到匹配信号点的位置坐标，有效地保证了本发明所述系统对压痕直径的测量能够根据全部压痕面压力信号的位置坐标进行计算，避免单点计算存在的计算误差大的问题。

进一步地，本发明球压数据处理模块根据平均压力弧长值Lp计算压痕直径D，通过根据全部有效压力弧长值的平均值计算压痕直径，从宏观角度兼顾各个位置压痕的平均水平，使得计算后的压痕直径能够体现被测试块的实际状态，进一步有效地保证了本发明所述系统能够提高球压试验压痕直径的测量精度。

进一步地，本发明通过球压数据处理模块根据第j个标准压痕样块的实际压痕直径Dj0与采用半球面传感采样端采集压力信号计算得到的第j个标准压痕样块的测量压痕直径Dj01进行比对以确定半球面传感采样端的信号精度是否符合标准，通过实际对标准压痕样块的测量验证本系统的测量精度，能够有效地保证本发明所述系统能够在设定的测量精度下进行检测，确保了本发明所述系统的测量精度符合要求。

进一步地，本发明球压数据处理模块在第一信号精度调整条件根据测量压痕直径Dj01与所述实际压痕直径Dj0的差值百分比kj确定针对半球面传感采样端的压力信号的采集密集度的调整值，通过对半球面传感采样端的压力信号的采集密集度的调整使其能够符合测量精度要求，有效地提高了本发明所述系统的检测适用性，通过对压力信号的采集密集度的设定和调整，使得本发明所述系统能够符合多种检测精度要求，进一步扩展了本发明所述系统的适用领域。

进一步地，本发明球压数据处理模块根据半球面传感采样端的压力信号的采集密集度st与预设采集密集度极值进行比对以确定信号精度调整是否有效，有效地确保了针对压力信号的采集密集度进行调整后，调整的采集密集度处于半球面传感采样端的有效采集密集度极值内，进一步确保了本发明所述系统的压力信号的采集密集度能够根据半球面传感采样端的具体工作参数进行智能设定，避免无效调整。

进一步地，本发明半球面传感采样端设置为采用压力敏感式触摸屏幕材料制成的半球形传感器采集压力信号，压力敏感式触摸屏幕材料广泛适用于各种应用领域，采用压力敏感式触摸屏幕材料制成的半球形传感器能够实现本发明对半球面传感采样端的需求，使得本发明所述系统的应用性得以实现。

附图说明

图1为本发明基于机器视觉的球压试验压痕测量系统的结构框图；

图2为本发明压敏球压测量装置的结构示意图；

图3为本发明实施例压敏传感球压采样单元的结构示意图；

图4为本发明单个压力弧长值的示意图；

图5为本发明压痕直径的计算示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的和优点更加清楚明白，下面结合实施例对本发明作进一步描述；应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非在限制本发明的保护范围。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参阅图1所示，其为本发明基于机器视觉的球压试验压痕测量系统的结构框图，本发明提供一种基于机器视觉的球压试验压痕测量系统，包括：

压敏球压测量装置，其通过设置有与球压试验的压力球球面形状相同的压敏传感球压采样单元，向被测试块施加设定值的力以采集被测试块的压痕面的压力信号确定被测试块的压痕直径；

球压数据处理模块，其与所述压敏球压测量装置相连，用以获取所述压敏传感球压采样单元的采集的压力信号，并且通过对所述压力信号进行位置筛选获得压痕面压力信号的位置坐标以计算所述被测试块的压痕直径测量值，以及，根据对标准压痕样块的压痕直径的测量值与标准压痕样块的压痕直径的实际值的比对结果确定针对所述压敏传感球压采样单元的压力信号密集程度的调整值；

显示模块，其分别与所述压敏球压测量装置以及所述球压数据处理模块相连，用以显示所述球压数据处理模块计算的所述被测试块在设定力下的压痕直径测量值。

本发明通过设置有压敏传感球压采样单元的压敏球压测量装置和球压数据处理模块，压敏传感球压采样单元采集球压试验中压力球面与被测试块的接触位置的压力信号确定被测试块的受力情况，并且通过向被测试块施加设定值的力以获得对应的压力信号，球压数据处理模块通过对所述压力信号进行位置筛选获得压痕面压力信号的位置坐标以计算所述被测试块的压痕直径，通过电子元件感受压力信号来计算球压面的弧长数值进而计算被测试块的压痕直径，避免了光学测量的球压接触面确定不准确造成的测量误差，同时，通过系统计算避免人员造成的测量误差，提高了球压试验压痕直径的测量精度。

请参阅图2及图3所示，图2为本发明压敏球压测量装置的结构示意图，图3为本发明实施例压敏传感球压采样单元的结构示意图，所述压敏球压测量装置包括：

球压痕测量组件本体1，其用以对所述被测试块400进行定位和固定，以及，驱动所述压敏传感球压采样单元3以设定的接触压力与被测试块400的压痕面接触；

若干标准压痕样块2，其上设置有预设直径的球压痕形状，用以作为压痕检测的校正标准；

所述压敏传感球压采样单元3，其设置在所述球压痕测量组件本体1的测量终端，其包括：

半球面传感采样端，其为半球面结构且半球面尺寸与球压试验的压力球球面尺寸相同，用以作为球压痕测量的终端，向所述被测试块400的压痕面施加设定的接触压力，并且，获取与所述压痕面接触的压力信号；

支撑传力件，其为柱形中空结构，并且一端与所述半球面传感采样端远离所述被测试块400的一端相连，另一端与所述球压痕测量组件本体1相连，用以作为所述球压痕测量组件本体与所述半球面传感采样端的连接件；

传感通信端，其分别与所述半球面传感采样端、所述球压痕测量组件本体1以及所述球压数据处理模块相连，用以将所述半球面传感采样端采集的压力信号传递至所述球压数据处理模块。

本发明压敏传感球压采样单元通过设置有半球面传感采样端、支撑传力件、传感通信端以及若干标准压痕样块，半球面传感采样端作为对所述被测试块施加设定力以进行球压试验的试验终端，能够获取与所述被测试块接触的压痕面的压力信号，由于半球面传感采样端的尺寸与球压试验的压力球球面尺寸相同，因而，通过使用半球面传感采样端采集接触压力信号，压痕形变中未与压力球接触的位置在采集中与半球面传感采样端不形成接触压力，有效地保证了本发明能够通过压敏传感球压采样单元的压力信号判断压痕的范围与塑性变形区域进行区分，避免了光学测量的精度无法达到的问题，有效地支持了本发明球压数据处理模块的数据分析的能够有效地获取压力信号数据来源。

具体而言，所述球压数据处理模块通过采样点剔除规则和压痕获取规则以对所述压力信号进行数据处理，获得所述压痕面压力信号的位置坐标；

所述压痕获取规则设置为获取压力接触区域外边缘的各压力信号的位置坐标并将其记为所述压痕面压力信号的位置坐标，所述压力接触区域为一封闭区域，其根据所述半球面传感采样端的全部压力信号在所述半球面传感采样端的位置确定；

所述采样点剔除规则设置为剔除与任一所述压力信号位置均不连续的压力信号，以使所述压力接触区域形成一个封闭区域。

本发明球压数据处理模块通过采样点剔除规则和压痕获取规则以对所述压力信号进行数据处理，获得所述压痕面压力信号的位置坐标，通过采样点剔除规则和压痕获取规则能够对半球面传感采样端采集的压力信号进行筛选获取计算压痕直径的需求数据，避免对多余数据进行处理造成的数据计算量大的问题，同时，通过采样点剔除规则能够对单个压力信号点的有效性进行判断，避免单个压力信号出现误识别时对系统的测量造成偏差，进一步克服了半球面传感采样端的信号传递误差。

具体而言，所述球压数据处理模块根据单个所述压痕面压力信号的位置坐标确定单个压痕面压力信号的匹配信号点的位置坐标以计算单个压力弧长值Li，球压数据处理模块将所述压痕面压力信号的位置坐标中第i个位置坐标记为Pi，并以Pi为起点，以任一所述压痕面压力信号的位置坐标为终点计算其在所述半球面传感采样端的半球面上的弧面物理长度以确定Pi的匹配信号点的位置坐标记为Pi’，其中，Pi’为所述压痕面压力信号的全部位置坐标中与Pi弧面物理长度最大的点的位置坐标，Li为Pi与Pi’在所述半球面传感采样端的半球面上的弧面物理长度，其中，i=1，2，3，……，且i为正整数。

本发明通过根据单个所述压痕面压力信号的位置坐标确定单个压痕面压力信号的匹配信号点的位置坐标以计算单个压力弧长值Li，通过对单个压痕面压力信号的位置坐标根据弧面物理长度计算得到匹配信号点的位置坐标，有效地保证了本发明所述系统对压痕直径的测量能够根据全部压痕面压力信号的位置坐标进行计算，避免单点计算存在的计算误差大的问题。

具体而言，所述球压数据处理模块根据平均压力弧长值Lp计算压痕直径D，设定，其中，为全部有效压力弧长值的总和，n为有效压力弧长值的个数，压痕直径D的计算公式为：，其中，，r为所述半球面传感采样端的半球面的半径。

本发明球压数据处理模块根据平均压力弧长值Lp计算压痕直径D，通过根据全部有效压力弧长值的平均值计算压痕直径，从宏观角度兼顾各个位置压痕的平均水平，使得计算后的压痕直径能够体现被测试块的实际状态，进一步有效地保证了本发明所述系统能够提高球压试验压痕直径的测量精度。

具体而言，所述球压数据处理模块将单个压力弧长值按大小进行排序并根据预设有效率确定有效压力弧长值的取值范围，球压数据处理模块设置有预设有效率g，g≥70%，按从小到大顺序将排在第z位的单个压力弧长值记为第z个压力弧长值Lz，

若或，所述球压数据处理模块判定压力弧长值无效；

若，所述球压数据处理模块判定压力弧长值有效；

其中，N为压力弧长值的总数，z=1，2，3，……,N。

本发明通过将计算得到的全部压力弧长值进行筛选，获得有效压力弧长值，其中，有效压力弧长值抛弃各压力弧长值排序中位于两端的若干个数值，使得有效压力弧长值，兼容了压力信号误触带来的数据偏差，保证了系统的鲁棒性，并且，g设定为大于等于70%，有效的保证了数据量的足够。

具体而言，所述球压数据处理模块根据第j个标准压痕样块的实际压痕直径Dj0与采用半球面传感采样端采集压力信号计算得到的第j个标准压痕样块的测量压痕直径Dj01进行比对以确定所述半球面传感采样端的信号精度是否符合标准，所述球压数据处理模块设置有精度参量α，其中，0＜α≤0.1，j=1，…，m，m为标准压痕样块的个数，

若（1-α）×Dj0≤Dj01≤（1+α）×Dj0，所述球压数据处理模块判定所述半球面传感采样端的信号精度符合；

若Dj01＜（1-α）×Dj0，或，D01＞（1+α）×Dj0，所述球压数据处理模块判定所述半球面传感采样端的信号精度不符合标准。

本发明通过球压数据处理模块根据第j个标准压痕样块的实际压痕直径Dj0与采用半球面传感采样端采集压力信号计算得到的第j个标准压痕样块的测量压痕直径Dj01进行比对以确定半球面传感采样端的信号精度是否符合标准，通过实际对标准压痕样块的测量验证本系统的测量精度，能够有效地保证本发明所述系统能够在设定的测量精度下进行检测，确保了本发明所述系统的测量精度符合要求。

具体而言，所述球压数据处理模块在第一信号精度调整条件根据所述测量压痕直径Dj01与所述实际压痕直径Dj0的差值百分比kj确定针对所述半球面传感采样端的压力信号的采集密集度的调整值，设定差值百分比，所述球压数据处理模块设置有第一差值百分比标准K1、第二差值百分比标准K2、第一信号密集度调整系数β1、第二信号密集度调整系数β2以及第三信号密集度调整系数β3，其中，0＜K1＜K2，1＜β1＜β2＜β3，

当kj≤K1时，所述球压数据处理模块判定信号精度偏差低于标准偏差，并采用第一信号密集度调整系数β1对所述压力信号的采集密集度进行调整，球压数据处理模块将调整后所述半球面传感采样端的压力信号采集密集度记为st，设定st=s0×β1，其中，s0为调整前所述半球面传感采样端的压力信号采集密集度；

当K1＜kj≤K2时，所述球压数据处理模块判定信号精度偏差符合标准偏差，并采用第二信号密集度调整系数β2对所述压力信号的采集密集度进行调整，设定st=s0×β2；

当kj＞K2时，所述球压数据处理模块判定信号精度偏差超出标准偏差，并采用第三信号密集度调整系数β3对所述压力信号的采集密集度进行调整，设定st=s0×β3；

其中，所述第一信号精度调整条件为判定所述半球面传感采样端的信号精度不符合标准，所述压力信号的采集密集度为单位面积内的压力信号数量。

本发明球压数据处理模块在第一信号精度调整条件根据测量压痕直径Dj01与所述实际压痕直径Dj0的差值百分比kj确定针对半球面传感采样端的压力信号的采集密集度的调整值，通过对半球面传感采样端的压力信号的采集密集度的调整使其能够符合测量精度要求，有效地提高了本发明所述系统的检测适用性，通过对压力信号的采集密集度的设定和调整，使得本发明所述系统能够符合多种检测精度要求，进一步扩展了本发明所述系统的适用领域。

具体而言，所述球压数据处理模块根据所述半球面传感采样端的压力信号的采集密集度st与预设采集密集度极值进行比对以确定信号精度调整是否有效，所述球压数据处理模块设置有预设采集密集度极值Smax，其中，Smax＞s0，

若st≤Smax，所述球压数据处理模块判定信号精度调整有效，球压数据处理模块采用所述压力信号的采集密集度st控制所述半球面传感采样端进行压力信号采集；

若st＞Smax，所述球压数据处理模块判定信号精度调整失效，球压数据处理模块采用预设采集密集度极值Smax控制所述半球面传感采样端进行压力信号采集。

具体而言，所述球压数据处理模块在第二信号精度调整条件根据各标准压痕样块的压痕直径测量值与压痕直径的实际值的差值百分比的平均值kp判定系统偏差是否符合标准，设定，球压数据处理模块设置有基准偏差百分比标准KP1，其中，0＜KP1＜α，

若kp≤KP1，所述球压数据处理模块判定系统偏差符合标准且调整后的信号精度合格；

若kp＞KP1，所述球压数据处理模块判定系统偏差不符合标准且调整后的信号精度不合格，球压数据处理模块将所述预设有效率调整至g’，设定g’=g×μ；

其中，μ为系统调整系数且0＜μ＜1；

第二信号精度调整条件为所述球压数据处理模块采用所述压力信号的采集密集度st或预设采集密集度极值Smax控制所述半球面传感采样端进行压力信号采集。

本发明球压数据处理模块根据半球面传感采样端的压力信号的采集密集度st与预设采集密集度极值进行比对以确定信号精度调整是否有效，有效地确保了针对压力信号的采集密集度进行调整后，调整的采集密集度处于半球面传感采样端的有效采集密集度极值内，进一步确保了本发明所述系统的压力信号的采集密集度能够根据半球面传感采样端的具体工作参数进行智能设定，避免无效调整。

具体而言，所述半球面传感采样端设置为采用压力敏感式触摸屏幕材料制成的半球形传感器采集压力信号。

本发明半球面传感采样端设置为采用压力敏感式触摸屏幕材料制成的半球形传感器采集压力信号，压力敏感式触摸屏幕材料广泛适用于各种应用领域，采用压力敏感式触摸屏幕材料制成的半球形传感器能够实现本发明对半球面传感采样端的需求，使得本发明所述系统的应用性得以实现。

实施例1：

请参阅图3所示，本实施例提供一种压敏传感球压采样单元的结构，其中：

半球面传感采样端31采用压力敏感式触摸屏幕材料制成的半球形传感器，能够获取与被测试块接触的位置的压力信号；

支撑传力件32为内部中空的管状结构，其一端与半球面传感采样端31相连，另一端与球压痕测量组件本体相连；

传感通信端33，其设置在支撑传力件32的中空结构内部，并与半球面传感采样端31以及球压数据处理模块相连。

在具体应用中，通过将半球面传感采样端31调整至与被测试块的压痕面相接触，并通过压敏传感球压采样单元向被测试块的压痕面施加一个较小的压力获得压力信号进行压痕直径的计算。

实施例2：

请参阅图4及图5所示，图4为本发明单个压力弧长值的示意图，图5为本发明压痕直径的计算示意图，本发明压痕直径的计算过程包括：

步骤1，根据球压试验原理，标准压痕都是圆弧面，对压力进行反馈的传感器承受压力以后，能取得对压力有反馈的感应点及对应压力值，读取与压痕面边缘有接触的反馈点的数据，设定读取到圆弧面边缘N个点的采样点的位置数据。

剔除采样异常点，由于压痕特性，边缘采样点都是连续的点，计算时首先将两两不连续的点剔除，设定对N个采样数据处理后得到P个有效采样数据，P个采样数据用来计算压力弧长的长度；

为了方便说明我们将P个有效采样数据标记为P1，P2，…，PP；首先选择点P1，在剩余的P-1个数据里取一个点计算该点与点P1的弧面物理长度，逐一比较直到读取到最大长度的点，该点记为P1’，P1和P1’的弧面物理长度即为1组弧长数据，其依据是压痕的测量端点就是弧长最远端，同理，P2和P2’为另1组弧长数据，一共可得P/2组弧长数据，取其平均值作为弧长AC；

步骤2，得到弧长AC数据后，通过数学计算可得出球压试验压痕数值，图5中的线段AC即为压痕直径d，由于步骤1中已经得到弧长AC的值记为Lac，∠AOC可根据弧长与角的公式获得，进而根据∠AOC确定线段AC的长度，即压痕直径d。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明；对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。

Claims (10)

1.一种基于机器视觉的球压试验压痕测量系统，其特征在于，包括：

压敏球压测量装置，其通过设置有与球压试验的压力球球面形状相同的压敏传感球压采样单元，向被测试块施加设定值的力以采集被测试块的压痕面的压力信号确定被测试块的压痕直径；

球压数据处理模块，其与所述压敏球压测量装置相连，用以获取所述压敏传感球压采样单元的采集的压力信号，并且通过对所述压力信号进行位置筛选获得压痕面压力信号的位置坐标以计算所述被测试块的压痕直径测量值，以及，根据对标准压痕样块的压痕直径的测量值与标准压痕样块的压痕直径的实际值的比对结果确定针对所述压敏传感球压采样单元的压力信号密集程度的调整值；

显示模块，其分别与所述压敏球压测量装置以及所述球压数据处理模块相连，用以显示所述球压数据处理模块计算的所述被测试块在设定力下的压痕直径测量值。

2.根据权利要求1所述的基于机器视觉的球压试验压痕测量系统，其特征在于，所述压敏球压测量装置包括：

球压痕测量组件本体，其用以对所述被测试块进行定位和固定，以及，驱动所述压敏传感球压采样单元以设定的接触压力与被测试块的压痕面接触；

若干标准压痕样块，其上设置有预设直径的球压痕形状，用以作为压痕检测的校正标准；

所述压敏传感球压采样单元，其设置在所述球压痕测量组件本体的测量终端，其包括：

半球面传感采样端，其为半球面结构且半球面尺寸与球压试验的压力球球面尺寸相同，用以作为球压痕测量的终端，向所述被测试块的压痕面施加设定的接触压力，并且，获取与所述压痕面接触的压力信号；

支撑传力件，其为柱形中空结构，并且一端与所述半球面传感采样端远离所述被测试块的一端相连，另一端与所述球压痕测量组件本体相连，用以作为所述球压痕测量组件本体与所述半球面传感采样端的连接件；

传感通信端，其分别与所述半球面传感采样端、所述球压痕测量组件本体以及所述球压数据处理模块相连，用以将所述半球面传感采样端采集的压力信号传递至所述球压数据处理模块。

3.根据权利要求2所述的基于机器视觉的球压试验压痕测量系统，其特征在于，所述球压数据处理模块通过采样点剔除规则和压痕获取规则以对所述压力信号进行数据处理，获得所述压痕面压力信号的位置坐标；

所述压痕获取规则设置为获取压力接触区域外边缘的各压力信号的位置坐标并将其记为所述压痕面压力信号的位置坐标，所述压力接触区域为一封闭区域，其根据所述半球面传感采样端的全部压力信号在所述半球面传感采样端的位置确定；

所述采样点剔除规则设置为剔除与任一所述压力信号位置均不连续的压力信号，以使所述压力接触区域形成一个封闭区域。

4.根据权利要求3所述的基于机器视觉的球压试验压痕测量系统，其特征在于，所述球压数据处理模块根据单个所述压痕面压力信号的位置坐标确定单个压痕面压力信号的匹配信号点的位置坐标以计算单个压力弧长值Li，球压数据处理模块将所述压痕面压力信号的位置坐标中第i个位置坐标记为Pi，并以Pi为起点，以任一所述压痕面压力信号的位置坐标为终点计算其在所述半球面传感采样端的半球面上的弧面物理长度以确定Pi的匹配信号点的位置坐标记为Pi’，其中，Pi’为所述压痕面压力信号的全部位置坐标中与Pi弧面物理长度最大的点的位置坐标，Li为Pi与Pi’在所述半球面传感采样端的半球面上的弧面物理长度，其中，i=1，2，3，……，且i为正整数。

5.根据权利要求4所述的基于机器视觉的球压试验压痕测量系统，其特征在于，所述球压数据处理模块根据平均压力弧长值Lp计算压痕直径D，设定，其中，为全部有效压力弧长值的总和，n为有效压力弧长值的个数，压痕直径D的计算公式为：，其中，，r为所述半球面传感采样端的半球面的半径。

6.根据权利要求5所述的基于机器视觉的球压试验压痕测量系统，其特征在于，所述球压数据处理模块将单个压力弧长值按大小进行排序并根据预设有效率确定有效压力弧长值的取值范围，球压数据处理模块设置有预设有效率g，g≥70%，按从小到大顺序将排在第z位的单个压力弧长值记为第z个压力弧长值Lz，

若或，所述球压数据处理模块判定压力弧长值Lz无效；

若，所述球压数据处理模块判定压力弧长值Lz有效；

其中，N为压力弧长值的总数，z=1，2，3，……,N。

7.根据权利要求6所述的基于机器视觉的球压试验压痕测量系统，其特征在于，所述球压数据处理模块根据第j个标准压痕样块的实际压痕直径Dj0与采用半球面传感采样端采集压力信号计算得到的第j个标准压痕样块的测量压痕直径Dj01进行比对以确定所述半球面传感采样端的信号精度是否符合标准，所述球压数据处理模块设置有精度参量α，其中，0＜α≤0.1，j=1，…，m，m为标准压痕样块的个数，

若（1-α）×Dj0≤Dj01≤（1+α）×Dj0，所述球压数据处理模块判定所述半球面传感采样端的信号精度符合；

若Dj01＜（1-α）×Dj0，或D01＞（1+α）×Dj0，所述球压数据处理模块判定所述半球面传感采样端的信号精度不符合标准。

8.根据权利要求7所述的基于机器视觉的球压试验压痕测量系统，其特征在于，所述球压数据处理模块在第一信号精度调整条件根据所述测量压痕直径Dj01与所述实际压痕直径Dj0的差值百分比kj确定针对所述半球面传感采样端的压力信号的采集密集度的调整值，设定差值百分比，所述球压数据处理模块设置有第一差值百分比标准K1、第二差值百分比标准K2、第一信号密集度调整系数β1、第二信号密集度调整系数β2以及第三信号密集度调整系数β3，其中，0＜K1＜K2，1＜β1＜β2＜β3，

当kj≤K1时，所述球压数据处理模块判定信号精度偏差低于标准偏差，并采用第一信号密集度调整系数β1对所述压力信号的采集密集度进行调整，球压数据处理模块将调整后所述半球面传感采样端的压力信号采集密集度记为st，设定st=s0×β1，其中，s0为调整前所述半球面传感采样端的压力信号采集密集度；

当K1＜kj≤K2时，所述球压数据处理模块判定信号精度偏差符合标准偏差，并采用第二信号密集度调整系数β2对所述压力信号的采集密集度进行调整，设定st=s0×β2；

当kj＞K2时，所述球压数据处理模块判定信号精度偏差超出标准偏差，并采用第三信号密集度调整系数β3对所述压力信号的采集密集度进行调整，设定st=s0×β3；

其中，所述第一信号精度调整条件为判定所述半球面传感采样端的信号精度不符合标准，所述压力信号的采集密集度为单位面积内的压力信号数量。

9.根据权利要求8所述的基于机器视觉的球压试验压痕测量系统，其特征在于，所述球压数据处理模块根据所述半球面传感采样端的压力信号的采集密集度st与预设采集密集度极值进行比对以确定信号精度调整是否有效，所述球压数据处理模块设置有预设采集密集度极值Smax，其中，Smax＞s0，

若st≤Smax，所述球压数据处理模块判定信号精度调整有效，球压数据处理模块采用所述压力信号的采集密集度st控制所述半球面传感采样端进行压力信号采集；

若st＞Smax，所述球压数据处理模块判定信号精度调整失效，球压数据处理模块采用预设采集密集度极值Smax控制所述半球面传感采样端进行压力信号采集。

10.根据权利要求9所述的基于机器视觉的球压试验压痕测量系统，其特征在于，所述球压数据处理模块在第二信号精度调整条件根据各标准压痕样块的压痕直径测量值与压痕直径的实际值的差值百分比的平均值kp判定系统偏差是否符合标准，设定，球压数据处理模块设置有基准偏差百分比标准KP1，其中，0＜KP1＜α，

若kp≤KP1，所述球压数据处理模块判定系统偏差符合标准且调整后的信号精度合格；

若kp＞KP1，所述球压数据处理模块判定系统偏差不符合标准且调整后的信号精度不合格，球压数据处理模块将所述预设有效率调整至g’，设定g’=g×μ；

其中，μ为系统调整系数且0＜μ＜1；

第二信号精度调整条件为所述球压数据处理模块采用所述压力信号的采集密集度st或预设采集密集度极值Smax控制所述半球面传感采样端进行压力信号采集。

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