CN115993288A - 标记点追踪应变测量设备、测量方法及拉伸实验系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种标记点追踪应变测量设备、测量方法以及拉伸实验系统。该标记点追踪应变测量设备用于追踪第一标记点与第二标记点，所述标记点追踪应变测量设备包括：视频采集装置，包括第一视频采集部件与第二视频采集部件，分别设置于所述被测试样的两侧，并同时对准所述被测试样的第一标记点与第二标记点中的一个，用于采集所述第二标记点与所述第一标记点的位移与形变数据；数据采集装置，用于采集视频采集装置所采集的位移与形变数据，还用于采集拉伸传感器的载荷数据；以及上位机，用于接收并处理所述数据采集装置采集的位移与形变数据以及载荷数据。实现标记点的高精度定位，适用于微小被测试样，保证检测实验结果的准确性，提高科研效率。

Description

标记点追踪应变测量设备、测量方法及拉伸实验系统

技术领域

本发明涉及被测试样实验设备技术领域，特别是涉及一种标记点追踪应变测量设备、测量方法以及拉伸实验系统。

背景技术

单轴拉伸实验是对单轴向被测试样进行力学检测的常规手段，用以采集应力应变曲线。拉伸试验机通常采用力传感器测得载荷作为应变参考量，拉伸试验机的夹具间距作为应变参考物理量。然而被测试样拉伸过程中由于存在边缘效应，会导致靠近拉伸试验机的夹具中被测试样受到的载荷更高，从而导致非中心区域产生的形变更大，因此会引入测量误差，所以拉伸实验中，被测试样应变的测量逐渐采用标记点位移追踪的方式实现。

标记点位移追踪方式具体的实施过程是在被测试样的中间目标区域，沿着轴线方向对两个相邻有一定间距的位置标记另一种颜色的记号作为标记点，在拉伸过程中，被测试样伸长，标记点也产生相对位移，追踪标记点的位移，计算距离和距离变化量，进而采用数字图像测量设备可测得应力作用下的被测试样的相对应变。

然而目前的数字图像测量设备虽然精度高，但是对被测试样以及其上标记点的尺寸下限有限制，尤其不能满足微小被测试样，例如腱索、小血管及跟腱等小直径材料上标记点的追踪，不便于被测试样的单轴拉伸实验。

发明内容

基于此，有必要针对目前无法追踪微小被测试样上标记点的问题，提供一种满足微小被测试样追踪需求的标记点追踪应变测量设备、测量方法以及拉伸实验系统。

一种标记点追踪应变测量设备，用于追踪拉伸试验机拉伸过程中被测试样的第一标记点与第二标记点，所述标记点追踪应变测量设备包括：

视频采集装置，包括第一视频采集部件与第二视频采集部件，分别用于设置于所述被测试样的两侧，并同时对准所述被测试样的所述第一标记点与所述第二标记点中的一个，用于采集所述第二标记点与所述第一标记点的位移与形变数据；

数据采集装置，与所述视频采集装置及所述拉伸试验机的拉伸传感器传输连接，用于采集所述视频采集装置所采集的所述位移与形变数据，还用于采集所述拉伸传感器的载荷数据；以及

上位机，与所述数据采集装置传输连接，用于接收并处理所述数据采集装置所采集的位移与形变数据以及所述载荷数据。

在其中一个实施例中，所述第一视频采集部件及所述第二视频采集部件与所述被测试样处于同一水平面。

在其中一个实施例中，所述第一视频采集部件的轴线与所述被测试样的拉伸方向垂直；

所述第二视频采集部件的轴线与所述被测试样的拉伸方向垂直。

在其中一个实施例中，所述标记点追踪应变测量设备还包括至少一个第三视频采集部件，所述第三视频采集部件与所述第一视频采集部件同时对准所述被测试样的所述第一标记点与所述第二标记点中的一个，至少一个所述第三视频采集部件设置于所述被测试样的周侧，并与所述第一视频采集部件、第二视频采集部件存在周向间距。

在其中一个实施例中，所述数据采集装置包括数据采集卡以及多根连接线，所述数据采集卡通过所述连接线连接所述第一视频采集部件、所述第二视频采集部件以及所述拉伸传感器，所述数据采集卡还通过所述连接线与所述上位机连接。

在其中一个实施例中，所述数据采集装置包括数据采集卡以及无线传输模块，所述数据采集卡通过所述无线传输模块传输连接所述第一视频采集部件、所述第二视频采集部件、所述拉伸传感器以及所述上位机。

一种标记点追踪应变测量的测量方法，所述测量方法包括如下步骤：

将被测试样安装于拉伸试验机的夹具；

在所述被测试样上间隔标记第一标记点与第二标记点；

对所述被测试样进行预加载，数据采集装置采集预加载数据并反馈至上位机；

控制视频采集装置记录所述被测试样的位移与形变数据，并通过所述数据采集装置将被测试样的位移与形变数据反馈至所述上位机。

在其中一个实施例中，所述控制视频采集装置记录所述被测试样的位移与形变数据，并通过所述数据采集装置将被测试样的位移与形变数据反馈至所述上位机的步骤，包括：

控制所述第一视频采集部件与所述第二视频采集部件采集所述第二标记点与所述第一标记点的位移与形变数据，并反馈给数据采集装置；

控制拉伸传感器采集载荷数据，并反馈给所述数据采集装置；

所述数据采集装置将所述位移与形变数据及所述载荷数据反馈给上位机；

所述上位机处理所述位移与形变数据及所述载荷数据，得到所述被测试样的应力应变关系。

在其中一个实施例中，所述控制第一视频采集部件与第二视频采集部件采集所述第二标记点与所述第一标记点的位移与形变数据包括如下步骤：

控制所述第一视频采集部件与所述第二视频采集部件采集初始状态时所述第一标记点与所述第二标记点的像素间距与像素直径；

对所述第二标记点的位置进行追踪；

控制所述第一视频采集部件与所述第二视频采集部件采集所述第二标记点的直径；控制所述第一视频采集部件与所述第二视频采集部件采集所述第一标记点与所述第二标记点的轴向像素距离与径向的像素宽度。

在其中一个实施例中，所述对所述被测试样进行预加载，数据采集装置采集预加载数据并反馈至上位机的步骤包括：

测量所述第一标记点与所述第二标记点的径向直径以及轴向间距，并反馈至所述数据采集装置；

所述数据采集装置采集所述径向直径以及轴向间距数据反馈至所述上位机进行存储与分析。

一种拉伸实验系统，包括拉伸试验机及如上述任一技术特征所述的标记点追踪应变测量设备；

所述拉伸试验机用于夹持被测试样，所述标记点追踪应变测量设备用于采集所述被测试样的位移与形变数据，还用于采集所述拉伸试验机中拉伸传感器的载荷数据。

采用上述技术方案后，本发明至少具有如下技术效果：

本发明的标记点追踪应变测量设备、测量方法以及拉伸实验系统，进行单轴拉伸实验时，在被测试样上标记间隔的第一标记点与第二标记点，通过拉伸试验机夹持被测试样后，将视频采集装置中的第一视频采集部件与第二视频采集部件设置于被测试样的两侧，并将第一视频采集部件与第二视频采集部件对准被测试样的第一标记点与第二标记点中的一个，并以其中一个为基准采集第二标记点与第一标记点的位移与形变数据，数据采集装置接收第一视频采集部件与第二视频采集部件采集的位移与形变数据，还接收拉伸试验机的拉伸传感器的载荷数据，并反馈给上位机，上位机能够对位移与形变数据及载荷数据处理，以计算被测试样在拉伸载荷作用下被测试样的应力应变关系，从而得到被测试样的材料属性。该标记点追踪应变测量设备能够适配拉伸试验机，能够实现标记点的高精度定位，有效的解决目前微小生物被测试样无法追踪标记点的问题，适用于微小被测试样，保证检测实验结果的准确性；同时，还能够实现功能拓展，实时采集被测试样的图像数据并进行存储和计算，预算相关物理量，缩减流程，避免科研人员从无到有搭建实验台，在保证实验精度的前提下缩短研发周期，提高科研效率。

附图说明

图1为本发明一实施例的标记点追踪应变测量设备与拉伸试验机配合的示意图；

图2为图1所示的标记点追踪应变测量设备的工作流程图；

图3为图2所示的标记点追踪应变测量设备的工作流程图的局部工作流；

图4为图3所示的标记点追踪应变测量设备的工作流程图的局部工作流；

图5为图2所示的标记点追踪应变测量设备的工作流程图的局部工作流。

其中：10、拉伸实验系统；100、标记点追踪应变测量设备；110、视频采集装置；111、第一视频采集部件；112、第二视频采集部件；120、数据采集装置；121、数据采集卡；122、连接线；130、上位机；200、拉伸试验机；210、夹具；220、拉伸传感器；300、被测试样；310、第一标记点；320、第二标记点。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的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，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

参见图1，本发明提供一种标记点追踪应变测量设备100。该标记点追踪应变测量设备100能够应用于拉伸实验系统10中，并与拉伸实验系统10中单轴的拉伸试验机200配合，以得到被测试样300的应力应变关系，从而确定被测试样300的材料属性，得到应力应变曲线数据。本实施方式中以生物组织作为被测试样300为例进行说明。进一步的，被测试样300可以为如腱索、小血管、跟腱等小直径的被测试样。当然，在本发明的其他实施方式中，被测试样300还可为其他需要进行单轴拉伸实验的组织或者机构。

可以理解的，目前被测试样在进行拉伸实验时，采用标记点位移追踪的方式实现，以消除形变误差，其通过数字图像测量设备实现标记点的位移追踪。但是，目前的数字图像测量设备虽然精度高，但是对被标记点的尺寸有限制，无法满足小尺寸被测试样的标记点的追踪，不便于被测试样的单轴拉伸实验。

为此，本发明提供一种新型的标记点追踪应变测量设备100，其能实现微小被测试样300的标记点的追踪，同时还能够缩减实验流程，提高科研效率。以下详细介绍标记点追踪应变测量设备100的具体结构。

参见图1，在一实施例中，标记点追踪应变测量设备100用于追踪拉伸试验机200拉伸过程中被测试样300的第一标记点310与第二标记点320的位置变化。所述标记点追踪应变测量设备100包括视频采集装置110、数据采集装置120以及上位机130。视频采集装置110包括第一视频采集部件111及第二视频采集部件112，分别设置于所述被测试样300的两侧，并同时对准所述被测试样300的第一标记点310与第二标记点320中的一个，用于采集所述第二标记点320与所述第一标记点310的位移与形变数据；数据采集装置120，与所述视频采集装置110及所述拉伸试验机200的拉伸传感器220电连接，用于采集所述视频采集装置110所采集的被测试样300的位移与形变数据，还用于采集所述拉伸传感器220所采集夹具210的载荷数据。上位机130与所述数据采集装置120传输连接，用于接收并处理所述数据采集装置120所采集的位移与形变数据以及载荷数据。

该标记点追踪应变测量设备100配合拉伸试验机200使用，拉伸试验机200通过夹具210夹持被测试样300的两端，夹持完成后，在被测试样300上选取两个标记点，两个标记点间隔设置，并与相邻的夹具210的端部之间存在一定的间距。为了便于标记点追踪应变测量设备100与两个标记点的描述，将其中一个标记点为第一标记点310，另一标记点为第二标记点320。

如图1所示，下方的标记点为第一标记点310，上方的标记点为第二标记点320。当然，在本发明的其他实施方式中，第一标记点310与第二标记点320的位置也可互换，即第一标记点310位于上方，第二标记点320位于下方。本实施例中，仅以图1中所示的第一标记点310位于下方，第二标记点320位于下方为例进行说明，其他形式不再赘述。

标记点追踪应变测量设备100能够追踪被测试样300的第一标记点310与第二标记点320的位移与形变数据。这里的位移与形变数据是指第一标记点310与第二标记点320相对运动的位移数据，以及第一标记点310与第二标记点320的形变数据。在本发明的一实施例中，以第一标记点310为基准，记录第二标记点320相对于第一标记点310的位移数据。当然，在本发明的其他实施方式中，也可以第二标记点320为基准，记录第一标记点310相对于第二标记点320的位移数据。采集第一标记点310与第二标记点320的横截面直径(即直径尺寸)的变化作为形变数据，以测量被测试样300的材料属性。

示例性地，第一视频采集部件111与第二视频采集部件112分别设置于被测试样300的两侧，并对准被测试样300的第一标记点310。单轴拉伸实验时，夹具210能够拉伸被测试样300，进而第一标记点310与第二标记点320之间的距离会增加，被测试样300的径向截面尺寸会减小。标记点追踪应变测量设备100以第一标记点310为基准，能够检测第二标记点320相对于第一标记点310的运动位移，以及采集第二标记点320的直径尺寸，便于后期得到整个单轴拉伸实验流程中被测试样300的应力应变关系，从而得到被测试样300的材料属性。

具体的，标记点追踪应变测量设备100包括视频采集装置110、数据采集装置120以及上位机130。视频采集装置110设置在被测试样300的侧面，并与数据采集装置120传输连接，数据采集装置120还连接拉伸试验机200的拉伸传感器220，还连接上位机130。拉伸传感器220能够检测拉伸试验机200在单轴拉伸实验过程中施加的载荷数据。

视频采集装置110设置在被测试样300的侧面后，能够拍摄到第一标记点310与第二标记点320，并对准第一标记点310，以第一标记点310为基准，单轴拉伸实验过程中，拉伸试验机200的夹具210能够拉伸被测试样300，使得第二标记点320朝向远离第一标记点310的方向运动。此时，视频采集装置110能够采集第二标记点320的运动后第二标记点320与第二标记点320的之间的距离，以确定第二标记点320的位移数据。而且，视频采集装置110还能采集第一标记点310与第二标记点320的径向直径，且确定第一标记点310与第二标记点320的形变数据。

数据采集装置120接收视频采集装置110采集到的第二标记点320的位移与形变数据，还能接收拉伸传感器220的载荷数据。数据采集装置120将位移与形变数据及载荷数据传输给上位机130，通过上位机130对位移与形变数据、载荷数据进行处理，可以得到某时刻被测试样300的应力、应变，迭代得到整个单轴拉伸实验流程内被测试样300的应力应变关系，从而得到被测试样300的材料属性。可选地，上位机130为工控机或者其他能够计算应力与应变的处理设备。进一步地，上位机130为电脑。

参见图1，在一实施例中，视频采集装置110包括第一视频采集部件111与第二视频采集部件112，第一视频采集部件111与第二视频采集部件112分设于被测试样300的两侧，通过第一视频采集部件111与第二视频采集部件112同时采集被测试样300的第一标记点310与第二标记点320的位移与形变数据。如图1所示，第一视频采集部件111位于被测试样300的左侧，第二视频采集部件112设置于被测试样300的右侧。当然，在本发明的其他实施方式中，第一视频采集部件111可以设置在被测试样300的右侧，第二视频采集部件112可以设置在被测试样300的左侧。

而且，第一视频采集部件111与第二视频采集部件112能够对准被测试样300上的第一标记点310，以第一标记点310为基准，通过第二标记点320相对于第一标记点310的变化确定位移数据。值得说明的是，虽然第一视频采集部件111与第二视频采集部件112对准第一标记点310设置，但是第二标记点320也在第一视频采集部件111与第二视频采集部件112的图像采集范围内。当然，在本发明的其他实施方式中，第一视频采集部件111与第二视频采集部件112也可对准第二标记点320，以第二标记点320为基准。

第一视频采集部件111与第二视频采集部件112可以传输连接数据采集装置120，这样，第一视频采集部件111采集的位移与形变数据传输到数据采集装置120中，第二视频采集部件112采集的位移与形变数据传输的数据采集装置120中，进而通过数据采集装置120将位移与形变数据传输到上位机130中，以得到被测试样300的应力应变关系。

通过第一视频采集部件111与第二视频采集部件112的配合，能够实现被测试样300周向方向各个位置的数据的采集，实现第一标记点310与第二标记点320的高精度定位，这样在计算单轴拉伸载荷下被测试样300的应变变化情况时，能够保证结果的准确性。同时，还能够缩短周期，提高科研效率。

上述实施例的标记点追踪应变测量设备100进行单轴拉伸实验时，在被测试样300上标记间隔的第一标记点310与第二标记点320，通过拉伸试验机200夹持被测试样300后，将视频采集装置110中的第一视频采集部件111与第二视频采集部件112设置于被测试样300的两侧，并将第一视频采集部件111与第二视频采集部件112对准被测试样300的第一标记点310，并以第一标记点310为基准采集第二标记点320相对于第一标记点310的位移与形变数据，数据采集装置120接收第一视频采集部件111与第二视频采集部件112采集的位移与形变数据，还接收拉伸试验机200的拉伸传感器220的载荷数据，并反馈给上位机130，上位机130能够对位移与形变数据及载荷数据处理，以计算被测试样300在拉伸载荷作用下被测试样300的应力应变关系，从而得到被测试样300的材料属性。

该标记点追踪应变测量设备100能够适配拉伸试验机200，能够实现标记点的高精度定位，有效的解决目前微小生物被测试样无法追踪标记点的问题，保证检测实验结果的准确性；同时，还能够实现功能拓展，实时采集被测试样300的图像数据并进行存储和计算，预算相关物理量，缩减流程，避免科研人员从无到有搭建实验台，在保证实验精度的前提下缩短研发周期，提高科研效率。

参见图1，在一实施例中，所述第一视频采集部件111及所述第二视频采集部件112与所述被测试样300处于同一水平面。也就是说，第一视频采集部件111、第二视频采集部件112以及被测试样300处于同一水平高度，并且被测试样300位于第一视频采集部件111与第二视频采集部件112之间。这样，能够保证第一视频采集部件111与第二视频采集部件112能够准确的对准第一标记点310，并采集第一标记点310与第二标记点320的相关数据。

而且，水平架设的第一视频采集部件111与第二视频采集部件112能够从两个角度采集拉伸形变，对同一个被测试样300多角度观察能够排除撕裂等实验失败情况、辅助检测被测试样300夹持状态是否垂直于拉伸方向，从而提升实验效率。

参见图1，在一实施例中，所述第一视频采集部件111的轴线与所述被测试样300的拉伸方向垂直；所述第二视频采集部件112的轴线与所述被测试样300的拉伸方向垂直。也就是说，第一视频采集部件111相对于被测试样300垂直设置，第二视频采集部件112相对于被测试样300垂直设置，第一视频采集部件111与第二视频采集部件112平行设置。这样能够保证第一视频采集部件111与第二视频采集部件112能够准确的对准第一标记点310，并采集第一标记点310与第二标记点320的相关数据。

参见图1，在一实施例中，第一视频采集部件111与第二视频采集部件112为定焦高清摄像机，通过定焦高清摄像机实现视频图像的采集。当然，在本发明的其他实施方式中，第一视频采集部件111与第二视频采集部件112还可以为其他能够实现视频采集的部件，如红外摄像头等。

可选地，第一视频采集部件111与第二视频采集部件112为同一类型的摄像机。可选地，第一视频采集部件111与第二视频采集部件112也可为不同类型的摄像机。可选地，第一视频采集部件111与第二视频采集部件112到被测试样300的距离相同。当然，在本发明的其他实施方式中，第一视频采集部件111与第二视频采集部件112到被测试样300的距离不同。

本发明的标记点追踪应变测量设备100中可以采用两个视频采集部件，即第一视频采集部件111与第二视频采集部件112实现第一标记点310与第二标记点320相关数据的采集，实现第一标记点310与第二标记点320高精度定位，保证得到被测试样300应力应变结果的准确性。

当然，在本发明的其他实施方式中，视频采集部件的数量也可以至少三个。示例性地，所述标记点追踪应变测量设备100还包括至少一个第三视频采集部件，所述第三视频采集部件与所述第一视频采集部件111同时对准所述被测试样300的所述第一标记点310与所述第二标记点320中的一个，至少一个所述第三视频采集部件设置于所述被测试样300的周侧，并与所述第一视频采集部件111、第二视频采集部件112存在周向间距。

也就是说，标记点追踪应变测量设备100还包括至少一个第三视频采集部件，第三视频采集部件与第一视频采集部件111、第二视频采集部件112组合，共同实现被测试样300的第一标记点310与第二标记点320的高精度定位，保证实验结果准确。可以理解的，第三视频采集部件可以设置于第一视频采集部件111或第二视频采集部件112的下方，第三视频采集部件与第一视频采集部件111及第二视频采集部件112围设于被测试样300的周侧设置，且第三视频采集部件与第一视频采集部件111及第二视频采集部件112在周向方向上存在预设间距。

本实施例中，第三视频采集部件与第一视频采集部件111及第二视频采集部件112同时对准第一标记点310设置。当然，在本发明的其他实施方式中，第三视频采集部件与第一视频采集部件111及第二视频采集部件112同时对准第二标记点320设置。值得说明的是，第三视频采集部件与第一视频采集部件111的工作原理实质相同，在此不一一赘述。

参见图1，在一实施例中，所述数据采集装置120包括数据采集卡121以及多根连接线122，所述数据采集卡121通过所述连接线122连接所述第一视频采集部件111、所述第二视频采集部件112以及所述拉伸传感器220，所述数据采集卡121还通过所述连接线122与所述上位机130连接。数据采集卡121用于实现数据的采集，通过数据采集卡121接收实时图像信号的相关数据，并反馈给上位机130。数据采集卡121还能够采集拉伸试验机200进行单轴拉伸实验时拉伸传感器220检测的载荷数据，并反馈给上位机130。

而且，数据采集卡121与第一视频采集部件111、第二视频采集部件112、拉伸传感器220以及上位机130为电连接。也就是说，数据采集卡121与第一视频采集部件111、第二视频采集部件112、拉伸传感器220以及上位机130之间为有线连接。数据采集卡121通过连接线122分别电连接第一视频采集部件111与第二视频采集部件112，数据采集卡121还通过连接线122分别电连接上位机130以及拉伸传感器220。可选地，连接线122为数据线。

在一实施例中，所述数据采集装置120包括数据采集卡121以及无线传输模块，所述数据采集卡121通过所述无线传输模块传输连接所述第一视频采集部件111、所述第二视频采集部件112、所述拉伸传感器220以及所述上位机130。数据采集卡121还能够采集拉伸试验机200进行单轴拉伸实验时拉伸传感器220检测的载荷数据，并反馈给上位机130。

而且，数据采集卡121与第一视频采集部件111、第二视频采集部件112、拉伸传感器220以及上位机130为通信连接。也就是说，数据采集卡121与第一视频采集部件111、第二视频采集部件112、拉伸传感器220以及上位机130之间为无线连接。数据采集卡121通过无线传输模块分别电连接第一视频采集部件111与第二视频采集部件112，数据采集卡121还通过无线传输模块分别电连接上位机130以及拉伸传感器220。

本发明的标记点追踪应变测量设备100，在拉伸试验机200的夹具210旁固定距离设置第一视频采集部件111与第二视频采集部件112，从相互垂直的视角检测被测试样300的夹持角度等相关数据，保证被测试样300竖直夹持，并能够更加清晰的拍摄单轴拉伸实验过程中被测试样300的变形情况，便于后期确定被测试样300的应力应变关系。第一视频采集部件111与第二视频采集部件112通过连接线122连接数据采集卡121，数据采集卡121能够接收实时图像信号的相关数据，并通过连接线122向上位机130传输数据。

上位机130中预装计算机程序控制单轴拉伸实验，预装数据采集卡121相应的计算机程序运行环境，编程控制应变采集相应操作。在上位机130上运行，上位机130能够控制数据采集卡121用于实时采集单轴拉伸实验进程中第二标记点320相对于第一标记点310的位移、第一标记点310与第二标记点320的形变、载荷变化情况等参数，并对参数进行处理。

单轴拉伸实验时，按照单轴拉伸的标准流程安装被测试样300。通过拉伸试验机200的夹具210夹持被测试样300的两端，在两个夹具210间中心位置附近轴向标记两标记点，分别为第一标记点310与第二标记点320。

先进行预加载实验，第一标记点310与第二标记点320之间保留一定距离，用以对应变进行光学测量，通过游标卡尺测量第一标记点310与第二标记点320的径向直径。数据采集卡121实时采集实验进程中的相关参数，并传输至上位机130，通过代码编程进行储存及分析。

当预加载实验结束后，拉伸试验机200的应力归零时触发信号使第一视频采集部件111与第二视频采集部件112开始工作，记录拉伸试验机200工作阶段的被测试样300的相关参数。

具体的，计算机通过计算机程序编程的方式对被测试样300上的第二标记点320进行追踪，图像识别函数确定标第二标记点320的中心位置形状的中心以及第二标记点320的直径，记录初始状态下第一标记点310与第二标记点320的像素距离和像素直径，并随被测试样300被拉伸反复迭代记录实时更新的位置，测量第一标记点310与第二标记点320的轴向像素距离、径向的像素宽度，与相应时刻拉伸力一同记录并保存，直至触发结束信号。

上位机130通过数据采集卡121记录数据后，上位机130能够根据内部的计算机程序求得某时刻被测试样300的应力、应变，迭代得到整个单轴拉伸实验流程内被测试样300的应力应变关系，从而得到被测试样300的材料属性。

参见图1，以下为一实施例的被测试样300的拉伸实验过程及相应数据：

初始时刻t0拉伸力为0N时第一标记点310与第二标记点320之间像素距离为l，第一标记点310与第二标记点320的直径D0，第一标记点310与第二标记点320的直径方向像素数为d。单轴拉伸过程中某时刻t’，对应的拉伸力为F，第一标记点310与第二标记点320的像素距离为l’，第一标记点310与第二标记点320的直径方向像素数为d’，则可得出该时应变为(l’-l)/l。

以被测试样300横截面为圆形为例，该时刻被测试样300某标记点处截面面积为π(D0d’/d)2/4，该点应力为对应的拉伸力/此时刻截面面积，应力值为4F(d/D0d’)2/π。利用计算机程序实现上述公式，可求得某时刻被测试样300的应力、应变，迭代得到整个拉伸实验流程内被测试样300应力-应变关系，从而得到材料属性。

值得说明的是，拉伸实验过程的记录需要采用数据采集卡121以及利用计算机程序运行环境，将正式实验开始的触发信号传递给第一视频采集部件111与第二视频采集部件112，以控制第一视频采集部件111与第二视频采集部件112开机。第一视频采集部件111与第二视频采集部件112采集的图像信号等相关数据通过数据采集卡121实时传入上位机130进行分析处理，实验结束传递触发信号停机。通过第一视频采集部件111与第二视频采集部件112采集的相关数据可以实时定位第一标记点310与第二标记点320，以便于在拉伸实验进行的过程中实时记录应变。

本发明的标记点追踪应变测量设备100，通过第一视频采集部件111与第二视频采集部件112能够实现标记点的高精度定位，进而计算在拉伸载荷作用下被测试样300应变的变化情况。而且，该标记点追踪应变测量设备100可以实时采集图像数据并进行保存和计算，预估相关物理量，包括模量和极限应力等，取代后期图像和数据处理操作，缩减流程，提升科研效率。

而且，本发明的标记点追踪应变测量设备100能够适用于任一类型单轴的拉伸试验机200，实现相应的拓展功能，避免科研工作者从无到有的搭建实验台，在保证实验精度的前提下缩短科研工作的研发周期。并且，该标记点追踪应变测量设备100能够在拉伸实验过程中同步采集当前状态其中标记点位置，并实时计算相邻标记点在承受拉伸载荷状态下形变导致的距离相比于原始距离的变化情况，对应相同时间点的应力值，可以得到被测试样300的应力应变曲线数据。

参见图1和图2，本发明还提供一种标记点追踪应变测量的测量方法，应用于上述实施例中所述的标记点追踪应变测量设备100，所述测量方法包括如下步骤：

S100：将被测试样300安装于拉伸试验机200的夹具210；

S200：在所述被测试样300上间隔标记第一标记点310与第二标记点320；

S300：对所述被测试样300进行预加载，数据采集装置120采集预加载数据并反馈至上位机130；

S400：控制所述视频采集装置110记录所述被测试样的位移与形变数据，并通过所述数据采集装置120将所述被测试样300的位移与形变数据反馈至所述上位机130。

使用本发明的标记点追踪应变测量设备100配合拉伸试验机200进行单轴拉伸实验时，上位机130中预装计算机程序，利用计算机程序控制单轴拉伸实验，预装数据采集卡121相应的计算机程序运行环境，编程控制应变采集相应操作。再按照单轴拉伸的标准流程安装被测试样300。通过拉伸试验机200的夹具210夹持被测试样300的两端，在两个夹具210间中心位置附近轴向标记两标记点，分别为第一标记点310与第二标记点320。

随后，先对被测试样300进行预加载实验，数据采集卡121能够实时采集实验进程中的相关参数，并传输至上位机130，通过计算机程序编程进行储存及分析。预加载实验结束后，拉伸试验机200的应力归零时触发信号使第一视频采集部件111与第二视频采集部件112开始工作，记录拉伸试验机200工作阶段的被测试样300的相关参数具体为位移与形变数据，并通过数据采集装置120将被测试样300的位移与形变数据反馈至上位机130。

参见图1至图3，在一实施例中，所述控制所述视频采集装置110记录所述被测试样的位移与形变数据，并通过所述数据采集装置120将所述被测试样300的位移与形变数据反馈至所述上位机130的步骤，包括：

S410：控制所述第一视频采集部件111与所述第二视频采集部件112采集所述第二标记点320与所述第一标记点310的位移与形变数据，并反馈给数据采集装置120；

S420：控制拉伸传感器220采集载荷数据，并反馈给所述数据采集装置120；

S430：所述数据采集装置120将所述位移与形变数据及所述载荷数据反馈给上位机130；

S440：所述上位机130处理所述位移与形变数据及所述载荷数据，得到所述被测试样300的应力应变关系。

拉伸试验机200进行单轴拉伸实验时，第一视频采集部件111与所第二视频采集部件112能够采集第二标记点320相对于第一标记点310的位移与形变数据，并反馈给数据采集卡121。拉伸传感器220也能够将载荷数据反馈给数据采集卡121，数据采集卡121能够将位移与形变数据、载荷数据反馈给上位机130，上位机130能够根据内部的计算机程序程序求得某时刻被测试样300的应力、应变，迭代得到整个单轴拉伸实验流程内被测试样300的应力应变关系，从而得到被测试样300的材料属性。

参见图1至图4，在一实施例中，所述控制第一视频采集部件111与第二视频采集部件112采集所述第二标记点320与所述第一标记点310的位移与形变数据包括如下步骤：

S411：控制所述第一视频采集部件111与所述第二视频采集部件112采集初始状态时所述第一标记点310与所述第二标记点320的像素间距与像素直径；

S412：对所述第二标记点320的位置进行追踪；

S413：控制所述第一视频采集部件111与所述第二视频采集部件112采集所述第二标记点320的直径；控制所述第一视频采集部件111与所述第二视频采集部件112采集所述第一标记点310与所述第二标记点320的轴向像素距离与径向的像素宽度。

计算机通过代码编程的方式，能够控制第一视频采集部件111与第二视频采集部件112对被测试样300上的第二标记点320进行追踪，图像识别函数确定标第二标记点320的中心位置形状的中心以及第二标记点320的直径，记录初始状态下第一标记点310与第二标记点320的像素距离和像素直径，并随被测试样300被拉伸反复迭代记录实时更新的位置，测量第一标记点310与第二标记点320的轴向像素距离、径向的像素宽度，与相应时刻拉伸力一同记录并保存，直至触发结束信号。

参见图1、图2和图5，在一实施例中，所述对所述被测试样300进行预加载，数据采集装置120采集预加载数据并反馈至上位机130的步骤包括：

S310：测量所述第一标记点310与所述第二标记点320的径向直径以及轴向间距，并反馈至所述数据采集装置120；

S20：所述数据采集装置120采集所述径向直径以及轴向间距数据反馈至所述上位机130进行存储与分析。

进行预加载实验时，第一标记点310与第二标记点320之间保留一定距离，用以对应变进行光学测量，通过游标卡尺测量第一标记点310与第二标记点320的径向直径。数据采集卡121实时采集实验进程中的相关参数，并传输至上位机130，通过代码编程进行储存及分析。

参见图1，本发明还提供一种拉伸实验系统10，包括拉伸试验机200及上述实施例中所述的标记点追踪应变测量设备100；所述拉伸试验机200用于夹持被测试样300，所述标记点追踪应变测量设备100采集所述被测试样300的位移与形变数据，还用于采集所述拉伸试验机200中拉伸传感器220的载荷数据。

本发明的拉伸实验系统10，通过标记点追踪应变测量设备100与拉伸试验机200的配合实现第一标记点310与第二标记点320的高度定位，进而使得拉伸实验系统10能够适用于小尺寸的被测试样300，保证被测试样300应力应变关系计算准确，进而得到被测试样300的应力应变曲线。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (11)

1.一种标记点追踪应变测量设备，其特征在于，用于追踪拉伸试验机拉伸过程中被测试样的第一标记点与第二标记点，所述标记点追踪应变测量设备包括：

视频采集装置，包括第一视频采集部件与第二视频采集部件，分别用于设置于所述被测试样的两侧，并同时对准所述被测试样的所述第一标记点与所述第二标记点中的一个，用于采集所述第二标记点与所述第一标记点的位移与形变数据；

数据采集装置，与所述视频采集装置及所述拉伸试验机的拉伸传感器传输连接，用于采集所述视频采集装置所采集的所述位移与形变数据，还用于采集所述拉伸传感器的载荷数据；以及

上位机，与所述数据采集装置传输连接，用于接收并处理所述数据采集装置所采集的位移与形变数据以及所述载荷数据。

2.根据权利要求1所述的标记点追踪应变测量设备，其特征在于，所述第一视频采集部件及所述第二视频采集部件与所述被测试样处于同一水平面。

3.根据权利要求1所述的标记点追踪应变测量设备，其特征在于，所述第一视频采集部件的轴线与所述被测试样的拉伸方向垂直；

所述第二视频采集部件的轴线与所述被测试样的拉伸方向垂直。

4.根据权利要求1所述的标记点追踪应变测量设备，其特征在于，所述标记点追踪应变测量设备还包括至少一个第三视频采集部件，所述第三视频采集部件与所述第一视频采集部件同时对准所述被测试样的所述第一标记点与所述第二标记点中的一个，至少一个所述第三视频采集部件设置于所述被测试样的周侧，并与所述第一视频采集部件、第二视频采集部件存在周向间距。

5.根据权利要求1至4任一项所述的标记点追踪应变测量设备，其特征在于，所述数据采集装置包括数据采集卡以及多根连接线，所述数据采集卡通过所述连接线连接所述第一视频采集部件、所述第二视频采集部件以及所述拉伸传感器，所述数据采集卡还通过所述连接线与所述上位机连接。

6.根据权利要求1至4任一项所述的标记点追踪应变测量设备，其特征在于，所述数据采集装置包括数据采集卡以及无线传输模块，所述数据采集卡通过所述无线传输模块传输连接所述第一视频采集部件、所述第二视频采集部件、所述拉伸传感器以及所述上位机。

7.一种标记点追踪应变测量的测量方法，其特征在于，所述测量方法包括如下步骤：

将被测试样安装于拉伸试验机的夹具；

在所述被测试样上间隔标记第一标记点与第二标记点；

对所述被测试样进行预加载，数据采集装置采集预加载数据并反馈至上位机；

控制视频采集装置记录所述被测试样的位移与形变数据，并通过所述数据采集装置将被测试样的位移与形变数据反馈至所述上位机。

8.根据权利要求7所述的测量方法，其特征在于，所述控制视频采集装置记录所述被测试样的位移与形变数据，并通过所述数据采集装置将被测试样的位移与形变数据反馈至所述上位机的步骤，包括：

控制所述第一视频采集部件与所述第二视频采集部件采集所述第二标记点与所述第一标记点的位移与形变数据，并反馈给数据采集装置；

控制拉伸传感器采集载荷数据，并反馈给所述数据采集装置；

所述数据采集装置将所述位移与形变数据及所述载荷数据反馈给上位机；

所述上位机处理所述位移与形变数据及所述载荷数据，得到所述被测试样的应力应变关系。

9.根据权利要求8所述的测量方法，其特征在于，所述控制第一视频采集部件与第二视频采集部件采集所述第二标记点与所述第一标记点的位移与形变数据包括如下步骤：

控制所述第一视频采集部件与所述第二视频采集部件采集初始状态时所述第一标记点与所述第二标记点的像素间距与像素直径；

对所述第二标记点的位置进行追踪；

控制所述第一视频采集部件与所述第二视频采集部件采集所述第二标记点的直径；控制所述第一视频采集部件与所述第二视频采集部件采集所述第一标记点与所述第二标记点的轴向像素距离与径向的像素宽度。

10.根据权利要求7所述的测量方法，其特征在于，所述对所述被测试样进行预加载，数据采集装置采集预加载数据并反馈至上位机的步骤包括：

测量所述第一标记点与所述第二标记点的径向直径以及轴向间距，并反馈至所述数据采集装置；

所述数据采集装置采集所述径向直径以及轴向间距数据反馈至所述上位机进行存储与分析。

11.一种拉伸实验系统，其特征在于，包括拉伸试验机及如权利要求1至6任一项所述的标记点追踪应变测量设备；

所述拉伸试验机用于夹持被测试样，所述标记点追踪应变测量设备用于采集所述被测试样的位移与形变数据，还用于采集所述拉伸试验机中拉伸传感器的载荷数据。

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