CN1693874A - 高精度拉伸位移测量方法 - Google Patents

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王琰蕾
李明
姜锦虎
杨勇
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Abstract

本发明公开了一种高精度拉伸位移测量方法，它采用两个数字摄像器件，在被测试件的工作段内设置两个标识，使两个数字摄像器件成像靶面位于同一平面内，摄像器件位于标识前方且摄像器件靶面连线平行于两标识连线，摄像器件分别采集被测试件上对应标识发生位移变化前、后的光信号，将该信号转换为数字图像信号后输入计算机进行数据处理，输出测量结果。由于本发明采用两摄像器件分别采集设置于工作段两标识，因此有效地消除了试件在拉伸过程中由于试件滑移而产生的测量误差；该测量方法还具有高精度、非接触式和准实时等优点，因此具有广阔的应用前景。

Description

高精度拉伸位移测量方法
                         技术领域
本发明涉及一种测量试件在受热或受力状态下长度变化量及应变的方法，特别涉及一种采用光学技术，非接触式、高灵敏度测量拉伸位移的方法。
                         背景技术
材料在外力作用下呈现的有关强度和变形方面的特性，称为材料的力学性能。拉伸试验是测定材料力学性能的主要试验。在做拉伸试验时，将材料做成标准的试样，使其几何形状和受力条件都能符合轴向拉伸的要求。试件拉伸时，通过安装在试验机移动端的位移传感器测量试件拉伸位移。应变则通过位移传感器测量拉伸位移值与试件原长的比值来计算。试件在拉伸过程中的伸长量不仅反映了试件抵抗变形的能力，也是衡量材料塑性的一个重要指标。现有拉伸仪上，位移传感器测量拉压位移存在以下几个问题：1、位移传感器测量的伸长量为拉压时安装位移传感器端夹头位移量，而不是工作段的伸长，两端部是非均匀应变区，中间工作区为均匀应变区，因此将引入较大误差。2、试件在拉伸过程中可能发生滑移，而在这种情况下，现有的位移传感器将此位移也计入试件变形伸长，给伸长量的计算带来很大误差。3、现有位移传感器位移测量精度不高，无法给出材料拉伸过程中应变的准确值。而延伸率的测量则是试件拉断后，拼接断裂试件，然后人工利用游标卡尺测量两标识线之间的距离来计算试件延伸率。此种方法测量较为麻烦，且人为因素对测量结果有一定的影响。对于新型材料和包装柔性材料，此方法并不适用。因为一些柔性材料在拉伸后，卸载测量其伸长量时，由于材料粘弹性，在卸载后材料分子重新排列，使得卸载后材料拉伸量与有载荷时有着较大区别。目前，对于柔性材料拉伸位移的测量尚无理想的方法。
                         发明内容
本发明的目的在与克服现有技术中存在的不足，提供一种精确度高、结果准确的材料拉伸位移的测量方法。
本发明所采用的高精度拉伸位移测量方法，其技术方案是：在被测试件的工作段内设置两个标识，两个对应的数字摄像器件成像靶面位于同一平面内，摄像器件位于标识前方且摄像器件靶面连线平行于两标识连线，摄像器件分别采集被测试件上对应标识发生位移变化前、后的光信号，将该信号转换为数字图像信号后输入计算机进行数据处理，输出测量结果。
所述的数字摄像器件由CCD和图像采集卡组成，图像采集卡的输出信号直接输入到计算机进行数据处理；所述的数字摄像器件还可为数码摄像器件或数码相机，其输出信号直接输出到计算机进行数据处理。
本发明高精度拉伸位移测量方法的工作原理是：当试件受到拉伸或压缩时，试件两标识之间的材料也受到拉伸或压缩，标识之间的距离发生了变化，两摄像器件分别采集变形后标识的数字图像并与变形前数字图像进行相关运算，可以分别计算出两标识在拉伸过程中的位移量，两位移量相减即可得试件拉伸或压缩时工作段的伸长或压缩量。摄像系统在1∶1成像条件下，可以使位移测量的精度优于1μm，测量应变灵敏度可达1微应变，应变测量最大值20000微应变以上。在试件拉伸过程两端部均有可能出现滑移现象，而无论在哪一端产生滑移，均会使两标识产生相同的位移量。因此两标识位移量相减后此部分位移将全部消去，从而使试件在拉伸过程中由于拉伸产生的误差得以消除。即试件的滑移对测量结果不产生影响。另外，两标识均设置在试件工作段，测量结果为两标识段之间工作段伸长或压缩量，保证了测量区域为均匀应变区，两端非均匀应变区的变形对测量结果没有影响，从而大大提高了系统测量准确度。
由于两标识之间的相对位移量反映了两标识之间工作段的变形，因此测量系统采用双摄像装置，每个摄像装置只对一个标识点的变形进行记录，在摄像器件分辨率一定的情况下，大大提高系统位移、应变测量灵敏度。
本方法同样适用于试件在受热膨胀时两点之间伸长量的测量，同样采用本发明可以消除传统方法中端部变形对测量结果的影响。
与现有技术相比，本发明所述的技术方案具有以下明显的进步和优点：
1、本发明由于采用了双摄像器件分别采集工作段上对应标识点，因此，有效地消除了试件在拉伸过程中由于滑移而产生的测量误差，提高了测量的准确性。
2、两标识均设在工作段，使得最终测量所得伸长量为真正工作段伸长，消除了两端部非均匀拉伸区对测量结果产生的影响。
3、本发明采用数字摄像技术，具有非接触测量的优点，是一种测量精度高、准实时且无需特殊隔振装置的光学测量方法，且测量简单，容易掌握，应用前景广阔。
                         附图说明
图1是本发明高精度拉伸位移测量方法实施例的工作原理图。
其中：1、对应于采集标识1信号的数字图像成像装置；2、对应于采集标识2信号的数字图像成像装置。
                       具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明的技术方案作进一步的阐述。
实施例1：
参见附图1，在被测试件的工作段上分别设置标识1、标识2，其间距取为100mm，对应于采集标识1信号的数字图像成像装置1和对应于采集标识2信号的数字图像成像装置2均采用相同的CCD，其镜头焦距为35mm，两CCD成像靶面位于同一平面内，CCD位于标识前方且CCD靶面连线平行于两标识连线。两CCD分别采集对应一个标识的数字图像，两幅数字图像分别存储于图像卡存储器的1，2两帧内。
由拉伸试验机对试件进行加载，然后分别采集试件变形后两标识的数字图像，存于3，4两帧，利用计算机分别对1，3和2，4作相关搜索运算，分别计算两标识在CCD靶面上移动像素数。由两CCD成像系统的放大倍数和上述像素数计算两标识位移量，标识1与标识2位移相减可得到两标识之间伸长或压缩量。由此伸长或压缩量，可以计算出工作段受力应变值。
实施例2：
在金属铜棒上相距100mm的地方粘贴两标识，使用CCD1和CCD2作为数字图像成像装置，CCD的镜头焦距为35mm，两CCD成像靶面位于同一平面内，CCD位于标识前方且CCD靶面连线平行于两标识连线。采集两幅数字图像分别存储于图像卡存储器1，2两帧内，记录当前环境温度。利用水蒸汽使铜棒升温至100℃，然后分别采集试件变形后两标识的数字图像，存于3，4两帧，利用计算机分别对1，3和2，4作相关搜索运算，分别计算两标识在CCD靶面上移动像素数，由两CCD成像系统的放大倍数和上述像素数计算两标识位移量，标识1与标识2位移相减可得到两标识之间伸长量。由此伸长量，可以计算出材料线膨胀系数。

Claims (3)

1、一种高精度拉伸位移测量方法，其特征在于：在被测试件的工作段内设置两个标识，两个对应的数字摄像器件成像靶面位于同一平面内，摄像器件位于标识前方且摄像器件靶面连线平行于两标识连线，摄像器件分别采集被测试件上对应标识发生位移变化前、后的光信号，将该信号转换为数字图像信号后输入计算机进行数据处理，输出测量结果。
2、根据权利要求1所述的一种高精度拉伸位移测量方法，其特征在于：所述的数字摄像器件由CCD和图像采集卡组成，图像采集卡的输出信号直接输入到计算机进行数据处理。
3、根据权利要求1所述的一种高精度拉伸位移测量方法，其特征在于：所述的数字摄像器件为数码摄像器件或数码相机，其输出信号直接输出到计算机进行数据处理。
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