CN204359278U

CN204359278U - 一种侧膨胀值光学测量系统

Info

Publication number: CN204359278U
Application number: CN201520049335.2U
Authority: CN
Inventors: 桂乐乐; 寿比南; 徐彤
Original assignee: China Special Equipment Inspection and Research Institute
Current assignee: China Special Equipment Inspection and Research Institute
Priority date: 2015-01-23
Filing date: 2015-01-23
Publication date: 2015-05-27
Anticipated expiration: 2025-01-23

Abstract

本实用新型提供一种侧膨胀值光学测量系统，包括：载物台、平行光源、工业相机、图像输出装置；其中，所述工业相机具有双远心镜头，所述双远心镜头与所述平行光源正对设置且构成平行光路；所述载物台设于所述平行光源和所述双远心镜头之间，用于承载待测冲击试样，其中所述待测冲击试样的断口朝上、缺口面朝向所述平行光源；所述工业相机用于对所述待测冲击试样拍照；所述图像输出装置用于输出所述工业相机拍照得到的图像。本实用新型通过模拟投影效果，获得的照片能精确反映待测冲击试样的轮廓，从而能够很方便地确定原始宽度和膨胀部位最高点的位置，满足测量侧向膨胀值的要求，扩展了投影仪测定法在侧膨胀值测定领域的应用。

Description

一种侧膨胀值光学测量系统

技术领域

本实用新型涉及金属材料侧膨胀值测定领域，具体地，涉及一种侧膨胀值光学测量系统。

背景技术

在评定焊接工艺时，侧向膨胀值是衡量不锈钢材料冲击韧性的重要指标之一。GB/T12778-2008、ASTM E23-2007、GB/T 229-2007等给出了侧向膨胀值的三种常用测定方法：游标卡尺测定法、侧膨胀仪测定法和投影仪测定法。

其中，游标卡尺测定法是实验室人员最常用的方法，但冲击断口是三维变形，被测的两点通常不在同一平面或同一直线上。这种情况下，用游标卡尺测量时误差不可避免。此外，对于那些变形较大(特别是非标准试样)的冲击试样，缺口背面通常呈不规则弧线，而非理想的直线，因此背面不可能完全重合；即便冲击后两截试样连在一起，侧面也不一定位于同一平面上。

而当运用侧膨胀仪测定法时，同样会遇到断口下侧面不平而无法紧贴V型基准块或侧膨胀部位最高点判断不准等问题，从而影响测量准确度。

利用投影原理测量侧膨胀值能有效规避上述两种方法遇到的问题，因此该法也是仲裁时推荐的方法，但由于目前投影仪在市场上已经很难买到，限制了投影仪测定法的应用。

由此可见，在侧膨胀值测定领域，现有的三种测量方法中投影仪测定法具有较好的测量效果，但受到投影仪应用的影响，限制了这种方法的应用。

实用新型内容

本实用新型实施例的主要目的在于提供一种侧膨胀值光学测量系统，用于模拟投影效果，以便利用投影仪测定法测量侧膨胀值。

为了实现上述目的，本实用新型实施例提供一种侧膨胀值光学测量系统，包括：载物台、平行光源、工业相机；

其中，所述工业相机具有双远心镜头，所述双远心镜头与所述平行光源正对设置且构成平行光路；

所述载物台设于所述平行光源和所述双远心镜头之间，用于承载待测冲击试样，其中所述待测冲击试样的断口朝上、缺口面朝向所述平行光源；

所述工业相机用于对所述待测冲击试样拍照，并输出拍照得到的图像。

借助于上述技术方案，本实用新型利用平行光源和双远心镜头形成的平行光路来模拟投影效果，并用工业相机对待测冲击试样拍照，获得的照片能精确反映待测冲击试样的侧面轮廓，从而能够很方便地确定原始宽度和膨胀部位最高点的位置，满足测量侧向膨胀值的要求，提高侧膨胀值计算结果的准确程度，另外，本实用新型通过模拟投影效果，扩展了投影仪测定法在侧膨胀值测定领域的应用。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型提供的侧膨胀值光学测量系统的结构示意图；

图2是对工业相机拍照得到的图像；

图3(a)是具有夹具的侧膨胀值光学测量系统的结构示意图；

图3(b)是图3(a)中的夹具沿剖面线A-A的剖面示意图；

图3(c)是待测冲击试样与夹具的立体示意图；

图4是夹具厚度为9mm，待测冲击式样的高度为27mm的示意图；

图5是基于本实用新型原理的一具体实施例的结构示意图；

图6是一个夹具中同时设置两个待测冲击试样的示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本文中，需要理解的是，所涉及的术语“待测冲击试样”为一整个冲击试样经过夏比冲击试验之后形成的具有断口的半截冲击试样。夏比冲击试验中，具有原始宽度的侧面经冲击发生一定的形变，成为待测冲击试样的实际侧面，但在实际侧面中有一部分区域还保持有原始宽度，这部分区域称作“原始宽度区”。所涉及的术语“膨胀部位最高点”是经过夏比冲击试验之后，待测冲击试样的实际侧面中相对于原始宽度发生膨胀最显著的位置；所涉及的术语“原始宽度区的投影”是“原始宽度区”在工业相机拍照得到的图像中的投影，“膨胀部位最高点的投影”是“膨胀部位最高点”在工业相机拍照得到的图像中的投影。

此外，附图中的任何元素数量均用于示例而非限制，以及任何命名都仅用于区分，而不具有任何限制含义。

实用新型概述

本实用新型提供一种侧膨胀值光学测量系统，如图1所示，包括：载物台11、平行光源12、工业相机13和图像输出装置15。

工业相机13具有双远心镜头14，双远心镜头14与平行光源12正对设置且构成平行光路；载物台11设于平行光源12和双远心镜头14之间，用于承载待测冲击试样，其中待测冲击试样以断口朝上、缺口面(即带有缺口的一面)朝向平行光源12的状态静置于载物台11上；工业相机13用于对待测冲击试样拍照；图像输出装置15输出工业相机13拍照得到的图像。

具体的，基于双远心镜头具有高分辨率、超宽景深、超低畸变以及独有的平行光设计等特点，本实用新型利用双远心镜头与平行光源配合形成通过待测冲击试样的平行光路，以模拟投影效果，在此基础上用工业相机对待测冲击试样拍照，获得的照片能精确、不变形地反映出待测冲击试样的侧面轮廓(图2所示为工业相机拍照得到的图像示例)，该侧面轮廓既包含了原始宽度区的投影，又包含了膨胀部位最高点的投影，因此通过该侧面轮廓既能够识别出待测冲击试样的原始宽度，又能够识别出膨胀部位最高点的位置，进而可以利用这二者计算侧膨胀值。尤其对于那些侧面不够平整，人眼较难确定膨胀部位最高点的冲击试样，利用图像能准确、简便地定位出膨胀部位最高点，提高侧膨胀值计算结果的准确程度。此外，本实用新型通过模拟投影效果，扩展了利用投影仪测定法在侧膨胀值测定领域的应用。

其中，图像输出装置15可以是打印机或显示器，基于图像输出装置15输出的图像，就可以通过(包括但不限于)人工(例如利用打印机输出的图像)或计算机(例如利用显示器输出的图像)等识别出待测冲击试样的原始宽度和膨胀部位最高点的位置，进而计算得到待测冲击试样的侧膨胀值。

需要说明的是，在实施本实用新型时，为了保证投影效果，使工业相机对待测冲击试样拍照获得的照片能足够精确地反映待测冲击试样的轮廓，平行光源和双远心镜头应处于正对位置，以构成平行光路，较佳的，还应使平行光源和双远心镜头应具有相同的镜片组结构。

在介绍了本实用新型的基本原理之后，下面具体介绍本实用新型的各种非限制性实施方式。

由于需要根据工业相机拍照得到的图像来识别膨胀部位最高点的位置和原始宽度，因此，首先要使工业相机拍照得到的图像，能准确、不变形地显现出待测冲击试样的侧面轮廓。考虑到这一点，本实用新型可以在图1所示系统的载物台上设置一夹具，以明确限定待测冲击试样在双远心镜头前的位置，例如图3(a)所示，设置于载物台11上的夹具16呈U型，其U型凹槽朝向平行光源，U型凹槽的内底面垂直于双远心镜头14与平行光源12构成的平行光路，图3(b)为图3(a)中沿A-A剖面线得到的夹具16剖面示意图，如图3(c)所示，待测冲击试样静置于载物台上时，其缺口背面(即缺口面的背面)紧贴夹具16的U型凹槽内底面。由于U型凹槽的内底面是垂直于双远心镜头14和平行光源12构成的平行光路，因此待测冲击试样的缺口背面也是垂直于该平行光路，从而待测冲击试样的侧面就尽可能地投影于双远心镜头14中，在此情况下，工业相机13拍照得到的图像就能准确、不变形地显现出待测冲击试样的侧面轮廓。

在夏比冲击试验中，金属试样受到砧座的约束，其端部会发生微小的塑性变形，这部分区域即对应待测冲击试样中靠近其底部的一段区域，由于这部分区域发生了塑性变形，因此在识别原始宽度和膨胀部位最高点时应予以忽略，否则将影响最终的测量结果。

考虑到这一点，本实用新型可以令以上夹具具有一定的厚度，以遮挡待测冲击试样的底部及其附近发生了塑性变形的区域，方便后续识别原始宽度和膨胀部位最高点，如图3(c)所示，待测冲击试样静置于载物台上时，其一个侧面紧贴夹具16的U型凹槽内侧面，且其缺口背面紧贴夹具16的U型凹槽内底面，工业相机拍照得到的图像中，该夹具遮挡了待测冲击试样的底部及其附近发生了塑性变形的区域，即在拍照得到的图像中已预先消除了这部分塑性变形区域，方便后续识别原始宽度和膨胀部位最高点。

GB/T 229-2007中规定了冲击试样的标准尺寸长度为55mm，按照该标准执行夏比冲击试验得到的半截冲击试样长度应约为27mm，也就是说，本实用新型中的待测冲击试样的高度(从底部至断口)应约为27mm，考虑到这一点，在一种较佳的实施例中，如图4所示，可以设计夹具的厚度为9mm，即能够遮挡住待测冲击试样从底部至9mm高度这一区域，这部分区域基本对应于底部发生了塑性形变的区域。

由于夏比冲击试验是将一整个金属试样冲击成为两个半截的金属试样，也就是会有相匹配的两个待测冲击试样，一般需要对这种匹配的两个待测冲击试样分别测量侧膨胀值，为了提高测量效率，在一种较佳的实施例中，可以将相匹配的两个待测冲击试样同时放在U型夹具中，如图6所示，两个待测冲击试样分别紧贴于U型凹槽的两个内侧壁，这种情况下，工业相机同时得到两个待测冲击试样的投影图像，后续可分别对两个待测冲击试样的投影图像识别原始宽度和膨胀部位最高点，得到相应的侧膨胀值。

需要说明的是，为了使工业相机能同时得到两个待测冲击试样的图像，需要确保位于同一夹具中的两个待测冲击试样在双远心镜头中的投影不重叠。

以上相互匹配的两个待测冲击试样只是一种举例，本领域技术人员应当理解的是，设置于同一夹具中的两个待测冲击试样也可以是不匹配的。

另外，为了进一步提高测量效率，本实用新型还可以在载物台上设置多个夹具，每一夹具可至少放入一个待测冲击试样，只要保证各夹具在双远心镜头中的投影不重叠，各待测冲击试样在双远心镜头中的投影不重叠即可。

示例性装置

以下介绍根据本实用新型的基本原理设计形成的一具体实施例。需要注意的是，下述实施例仅是为了便于理解本实用新型的精神和原理而示出，本实用新型的实施方式在此方面不受任何限制。

如图5所示为一个侧膨胀值光学测量系统，包括：载物台501、夹具502、平行光源503、工业相机504、控制器505、载物台支撑架506、相机支撑架507、光源支撑架508、镜头调整机构509、光源调整机构510、滑轨511、打印机512。

其中，工业相机504具有双远心镜头513，且双远心镜头513与平行光源503正对设置；载物台501设于平行光源503和双远心镜头513之间；夹具502呈U型，厚度为9mm，设置于载物台501上；载物台支撑架506的顶部固定连接载物台501，底部滑动连接滑轨511；相机支撑架507的顶部固定连接工业相机504，底部滑动连接滑轨511；光源支撑架508的顶部固定连接平行光源503，底部滑动连接滑轨511；镜头调整机构509连接双远心镜头513，用于调整双远心镜头的方向，以便与平行光源503正对，构成平行光路；光源调整机构510连接平行光源503，用于调整光源的方向，以便与双远心镜头513正对，构成平行光路。

执行测量时，待测冲击试样的断口朝上、缺口朝向平行光源503，一个侧面紧贴夹具502的U型凹槽内侧面，缺口背面紧贴夹具502的U型凹槽内底面；启动平行光源503发出平行光线，再启动工业相机504执行拍照，最后由打印机512输出工业相机504拍照得到的图像，利用该打印的图像即可计算出该待测冲击试样的侧膨胀值。

综上所述，本实用新型实施例提供的侧膨胀值光学测量系统具有以下有益效果：

(1)利用平行光源和双远心镜头形成平行光路来模拟投影效果，用工业相机对待测冲击试样拍照获得的照片能精确反映待测冲击试样的侧面轮廓，进而可方便地确定原始宽度和膨胀部位最高点的位置，满足测量侧向膨胀值的要求；

(2)利用夹具保证待测冲击试样的缺口背面能够垂直于平行光源和双远心镜头构成的平行光路，确保了工业相机拍照获得的照片能精确、不变形地反映待测冲击试样的侧面轮廓，保证了计算结果的准确性；另外，可利用夹具遮挡待测冲击试样的底部发生了塑性形变的区域，给识别待测冲击试样的原始宽度和膨胀部位最高点提供了方便；

(3)能同时对多个待测冲击试样进行投影拍照，大大提高了测量效率。

以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种侧膨胀值光学测量系统，其特征在于，包括：载物台、平行光源、工业相机、图像输出装置；

所述工业相机用于对所述待测冲击试样拍照；

所述图像输出装置用于输出所述工业相机拍照得到的图像。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：夹具；

所述夹具呈U型，所述夹具的U型凹槽朝向所述平行光源，且所述U型凹槽的内底面垂直于所述平行光路；

所述待测冲击试样的缺口背面紧贴所述U型凹槽的内底面。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述夹具的厚度为9mm。

4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述夹具的U型凹槽的两个内侧壁分别与两个待测冲击试样的侧面紧贴，且所述两个待测冲击试样在所述双远心镜头中的投影不重叠。

5.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述载物台上设置至少一个所述夹具，各夹具在所述双远心镜头中的投影不重叠。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：载物台支撑架、相机支撑架、光源支撑架、镜头调整机构、光源调整机构和滑轨；

所述载物台支撑架的顶部固定连接所述载物台，底部滑动连接所述滑轨；

所述相机支撑架的顶部固定连接所述工业相机，底部滑动连接所述滑轨；

所述光源支撑架的顶部固定连接所述平行光源，底部滑动连接所述滑轨；

所述镜头调整机构连接所述双远心镜头，用于调整所述双远心镜头的方向，以使所述双远心镜头正对所述平行光源；

所述光源调整机构连接所述平行光源，用于调整所述平行光源的方向，以使所述平行光源正对所述双远心镜头。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述图像输出装置为打印机或者显示器。