CN205825909U - 一种具有弹性夹具的侧膨胀值光学测量系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种具有弹性夹具的侧膨胀值光学测量系统，包括：载物台、平行光源、工业相机、图像输出装置和弹性夹具；其中，弹性夹具包括固定块、移动块和弹性构件；固定块固定于载物台上；移动块设于载物台上，能够相对固定块移动；弹性构件的两端分别连接固定块和移动块，弹性构件的拉伸力使固定块和移动块固定夹紧放置于二者之间的待测冲击试样。本实用新型通过弹性夹具的固定块和移动块夹紧固定待测冲击试样，使待测冲击试样能够稳固位于载物台上，以便在工业相机和平行光源形成的平行光路中获得能够显现待测冲击试样的侧面轮廓的照片，为测量侧向膨胀值提供精确的图像数据基础。

Description

一种具有弹性夹具的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，涉及一种具有弹性夹具的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/T 12778-2008、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。

申请号为201520049335.2的中国实用新型专利提供了一种侧膨胀值光学测量系统，其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，能够很方便地确定原始宽度和膨胀部位最高点的位置，满足了测量侧向膨胀值的要求。

实用新型内容

但是，本实用新型的发明人发现，申请号为201520049335.2的中国实用新型专利所提供的侧膨胀值光学测量系统在使用中存在如下缺陷：待测冲击试样只是紧贴于夹具放置， 不够稳固，当载物台或者夹具受到轻微撞击时，待测冲击试样很容易歪斜甚至倒下，导致工业相机拍得的照片不能精确反映待测冲击试样的侧面轮廓，不能达到准确测量侧向膨胀值的目的。

为了克服以上缺陷，本实用新型的发明人对侧膨胀值光学测量系统进行了改进，提供一种具有弹性夹具的侧膨胀值光学测量系统，包括：载物台、平行光源、工业相机、图像输出装置和弹性夹具；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；所述载物台设置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；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；

所述弹性夹具包括：固定块、移动块和弹性构件；

所述固定块固定于所述载物台上；

所述移动块设于所述载物台上，能够相对所述固定块移动；

所述弹性构件的两端分别连接所述固定块和所述移动块，所述弹性构件的拉伸力使所述固定块和所述移动块固定夹紧放置于二者之间的待测冲击试样。

借助于上述技术方案，本实用新型通过弹性夹具的固定块和移动块夹紧固定待测冲击试样，使待测冲击试样能够稳固位于载物台上，以便在工业相机和平行光源形成的平行光路中获得能够显现待测冲击试样的侧面轮廓的照片，为测量侧向膨胀值提供精确的图像数据基础。

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性的前提下，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具有弹性夹具的侧膨胀值光学测量系统的结构示意图；

图2是工业相机对待测冲击试样拍照得到的图像；

图3是基于本实用新型原理的一侧膨胀值光学测量系统实施例的结构示意图；

图4(a)是基于本实用新型原理的一弹性夹具实施例的俯视示意图；

图4(b)是基于本实用新型原理的一弹性夹具实施例的侧视示意图。

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、图像输出装置15和弹性夹具16。

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设置于平行光源12和双远心镜头14之间，用于承载待测冲击试样；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。

弹性夹具16设置于载物台11上，用于固定待测冲击试样。弹性夹具16包括固定块161、移动块162和弹性构件163。其中，固定块161固定于载物台11上；移动块162设于载物台11上，能够相对于固定块161移动；弹性构件163的两端分别连接固定块161和移动块162；当将待测冲击试样放置于固定块161和移动块162之间时，弹性构件163的拉伸力使固定块161和移动块162夹紧并固定住待测冲击试样。

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。

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。

本实用新型通过弹性夹具的固定块和移动块夹紧固定待测冲击试样，使待测冲击试样能够稳固位于载物台上，以便在工业相机和平行光源形成的平行光路中获得能够显现待测冲击试样的侧面轮廓的照片，为测量侧向膨胀值提供精确的图像数据基础。

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。

为了达到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的目的，应确保工业相机拍得的照片能够准确、不变形地显现出待测冲击试样的侧面轮廓，这就需要确保待测冲击试样的缺口面(即带有缺口的一面)和缺口背面(即缺口面的背面)垂直于平行光源和双远心镜头形成的平行光路，具体实施时，可通过在工业相机进行拍照时执行如下两点来实现：(1)令固定块和移动块分别夹住待测冲击试样的缺口面和缺口背面；(2)令固定块与移动块的用于夹住待测冲击试样的侧面(即紧贴缺口面和缺口背面的侧面)垂直于平行光源和双远心镜头形成的平行光路。

为了方便调整固定块与移动块的位置，使二者用于夹住待测冲击试样的侧面垂直于平行光路，本实用新型可将载物台固定于一可旋转的旋转台上，通过该旋转台带动载物台旋转，达到调整固定块和移动块的位置的目的。

具体实施时，由于待测冲击试样的膨胀部位最高点一般位于断口附近，因此应使待测冲击试样以断口朝上的状态放置于载物台上，以便断口暴露于平行光路中，达到投影的目的。

实际测试中，待测冲击试样的表面可能不够平整，即便令固定块和移动块的用于夹住待测冲击试样的侧面垂直于平行光路，这种表面的不平整也可能会导致待测冲击试样被夹住后，其缺口面和缺口背面不能垂直于平行光路，进而导致待测冲击试样的侧面不能真实 地投影显现于拍得的照片中。为了解决以上问题，本实用新型在移动块的用于夹住待测冲击试样的侧面设置一个弹性缓冲垫(例如可以是硅胶材料的)，利用弹性缓冲垫与待测冲击试样不够平整的表面相接触，可弥补这种不平整导致的以上缺陷，确保待测冲击试样的侧面尽可能真实地投影显现于拍得的照片中。

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载物台上，并利用固定块和移动块夹紧固定住，这样工业相机可同时得到这两个待测冲击试样的投影图像，后续可分别对这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，最终计算出侧膨胀值。

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，设置于隔离板两侧的待测冲击试样也可以是不匹配的。

需要说明的是，为使工业相机能同时拍得每个待测冲击试样的侧面的轮廓，应确保每个待测冲击试样在双远心镜头中的投影不重叠。为了确保投影不重叠，在一种较佳的实施例中，可利用一设置于固定块和移动块之间的隔板将这两个待测冲击试样隔开。

受光学元件的限制，工业相机所拍摄的照片中清晰度最高的区域往往是照片视场的中心区域，考虑这一情况，具体实施时，应使得待测冲击试样在双远心镜头中的投影位于双远心镜头的视场的中心区域，这样更有利于准确地显现出待测冲击试样的侧面轮廓，为后续计算侧膨胀值提供精确的图像数据基础。

GB/T 229-2007中规定了冲击试样的标准尺寸，但是待测冲击试样的尺寸与标准尺寸相比往往存在一定的误差，再加上实际选用的双远心镜头和平行光源的型号或尺寸的影响，待测冲击试样直接放置于载物台上时，其在双远心镜头中的投影可能不能位于整个视场的中心区域，这种情况下，可以通过调整工业相机和平行光源的高度，或者调整待测冲击试样的高度来解决。然而，考虑到工业相机的双远心镜头和平行光源在对准形成平行光路后不宜随便挪动，具体实施时，可以将工业相机和平行光源设置于相对载物台来说较高的位置，然后在载物台上放置具有一定高度的底垫，再将待测冲击试样放置在该底垫上，起到垫高待测冲击试样的作用，该底垫的高度应使得待测冲击试样在双远心镜头中的投影位于整个视场的中心区域为目标。例如，可以预先配置多个不同高度的底垫，然后通过观察待测冲击试验过在双远心镜头中投影的位置来确定选用哪种高度的底垫合适。

为了方便移动块的移动，可在载物台上设置滑轨或者轨道槽，令移动块沿着滑轨或者 轨道槽移动。

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。

考虑到这一情况，本实用新型可以令以上固定块和移动块具有一定的高度，当将待测冲击试样以断口朝上的状态放置时，固定块和移动块可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，这样在拍得的照片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，可以将固定块和移动块的高度设定为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。

具体实施时，图像输出装置可以是打印机或显示器，基于图像输出装置输出的图像，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。

具体实施时，弹性构件可以是拉簧、橡皮筋或二者的结合等具有拉伸力的弹性元件。

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3所示为一个侧膨胀值光学测量系统，包括：载物台31、弹性夹具32、平行光源33、工业相机34、控制器35、打印机36和旋转台37。

其中，工业相机34具有双远心镜头341，双远心镜头341与平行光源33正对设置构成平行光路；旋转台37设置于平行光源33和双远心镜头341之间；载物台31固定于旋转台37上；弹性夹具32设置于载物台31上；控制器35分别连接工业相机34和打印机36。

使用该侧膨胀值光学测量系统时，利用弹性夹具32将待测冲击试样夹紧固定于载物台31上；启动平行光源33发出平行光线，再启动工业相机34执行拍照，最后由打印机36输出 工业相机34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。

图4(a)和图4(b)所示为载物台31和弹性夹具32的物理结构。

弹性夹具32包括固定块41、移动块42、拉簧43、底垫44和隔板45。

固定块41固定于载物台31上；移动块42可沿着载物台31上开设的轨道槽311移动，移动时远离或者靠近固定块41，移动块42的用于夹紧待测冲击试样的侧面设置有弹性缓冲垫421；拉簧43的两端分别固定在固定块41和移动块42上，其拉伸力使得固定块41和移动块42能够夹紧放置于二者之间的待测冲击试样。固定块41和移动块42的高度为9mm。执行测量时，可通过旋转台37的旋转来带动载物台31和弹性夹具32旋转，使得固定块41和移动块42的用于夹住待测冲击试样的侧面垂直于平行光路。

底垫44设置于载物台31上，且位于固定块41和移动块42之间。测试时，将待测冲击试样放置在底垫44上，起到垫高待测冲击试样的作用，底垫44的高度应使得垫高后的待测冲击试样的断口和膨胀部位在双远心镜头中的投影位于整个视场的中心区域。底垫44的高度根据实际的垫高需要选择，当待测冲击试样直接放置于载物台31上就可以使其投影位于双远心镜头的视场的中心区域时，可以不用底垫44。

隔板45放置在底垫44上，位于固定块41和移动块42之间，起到隔开待测冲击式样的作用。具体实施时，可将两个相匹配的待测冲击试样分别紧贴隔板45的两侧放置，通过调整隔板45的位置，使隔板45在双远心镜头中的投影位于整个视场的中心，进而达到使这两个待测冲击试样的投影位于整个视场的中心区域的目的。隔板45的厚度为7mm。

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)通过弹性夹具的固定块和移动块夹紧固定待测冲击试样，使待测冲击试样能够稳固位于载物台上，以便在工业相机和平行光源形成的平行光路中获得能够显现待测冲击试样的侧面轮廓的照片，为测量侧向膨胀值提供精确的图像数据基础；

(3)利用弹性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，可利用弹性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；

(4)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 (10)

1.一种具有弹性夹具的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、图像输出装置和弹性夹具；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；所述载物台设置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；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；

所述弹性夹具包括：固定块、移动块和弹性构件；

所述固定块固定于所述载物台上；

所述移动块设于所述载物台上，能够相对所述固定块移动；

所述弹性构件的两端分别连接所述固定块和所述移动块，所述弹性构件的拉伸力使所述固定块和所述移动块固定夹紧放置于二者之间的待测冲击试样。

2.根据权利要求1所述的具有弹性夹具的侧膨胀值光学测量系统，其特征在于，所述固定块和所述移动块用于夹住待测冲击试样的缺口面和缺口背面，且所述固定块与所述移动块的用于夹住待测冲击试样的侧面垂直于所述平行光路。

3.根据权利要求1所述的具有弹性夹具的侧膨胀值光学测量系统，其特征在于，还包括：旋转台；

所述旋转台设置于所述平行光源和所述双远心镜头之间，能够旋转；

所述载物台固定于所述旋转台上。

4.根据权利要求1所述的具有弹性夹具的侧膨胀值光学测量系统，其特征在于，所述移动块的用于夹住待测冲击试样的侧面设置有弹性缓冲垫。

5.根据权利要求1所述的具有弹性夹具的侧膨胀值光学测量系统，其特征在于，所述弹性夹具还包括：隔板；

所述隔板设置于所述固定块和所述移动块之间，用于将设置于所述固定块和所述移动块之间的至少两个待测冲击试样隔开。

6.根据权利要求1所述的具有弹性夹具的侧膨胀值光学测量系统，其特征在于，所述弹性夹具还包括：底垫；

所述底垫设置于所述载物台上，用于垫高待测冲击试样。

7.根据权利要求1所述的具有弹性夹具的侧膨胀值光学测量系统，其特征在于，

所述载物台上设置有滑轨，所述移动块沿所述滑轨移动；或者，

所述载物台上设置有轨道槽，所述移动块沿所述轨道槽移动。

8.根据权利要求1所述的具有弹性夹具的侧膨胀值光学测量系统，其特征在于，所述固定块和所述移动块的高度均为9mm。

9.根据权利要求1所述的具有弹性夹具的侧膨胀值光学测量系统，其特征在于，所述图像输出装置为打印机或者显示器。

10.根据权利要求1所述的具有弹性夹具的侧膨胀值光学测量系统，其特征在于，所述弹性构件为拉簧和/或橡皮筋。