CN211347695U

CN211347695U - 一种便捷式剑麻叶片杨氏模量快速测定装置

Info

Publication number: CN211347695U
Application number: CN201921494697.7U
Authority: CN
Inventors: 李栋宇; 黄贞; 黄恒烽
Original assignee: Lingnan Normal University
Current assignee: Lingnan Normal University
Priority date: 2019-09-10
Filing date: 2019-09-10
Publication date: 2020-08-25
Anticipated expiration: 2029-09-10

Abstract

本实用新型提供一种便捷式剑麻叶片杨氏模量快速测定装置，基于CCD机器视觉传感器的剑麻叶片横截面积与长度测量模块、拉力测量模块和升降组件，所述拉力测量模块和所述基于CCD机器视觉传感器的剑麻叶片横截面积与长度测量模块均安装在升降组件上；相较于现有技术，本实用新型能够快速准确的进行剑麻叶片长度、横截面积、伸长量的高精度测量，从而提高杨氏模量的测量精度。本实用新型通过直接测量剑麻叶片的杨氏模量，实现对剑麻纤维杨氏模量的测量，较现有化学法预处理剑麻纤维的测量方法，具有操作便捷、快速测量、且对环境无污染的特点。

Description

一种便捷式剑麻叶片杨氏模量快速测定装置

技术领域

本实用新型涉及精密杨氏模量测量技术领域，具体涉及一种便捷式剑麻叶片杨氏模量快速测定装置。

背景技术

剑麻纤维是取自剑麻叶片中的维管束纤维，是一种天然硬质纤维。具有纤维长，色泽洁白，质地坚韧、拉力强、耐酸碱、耐摩擦、耐海水腐蚀等多种特性，其主要用于制造绳索、麻布、地毯、抛光轮等产品，是国防、渔捞、航海业、工业、森林等部门的重要物资，属于可再生资源。剑麻纤维是剑麻产业生存发展的关键原料，而剑麻纤维产量的高低除了与品种、产源、地理气候等自然因素有关之外，还与剑麻栽培管理技术有密切的关系。杨氏模量是是弹性材料的一种最重要、最具特征的力学物理量。剑麻纤维的杨氏模量是纤维机械性能最常进行测定的指标之一。因此测定剑麻纤维的杨氏模量是在剑麻生产上起到重要的作用。一方面，对剑麻叶片收购实行按质论价进行管理。不仅平衡工农之间的利益关系，维护市场的公平交易，更重要的是将为生产的优质剑麻叶片产生强大动力，从而更有利于完善本行业各项经营管理措施。另一方面，在工业上可作为工厂加工工艺水平的测量依据，评估机械性能，科学指导生产。在农业上随时监测剑麻叶片生长情况，采用合理的栽培技术，科学施肥，生产出高产高质纤维的叶片。从而促进我国剑麻叶片沿着优质、高产、公平的良性健康方向发展生产。

目前，测量剑麻纤维杨氏模量的方法均为化学法，需先利用化学试剂将非纤维素脱去，再测量单根或多根纤维的杨氏模量。但这种方法，对纤维的物理性能造成改变。而且该方法处理过程复杂、测量速度慢，化学试剂易造成环境污染。

因此，建立科学、准确、快速、稳定剑麻叶片杨氏模量测定的方法，既能随时监测剑麻叶片生长情况，规范剑麻叶片的生产管理，又能为剑麻产业的生产、科研提供有效的参考依据。通过剑麻叶片杨氏模量测定技术应用，科学地制定剑麻叶片收购方案，实行叶片按质论价公平交易，指导剑麻科学管理，提高叶片纤维含量具有重要的指导意义。

目前的杨氏模量测量仪，在工程测量技术中，多采用光杠杆法、光纤传感器法、CCD法、干涉法、衍射法等，以提高对材料伸长量的测量精度，从而提高材料杨氏模量的测量精度。而材料杨氏模量测量过程中，材料的长度L、截面积S的测量精度也直接影响了材料杨氏模量的测量精度。

现有的杨氏模量测量仪，均需要额外的材料长度、截面积的测量装置，造成材料杨氏模量测量不准确、人为误差较大的问题，不能满足目前生产工艺的要求。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种能够解决现有测量剑麻纤维杨氏模量的方法，需要化学试剂预处理，对纤维的物理性能造成改变，处理过程复杂、测量速度慢，易造成环境污染等问题的和现有的杨氏模量测量仪，需额外的长度、截面积测量装置，造成材料杨氏模量测量不准确、人为误差较大的问题的便捷式剑麻叶片杨氏模量快速测定装置。

本实用新型提供了一种便捷式剑麻叶片杨氏模量快速测定装置，包括：基于CCD机器视觉传感器的剑麻叶片横截面积与长度测量模块、拉力测量模块和升降组件，所述拉力测量模块和所述基于CCD机器视觉传感器的剑麻叶片横截面积与长度测量模块均安装在升降组件上；

所述基于CCD机器视觉传感器的剑麻叶片横截面积与长度测量模块包括CCD摄像机，所述基于CCD机器视觉传感器的剑麻叶片横截面积与长度测量模块通过CCD摄像机拍摄的图像，对被测剑麻叶片样品的横截面积与长度测量进行测量；

所述拉力测量模块用于检测所述升降组件将被测剑麻叶片样品进行拉伸过程中的拉伸量和拉力值。

进一步的，所述基于CCD机器视觉传感器的剑麻叶片横截面积与长度测量模块还包括机器视觉标定板，所述机器视觉标定板用于装夹被测剑麻叶片样品，所述CCD摄像机拍摄装夹在机器视觉标定板上的被测剑麻叶片样品上的横截面的和表面的图像，得出被测剑麻叶片样品上的横截面积和长度。

进一步的，所述基于CCD机器视觉传感器的剑麻叶片横截面积与长度测量模块还包括环形LED灯，所述LED灯用于对被测剑麻叶片样品进行对光。

进一步的，所述机器视觉标定板的尺寸为220mm×160mm，所述机器视觉标定板的标准图形尺寸为10mm×10mm，其中面积为S₀＝10mm×10mm，其边长为L₀＝10mm。

进一步的，所述升降组件包括：主架、传动系统、摄像机调节装置和步进电机；

所述传动系统、所述摄像机调节装置和所述步进电机均安装在所述主架上，所述步进电机连接所述传动系统，所述CCD摄像机通过摄像机调节装置安装在主架上，所述摄像机调节装置用于调节所述CCD摄像机的位置，所述传动系统连接拉力测量模块，并带动所述拉力测量模块运动。

进一步的，所述传动系统包括可转动的安装在所述主架上的丝杆，所述丝杆与步进电机相连接，所述丝杆上安装有随丝杆转动而移动的滑块，所述拉力检测模块与滑块相连接。

进一步的，所述升降组件还包括安全保护模块，所述安全保护模块用于对滑块移动到丝杆的两端进行限位。

进一步的，所述安全保护模块为两个安装在主架上且分别靠近丝杆两端的接近开关传感器，所述接近开关传感器在信号滑块靠近的时候发出信号，切断所述步进电机的电源。

进一步的，所述拉力测量模块包括称重传感器、第一拉力测量样品夹具和第二拉力测量样品夹具，所述称重传感器安装在滑块上，所述称重传感器一端连接所述第一拉力测量样品夹具，所述称重传感器和所述第一拉力测量样品夹具随滑块一同移动，所述第二拉力测量样品夹具安装在主架上。

本实用新型的有益效果：

附图说明

利用附图对本实用新型作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本实用新型的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1为本实用新型的一种便捷式剑麻叶片杨氏模量快速测定装置的结构示意图；附1图标号如下：

1、升降组件；11、主架；12、丝杆；13、滑块；14、步进电机；15、接近开关传感器；2、基于CCD机器视觉传感器的剑麻叶片横截面积与长度测量模块；21、CCD摄像机；22、摄像机调节装置；23、环形LED灯；24、机器视觉标定板；3、拉力测量模块；31、称重传感器；32、第一拉力测量样品夹具；33、第二拉力测量样品夹具。

具体实施方式

结合以下实施例对本实用新型作进一步描述。

如图1所示，结合以下实施例对本实用新型作进一步描述。

本实施例的一种便捷式剑麻叶片杨氏模量快速测定装置，包括：基于CCD机器视觉传感器的剑麻叶片横截面积与长度测量模块2、拉力测量模块3和升降组件1，所述拉力测量模块3和所述基于CCD机器视觉传感器的剑麻叶片横截面积与长度测量模块2均安装在升降组件1上；

所述基于CCD机器视觉传感器的剑麻叶片横截面积与长度测量模块2包括CCD摄像机21，所述基于CCD机器视觉传感器的剑麻叶片横截面积与长度测量模块2通过CCD摄像机21拍摄的图像，对被测剑麻叶片样品的横截面积与长度测量进行测量；

所述拉力测量模块3用于检测所述升降组件1将被测剑麻叶片样品进行拉伸过程中的拉伸量和拉力值。

利用标准面积和标准长度比例法，测得的被测剑麻叶片样品的横截面积S、长度L、伸长量L和拉力值F，根据杨氏模量定义式E＝(F/S)/(L/L)，计算被测剑麻叶片样品的杨氏模量。

采用本实施例的装置，能够准确的得到被测剑麻叶片样品的横截面积、长度、拉伸量和拉力值，通过对得到的数据进行基于公式的运算，能够准确的得出被测剑麻叶片样品的杨氏模量，结构简单，成本较低，精度较高，且对环境无污染。

进一步的，所述基于CCD机器视觉传感器的剑麻叶片横截面积与长度测量模块2还包括机器视觉标定板24，所述机器视觉标定板24用于装夹被测剑麻叶片样品，所述CCD摄像机21拍摄装夹在机器视觉标定板24上的被测剑麻叶片样品上的横截面的和表面的图像，得出被测剑麻叶片样品上的横截面积和长度。通过CCD摄像机21能够准确的拍摄到被测剑麻叶片样品的横截面的和表面的图像，提高了被测剑麻叶片样品上的横截面积和长度的精度，具体为：所述CCD摄像机21采集到机器视觉标定板24的图像和被测剑麻叶片样品上的横截面的图像，并测量机器视觉标定板24图形对应的像素面积S₁，测量所述被测剑麻叶片样品的横截面积所对应的像素面积S₂，利用标准面积比例法，得到被测剑麻叶片样品的横截面积S＝S₀×S₂/S₁；

所述基于LabVIEW的剑麻叶片截面积与长度测量单元控制CCD摄像机21采集到机器视觉标定板24的图像和所述被测剑麻叶片样品的表面的图像，并测量机器视觉标定板24图形边长长度对应的像素长度L₁，测量被测剑麻叶片样品的长度所对应的像素长度L₂，利用标准长度比例法，得到所述被测剑麻叶片样品的长度L＝L₀×L₂/L_1；。

所述基于CCD机器视觉传感器的剑麻叶片横截面积与长度测量模块2还包括环形LED灯23，所述环形LED灯23用于对被测剑麻叶片样品进行对光。通过所述环形LED灯23能够清晰的照射到被测剑麻叶片样品上，辅助CCD摄像机21清晰准确的拍摄到被测剑麻叶片样品的图像。

进一步的，所述机器视觉标定板24的尺寸为220mm×160mm，所述机器视觉标定板24的标准图形尺寸为10mm×10mm，其中面积为S₀＝10mm×10mm，其边长为L₀＝10mm。

进一步的，所述升降组件1包括：主架11、传动系统、摄像机调节装置22和步进电机14；

所述传动系统、所述摄像机调节装置22和所述步进电机14均安装在所述主架11上，所述步进电机14连接所述传动系统，所述CCD摄像机21通过摄像机调节装置22安装在主架11上，所述摄像机调节装置22用于调节所述CCD摄像机21的位置，所述传动系统连接拉力测量模块3，并带动所述拉力测量模块运动。

进一步的，所述传动系统包括可转动的安装在所述主架11上的丝杆12，所述丝杆12与步进电机14相连接，所述丝杆12上安装有随丝杆12转动而移动的滑块13，所述拉力检测模块与滑块13相连接。

进一步的，所述升降组件1还包括安全保护模块，所述安全保护模块用于对滑块13移动到丝杆12的两端进行限位。

进一步的，所述安全保护模块为两个安装在主架11上且分别靠近丝杆12两端的接近开关传感器15，所述接近开关传感器15在信号滑块13靠近的时候发出信号，切断所述步进电机14的电源。所述安全模块主要是避免所述滑块13运动到所述丝杆12两端的时候发生意外。

进一步的，所述拉力测量模块3包括称重传感器31、第一拉力测量样品夹具32和第二拉力测量样品夹具33，所述称重传感器31安装在滑块13上，所述称重传感器31一端连接所述第一拉力测量样品夹具32，所述称重传感器31和所述第一拉力测量样品夹具32随滑块13一同移动，所述第二拉力测量样品夹具33安装在主架11上。所述被测剑麻叶片样品的两端分别夹持在所述第一拉力测量样品夹具32和第二拉力测量样品夹具33上，通过驱动丝杆12转动带动滑块13移动，所述滑块13带动所述称重传感器31和与称重传感器31连接的所述第一拉力测量样品夹具32移动，所述第二拉力测量样品夹具33保持不动，从而实现对被测剑麻叶片样品的拉伸。

所述CCD摄像头优选为300万像素高清USB工业CCD加上300万像素高清工业相机镜头的组合，能够实现准确和清晰度拍摄。

以上对本实用新型一种便捷式剑麻叶片杨氏模量快速测定装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述。以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims

1.一种便捷式剑麻叶片杨氏模量快速测定装置，其特征在于，包括：

基于CCD机器视觉传感器的剑麻叶片横截面积与长度测量模块、拉力测量模块和升降组件，所述拉力测量模块和所述基于CCD机器视觉传感器的剑麻叶片横截面积与长度测量模块均安装在升降组件上；

2.如权利要求1所述的一种便捷式剑麻叶片杨氏模量快速测定装置，其特征在于，所述基于CCD机器视觉传感器的剑麻叶片横截面积与长度测量模块还包括机器视觉标定板，所述机器视觉标定板用于装夹被测剑麻叶片样品，所述CCD摄像机拍摄装夹在机器视觉标定板上的被测剑麻叶片样品上的横截面的和表面的图像，得出被测剑麻叶片样品上的横截面积和长度。

3.如权利要求2所述的一种便捷式剑麻叶片杨氏模量快速测定装置，其特征在于，所述基于CCD机器视觉传感器的剑麻叶片横截面积与长度测量模块还包括环形LED灯，所述环形LED灯用于对被测剑麻叶片样品进行对光。

4.如权利要求3所述的一种便捷式剑麻叶片杨氏模量快速测定装置，其特征在于，所述机器视觉标定板的尺寸为220mm×160mm，所述机器视觉标定板的标准图形尺寸为10mm×10mm，其中面积为S₀＝10mm×10mm，其边长为L₀＝10mm。

5.如权利要求4所述的一种便捷式剑麻叶片杨氏模量快速测定装置，其特征在于，所述升降组件包括：主架、传动系统、摄像机调节装置和步进电机；

6.如权利要求5所述的一种便捷式剑麻叶片杨氏模量快速测定装置，其特征在于，所述传动系统包括可转动的安装在所述主架上的丝杆，所述丝杆与步进电机相连接，所述丝杆上安装有随丝杆转动而移动的滑块，所述拉力测量模块与滑块相连接。

7.如权利要求6所述的一种便捷式剑麻叶片杨氏模量快速测定装置，其特征在于，所述升降组件还包括安全保护模块，所述安全保护模块用于对滑块移动到丝杆的两端进行限位。

8.如权利要求7所述的一种便捷式剑麻叶片杨氏模量快速测定装置，其特征在于，所述安全保护模块为两个安装在主架上且分别靠近丝杆两端的接近开关传感器，所述接近开关传感器在信号滑块靠近的时候发出信号，切断所述步进电机的电源。

9.如权利要求8所述的一种便捷式剑麻叶片杨氏模量快速测定装置，其特征在于，所述拉力测量模块包括称重传感器、第一拉力测量样品夹具和第二拉力测量样品夹具，所述称重传感器安装在滑块上，所述称重传感器一端连接所述第一拉力测量样品夹具，所述称重传感器和所述第一拉力测量样品夹具随滑块一同移动，所述第二拉力测量样品夹具安装在主架上。