CN211784869U - 玻璃材料落球冲击性能测试系统 - Google Patents

Abstract

一种玻璃材料落球冲击性能测试系统，该系统包括用于固定玻璃试件的基座、标杆、用于固定钢球的磁力固定座、控制器、第一相机、第二相机及处理单元。第一相机设置于钢球下落路径的侧面上，并对钢球下落的轨迹进行拍摄，第二相机设置于玻璃试件的下方，并对玻璃试件的裂纹延伸过程进行拍摄，处理单元与控制器、第一相机及第二相机相连，处理单元控制第一相机及第二相机进行拍摄，并对第一相机及第二相机拍摄的内容进行分析。该系统能够在符合国标测试要求的前提下，还能够对钢球下落的轨迹进行记录及分析，以及对试件受到冲击时的裂纹演化过程和最终破裂形式进行有效的观察，测试结果能够更加有效地用于材料强度表征和分析。

Description

玻璃材料落球冲击性能测试系统

技术领域

本实用新型涉及玻璃品质检测领域，尤其是一种玻璃材料落球冲击性能测试系统。

背景技术

玻璃材料因其卓越的透明特性在生活和工程中被广泛使用，另一方面因为材料本身脆性导致其在实际应用过程中经常出现碰撞破裂等现象，对材料强度性能的测试是应用中安全性设计的关键，落球冲击测试是检验玻璃材料抗冲击性能的标准实验方法，通过使一定质量的钢球从某高度自由落体冲击到材料表面并观察相应玻璃表面的破裂程度来定义其抗冲击强度，GB 15763.3-2009等文件中已对落球冲击试验方法做了标准要求，但对钢球的高度调节和下落控制方式未做具体说明，现有实施手段比较简陋，受到人为因素的影响较大，而且获取的数据较为单一，无法对钢球下落过程的真实速度、加速度进行测量，也无法对玻璃材料受冲击时的裂纹衍生过程及破裂形式进行标准化观测。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种玻璃材料落球冲击性能测试系统，该系统能够在符合国标测试要求的前提下，还能够对钢球下落的轨迹进行记录及分析，以及对试件受到冲击时的裂纹演化过程和最终破裂形式进行有效的观察，测试结果能够更加有效地用于材料强度表征和分析。

本实用新型提供了一种玻璃材料落球冲击性能测试系统，其特征在于：包括用于固定玻璃试件的基座、标杆、用于固定钢球的磁力固定座、控制器、第一相机、第二相机及处理单元，所述标杆竖直设置，所述磁力固定座位置可调的设置于所述标杆上，且位于所述基座的上方，所述控制器与所述磁力固定座相连，控制所述钢球的下落，所述第一相机设置于所述钢球下落路径的侧面上，所述第二相机设置于所述玻璃试件的下方，所述处理单元与所述控制器、所述第一相机及所述第二相机相连，所述处理单元控制所述第一相机及所述第二相机分别对所述钢球下落的轨迹及所述玻璃试件的裂纹延伸过程进行拍摄，并对所述第一相机及所述第二相机拍摄的内容进行分析。

进一步地，所述第一相机观测幅面的下边缘至少包含所述玻璃试件。

进一步地，所述第二相机设置于所述钢球的正下方，并聚焦于所述玻璃试件的下表面的位置。

进一步地，所述第二相机的视场至少包含以所述玻璃试件的冲击中心为中心的300mm*300方形区域的范围。

进一步地，所述第一相机和/或所述第二相机为高速CDD相机。

进一步地，所述基座上设置有支撑框，所述玻璃试件支撑于所述支撑框上。

进一步地，所述支撑框上还设置有框型的橡胶垫，所述玻璃试件夹设于两个所述框型的橡胶垫之间。

进一步地，在基座上设置有支撑板，所述第二相机设置于所述支撑板上，所述第二相机与所述玻璃试件之间还设置有透明的防护板。

进一步地，在所述基座上远离所述第一相机的一侧，还竖直设置有与所述钢球具有视觉色差的背景幕。

进一步地，所述磁力固定座的端部设置有容置所述钢球的凹槽。

综上所述，本实用新型通过第一相机及第二相机的设置，使其能够分别对钢球的下落过程及玻璃试件的裂纹延伸过程进行图像采集，这能够在符合国标测试要求的前提下，还能够对钢球下落的轨迹进行记录及分析，以及对试件受到冲击时的裂纹演化过程和最终破裂形式进行有效的观察，测试结果能够更加有效地用于材料强度表征和分析。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1所示为本实用新型实施例提供的玻璃材料落球冲击性能测试系统的结构示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本实用新型为达成预定实用新型目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，详细说明如下。

有鉴于此，本实用新型提供了一种玻璃材料落球冲击性能测试系统，该系统能够在符合国标测试要求的前提下，还能够对钢球下落的轨迹进行记录及分析，以及对试件受到冲击时的裂纹演化过程和最终破裂形式进行有效的观察，测试结果能够更加有效地用于材料强度表征和分析。

图1所示为本实用新型实施例提供的玻璃材料落球冲击性能测试系统的结构示意图。如图1所示，本实用新型实施例提供的玻璃材料落球冲击性能测试系统包括用于固定玻璃试件11的基座20、标杆30、用于固定钢球12的磁力固定座40、控制器50、第一相机61、第二相机62及处理单元70。标杆30竖直设置，磁力固定座40位置可调地设置于标杆30上，且位于基座20的上方，控制器50与磁力固定座40相连，控制钢球12的下落。第一相机61设置于钢球12下落路径的侧面上，第二相机62设置于玻璃试件11的下方，处理单元70与控制器50、第一相机61及第二相机62相连，处理单元70控制第一相机61及第二相机62分别对钢球12下落的轨迹及玻璃试件11的裂纹延伸过程进行拍摄，并对第一相机61及第二相机62拍摄的内容进行分析。

为了能够较好地对钢球12下落的轨迹进行拍摄，在本实施例中，第一相机61观测幅面下边缘，也即第一相机61拍摄图像的下边界至少需要包含玻璃试件11，这样能够对钢球12冲击玻璃试件11前至发生碰撞时的运动轨迹进行精确的测量；处理单元70在处理数据时，以第一张图像中钢球12的下边缘中心点为参考点，基于目标搜索匹配算法对第一相机61拍摄的序列图像中的钢球12位置及进行分析，并通过钢球12实际直径尺寸做物面分辨标定，从而得到钢球12冲击试件前至发生碰撞时的位移时程曲线(x-t)，然后对位移-时间曲线进行求偏导处理得到下落速度时程曲线(v-t)，再对下落速度时程曲线进行求偏导以得到对应的加速度时程曲线(a-t)。

在通过第二相机62对玻璃试件11破裂过程进行观测和记录时，第二相机62设置于钢球12的正下方，并聚焦于玻璃试件11下表面的位置，第二相机62的视场至少包含以玻璃试件11的冲击中心为中心的300mm*300方形区域的范围，该范围可以通过刻度尺等工具提前对第二相机62的物面分辨率进行标定。在第二相机62进行拍摄后，处理单元70选取从钢球12与玻璃试件11发生碰撞至拍摄结束的图像，依据第二相机62拍摄的序列图像分析玻璃试件11裂纹延伸过程，并提取最终玻璃试件11破裂后的裂纹分布图像。

优选地，第一相机61和/或第二相机62为高速CDD(charge coupled devicecamera电荷耦合器件)相机。

在本实施例中，为了能够对玻璃试件11进行较好的支撑及固定，在基座20上设置有支撑框21，玻璃试件11支撑于支撑框21上。在支撑框21上还设置有框型的橡胶垫22，玻璃试件11夹设于两个框型的橡胶垫22之间。为了与GB 15763.3-2009的测试要求统一，试件框的工作空间为610mm*610mm，橡胶垫22的厚度为3mm，硬度为A50。

在基座20上还设置有支撑第二相机62的支撑板23，在第二相机62与玻璃试件11之间，还设置有透明的防护板24，以防止冲击试验对第二相机62造成损伤。

进一步地，标杆30上刻有0.5mm精度的刻度尺，最高可满足5m高度的下落高度。磁力固定座40的端部设置有凹槽，该凹槽容置的钢球12的最大尺寸为82.5mm。钢球12为符合GB/T 308规定的淬火钢球。

在基座20上远离第一相机61的一侧上，还竖直设置有与钢球12有视觉色差的背景幕80，优选地，钢球12为黑色，而背景幕80为白色。

以下以该玻璃材料落球冲击性能测试系统进行测试的具体步骤进行说明：

1.将标准的玻璃试件11固定于基座20上；

2.将一定质量的钢球12表面涂覆为黑色，固定于磁力固定座40的凹槽中，并将磁力固定座40调整到需求的高度；

3.调整第一相机61的水平放置，打开第一相机61的观察窗，调节其高度和距离使得第一相机61观测范围的下幅面至少包含至玻璃试件11上表面，使其能够对钢球12下落到玻璃试件11前至发生碰撞时的运动轨迹做有效记录。调节第二相机62的焦距使其聚焦于玻璃试件11的下表面，第二相机62的视场需至少包含冲击中心300mm的范围，通过刻度尺等工具对物面分辨率进行标定。

4.通过控制器50控制钢球12下落，同步开启第一相机61及第二相机62进行图像采集和存储；

5.对于第一相机61中采集的图像序列，通过钢球12实际尺寸对物面分辨率进行标定，以第一张图像中钢球12的下边缘中心点为初始参考点，基于目标搜索匹配算法对序列图像中的钢球12位置做分析，得到钢球12下落的位移时程曲线(x～t)，对位移时程曲线进行求偏导处理得到速度时程曲线(v～t)，对速度时程曲线求偏导得到对应的加速度时程曲线(a～t)。

6.对于发生冲击破裂的试件，通过第二相机62记录的图像序列分析其裂纹延伸过程，并提取最终试件破裂后的裂纹分布形式图像。可将各组的测试结果进行对比分析，以对玻璃试件11的抗冲击强度进行评价。

综上所述，本实用新型通过第一相机61及第二相机62的设置，使其能够分别对钢球12的下落过程及玻璃试件11的裂纹延伸过程进行图像采集，这能够在符合国标测试要求的前提下，还能够对钢球12下落的轨迹进行记录及分析，以及对试件受到冲击时的裂纹演化过程和最终破裂形式进行有效的观察，测试结果能够更加有效地用于材料强度表征和分析。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种玻璃材料落球冲击性能测试系统，其特征在于：包括用于固定玻璃试件的基座、标杆、用于固定钢球的磁力固定座、控制器、第一相机、第二相机及处理单元，所述标杆竖直设置，所述磁力固定座位置可调的设置于所述标杆上，且位于所述基座的上方，所述控制器与所述磁力固定座相连，控制所述钢球的下落，所述第一相机设置于所述钢球下落路径的侧面上，所述第二相机设置于所述玻璃试件的下方，所述处理单元与所述控制器、所述第一相机及所述第二相机相连，所述处理单元控制所述第一相机及所述第二相机分别对所述钢球下落的轨迹及所述玻璃试件的裂纹延伸过程进行拍摄，并对所述第一相机及所述第二相机拍摄的内容进行分析。

2.根据权利要求1所述的玻璃材料落球冲击性能测试系统，其特征在于：所述第一相机观测幅面的下边缘至少包含所述玻璃试件。

3.根据权利要求1所述的玻璃材料落球冲击性能测试系统，其特征在于：所述第二相机设置于所述钢球的正下方，并聚焦于所述玻璃试件的下表面的位置。

4.根据权利要求3所述的玻璃材料落球冲击性能测试系统，其特征在于：所述第二相机的视场至少包含以所述玻璃试件的冲击中心为中心的300mm*300方形区域的范围。

5.根据权利要求1所述的玻璃材料落球冲击性能测试系统，其特征在于：所述第一相机和/或所述第二相机为高速CDD相机。

6.根据权利要求1所述的玻璃材料落球冲击性能测试系统，其特征在于：所述基座上设置有支撑框，所述玻璃试件支撑于所述支撑框上。

7.根据权利要求6所述的玻璃材料落球冲击性能测试系统，其特征在于：所述支撑框上还设置有框型的橡胶垫，所述玻璃试件夹设于两个所述框型的橡胶垫之间。

8.根据权利要求1所述的玻璃材料落球冲击性能测试系统，其特征在于：在基座上设置有支撑板，所述第二相机设置于所述支撑板上，所述第二相机与所述玻璃试件之间还设置有透明的防护板。

9.根据权利要求1所述的玻璃材料落球冲击性能测试系统，其特征在于：在所述基座上远离所述第一相机的一侧，还竖直设置有与所述钢球具有视觉色差的背景幕。

10.如权利要求9所述的玻璃材料落球冲击性能测试系统，其特征在于：所述磁力固定座的端部设置有容置所述钢球的凹槽。

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