高精度拉伸位移測量方法
2023-10-26 17:21:27
專利名稱：高精度拉伸位移測量方法
技術領域：
本發明涉及一種測量試件在受熱或受力狀態下長度變化量及應變的方法，特別涉及一種採用光學技術，非接觸式、高靈敏度測量拉伸位移的方法。
背景技術：
材料在外力作用下呈現的有關強度和變形方面的特性，稱為材料的力學性能。拉伸試驗是測定材料力學性能的主要試驗。在做拉伸試驗時，將材料做成標準的試樣，使其幾何形狀和受力條件都能符合軸向拉伸的要求。試件拉伸時，通過安裝在試驗機移動端的位移傳感器測量試件拉伸位移。應變則通過位移傳感器測量拉伸位移值與試件原長的比值來計算。試件在拉伸過程中的伸長量不僅反映了試件抵抗變形的能力，也是衡量材料塑性的一個重要指標。現有拉伸儀上，位移傳感器測量拉壓位移存在以下幾個問題1、位移傳感器測量的伸長量為拉壓時安裝位移傳感器端夾頭位移量，而不是工作段的伸長，兩端部是非均勻應變區，中間工作區為均勻應變區，因此將引入較大誤差。2、試件在拉伸過程中可能發生滑移，而在這種情況下，現有的位移傳感器將此位移也計入試件變形伸長，給伸長量的計算帶來很大誤差。3、現有位移傳感器位移測量精度不高，無法給出材料拉伸過程中應變的準確值。而延伸率的測量則是試件拉斷後，拼接斷裂試件，然後人工利用遊標卡尺測量兩標識線之間的距離來計算試件延伸率。此種方法測量較為麻煩，且人為因素對測量結果有一定的影響。對於新型材料和包裝柔性材料，此方法並不適用。因為一些柔性材料在拉伸後，卸載測量其伸長量時，由於材料粘彈性，在卸載後材料分子重新排列，使得卸載後材料拉伸量與有載荷時有著較大區別。目前，對於柔性材料拉伸位移的測量尚無理想的方法。
發明內容
本發明的目的在與克服現有技術中存在的不足，提供一種精確度高、結果準確的材料拉伸位移的測量方法。
本發明所採用的高精度拉伸位移測量方法，其技術方案是在被測試件的工作段內設置兩個標識，兩個對應的數字攝像器件成像靶面位於同一平面內，攝像器件位於標識前方且攝像器件靶面連線平行於兩標識連線，攝像器件分別採集被測試件上對應標識發生位移變化前、後的光信號，將該信號轉換為數字圖像信號後輸入計算機進行數據處理，輸出測量結果。
所述的數字攝像器件由CCD和圖像採集卡組成，圖像採集卡的輸出信號直接輸入到計算機進行數據處理；所述的數字攝像器件還可為數碼攝像器件或數位相機，其輸出信號直接輸出到計算機進行數據處理。
本發明高精度拉伸位移測量方法的工作原理是當試件受到拉伸或壓縮時，試件兩標識之間的材料也受到拉伸或壓縮，標識之間的距離發生了變化，兩攝像器件分別採集變形後標識的數字圖像並與變形前數字圖像進行相關運算，可以分別計算出兩標識在拉伸過程中的位移量，兩位移量相減即可得試件拉伸或壓縮時工作段的伸長或壓縮量。攝像系統在1∶1成像條件下，可以使位移測量的精度優於1μm，測量應變靈敏度可達1微應變，應變測量最大值20000微應變以上。在試件拉伸過程兩端部均有可能出現滑移現象，而無論在哪一端產生滑移，均會使兩標識產生相同的位移量。因此兩標識位移量相減後此部分位移將全部消去，從而使試件在拉伸過程中由於拉伸產生的誤差得以消除。即試件的滑移對測量結果不產生影響。另外，兩標識均設置在試件工作段，測量結果為兩標識段之間工作段伸長或壓縮量，保證了測量區域為均勻應變區，兩端非均勻應變區的變形對測量結果沒有影響，從而大大提高了系統測量準確度。
由於兩標識之間的相對位移量反映了兩標識之間工作段的變形，因此測量系統採用雙攝像裝置，每個攝像裝置只對一個標識點的變形進行記錄，在攝像器件解析度一定的情況下，大大提高系統位移、應變測量靈敏度。
本方法同樣適用於試件在受熱膨脹時兩點之間伸長量的測量，同樣採用本發明可以消除傳統方法中端部變形對測量結果的影響。
與現有技術相比，本發明所述的技術方案具有以下明顯的進步和優點1、本發明由於採用了雙攝像器件分別採集工作段上對應標識點，因此，有效地消除了試件在拉伸過程中由於滑移而產生的測量誤差，提高了測量的準確性。
2、兩標識均設在工作段，使得最終測量所得伸長量為真正工作段伸長，消除了兩端部非均勻拉伸區對測量結果產生的影響。
3、本發明採用數字攝像技術，具有非接觸測量的優點，是一種測量精度高、準實時且無需特殊隔振裝置的光學測量方法，且測量簡單，容易掌握，應用前景廣闊。
圖1是本發明高精度拉伸位移測量方法實施例的工作原理圖。
其中1、對應於採集標識1信號的數字圖像成像裝置；2、對應於採集標識2信號的數字圖像成像裝置。
具體實施例方式
下面結合實施例和附圖對本發明的技術方案作進一步的闡述。
實施例1參見附圖1，在被測試件的工作段上分別設置標識1、標識2，其間距取為100mm，對應於採集標識1信號的數字圖像成像裝置1和對應於採集標識2信號的數字圖像成像裝置2均採用相同的CCD，其鏡頭焦距為35mm，兩CCD成像靶面位於同一平面內，CCD位於標識前方且CCD靶面連線平行於兩標識連線。兩CCD分別採集對應一個標識的數字圖像，兩幅數字圖像分別存儲於圖像卡存儲器的1，2兩幀內。
由拉伸試驗機對試件進行加載，然後分別採集試件變形後兩標識的數字圖像，存於3，4兩幀，利用計算機分別對1，3和2，4作相關搜索運算，分別計算兩標識在CCD靶面上移動像素數。由兩CCD成像系統的放大倍數和上述像素數計算兩標識位移量，標識1與標識2位移相減可得到兩標識之間伸長或壓縮量。由此伸長或壓縮量，可以計算出工作段受力應變值。
實施例2在金屬銅棒上相距100mm的地方粘貼兩標識，使用CCD1和CCD2作為數字圖像成像裝置，CCD的鏡頭焦距為35mm，兩CCD成像靶面位於同一平面內，CCD位於標識前方且CCD靶面連線平行於兩標識連線。採集兩幅數字圖像分別存儲於圖像卡存儲器1，2兩幀內，記錄當前環境溫度。利用水蒸汽使銅棒升溫至100℃，然後分別採集試件變形後兩標識的數字圖像，存於3，4兩幀，利用計算機分別對1，3和2，4作相關搜索運算，分別計算兩標識在CCD靶面上移動像素數，由兩CCD成像系統的放大倍數和上述像素數計算兩標識位移量，標識1與標識2位移相減可得到兩標識之間伸長量。由此伸長量，可以計算出材料線膨脹係數。
權利要求
1.一種高精度拉伸位移測量方法，其特徵在於在被測試件的工作段內設置兩個標識，兩個對應的數字攝像器件成像靶面位於同一平面內，攝像器件位於標識前方且攝像器件靶面連線平行於兩標識連線，攝像器件分別採集被測試件上對應標識發生位移變化前、後的光信號，將該信號轉換為數字圖像信號後輸入計算機進行數據處理，輸出測量結果。
2.根據權利要求1所述的一種高精度拉伸位移測量方法，其特徵在於所述的數字攝像器件由CCD和圖像採集卡組成，圖像採集卡的輸出信號直接輸入到計算機進行數據處理。
3.根據權利要求1所述的一種高精度拉伸位移測量方法，其特徵在於所述的數字攝像器件為數碼攝像器件或數位相機，其輸出信號直接輸出到計算機進行數據處理。
全文摘要
本發明公開了一種高精度拉伸位移測量方法，它採用兩個數字攝像器件，在被測試件的工作段內設置兩個標識，使兩個數字攝像器件成像靶面位於同一平面內，攝像器件位於標識前方且攝像器件靶面連線平行於兩標識連線，攝像器件分別採集被測試件上對應標識發生位移變化前、後的光信號，將該信號轉換為數字圖像信號後輸入計算機進行數據處理，輸出測量結果。由於本發明採用兩攝像器件分別採集設置於工作段兩標識，因此有效地消除了試件在拉伸過程中由於試件滑移而產生的測量誤差；該測量方法還具有高精度、非接觸式和準實時等優點，因此具有廣闊的應用前景。
文檔編號G01N3/28GK1693874SQ200510040260
公開日2005年11月9日 申請日期2005年5月27日 優先權日2005年5月27日
發明者王琰蕾, 李明, 姜錦虎, 楊勇 申請人:蘇州大學