一種結構件性能測試系統的製作方法

2023-05-12 20:31:06 1

專利名稱：一種結構件性能測試系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及工程機械領域，特別涉及一種結構件性能測試系統。
背景技術：
具有一定形狀結構，並能夠承受載荷的作用的構件，稱為結構件。如支架、框架、臂架、內部的骨架及支撐定位架等。結構件製造完畢後，需進行性能測試，包括結構件端面的輪廓測量以及結構件表面的應力應變測量。一般，通過包括設定模具或輪廓儀的測試系統來側量結構件端面，通過包括應變片和應變儀的測試系統來測量結構件表面的應力應變。即需通過至少兩個測試平臺來實現對結構件性能的測試，可見，現有的結構件性能測試 系統比較複雜。另外，對於大尺寸的結構件一般由多個小的結構件焊接而成，在每個焊接處，由於焊接處表面不平，不能貼應變片，因此，通過應變片還不能測量焊接處的應力應變。即現有的結構件性能測試系統還不夠完善。

發明內容
本發明實施例提供一種結構件性能測試系統，用以簡化結構件性能測試系統。本發明實施例提供一種結構件性能測試系統，包括旋轉裝置、固定裝置以及測量裝置，其中，所述旋轉裝置，用於放置所述結構件，並能將所述結構件旋轉；所述固定裝置，用於與所述結構件的端面接觸並固定所述結構件，還能通過移動對所述結構件施加作用力；所述測量裝置，用於測量所述結構件的性能，其中，所述性能包括輪廓，和/或，應力應變。本發明實施例中，將結構件放置到旋轉裝置上，並利用固定裝置進行固定後，可通過測量裝置測量該結構件的性能，該性能包括輪廓，和/或，應力應變，從而，採用該結構件性能測試系統，既可以對結構件的輪廓進行自動測量，還可以對結構件的應力應變進行自動測量，從而不需要針對結構件的一個性能，設置對應的一個測試系統，簡化了工程上對結構件性能測試的系統，改善了對結構件性能測試的環境。


圖I為本發明實施例中結構件性能測試系統的架構圖；圖2為本發明實施例一中結構件性能測試系統的架構圖；圖3為本發明實施例一中獲取結構件端面的輪廓參數的流程圖；圖4為本發明實施例二中結構件性能測試系統的架構圖；圖5為本發明實施例二中獲得第一測試點的應力應變的流程圖。
具體實施例方式本發明實施例中，在一個結構件性能測試系統既可以實現對結構件輪廓的自動測量，又可以實現對結構件應力應變的自動測量。參見圖1，本發明實施例中結構件性能測試系統包括旋轉裝置100、固定裝置200以及測量裝置300。其中，旋轉裝置100，用於放置結構件，並能將結構件旋轉。固定裝置200，用於與結構 件的端面接觸並固定結構件，還能通過移動對結構件施加作用力。測量裝置300，用於測量結構件的性能，其中，性能包括輪廓，和/或，應力應變。旋轉裝置100可以為圓柱型的旋轉平臺，而固定裝置200可為六面體，較佳地，該固定裝置200的中心線與旋轉裝置100的中心線重合，這樣，加載的時候，結構件左右兩邊受到的力矩一樣，產生的應力變化對稱。該測試系統測試結構件的不同性能時，旋轉裝置100和固定裝置200不變，而測量裝置300則針對不同的性能而不同。其中，測量結構件的輪廓時，測量裝置300可以包括圖像採集單元和第一控制單元。其中，圖像採集單元用於採集結構件與圖像採集單元相對的端面的圖像，並發送給第一控制單元；而第一控制單元，用於對採集到的圖像進行處理，獲取結構件端面的輪廓參數。測量結構件的應力應變時，測量裝置包括散斑儀、圖像採集單元和第二控制單元，其中，散斑儀，與結構件上的第一測試點相對，用於在第一測試點的表面形成包含位置信息的載波幹涉條紋；圖像採集單元，與結構件上的第一測試點相對，用於在通過固定裝置向結構件施加作用力的過程中，採集第一測試點表面的幹涉條紋圖像，並發送給第二控制單元；第二控制單元，用於對採集到的幹涉條紋圖像進行處理，獲得第一測試點變形的位移，並得到第一測試點的應力應變。這裡，第一測試點可以為結構件上任意一點，較佳地為結構件上的焊接處。當然，該系統還可以採用應變片測量測量結構件的應力應變，即該測量裝置300還包括應變片和應變儀，其中，應變片，粘貼在結構件上的第二測試點上，用於在通過固定裝置向結構件施加作用力的過程中，測量第二測試點變形的位移，並傳輸給應變儀；應變儀，用於根據第二測試點變形的位移，獲得第二測試點的應力應變。此時，第二測試點為結構件上非焊接處。下面結合說明書附圖對本發明實施例作進一步詳細描述。實施例一，本實施例中，結構件性能測試系統測試結構件的輪廓。參見圖2，該測試系統包括旋轉裝置100、固定裝置200，第一圖像採集單元310和第一控制單元320。即本實例中，測量裝置包括第一圖像採集單元310和第一控制單元320。由於該測試系統測試的是結構件端面的輪廓，因此，將結構件放置到旋轉裝置100上，並採用固定裝置200固定後，可在旋轉裝置100附近放置第一圖像採集單元310，可以只有一個第一圖像採集單元310，較佳地，可有兩個第一圖像採集單元310，如圖2所示，分別放置在與旋轉裝置100的中心線垂直相對的位置，一個位於旋轉裝置100的中心線的前方，另一位於旋轉裝置100的中心線的後方。這樣，旋轉裝置只需旋轉90°，就可將結構件的一個端面與一個第一圖像採集單元310相對。當然，若只有一個第一圖像採集單元310時，則需要求較大地作業空間，可先旋轉一個端面，將該端面與第一圖像採集單元310相對，測量該端面的輪廓，然後再進行旋轉，將另一個端面與第一圖像採集單元310相對進行對應的測量。這裡，第一圖像採集單元310包括攝像機和光源，放置好第一圖像採集單元310後，第一控制單元320對攝像機進行標定，獲得攝像機的內外參數，包括攝像機的主點坐標、鏡頭的畸變因子、比例因子。其中，畸變因子反映鏡頭畸變情況，比例因子用於表示圖像坐標系中一個像素點代表實際物體的大小係數。然後，採用已標定的第一圖像採集單元310採集該結構件與第一圖像採集單元310相對的端面的圖像，並發送給第一控制單元320，使得第一控制單元320對採集到的圖像進行處理，獲取結構件端面的輪廓參數。第一控制單元320獲取結構件端面的輪廓參數的具體過程參見圖3，包括
步驟301 :讀取採集到的圖像，提取輪廓在圖像坐標系中的坐標點。通過讀取採集到的結構件端面的圖像，利用亞像素定位算法進行輪廓提取，獲得輪廓在圖像坐標系中的坐標點。由於亞像素定位精度一般都能在0. 2-0. . 3個像素，有些算法能達到0. 01個像素的特性，所以利用亞像素算法可以獲得輪廓在圖像坐標系中的精確坐標位置。步驟302 :利用角點檢測算法將最大曲率的坐標點確定為角點。步驟303 :在以角點劃分的每個區間中，確定相鄰兩個坐標點之間的長度或曲率。在以角點劃分的每個區間中，確定相鄰兩個坐標點之間是直線連接還是曲線連接，若是直線連接，計算該直線的長度，若是曲線，則確定該曲線的曲率。具體可以為，將當前區間中相鄰兩個坐標點之間做夾角計算，將該夾角與設定值進行比較，例如設定值為0. 5°，若夾角大於設定值時，確定將兩個坐標點擬合為曲線，並獲得曲線的曲率，否則，將兩個坐標點形成直線，並獲得直線的長度。這樣，將每條線連接起來後，即可獲得端面的輪廓。其中，曲線擬合包括對於不規則曲線，可利用最小二乘曲線擬合方法，而對於圓弧曲線可採用加約束條件的最小二乘曲線擬合方法。對於直線，可採用距離公式獲得兩個坐標點之間的距離，並將獲得距離確定為直線的長度。步驟304 :根據與端面左右兩邊對應的角點確定出結構件的內腔寬帶。步驟305 :根據最高左邊點和最低左邊點確定出結構件的工件高度。至此，第一控制單元320獲得該結構件端面的全部輪廓參數，完成了對結構件的輪廓測量。通過上述過程，結構件性能測試系統實現了對結構件輪廓的非接觸式測量，並且，採用亞像素算法可以獲得輪廓在圖像坐標系中的精確坐標位置，從而使得測量到的輪廓具有較高的精度。實施例二、本實施例中，結構件性能測試系統測試結構件的應力應變。參見圖4，該測試系統包括旋轉裝置100、固定裝置200，散斑儀330、第二圖像採集單元340和第二控制單元350。即本實施例中，測量裝置包括散斑儀330、第二圖像採集單元340和第二控制單元350。散斑儀330可為麥可遜散斑幹涉儀，其原理是採用典型的麥可遜幹涉光路，將物體偏轉一微小角度產生等厚幹涉，可在物體的表面引入包含物體位置信息的載波幹涉條紋。即散斑儀330，與結構件上的第一測試點相對，用於在第一測試點的表面形成包含位置信息的載波幹涉條紋。其中，第一測試點可為結構件上任意一點，較佳地為結構件上的焊接處。這樣，結構件放置到旋轉裝置100上，並採用固定裝置200固定後，將散斑儀330與待測試點即第一測試點相對，然後開啟該散斑儀330，從而，在第一測試點的表面形成包含位置信息的載波幹涉條紋。第二圖像採集單元340，例如CXD攝像頭，也與該結構件上的第一測試點相對，這 樣在通過固定裝置200向結構件施加作用力的過程中，該第二圖像採集單元340不斷地採集第一測試點表面的幹涉條紋圖像，並發送給第二控制單元350。從而，第二控制單元350，用於對採集到的幹涉條紋圖像進行處理，獲得第一測試點變形的位移，並得到第一測試點的應力應變。其中，第二控制單元350獲得第一測試點的應力應變的過程參見圖5，包括步驟501 :對採集到的幹涉條紋圖像進行圖像增強處理和平滑處理。幹涉條紋圖像在採集、量化、傳送過程中產生的噪聲會汙損幹涉條紋圖像信息，影響數據處理的精度，為了有效地抑制噪聲，需要應用圖像增強技術與平滑技術進行處理，較佳地，採用直方圖均衡化增強處理與中值濾波處理非常有效。其中，直方圖均衡化增強處理增強了圖像的清晰度，中值濾波處理既抑制了幹涉條紋圖像中的噪聲又保持了斑點輪廓的清晰。幹涉條紋圖像經過這樣的處理後，不僅濾去了幹涉條紋圖像在採集過程中所形成的噪聲，還提高了幹涉條紋圖像的質量。步驟502 :將處理後的圖像二值化。CCD拍攝的幹涉條紋圖像是具有多個灰度級的單色圖像，處理這樣的灰度圖像花銷太大。而灰度圖像二值化後，能夠較好地突出幹涉條紋圖像的特徵，有利於提取特徵斑；從測量要求考慮，要求幹涉條紋圖像灰度反差越大越好，所以對幹涉條紋圖像做二值化處理是非常必要的。二值圖像是指整幅圖像畫面內僅有黑(灰度值為0)和白(灰度值為I)二值的圖像，在它們上面不呈現出灰度的變化。設f (X，y)表示幹涉條紋圖像上像素在(i，j)位置上的灰度值，二值化處理可按下式進行
r I.、IH,)/(/,/) =
權利要求
1.一種結構件性能測試系統，其特徵在於，包括旋轉裝置(100)、固定裝置(200)以及測量裝置(300)，其中， 所述旋轉裝置(100)，用於放置所述結構件，並能將所述結構件旋轉； 所述固定裝置(200)，用於與所述結構件的端面接觸並固定所述結構件，還能通過移動對所述結構件施加作用力； 所述測量裝置(300)，用於測量所述結構件的性能，其中，所述性能包括輪廓，和/或，應力應變。
2.如權利要求I所述的測試系統，其特徵在於，所述測量裝置(300)包括第一圖像採集單元(310)和第一控制單元(320)，其中， 所述第一圖像採集單元(310)，用於採集所述結構件與所述第一圖像採集單元(310)相對的端面的圖像，並發送給第一控制單元(320)； 所述第一控制單元(320)，用於對採集到的圖像進行處理，獲取所述結構件端面的輪廓參數。
3.如權利要求2所述的測試系統，其特徵在於， 所述旋轉裝置(100)，用於旋轉所述結構件，使得所述結構件的端面與所述第一圖像採集單元(310)相對。
4.如權利要求2所述的測試系統，其特徵在於， 所述第一控制單元(320 )，具體用於讀取所述圖像，利用亞像素定位算法提取輪廓在圖像坐標系中的坐標點，利用角點檢測算法將最大曲率的坐標點確定為角點，在以角點劃分的每個區間中，確定相鄰兩個坐標點之間的長度或曲率，並根據與所述端面左右兩邊對應的角點確定出所述結構件的內腔寬帶，以及根據最高左邊點和最低左邊點確定出所述結構件的工件高度。
5.如權利要求4所述的測試系統，其特徵在於， 所述第一控制單元(320)，具體用於對當前區間中相鄰兩個坐標點之間做夾角計算，當所述夾角大於設定值時，確定將所述兩個坐標點擬合為曲線，並獲得所述曲線的曲率，否則，將所述兩個坐標點形成直線，並獲得所述直線的長度。
6.如權利要求I或2所述的測試系統，其特徵在於，所述測量裝置(300)包括散斑儀(330)、第二圖像採集單元(340)和第二控制單元(350)，其中， 所述散斑儀(330)，與所述結構件上的第一測試點相對，用於在所述第一測試點的表面形成包含位置信息的載波幹涉條紋； 所述第二圖像採集單元(340)，與所述結構件上的第一測試點相對，用於在通過固定裝置(200)向所述結構件施加作用力的過程中，採集所述第一測試點表面的幹涉條紋圖像，並發送給第二控制單元(350)； 所述第二控制單元(350)，用於對採集到的幹涉條紋圖像進行處理，獲得所述第一測試點變形的位移，並得到所述第一測試點的應力應變。
7.如權利要求6所述的測試系統，其特徵在於， 所述固定裝置(200)，用於向所述結構件施加作用力。
8.如權利要求6所述的測試系統，其特徵在於， 所述第二控制單元(350)，具體用於對採集到的幹涉條紋圖像進行圖像增強處理和平滑處理，並將處理後的圖像ニ值化，將ニ值化圖像上單連接成分確定為特徵斑，跟蹤每幀幹涉條紋圖像上的特徵斑的質心的位置信息，根據所述第一測試點變形前後所述的質心的位置信息之差，獲得所述第一測試點變形的位移。
9.如權利要求8所述的測試系統，其特徵在幹， 所述行圖像增強處理包括直方圖均衡化化增強處理； 所述平滑處理處理包括中值濾波處理。
10.如權利要求6所述的測試系統，其特徵在於，所述測量裝置300還包括應變片和應變儀，其中， 所述應變片，粘貼在所述結構件上的第二測試點上，用於在通過固定裝置(200)向所述結構件施加作用力的過程中，測量所述第二測試點變形的位移，並傳輸給應變儀； 所述應變儀，用於根據所述第二測試點變形的位移，獲得第二測試點的應カ應變。
全文摘要
本發明公開了一種結構件性能測試系統，用以簡化結構件性能測試系統。該測試系統包括旋轉裝置、固定裝置以及測量裝置，其中，所述旋轉裝置，用於放置所述結構件，並能將所述結構件旋轉；所述固定裝置，用於與所述結構件的端面接觸並固定所述結構件，還能通過移動對所述結構件施加作用力；所述測量裝置，用於測量所述結構件的性能，其中，所述性能包括輪廓，和/或，應力應變。
文檔編號G01M13/00GK102798352SQ20121023773
公開日2012年11月28日 申請日期2012年7月10日 優先權日2012年7月10日
發明者塗宏斌, 付玲, 任會禮 申請人:中聯重科股份有限公司