專利名稱：高精度拉伸位移測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測(cè)量試件在受熱或受力狀態(tài)下長度變化量及應(yīng)變的方法，特別涉及一種采用光學(xué)技術(shù)，非接觸式、高靈敏度測(cè)量拉伸位移的方法。
背景技術(shù)：
材料在外力作用下呈現(xiàn)的有關(guān)強(qiáng)度和變形方面的特性，稱為材料的力學(xué)性能。拉伸試驗(yàn)是測(cè)定材料力學(xué)性能的主要試驗(yàn)。在做拉伸試驗(yàn)時(shí)，將材料做成標(biāo)準(zhǔn)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(shí)，通過安裝在試驗(yàn)機(jī)移動(dòng)端的位移傳感器測(cè)量試件拉伸位移。應(yīng)變則通過位移傳感器測(cè)量拉伸位移值與試件原長的比值來計(jì)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(gè)重要指標(biāo)?，F(xiàn)有拉伸儀上，位移傳感器測(cè)量拉壓位移存在以下幾個(gè)問題1、位移傳感器測(cè)量的伸長量為拉壓時(shí)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(yīng)變區(qū)，中間工作區(qū)為均勻應(yīng)變區(qū)，因此將引入較大誤差。2、試件在拉伸過程中可能發(fā)生滑移，而在這種情況下，現(xiàn)有的位移傳感器將此位移也計(jì)入試件變形伸長，給伸長量的計(jì)算帶來很大誤差。3、現(xiàn)有位移傳感器位移測(cè)量精度不高，無法給出材料拉伸過程中應(yīng)變的準(zhǔn)確值。而延伸率的測(cè)量則是試件拉斷后，拼接斷裂試件，然后人工利用游標(biāo)卡尺測(cè)量兩標(biāo)識(shí)線之間的距離來計(jì)算試件延伸率。此種方法測(cè)量較為麻煩，且人為因素對(duì)測(cè)量結(jié)果有一定的影響。對(duì)于新型材料和包裝柔性材料，此方法并不適用。因?yàn)橐恍┤嵝圆牧显诶旌?，卸載測(cè)量其伸長量時(shí)，由于材料粘彈性，在卸載后材料分子重新排列，使得卸載后材料拉伸量與有載荷時(shí)有著較大區(qū)別。目前，對(duì)于柔性材料拉伸位移的測(cè)量尚無理想的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在與克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種精確度高、結(jié)果準(zhǔn)確的材料拉伸位移的測(cè)量方法。
本發(fā)明所采用的高精度拉伸位移測(cè)量方法，其技術(shù)方案是在被測(cè)試件的工作段內(nèi)設(shè)置兩個(gè)標(biāo)識(shí)，兩個(gè)對(duì)應(yīng)的數(shù)字?jǐn)z像器件成像靶面位于同一平面內(nèi)，攝像器件位于標(biāo)識(shí)前方且攝像器件靶面連線平行于兩標(biāo)識(shí)連線，攝像器件分別采集被測(cè)試件上對(duì)應(yīng)標(biāo)識(shí)發(fā)生位移變化前、后的光信號(hào)，將該信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像信號(hào)后輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，輸出測(cè)量結(jié)果。
所述的數(shù)字?jǐn)z像器件由CCD和圖像采集卡組成，圖像采集卡的輸出信號(hào)直接輸入到計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；所述的數(shù)字?jǐn)z像器件還可為數(shù)碼攝像器件或數(shù)碼相機(jī)，其輸出信號(hào)直接輸出到計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。
本發(fā)明高精度拉伸位移測(cè)量方法的工作原理是當(dāng)試件受到拉伸或壓縮時(shí)，試件兩標(biāo)識(shí)之間的材料也受到拉伸或壓縮，標(biāo)識(shí)之間的距離發(fā)生了變化，兩攝像器件分別采集變形后標(biāo)識(shí)的數(shù)字圖像并與變形前數(shù)字圖像進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，可以分別計(jì)算出兩標(biāo)識(shí)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(shí)工作段的伸長或壓縮量。攝像系統(tǒng)在1∶1成像條件下，可以使位移測(cè)量的精度優(yōu)于1μm，測(cè)量應(yīng)變靈敏度可達(dá)1微應(yīng)變，應(yīng)變測(cè)量最大值20000微應(yīng)變以上。在試件拉伸過程兩端部均有可能出現(xiàn)滑移現(xiàn)象，而無論在哪一端產(chǎn)生滑移，均會(huì)使兩標(biāo)識(shí)產(chǎn)生相同的位移量。因此兩標(biāo)識(shí)位移量相減后此部分位移將全部消去，從而使試件在拉伸過程中由于拉伸產(chǎn)生的誤差得以消除。即試件的滑移對(duì)測(cè)量結(jié)果不產(chǎn)生影響。另外，兩標(biāo)識(shí)均設(shè)置在試件工作段，測(cè)量結(jié)果為兩標(biāo)識(shí)段之間工作段伸長或壓縮量，保證了測(cè)量區(qū)域?yàn)榫鶆驊?yīng)變區(qū)，兩端非均勻應(yīng)變區(qū)的變形對(duì)測(cè)量結(jié)果沒有影響，從而大大提高了系統(tǒng)測(cè)量準(zhǔn)確度。
由于兩標(biāo)識(shí)之間的相對(duì)位移量反映了兩標(biāo)識(shí)之間工作段的變形，因此測(cè)量系統(tǒng)采用雙攝像裝置，每個(gè)攝像裝置只對(duì)一個(gè)標(biāo)識(shí)點(diǎn)的變形進(jìn)行記錄，在攝像器件分辨率一定的情況下，大大提高系統(tǒng)位移、應(yīng)變測(cè)量靈敏度。
本方法同樣適用于試件在受熱膨脹時(shí)兩點(diǎn)之間伸長量的測(cè)量，同樣采用本發(fā)明可以消除傳統(tǒng)方法中端部變形對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所述的技術(shù)方案具有以下明顯的進(jìn)步和優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明由于采用了雙攝像器件分別采集工作段上對(duì)應(yīng)標(biāo)識(shí)點(diǎn)，因此，有效地消除了試件在拉伸過程中由于滑移而產(chǎn)生的測(cè)量誤差，提高了測(cè)量的準(zhǔn)確性。
2、兩標(biāo)識(shí)均設(shè)在工作段，使得最終測(cè)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(qū)對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生的影響。
3、本發(fā)明采用數(shù)字?jǐn)z像技術(shù)，具有非接觸測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)，是一種測(cè)量精度高、準(zhǔn)實(shí)時(shí)且無需特殊隔振裝置的光學(xué)測(cè)量方法，且測(cè)量簡單，容易掌握，應(yīng)用前景廣闊。


圖1是本發(fā)明高精度拉伸位移測(cè)量方法實(shí)施例的工作原理圖。
其中1、對(duì)應(yīng)于采集標(biāo)識(shí)1信號(hào)的數(shù)字圖像成像裝置；2、對(duì)應(yīng)于采集標(biāo)識(shí)2信號(hào)的數(shù)字圖像成像裝置。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的闡述。
實(shí)施例1參見附圖1，在被測(cè)試件的工作段上分別設(shè)置標(biāo)識(shí)1、標(biāo)識(shí)2，其間距取為100mm，對(duì)應(yīng)于采集標(biāo)識(shí)1信號(hào)的數(shù)字圖像成像裝置1和對(duì)應(yīng)于采集標(biāo)識(shí)2信號(hào)的數(shù)字圖像成像裝置2均采用相同的CCD，其鏡頭焦距為35mm，兩CCD成像靶面位于同一平面內(nèi)，CCD位于標(biāo)識(shí)前方且CCD靶面連線平行于兩標(biāo)識(shí)連線。兩CCD分別采集對(duì)應(yīng)一個(gè)標(biāo)識(shí)的數(shù)字圖像，兩幅數(shù)字圖像分別存儲(chǔ)于圖像卡存儲(chǔ)器的1，2兩幀內(nèi)。
由拉伸試驗(yàn)機(jī)對(duì)試件進(jìn)行加載，然后分別采集試件變形后兩標(biāo)識(shí)的數(shù)字圖像，存于3，4兩幀，利用計(jì)算機(jī)分別對(duì)1，3和2，4作相關(guān)搜索運(yùn)算，分別計(jì)算兩標(biāo)識(shí)在CCD靶面上移動(dòng)像素?cái)?shù)。由兩CCD成像系統(tǒng)的放大倍數(shù)和上述像素?cái)?shù)計(jì)算兩標(biāo)識(shí)位移量，標(biāo)識(shí)1與標(biāo)識(shí)2位移相減可得到兩標(biāo)識(shí)之間伸長或壓縮量。由此伸長或壓縮量，可以計(jì)算出工作段受力應(yīng)變值。
實(shí)施例2在金屬銅棒上相距100mm的地方粘貼兩標(biāo)識(shí)，使用CCD1和CCD2作為數(shù)字圖像成像裝置，CCD的鏡頭焦距為35mm，兩CCD成像靶面位于同一平面內(nèi)，CCD位于標(biāo)識(shí)前方且CCD靶面連線平行于兩標(biāo)識(shí)連線。采集兩幅數(shù)字圖像分別存儲(chǔ)于圖像卡存儲(chǔ)器1，2兩幀內(nèi)，記錄當(dāng)前環(huán)境溫度。利用水蒸汽使銅棒升溫至100℃，然后分別采集試件變形后兩標(biāo)識(shí)的數(shù)字圖像，存于3，4兩幀，利用計(jì)算機(jī)分別對(duì)1，3和2，4作相關(guān)搜索運(yùn)算，分別計(jì)算兩標(biāo)識(shí)在CCD靶面上移動(dòng)像素?cái)?shù)，由兩CCD成像系統(tǒng)的放大倍數(shù)和上述像素?cái)?shù)計(jì)算兩標(biāo)識(shí)位移量，標(biāo)識(shí)1與標(biāo)識(shí)2位移相減可得到兩標(biāo)識(shí)之間伸長量。由此伸長量，可以計(jì)算出材料線膨脹系數(shù)。
權(quán)利要求
1.一種高精度拉伸位移測(cè)量方法，其特征在于在被測(cè)試件的工作段內(nèi)設(shè)置兩個(gè)標(biāo)識(shí)，兩個(gè)對(duì)應(yīng)的數(shù)字?jǐn)z像器件成像靶面位于同一平面內(nèi)，攝像器件位于標(biāo)識(shí)前方且攝像器件靶面連線平行于兩標(biāo)識(shí)連線，攝像器件分別采集被測(cè)試件上對(duì)應(yīng)標(biāo)識(shí)發(fā)生位移變化前、后的光信號(hào)，將該信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像信號(hào)后輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，輸出測(cè)量結(jié)果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高精度拉伸位移測(cè)量方法，其特征在于所述的數(shù)字?jǐn)z像器件由CCD和圖像采集卡組成，圖像采集卡的輸出信號(hào)直接輸入到計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高精度拉伸位移測(cè)量方法，其特征在于所述的數(shù)字?jǐn)z像器件為數(shù)碼攝像器件或數(shù)碼相機(jī)，其輸出信號(hào)直接輸出到計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高精度拉伸位移測(cè)量方法，它采用兩個(gè)數(shù)字?jǐn)z像器件，在被測(cè)試件的工作段內(nèi)設(shè)置兩個(gè)標(biāo)識(shí)，使兩個(gè)數(shù)字?jǐn)z像器件成像靶面位于同一平面內(nèi)，攝像器件位于標(biāo)識(shí)前方且攝像器件靶面連線平行于兩標(biāo)識(shí)連線，攝像器件分別采集被測(cè)試件上對(duì)應(yīng)標(biāo)識(shí)發(fā)生位移變化前、后的光信號(hào)，將該信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像信號(hào)后輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，輸出測(cè)量結(jié)果。由于本發(fā)明采用兩攝像器件分別采集設(shè)置于工作段兩標(biāo)識(shí)，因此有效地消除了試件在拉伸過程中由于試件滑移而產(chǎn)生的測(cè)量誤差；該測(cè)量方法還具有高精度、非接觸式和準(zhǔn)實(shí)時(shí)等優(yōu)點(diǎn)，因此具有廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)G01N3/28GK1693874SQ200510040260
公開日2005年11月9日 申請(qǐng)日期2005年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月27日
發(fā)明者王琰蕾, 李明, 姜錦虎, 楊勇 申請(qǐng)人:蘇州大學(xué)