一種基于機器視覺的單纖維段裂試驗裝置及其控制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及試驗裝置的【技術領域】，更具體地，涉及一種基于機器視覺的單纖維段裂試驗裝置及其控制方法。一種基于機器視覺的單纖維段裂試驗裝置，包括底座、設于底座上的可編程控制器、與可編程控制器電連接的伺服控制器、與伺服控制器電連接的伺服電機；伺服電機連接傳動機構，伺服電機用于驅(qū)動傳動機構縱向移動，傳動機構上安裝圖像采集裝置，用于觀測試件纖維斷裂位置。本發(fā)明是與通用材料試驗機配合使用的單纖維段裂試驗裝置，在試驗過程中，樣品的拉伸加載通過材料試驗機完成，保證了加載精度，減少了儀器成本。本發(fā)明的主要功能是顯微觀測與斷口分析，其應用不局限于纖維段裂試驗，通過適當改造，可拓展到其他需要對樣品進行觀測的領域。
【專利說明】一種基于機器視覺的單纖維段裂試驗裝置及其控制方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及試驗裝置的【技術領域】，更具體地，涉及一種基于機器視覺的單纖維段裂試驗裝置及其控制方法。
【背景技術】
[0002]纖維增強復合材料的應用領域極其廣泛，對復合材料力學性能的研究與評價顯得極為重要。纖維增強復合材料的力學性能主要取決于三個要素:增強纖維、基體、纖維與基體間界面剪切強度(IFSS)，其中纖維或基體的強度容易測得，而IFSS的測定受纖維分布、纖維取向和彎曲等因素影響，難以采用真實復合材料樣品直接測得，只能通過間接試驗進行測量。
[0003]國內(nèi)外常用的IFSS測試方法有四種:單纖維段裂試驗、壓入試驗、拔出試驗、微珠試驗。雖然這四種試驗方法都存在著某種不足，但是在實際應用中可操作性強，其試驗結果在相當程度上反映了 IFSS大小，因此業(yè)界仍然采用這四種方法測定IFSS。其中，單纖維段裂試驗方法因其試件制作相對簡單、受外部影響較少、試驗中能夠出現(xiàn)纖維斷裂、界面脫粘、基體屈服、基體裂紋等典型失效模式而被廣泛采用。進行單纖維段裂試驗時，用基體材料做成拉伸試件，試件中軸線位置事先埋有一根增強纖維，然后對試件進行拉伸，同時通過光學顯微鏡觀察纖維逐段斷裂過程?；w受拉時產(chǎn)生形變，作用于纖維表面產(chǎn)生沿纖維長度方向均勻分布的剪切應力，由于纖維表面剪切應力沿纖維長度方向的積累，纖維橫截面內(nèi)拉伸應力(正應力)沿兩端到中間線性增加。當纖維正應力值達到纖維的拉伸強度極限時，纖維斷裂。纖維斷裂后斷點處的正應力為零，纖維應力重新分布。隨著拉伸載荷的增加，斷裂在纖維中間位置附近相繼發(fā)生，直到兩個斷點之間纖維的長度縮短到剪應力的積累不足以產(chǎn)生大于纖維強度極限的正應力時，纖維與基體之間產(chǎn)生滑移，纖維斷裂不再發(fā)生，試驗終止。
[0004]目前國內(nèi)外已有的單纖維段裂試驗裝置可分為兩類:一類是手動加載，人工觀察，其優(yōu)點是試驗裝置成本低；缺點是試驗過程受手工操作的影響，加載速度難以控制，試驗過程不連續(xù)，試驗重復性較差。另一類是從加載到測量都是自動化，優(yōu)點是加載速度可控，試驗過程連續(xù)，試驗重復性較好；缺點是整套裝置含有加載和觀測兩個部分，成本較高。考慮到材料試驗機是進行材料力學測試最通用的設備，一般材料力學試驗室都具備，因此單纖維段裂試驗裝置的加載功能完全可以利用已有的材料試驗機實現(xiàn)。專業(yè)的材料試驗機在機械設計、機架剛度、噪聲消減、算法設計等方面已經(jīng)相當成熟，其加載精度與可靠性比單纖維段裂試驗裝置自帶的加載系統(tǒng)要高。
[0005]纖維段裂試驗中對纖維斷口的判斷主要有兩種方法:一種是聲發(fā)射檢測的方法，其原理是在激勵信號(聲波、振動)的作用下，纖維斷口處因為其不連續(xù)性將會產(chǎn)生應力波，通過分析應力波便可獲得纖維段裂參數(shù)。另一種是機器視覺的方法，其原理是通過顯微鏡、相機、圖像采集卡以及圖像處理算法抓取特征圖像并分析特征值。相比于聲發(fā)射檢測法，機器視覺的方法有獨有的優(yōu)點。首先，機器視覺是一種無接觸、無損傷的檢測方式，不同于聲發(fā)射檢測法需要在試件兩端貼上傳感器；其次，聲發(fā)射檢測法雖然可以實時測得段裂試驗過程中斷口的產(chǎn)生以及位置分布，但是需要購買一套專用的信號采集設備和信號分析軟件，而這樣一套聲發(fā)射檢測系統(tǒng)并不能拍取試件段裂的圖片。然而，機器視覺方法恰好能滿足在監(jiān)測試驗過程的同時拍攝圖片甚至錄像的要求，在一定精度的硬件搭配和算法設計的支持下，機器視覺的精度是可以保證的。
[0006]基于此，配合已有的材料試驗機，本發(fā)明采用機器視覺方法，開發(fā)含有數(shù)字圖像處理模塊和運動與控制模塊的單纖維段裂試驗裝置。其中，圖像處理模塊包含顯微鏡頭、CCD相機、圖像采集卡以及圖像處理軟件。軟件算法自行編寫，包含圖像拼接算法與圖像檢測兩部分，可以實現(xiàn)纖維段裂試驗過程的監(jiān)控與觀察。由于被測纖維的直徑通常為微米級，為保證采集到的圖像有足夠的精度和分辨率，顯微鏡頭應該有足夠的放大倍率，這將導致顯微視場變小，單次拍攝的視場難以覆蓋整個試件，所以需要開發(fā)一個運動與控制模塊用于控制顯微鏡頭的運動，分別拍取試件不同局部的圖像，再由拼接算法進行拼接獲得試件的全局圖。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明提供一種基于機器視覺的單纖維段裂試驗裝置，與材料試驗機配合使用，完成單纖維段裂試驗。內(nèi)容包括研制機器視覺模塊并開發(fā)相應的算法、開發(fā)顯微鏡頭運動與控制模塊，同時能夠?qū)w維段裂數(shù)據(jù)進行后期的分析處理。與手動加載的單纖維段裂試驗裝置相比，本發(fā)明通過有限的成本代價實現(xiàn)了自動化纖維斷裂觀測和分析功能，同時通過材料試驗機實現(xiàn)連續(xù)可控加載，試驗精確度和重復性明顯提高。與自帶加載裝置的單纖維段裂試驗設備不同，纖維段裂試驗時所需加載功能利用現(xiàn)有的材料試驗機進行，監(jiān)測功能軟硬件部分則自行設計和研制，這樣既保證了試驗加載的精度，又減少了儀器成本；其獨立的顯微觀測架構設計便于進一步的應用開發(fā)和功能拓展。
[0008]本發(fā)明采用的技術方案是:一種基于機器視覺的單纖維段裂試驗裝置，其中，包括底座、設于底座上的可編程控制器、與可編程控制器電連接的伺服控制器、與伺服控制器電連接的伺服電機；所述的伺服電機連接有傳動機構，伺服電機用于驅(qū)動傳動機構縱向移動，所述的傳動機構上安裝用于觀測試件纖維斷裂位置的圖像采集裝置。
[0009]本發(fā)明中，采用基于機器視覺的方法，實現(xiàn)對試驗過程的監(jiān)控，提取纖維斷裂特征，判斷段裂過程，試驗終止后自動計算纖維直徑和臨界長度ic，由此算出界面剪切強度IFSS。具體來說，圖像采集裝置采集纖維的局部放大圖像，為了
克服放大后鏡頭視場變小不能監(jiān)測纖維全貌的問題，采用圖像拼接技術將局部放大圖像拼接成全局圖，用于斷裂特征提取與分析，以此判斷纖維段裂臨界長度并計算界面剪切強度。針對圖像拼接問題，設計了伺服電機驅(qū)動傳動機構縱向移動，實現(xiàn)圖像采集裝置的垂直運動和位置控制，以采集纖維各局部的放大圖像，用于拼接。
[0010]可編程控制器(Programmable Logic Controller,PLC)是一種新型的通用自動化控制裝置，它將傳統(tǒng)的繼電器控制技術、計算機技術和通訊技術融為一體，其內(nèi)部采用可以編制程序的存儲器存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。本發(fā)明采用PLC將PC的控制指令輸出為伺服控制器的控制信號。[0011]伺服控制器是用來控制伺服電機的一種控制器，是伺服系統(tǒng)的核心。伺服控制器一般通過位置、速度和轉矩三種方式對伺服電機進行控制，實現(xiàn)高精度的傳動系統(tǒng)定位。
[0012]伺服電機是指在伺服系統(tǒng)中控制機械元件運轉的發(fā)動機，是一種補助馬達間接變速裝置。伺服電機控制速度和位置非常準確，可以將電壓信號轉化為轉矩和轉速以驅(qū)動控制對象。相對于步進電機，伺服電機具有控制精度高、反應快等特點。交流伺服電機是最常用的伺服電機，用正弦波控制，轉矩脈動小。
[0013]進一步的，所述的圖像采集機構包括目鏡、與目鏡連接的變倍率鏡頭主體、與變倍率鏡頭主體連接的套筒、與套筒連接的轉接環(huán)、與轉接環(huán)連接的相機；上述目鏡、變倍率鏡頭主體、套筒、轉接環(huán)、相機的中心軸線位于同一直線上。
[0014]圖像采集裝置的功能是實現(xiàn)試驗過程中局部圖像的采集。目鏡、變倍率鏡頭主體、套筒將焦距處的纖維圖像放大后投影到相機的感光元件上，經(jīng)相機轉換成數(shù)字信號輸入計算機，由圖像處理軟件進行顯示和后期處理。其整體光學放大倍率為1.4?9倍，視場范圍為9.2X6.9?1.5X1.1mm2，最高分辨率1280*1024，支持Iabview編程控制曝光時間、增
益、亮度等參數(shù)。
[0015]進一步的，所述的圖像采集裝置連接調(diào)節(jié)機構，用于調(diào)節(jié)X方向和y方向的位置；調(diào)節(jié)機構上設有鏡頭固定座，套筒穿過鏡頭固定座固定連接。通過設置鏡頭固定座，使得圖像采集裝置能夠與傳動機構一起縱向移動。所述的調(diào)節(jié)機構包括X-y位移臺、X方向和y方向的兩個微調(diào)螺桿。所述X — y位移臺的底部還設有連接件，連接件呈“L”型，其一端與傳動機構固定連接，另一端與X — y位移臺固定連接。X — y位移臺通過一個連接件固定于傳動機構上，xy方向各有一個微調(diào)螺桿，可以進行25X25mm范圍精密微調(diào)，微調(diào)精度
0.0lmm,負載3kg,用于鏡頭的對準和手動調(diào)焦。
[0016]進一步的，試驗裝置還包括與伺服電機固定連接的電機固定板、與伺服電機連接的電機軸承，電機軸承連接傳動機構。所述的傳動機構為絲杠，伺服電機與絲杠的中心軸線在同一直線上。滾珠絲杠由螺桿、螺母和滾珠組成。它的功能是將旋轉運動轉化成直線運動。伺服電機與滾珠絲杠下端的軸承連接固緊之后，電機的旋轉運動經(jīng)由絲杠轉換成直線運動，調(diào)節(jié)鏡頭部分的豎直位置。
[0017]進一步的，所述的變倍率鏡頭主體的放大倍率為0.7?4.5倍，相機為CMOS黑白工業(yè)相機。本方案中，鏡頭采用AFTvision ZL0911變倍縮放工業(yè)鏡頭，該鏡頭具有清晰度高、倍率可變、光學無畸變、高對比度等特點。采用焦闌法，測量誤差少，能配合百萬像素以上1/3〃，1/2〃，2/3〃工業(yè)相機使用，用于高精確檢測、高精度尺寸測量、目標位置定位等機器視覺系統(tǒng)中。鏡頭放大倍率為0.7?4.5倍，工作距離88?93mm。
[0018]工業(yè)相機通常根據(jù)傳感器類型不同可分為C⑶和CMOS相機。C⑶和CMOS的區(qū)別在于:CCD傳感器的生產(chǎn)制造起步較早，技術相對成熟，采用PN結合二氧化硅隔離層隔離噪聲，成像質(zhì)量相對CMOS傳感器有一定優(yōu)勢，但目前CCD傳感器存在工藝復雜、成本高、耗電量大、像素提升難度大等問題。而CMOS速度快，耗電小，可以在每個原始像素上實現(xiàn)信號放大，在低能耗的基礎上可以實現(xiàn)快速數(shù)據(jù)掃描，同時也降低了傳輸過程帶來的噪音干擾。另夕卜，CMOS可以在普通半導體生產(chǎn)線上進行生產(chǎn)，其制造成本比較低廉。
[0019]綜合上面的分析，本發(fā)明采用MV-1300UM型號的CMOS黑白工業(yè)相機，其最高分辨率為 1280*1024，像素尺寸 5.2Mm*5.2Mm，幀率 15fps@1280*1024，45fps@640*480，光學尺寸為1/2"。該相機具有高分辨率、高精度、高清晰度、色彩還原好、低噪聲、性價比高等優(yōu)點，采用USB2.0標準接口，安裝使用方便，非常適合室內(nèi)外各種工業(yè)檢測應用。MV-1300UM工業(yè)相機可通過外部信號觸發(fā)采集或連續(xù)采集。
[0020]進一步的，伺服電機為三菱HF-KN13J-S100交流伺服電機，具有低慣性小功率的特點，適合負載轉動慣量有變動的機械使用，其分辨率為lOOOOp/rev，額定轉速5000轉。
[0021]工作原理:上位機通過串口與可編程控制器的編程口通訊。上位機向可編程控制器發(fā)送控制信號，可編程控制器執(zhí)行內(nèi)存中設定的程序后輸出開關信號，伺服控制器根據(jù)可編程控制器輸出的開關信號控制伺服電機轉動。伺服電機與絲杠固連，絲杠將電機的轉動轉化成豎直方向的直線運動，以此帶動圖像采集裝置的上下運動，實現(xiàn)全景觀察。
[0022]一種利用所述基于機器視覺的單纖維段裂試驗裝置的控制方法，包括以下步驟:
51.制作試驗所需的包埋有單纖維的基體材料試件(18)，將試件(18)通過夾具固定在材料試驗機上；
52.控制伺服電機的轉動，調(diào)整X— y位移臺的位置于絲杠的中點，使目鏡的中心對準試件的中心；
53.啟動材料試驗機對試件進行拉伸試驗，同時啟動本單纖維段裂試驗裝置，其圖像采集機構通過縱向上下運動而獲取纖維斷裂圖像；
54.對所獲取的纖維圖像進行纖維斷口判定和纖維段數(shù)計數(shù)；
55.計數(shù)不再增加時停止試驗并進行長度計算，然后根據(jù)力學模型計算出該纖維與基體間的界面剪切強度IFSS。
[0023]與現(xiàn)有技術相比，有益效果是:本發(fā)明是與通用材料試驗機配合使用的單纖維段裂試驗裝置，在試驗過程中樣品的拉伸加載與位移測量通過材料試驗機完成，一方面保證了加載與位移測量精度，另一方面減少了儀器的成本。本裝置的主要功能是顯微觀測與斷口分析，其應用不局限于纖維段裂試驗，通過適當改造，還可以拓展到其他需要對樣品進行觀測的領域，比如裂紋擴展試驗、生物組織微小樣品力學試驗等；這種可拓展性是其他現(xiàn)有裝置所不具備的。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1是本發(fā)明的整體結構示意圖。
[0025]圖2是本發(fā)明的運動結構示意圖。
[0026]圖3是本發(fā)明的單纖維段裂試驗工作場景圖。
[0027]其中:1-目鏡，2-變倍率鏡頭主體，3-套筒，4-轉接環(huán)，5-相機，6-鏡頭固定座，7-x — y位移臺，8-微調(diào)螺桿，9-連接件，10-絲杠，11-伺服電機，12-可編程控制器，13-伺服控制器，14-底座，15-墊腳，16-前蓋板，17-材料試驗機，18-試件，19-本裝置，20-電機軸承，21-電機固定板。
【具體實施方式】
[0028]附圖僅用于示例性說明，不能理解為對本專利的限制；為了更好說明本實施例，附圖某些部件會有省略、放大或縮小，并不代表實際產(chǎn)品的尺寸；對于本領域技術人員來說，附圖中某些公知結構及其說明可能省略是可以理解的。[0029]如圖1 一 3所示，一種基于機器視覺的單纖維段裂試驗裝置，其中，包括底座14、設于底座14上的可編程控制器12、與可編程控制器12電連接的伺服控制器13、與伺服控制器13電連接的伺服電機11 ;伺服電機11連接有傳動機構10，伺服電機11用于驅(qū)動傳動機構10縱向移動，傳動機構10上設有用于觀測試件纖維斷裂位置的圖像采集裝置。
[0030]本實施例中，裝置的運動控制規(guī)模較小，輸入輸出接口較少，使用8進8出的小型可編程控制器12即可滿足要求。位置控制中需要用可編程控制器12發(fā)出脈沖實現(xiàn)位移，因此使用晶體管輸出為宜?？紤]到鏡頭的運動速度較慢，屬于低速控制，配合電子齒輪調(diào)節(jié)，通常IOOkps的脈沖頻率已經(jīng)足夠使用，因此選用三菱FX3U-16M可編程控制器作為上位機，其功能特性足夠?qū)崿F(xiàn)本裝置的要求，價格也較低。
[0031]本實施例中，伺服控制器13使用三菱公司生產(chǎn)的MR-E-10A-KH003型數(shù)字伺服控制器，該控制器采用插座方式接線，操作簡單的同時又保持了 J2 super系列控制器的高水平自動調(diào)諧、增益設置、自適應制振等性能，可以通過RS232C通信連接到個人電腦上進行參數(shù)設置、試運行、測試等操作。
[0032]本實施例中，伺服電機11為三菱HF-KN13J-S100交流伺服電機，具有低慣性小功率的特點，適合負載轉動慣量有變動的機械使用，其分辨率為lOOOOp/rev，額定轉速5000轉。
[0033]圖像采集裝置包括目鏡1、與目鏡I連接的變倍率鏡頭主體2、與變倍率鏡頭主體2連接的套筒3、與套筒3連接的轉接環(huán)4、與轉接環(huán)4連接的相機5 ;上述目鏡1、變倍率鏡頭主體2、套筒3、轉接環(huán)4、相機5的中心軸線位于同一直線上。圖像采集裝置的功能是實現(xiàn)試驗過程中局部圖像的采集。目鏡、變倍率鏡頭主體、套筒將焦距處的纖維圖像放大后投影到相機的感光元件上，經(jīng)相機轉換成數(shù)字信號輸入計算機，由圖像處理軟件進行顯示和后期處理，其整體光學放大倍率為1.4?9倍，視場范圍為9.2X6.9?1.5X1.1mm2，最高分辨率1280*1024，支持Iabview編程控制曝光時間、增益、亮度等參數(shù)。
[0034]其中，本實施例中，變倍率鏡頭主體2的放大倍率為0.7?4.5倍，相機為CMOS黑白工業(yè)相機。本方案中，鏡頭采用AFTvision ZL0911變倍縮放工業(yè)鏡頭。該鏡頭具有清晰度高、倍率可變、光學無畸變、高對比度等特點。采用焦闌法，測量誤差少，能配合百萬像素以上1/3〃，1/2〃，2/3〃工業(yè)相機使用，用于高精確檢測、高精度尺寸測量、目標位置定位等機器視覺系統(tǒng)中。鏡頭放大倍率為0.7?4.5倍，工作距離88?93mm。本發(fā)明采用MV-1300UM型號的CMOS黑白工業(yè)相機，其最高分辨率為1280*1024，像素尺寸5.2Mm*5.2Mm,幀率15fps@1280*1024，45fps@640*480，光學尺寸為1/2〃。該相機具有高分辨率、高精度、高清晰度、色彩還原好、低噪聲、性價比高等優(yōu)點，采用USB2.0標準接口，安裝使用方便，非常適合室內(nèi)外各種工業(yè)檢測應用。
[0035]圖像采集裝置連接有用于調(diào)節(jié)圖像采集裝置的X方向和y方向的調(diào)節(jié)機構，調(diào)節(jié)機構上設有鏡頭固定座6，套筒3穿過鏡頭固定座6固定連接。調(diào)節(jié)機構包括X — y位移臺
7、用于調(diào)節(jié)圖像采集裝置的X方向和I方向的兩個微調(diào)螺桿8。X — y位移臺7的底部還設有連接件9，連接件9呈“L”型，其一端與傳動機構10固定連接，另一端與X - y位移臺7固定連接。通過設置鏡頭固定座6，使得圖像采集裝置能隨著傳動機構的豎向移動從而一起豎向移動。X — y位移臺通過一個連接件9固定于傳動機構10上,xy方向各有一個微調(diào)螺桿8，可以在25 X 25mm范圍精密微調(diào)，微調(diào)精度0.0lmm,負載3kg，用于鏡頭的對準和手動調(diào)焦。
[0036]試驗裝置還包括與伺服電機11固定連接的電機固定板21、與伺服電機11連接的電機軸承20，電機軸承20連接傳動機構10。傳動機構10為絲杠，伺服電機11與絲杠的中心軸線在同一直線上。滾珠絲杠10是將回轉運動轉化為直線運動，或?qū)⒅本€運動轉化為回轉運動的理想的產(chǎn)品。滾珠絲杠10由螺桿、螺母和滾珠組成。它的功能是將旋轉運動轉化成直線運動，由于具有很小的摩擦阻力，滾珠絲杠被廣泛應用于各種工業(yè)設備和精密儀器。伺服電機與滾珠絲杠下端的軸承連接固緊之后，電機11的旋轉運動經(jīng)由絲杠轉換成直線運動，調(diào)節(jié)鏡頭部分的豎直位置。
[0037]圖1中，前蓋板16在工作狀態(tài)時處于關閉狀態(tài)，底座14的底部設有墊腳15，使用時，可編程控制器12通過程序控制伺服控制器13，伺服控制器13通過發(fā)送脈沖控制伺服電機11進行有規(guī)律的轉動。伺服電機11的轉動帶動絲杠10進行有規(guī)律且可控制地上下運動。并且，通過絲杠位移臺連接件9固定于絲杠上的X — y位移臺7，也將帶動通過鏡頭固定座6固定在X - y位移臺7上的鏡頭進行有規(guī)律的運動，從而實現(xiàn)纖維斷裂過程中圖像的獲取。
[0038]一種利用基于機器視覺的單纖維段裂試驗裝置的控制方法，包括以下步驟:
1)制作試驗所需的包埋有單纖維復合材料試件18，按照圖3，將試件18通過夾具固定在材料試驗機17上。將本發(fā)明與材料試驗機17按圖3所示擺放；
2)如圖3所示，通過電腦相關程序，控制伺服電機(11)的轉動，調(diào)整X— y位移臺7位置于絲杠10的中點，目鏡I的中心對準試件18的中心；
3)啟動材料試驗機17對試件18進行拉伸試驗，同時啟動本單纖維段裂試驗裝置，使鏡頭進行垂直方向上的上下運動來獲取試件全局的纖維斷裂圖像。由于材料試驗機17進行力學加載時速度的不同以及試件18的不同，鏡頭的運動速度在一定范圍內(nèi)可調(diào)；
4)對所獲取的纖維圖像進行纖維斷口判定和纖維段數(shù)計數(shù)；
5)計數(shù)不再增加時停止試驗并進行長度計算，然后根據(jù)力學模型計算出該纖維與基體間的界面剪切強度IFSS。
[0039]本實施例通過一系列的措施完成了單纖維段裂試驗，所使用的方法與傳統(tǒng)方法的區(qū)別在于，本裝置可以作為通用材料試驗機的配件使用，力學加載與位移測量功能由材料試驗機完成，而纖維斷裂過程的監(jiān)控、分析以及斷裂特征長度和纖維直徑的測量則通過機器視覺技術實現(xiàn)，具有易用性及可拓展性。
[0040]顯然，本發(fā)明的上述實施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對本發(fā)明的實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明權利要求的保護范圍之內(nèi)。
【權利要求】
1.一種基于機器視覺的單纖維段裂試驗裝置，其特征在于，包括底座(14)、設于底座(14)上的可編程控制器(12)、與可編程控制器(12)電連接的伺服控制器(13)、與伺服控制器(13)電連接的伺服電機(11);所述伺服電機(11)連接傳動機構(10)，伺服電機(11)用于驅(qū)動傳動機構(10)縱向移動，所述的傳動機構(10)上安裝圖像采集裝置，用于觀測試件纖維斷裂位置。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種基于機器視覺的單纖維段裂試驗裝置，其特征在于，所述的圖像采集裝置包括目鏡(I)、與目鏡(I)連接的變倍率鏡頭主體(2)、與變倍率鏡頭主體(2)連接的套筒(3)、與套筒(3)連接的轉接環(huán)(4)、與轉接環(huán)(4)連接的相機(5);上述目鏡(I)、變倍率鏡頭主體(2 )、套筒(3 )、轉接環(huán)(4 )、相機(5 )的中心軸線位于同一直線上。
3.根據(jù)權利要求2所述的一種基于機器視覺的單纖維段裂試驗裝置，其特征在于，所述的圖像采集裝置連接調(diào)節(jié)機構，用于調(diào)節(jié)其X方向和y方向的位置，調(diào)節(jié)機構上設有鏡頭固定座(6)，套筒(3)與鏡頭固定座(6)固定連接。
4.根據(jù)權利要求3所述的一種基于機器視覺的單纖維段裂試驗裝置，其特征在于，所述的調(diào)節(jié)機構包括X — y位移臺(7)、用于調(diào)節(jié)圖像采集裝置X方向和y方向位置的兩個微調(diào)螺桿(8)。
5.根據(jù)權利要求4所述的一種基于機器視覺的單纖維段裂試驗裝置，其特征在于，所述的X — y位移臺(7)的底部還設有連接件(9)，連接件(9)呈“L”型，其一端與傳動機構(10)固定連接,另一端與X — y位移臺(7)固定連接。
6.根據(jù)權利要求1至5任一所述的一種基于機器視覺的單纖維段裂試驗裝置，其特征在于，試驗裝置還包括與伺服電機(11)固定連接的電機固定板(21)、與伺服電機(11)連接的電機軸承(20 )，電機軸承(20 )連接傳動機構(10 )。
7.根據(jù)權利要求6所述的一種基于機器視覺的單纖維段裂試驗裝置，其特征在于，所述的傳動機構(10)為絲杠，伺服電機(11)與絲杠的中心軸線在同一直線上。
8.根據(jù)權利要求2所述的一種基于機器視覺的單纖維段裂試驗裝置，其特征在于，所述的變倍率鏡頭主體(2)的放大倍率為0.7?4.5倍，相機(5)為CMOS黑白工業(yè)相機。
9.根據(jù)權利要求1所述的一種基于機器視覺的單纖維段裂試驗裝置，其特征在于，所述的伺服電機(11)為交流伺服電機，其分辨率為10000p/rev，額定轉速5000轉。
10.一種利用權利要求7所述基于機器視覺的單纖維段裂試驗裝置的控制方法，其特征在于包括以下步驟: s1.制作試驗所需的包埋有單纖維的基體材料試件(18)，將試件(18)通過夾具固定在材料試驗機上； s2.控制伺服電機的轉動，調(diào)整X— y位移臺的位置于絲杠的中點，使目鏡中心對準試件的中心； s3.啟動材料試驗機對試件進行拉伸試驗，同時啟動本單纖維段裂試驗裝置，其圖像采集裝置通過縱向上下運動獲取試件全局的纖維圖像； s4.對所獲取的纖維圖像進行纖維斷口判定和纖維段數(shù)計數(shù)； s5.計數(shù)不再增加時停止試驗并進行長度計算，然后根據(jù)力學模型計算出該纖維與基體間的界面剪切強度IFSS。
【文檔編號】G01N19/04GK103728183SQ201310463803
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年10月8日 優(yōu)先權日:2013年10月8日
【發(fā)明者】肖潭, 李姍柵, 王堉 申請人:廣東石油化工學院