基于光柵連續(xù)攝像及圖像處理的應(yīng)變測(cè)量設(shè)備及測(cè)量方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了基于光柵連續(xù)攝像及圖像處理的應(yīng)變測(cè)量設(shè)備及測(cè)量方法，設(shè)備由貼在鋼材表面的光柵應(yīng)變計(jì)、吸附于鋼材表面的攝像頭組件和用于對(duì)攝像頭組件定位的輔助鐵片組成；光柵應(yīng)變計(jì)貼在待測(cè)鋼材表面，光柵條紋方向與鋼材的變形垂直，將攝像頭組件吸附在鋼材表面，攝像頭對(duì)準(zhǔn)光柵條紋，攝像頭組件的第一凹槽位于標(biāo)記的第二凹槽的位置；處理過(guò)程為計(jì)算機(jī)首先將圖像轉(zhuǎn)換為二維數(shù)字圖像，并計(jì)算出數(shù)字圖像中每條條紋的寬度、計(jì)算相鄰光柵之間的距離變化，得出局部應(yīng)變及t時(shí)刻的均勻應(yīng)變。本發(fā)明的有益效果是能不受實(shí)際場(chǎng)地、距離的限制，實(shí)時(shí)觀測(cè)到鋼材表面的變形，尤其是表面開(kāi)裂。
【專利說(shuō)明】基于光柵連續(xù)攝像及圖像處理的應(yīng)變測(cè)量設(shè)備及測(cè)量方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于圖像測(cè)量【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及基于光柵連續(xù)攝像及圖像處理的應(yīng)變測(cè)量設(shè) 備及測(cè)量方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)有鋼結(jié)構(gòu)或其他均質(zhì)材料的應(yīng)變測(cè)量方法主要利用電阻應(yīng)變片來(lái)進(jìn)行。其原理 為：通過(guò)在受力部位粘貼光柵應(yīng)變片監(jiān)測(cè)變形，光柵長(zhǎng)度的變化會(huì)導(dǎo)致其電阻發(fā)生變化，然 后利用導(dǎo)線將電阻的變化傳輸?shù)絻x器中，通過(guò)儀器中電阻的變化值即可得出鋼材的變形。 這種方法的缺點(diǎn)是不利用現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)情況復(fù)雜時(shí)，需要很長(zhǎng)的導(dǎo)線，當(dāng)任何一個(gè)位置 的導(dǎo)線發(fā)生異常均不能進(jìn)行監(jiān)測(cè)。且只能監(jiān)測(cè)均勻變形，不能監(jiān)測(cè)不均勻變形。不適用于 鋼材局部開(kāi)裂位置的檢測(cè)。
[0003] 本發(fā)明通過(guò)攝像技術(shù)來(lái)檢測(cè)光柵之間距離的變化，進(jìn)而將所得到的圖像利用無(wú)線 局域網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)诫娔X上，利用數(shù)字圖像處理技術(shù)來(lái)得出實(shí)際位移。本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)觀察位置 與實(shí)際變形位置之間無(wú)需導(dǎo)線傳輸信號(hào)，可解決上述使用導(dǎo)線傳輸?shù)牟蛔?。且可?shí)現(xiàn)裂縫 處變形的精確測(cè)量。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供基于光柵連續(xù)攝像及圖像處理的應(yīng)變測(cè)量設(shè)備，解決了現(xiàn) 有技術(shù)必須采用導(dǎo)線傳輸信號(hào)、且不能監(jiān)測(cè)裂縫尖端處變形的缺點(diǎn)。
[0005] 本發(fā)明的另一個(gè)目的是進(jìn)行應(yīng)變測(cè)量的方法。
[0006] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是由貼在鋼材表面的光柵應(yīng)變計(jì)、吸附于鋼材表面的攝 像頭組件和用于對(duì)攝像頭組件定位的輔助鐵片組成；
[0007] 所述光柵應(yīng)變計(jì)為長(zhǎng)方形，其上設(shè)置光柵；
[0008] 所述攝像頭組件包括置于組件中間的長(zhǎng)方形攝像頭，攝像頭兩邊分別布有一排照 明燈，攝像頭和照明燈周圍設(shè)置有一圈圓形的磁鐵，攝像頭、照明燈和磁鐵安裝在橡膠外殼 上，磁鐵的表面與橡膠外殼的表面在一個(gè)水平面上，攝像頭表面與磁鐵表面有一定距離，橡 膠外殼徑向截面為圓形，與攝像頭對(duì)應(yīng)的兩端設(shè)有第一凹槽；
[0009] 所述輔助鐵片為圓形，直徑大小與橡膠外殼的直徑相同，輔助鐵片內(nèi)部開(kāi)有一個(gè) 長(zhǎng)方形空槽，長(zhǎng)方形空槽的大小與光柵應(yīng)變計(jì)的大小相同，長(zhǎng)方形空槽的中心線位于輔助 鐵片的直徑上，輔助鐵片與長(zhǎng)方形空槽長(zhǎng)度方向上重合的一條直徑兩端設(shè)有第二凹槽。
[0010] 進(jìn)一步，所述光柵應(yīng)變計(jì)采用polyete材料制成，總長(zhǎng)度14mm、寬度為5mm，光柵總 長(zhǎng)度為10mm，由20個(gè)寬度為0· 5mm的黑白直線光柵條紋組成。
[0011] 進(jìn)一步，所述攝像頭的像素為1〇〇〇萬(wàn)。
[0012] 進(jìn)一步，所述輔助鐵片厚度為2mm。
[0013] 進(jìn)行鋼材應(yīng)變測(cè)量的方法按照以下步驟進(jìn)行：
[0014] 步驟1 :測(cè)量設(shè)備的設(shè)置；光柵應(yīng)變計(jì)貼在待測(cè)鋼材表面，光柵條紋方向與鋼材的 變形垂直，在光柵應(yīng)變計(jì)上覆蓋輔助鐵片，保持輔助鐵片中間的空隙與光柵應(yīng)變計(jì)完全吻 合，標(biāo)記第二凹槽的位置，撤走輔助鐵片，將攝像頭組件吸附在鋼材表面，攝像頭對(duì)準(zhǔn)光柵 條紋，攝像頭組件的第一凹槽位于標(biāo)記的第二凹槽的位置；
[0015] 步驟2 :鋼材形變的計(jì)算；將攝像頭拍攝的圖像實(shí)時(shí)發(fā)送給計(jì)算機(jī)進(jìn)行程序處理， 處理過(guò)程為計(jì)算機(jī)首先將圖像轉(zhuǎn)換為二維數(shù)字圖像，并計(jì)算出數(shù)字圖像中每條條紋的寬 度、計(jì)算相鄰光柵之間的距離變化，得出局部應(yīng)變：4 = (/丨-/廣V/f (盧廣20);
[0016] 式中/f為初始時(shí)刻第i條條紋的寬度，（、/廠1為t、t-ι時(shí)刻第i條條紋的寬度， 4 .為t時(shí)刻第i條條紋的應(yīng)變；
[0017] 當(dāng)鋼材表面為均勻變形時(shí)，計(jì)算同一時(shí)刻多條相鄰光柵之間距離變化的平均值， 得出t時(shí)刻的均勻應(yīng)變?chǔ)?t為：
[0018]

【權(quán)利要求】
1. 基于光柵連續(xù)攝像及圖像處理的應(yīng)變測(cè)量設(shè)備，其特征在于：由貼在鋼材表面的光 柵應(yīng)變計(jì)（1)、吸附于鋼材表面的攝像頭組件（2)和用于對(duì)攝像頭組件（2)定位的輔助鐵片 (3)組成； 所述光柵應(yīng)變計(jì)（1)為長(zhǎng)方形，其上設(shè)置光柵（101); 所述攝像頭組件（2)包括置于組件中間的長(zhǎng)方形攝像頭（201)，攝像頭（201)兩邊分別 布有一排照明燈（202)，攝像頭（201)和照明燈（202)周圍設(shè)置有一圈圓形的磁鐵（203)， 攝像頭（201)、照明燈（202)和磁鐵（203)安裝在橡膠外殼（204)上，磁鐵（203)的表面與 橡膠外殼（204)的表面在一個(gè)水平面上，攝像頭（201)表面與磁鐵（203)表面有一定距離， 橡膠外殼（204)徑向截面為圓形，與攝像頭（201)對(duì)應(yīng)的兩端設(shè)有第一凹槽（205); 所述輔助鐵片（3)為圓形，直徑大小與橡膠外殼（204)的直徑相同，輔助鐵片（3)內(nèi)部 開(kāi)有一個(gè)長(zhǎng)方形空槽（301)，長(zhǎng)方形空槽（301)的大小與光柵應(yīng)變計(jì)（1)的大小相同，長(zhǎng)方 形空槽（301)的中心線位于輔助鐵片（3)的直徑上，輔助鐵片（3)與長(zhǎng)方形空槽（301)長(zhǎng) 度方向上重合的一條直徑兩端設(shè)有第二凹槽（302)。
2. 按照權(quán)利要求1所述基于光柵連續(xù)攝像及圖像處理的應(yīng)變測(cè)量設(shè)備，其特征在于： 所述光柵應(yīng)變計(jì)（1)采用polyete材料制成，總長(zhǎng)度14mm、寬度為5mm，光柵（101)總長(zhǎng)度 為10mm，由20個(gè)寬度為0? 5mm的黑白直線光柵條紋（102)組成。
3. 按照權(quán)利要求1所述基于光柵連續(xù)攝像及圖像處理的應(yīng)變測(cè)量設(shè)備，其特征在于： 所述攝像頭（201)的像素為1000萬(wàn)。
4. 按照權(quán)利要求1所述基于光柵連續(xù)攝像及圖像處理的應(yīng)變測(cè)量設(shè)備，其特征在于： 所述輔助鐵片（3)厚度為2mm。
5. 按照權(quán)利要求1所述基于光柵連續(xù)攝像及圖像處理的應(yīng)變測(cè)量設(shè)備進(jìn)行鋼材應(yīng)變 測(cè)量的方法，其特征在于按照以下步驟進(jìn)行： 步驟1 :測(cè)量設(shè)備的設(shè)置；光柵應(yīng)變計(jì)（1)貼在待測(cè)鋼材表面，光柵條紋（102)方向與 鋼材的變形垂直，在光柵應(yīng)變計(jì)（1)上覆蓋輔助鐵片（3)，保持輔助鐵片（3)中間的空隙與 光柵應(yīng)變計(jì)（1)完全吻合，標(biāo)記第二凹槽（302)的位置，撤走輔助鐵片（3)，將攝像頭組件 (2)吸附在鋼材表面，攝像頭（201)對(duì)準(zhǔn)光柵條紋（102)，攝像頭組件（2)的第一凹槽（205) 位于標(biāo)記的第二凹槽（302)的位置； 步驟2 :鋼材形變的計(jì)算；將攝像頭（201)拍攝的圖像實(shí)時(shí)發(fā)送給計(jì)算機(jī)進(jìn)行程序處 理，處理過(guò)程為計(jì)算機(jī)首先將圖像轉(zhuǎn)換為二維數(shù)字圖像，并計(jì)算出數(shù)字圖像中每條條紋的 寬度、計(jì)算相鄰光柵之間的距離變化，得出局部應(yīng)變：< =(//-/廣)//f 20); 式中/f為初始時(shí)刻第i條條紋的寬度，/丨、/廣1為t、t-1時(shí)刻第i條條紋的寬度，<為 t時(shí)刻第i條條紋的應(yīng)變； 當(dāng)鋼材表面為均勻變形時(shí)，計(jì)算同一時(shí)刻多條相鄰光柵之間距離變化的平均值，得出t 時(shí)刻的均勻應(yīng)變e1為：
【文檔編號(hào)】G01B11/16GK104279977SQ201410555742
【公開(kāi)日】2015年1月14日 申請(qǐng)日期:2014年10月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月17日
【發(fā)明者】魯開(kāi)明, 王進(jìn), 楊進(jìn)文, 張怡 申請(qǐng)人:南京建工集團(tuán)有限公司