本發(fā)明涉及在模具結(jié)構(gòu)裝置上進行實時在線監(jiān)測技術(shù)，具體涉及一種基于圖像計算在線監(jiān)測板材拉伸性能的方法及裝置。

背景技術(shù)：

金屬板材廣泛應(yīng)用于航天航空、汽車制造等方面，板材的拉伸性能都是通過拉伸試驗機上測量獲得，而在板材成形過程中是受到不同應(yīng)力狀態(tài)，目前還沒有一種通過模具裝置獲取板材的拉伸性能。同時，傳統(tǒng)材料測試中是將變形或斷裂的試件拆卸下來手工測量，造成精度低、誤差大和人工捕捉困難等問題，影響板材力學(xué)性能方面的研究。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種基于圖像計算在線監(jiān)測板材拉伸性能的方法及裝置，使用模具結(jié)構(gòu)裝置代替拉伸試驗機，并應(yīng)用先進的三維數(shù)字散斑圖像技術(shù)，在測試過程中通過對板材動態(tài)進行在線實時監(jiān)測，從而實現(xiàn)了板材拉伸性能的計算。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：

一種基于圖像計算在線監(jiān)測板材拉伸性能的裝置，包括試驗?zāi)＞呓K端、在線實時監(jiān)測終端和數(shù)據(jù)處理終端；所述試驗?zāi)＞呓K端包括矩形凸模、凹模和壓邊圈；所述在線實時監(jiān)測終端包括兩個工業(yè)相機、支架和兩個led光源；所述數(shù)據(jù)處理終端包括計算機、采集卡和控制箱；所述凹模固定，矩形凸模外套接有壓邊圈，矩形凸模由兩個液壓泵控制上下運動，所述壓邊圈上設(shè)置有拉延筋，防止板料向周邊移動；所述凹模側(cè)面設(shè)有兩個用于給兩個工業(yè)相機提供視野的開口，兩個工業(yè)相機和兩個led光源由支架固定在試驗?zāi)＞呓K端正前方，并保證光源能對整個試驗?zāi)＞呓K端進行照明；計算機與控制箱控制兩個工業(yè)相機和兩個led光源和連接圖像采集卡；兩個工業(yè)相機和兩個led光源連接控制箱、采集卡和計算機，并由計算機控制。

上述基于圖像計算在線監(jiān)測板材拉伸性能的裝置的監(jiān)測方法，包括以下步驟：

s1、對實驗?zāi)＞哐b置進行調(diào)試，并在被測試件表面噴涂黑白隨機分布的散斑圖案；

s2、用標(biāo)定板對兩個工業(yè)相機的不同方位拍攝表面進行標(biāo)定校準(zhǔn)，保證兩個相機采集到的數(shù)據(jù)同步性；

s3、開啟試驗?zāi)＞呓K端，對板材進行沖壓，計算機控制并采集同步拍攝到的被測板材在變形(拉伸、沖壓等)過程中的序列圖像，并將采集到的圖像信息通過數(shù)據(jù)傳輸線路傳送到處理終端；

s4、處理終端對數(shù)據(jù)的處理與分析，選取一個變形狀態(tài)下的被測試件圖像設(shè)為基礎(chǔ)狀態(tài)，創(chuàng)建散斑區(qū)域及選定一個種子點，匹配變形前后的散斑灰度特征變化；

s5、根據(jù)相機標(biāo)定結(jié)果和圖像匹配結(jié)果，利用三角測量原理，對圖像子區(qū)的中心點進行三維坐標(biāo)重建，跟蹤被測試樣表面被測點的坐標(biāo)變化，計算其每個變形狀態(tài)對應(yīng)關(guān)系的變形信息。

其中，所述步驟s2的具體步驟為：以像素為單位的位移，用標(biāo)定板進行標(biāo)定得出像素和長度單位的換算關(guān)系，并保證兩個相機采集到的數(shù)據(jù)同步性，在標(biāo)定后，就不能對實驗系統(tǒng)做任何調(diào)動，否則需要重新標(biāo)定

其中，靜態(tài)分析后最大的位移誤差在0-5.5um，實現(xiàn)測量微米級的精度。

本發(fā)明具有以下有益效果：

在模具結(jié)構(gòu)裝置上測量板材的拉伸力學(xué)性能，并與數(shù)字圖像技術(shù)測量方法相結(jié)合，為獲取板材的力學(xué)性能提供了一種新的方法。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例一種基于圖像計算在線監(jiān)測板材拉伸性能的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明實施例中試驗?zāi)＞呓K端的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明實施例中圖像計算測量應(yīng)變流程圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合實施例對本發(fā)明進行進一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

如圖1-圖2所示，本發(fā)明實施例提供了一種基于圖像計算在線監(jiān)測板材拉伸性能的裝置，包括試驗?zāi)＞呓K端、在線實時監(jiān)測終端和數(shù)據(jù)處理終端；所述試驗?zāi)＞呓K端包括矩形凸模1、凹模2和壓邊圈6；所述在線實時監(jiān)測終端包括兩個工業(yè)相機、支架和兩個led光源5；所述數(shù)據(jù)處理終端包括計算機、采集卡和控制箱；所述凹模固定，矩形凸模外套接有壓邊圈，矩形凸模由兩個液壓泵控制上下運動，所述壓邊圈上設(shè)置有拉延筋，防止板料向周邊移動；所述凹模側(cè)面設(shè)有兩個用于給兩個工業(yè)相機提供視野的開口，兩個工業(yè)相機和兩個led光源由支架固定在試驗?zāi)＞呓K端正前方，并保證光源能對整個試驗?zāi)＞呓K端進行照明；計算機與控制箱控制兩個工業(yè)相機和兩個led光源和連接圖像采集卡；兩個工業(yè)相機和兩個led光源連接控制箱、采集卡和計算機，并由計算機控制。

如圖3所示，本發(fā)明實施例還提供了基于圖像計算在線監(jiān)測板材拉伸性能監(jiān)測方法，包括如下步驟：

s1、按上述結(jié)構(gòu)完成實驗裝置的組裝，使得壓邊圈向下運動與凹模閉合將試樣3夾緊，凸模向下沖壓，并調(diào)節(jié)相機對應(yīng)的焦距，曝光速度使得清晰的拍攝到散斑區(qū)域

s2、實驗開始前，在被測試件表面噴涂黑白隨機分布散的斑圖案。

s3、進行實驗數(shù)據(jù)采集前先對靜態(tài)進行分析，以保證準(zhǔn)確性，并得出靜態(tài)分析后最大的位移誤差在0-5.5um，實現(xiàn)了微米級別的精度。

s4、設(shè)置實驗參數(shù)后啟動模具裝置，計算機控制并采集兩個工業(yè)相機同步拍攝被測板材在變形(拉伸、沖壓等)過程中的序列圖像，實現(xiàn)實時在線監(jiān)測終端對數(shù)據(jù)的采集；

s5、利用數(shù)字圖像技術(shù)對采集到的圖像信息通過數(shù)據(jù)傳輸線路傳送到處理終端。

s6、利用計算機對采集到的散斑圖像進行運算，選取一個變形狀態(tài)下的被測試件圖像設(shè)為基礎(chǔ)狀態(tài)，創(chuàng)建散斑區(qū)域及選定一個種子點，匹配變形前后的散斑灰度特征變化；

s7、根據(jù)相機標(biāo)定結(jié)果和圖像匹配結(jié)果，利用三角測量原理，對左右相機圖像子區(qū)的中心點進行三維坐標(biāo)重建，通過跟蹤被測試樣表面被測點的坐標(biāo)變化計算其在每個變形狀態(tài)對應(yīng)關(guān)系的變形信息。

s8、最后根據(jù)變形信息得出在模具裝置檢測材料的拉伸應(yīng)變值。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以作出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于圖像計算在線監(jiān)測板材拉伸性能的裝置，包括試驗?zāi)＞呓K端、在線實時監(jiān)測終端和數(shù)據(jù)處理終端；試驗?zāi)＞呓K端包括矩形凸模、凹模和壓邊圈；在線實時監(jiān)測終端包括兩個工業(yè)相機、支架和兩個LED光源；數(shù)據(jù)處理終端包括計算機、采集卡和控制箱；所述凹模固定，矩形凸模外套接有壓邊圈，矩形凸模由兩個液壓泵控制上下運動，所述壓邊圈上設(shè)置有拉延筋，所述凹模側(cè)面設(shè)有兩個用于給兩個工業(yè)相機提供視野的開口，兩個工業(yè)相機和兩個LED光源由支架固定在試驗?zāi)＞呓K端正前方。本發(fā)明使用模具結(jié)構(gòu)裝置代替拉伸試驗機，并應(yīng)用先進的三維數(shù)字散斑圖像技術(shù)，在測試過程中通過對板材動態(tài)進行在線實時監(jiān)測，從而實現(xiàn)了板材拉伸性能的計算。

技術(shù)研發(fā)人員：曲周德;蘇嬌艷
受保護的技術(shù)使用者：天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.05.24
技術(shù)公布日：2017.10.10