[發明專利]基于視覺分辨的非接觸式應變測量方法

無效

• 申請號: 200710144853.2
• 申請日: 2007-12-19
• 公開（公告）號: CN101196390A
• 公開（公告）日: 2008-06-11
• 發明（設計）人: 郭斌;周健;龔峰;汪鑫偉;單德彬
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16;G06T5/00
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所
• 代理人: 牟永林

技術領域

本發明涉及微型器件的應變測量方法。

背景技術

隨著微機電系統(MEMS：Micro?Electro?Mechanical?System)和微系統(MST：Micro?System?Technology)的快速發展，微型器件已經大量應用于國防和民用產品，如微型引信、各種傳感器、生物芯片以及電子產品。在熱、電、磁和化學工作環境下，微型器件可靠性的要求日益增高，因此對材料的力學性能也提出了更高的要求。此外，研究表明當材料的尺度小到一定程度時，材料的機械性能、破壞行為等方面都會表現出顯著的尺寸效應，從而無法將宏觀的成形方法和工藝直接應用于微型器件的生產。所以研究微成形材料力學性能的測試技術具有十分重要的理論意義和應用價值。

拉伸試驗是測試器件和材料力學性能最普遍、最直接的方法。但是由于微型器件和微成形材料的尺寸小，一般都在毫米甚至亞毫米量級，在進行拉伸試驗時，利用常規的接觸式引伸計或應變片根本無法進行精確測量，而且容易損壞試件。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于視覺分辨的非接觸式應變測量方法，以克服利用常規的接觸式引伸計或應變片根本無法測量微型器件的拉伸性能而且容易損壞試件的缺陷。本發明通過下述步驟實現：一、利用CCD相機、光學鏡頭組和數據采集卡實時采集拉伸試驗過程中被測試件上標記點的圖像；二、對采集到的圖像進行圖像邊緣尖銳化處理并確定圖像邊緣；三、通過計數拉應力方向上最遠邊緣間像素點個數確定二者之間距離；四、利用拉應力方向上最遠邊緣間距離的變化計算應變數值并將其與所受拉應力建立對應關系。

本發明的測量原理是：物體的邊緣和輪廓部分在CCD采集的圖像中一般都表現為灰度的突變，因此在采集的圖像上，就會顯示出被測物體和環境之間的色差，即RGB對應的數值有較大的區別，為了提取這些邊緣，進一步獲得對應物體的長度參數，采用灰度差分的方法突出其特征，從圖像頻譜的角度看，可以認為灰賭徒變是一個高頻分量，因此使用高通濾波器優化高頻分量，抑制低頻分量，提高圖像邊界的清晰度。將提取到邊緣的圖像進行逐行掃描計數，可以得到各個方向輪廓所對應行的參數，利用這些參數就可以精確的計算物體各個方向上的長度尺寸。CCD由于其具有自掃描，高分辨率，高靈敏度，結構緊湊及像素位置準確等優點，在物體幾何尺寸的非接觸式測量領域得到了廣泛的應用。正是在此背景下，本發明采用CCD作為接收器，基于視覺分辨的非接觸式應變測量方法，在拉伸試驗中無磨損、精確地測量微型器件或材料的應變。本發明能夠在微型器件或微成形材料的單向拉伸試驗中精確測量應變，無磨損、抗干擾性強而且精度高。本發明克服了現有技術的缺陷，具有很高的推廣和應用價值。

附圖說明

圖1是本發明的流程示意圖，圖2是實施方式二中計算每個像素點的梯度幅值和方向時，像素點區域示意圖，其表格中的每個符號代表一個像素點的代號。

具體實施方式

具體實施方式一：下面結合圖1具體說明本實施方式。本實施方式由下述步驟組成：一、利用CCD相機、光學鏡頭組和數據采集卡實時采集拉伸試驗過程中被測試件上標記點的圖像；二、對采集到的圖像進行圖像邊緣尖銳化處理并確定圖像邊緣；三、通過計數拉應力方向上最遠邊緣間像素點個數確定二者之間距離；四、利用拉應力方向上最遠邊緣間距離的變化計算應變數值并將其與所受拉應力建立對應關系。

所述CCD相機采用MTV-1881EX黑白工業攝像頭，所述數據采集卡為OK-M10A型號的PCI圖像采集卡。光學鏡頭組置于CCD相機的鏡頭前以放大物像，CCD相機攝取的圖像為數據采集卡所采集。測量前，先在被測試件上做好標記，例如用顏料涂標記等，夾持好被測試件后，調整被測試件的位置，直到CCD相機采集到標記點的圖像并準確對焦。拉伸試驗開始后先采集第一幅標記圖像，測得初始長度數值L₀并紀錄，在拉伸過程中，標記點隨著被測試件的變形而同時變形，標記點的實時長度數值L由實時圖像的測量而獲得，被測試件的應變ε根據公式(1)計算出試樣實時的應變。