[實用新型]基于DIC技術與紅外攝像技術的高速切削變形測量裝置

有效

• 申請號: 201720477382.6
• 申請日: 2017-05-03
• 公開（公告）號: CN206944946U
• 公開（公告）日: 2018-01-30
• 發明（設計）人: 范依航;王濤;李榮麗;徐亞輝;宮巖;蘭鶴
• 申請（專利權）人: 長春工業大學
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16;G01J5/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種高溫數字散斑技術應變測量，具體的說是基于DIC技術與紅外攝像技術的高速切削變形測量裝置。

背景技術

與傳統金屬切削加工相比，高速切削加工技術是集高效、優質、低耗于一身的先進制造技術，具有加工精度高、加工效率高、簡化加工工序等優點，能夠通過高生產率來降低生產成本以及通過縮短生產時間和交貨時間提高整體競爭力。在高速切削過程中，由于存在復雜的力、熱載荷作用，工件會發生變形，不僅影響工件的加工質量（表面粗糙度、表面殘余應力和尺寸精度等），而且對刀具的壽命也有重要的影響。切削溫度是高速切削一個重要的參數指標，由于切削時所消耗的能量大部分轉化為熱能，因此，切削熱直接影響刀具的磨損和使用壽命，并影響工件的加工精度和加工表面的完整性。因此，研究高速切削中工件的變形與溫度場的分布，對提高高速切削加工的加工精度、保證加工質量、提高生產效率都有現實的意義。

然而，當前有關金屬切削變形測量的研究方法主要是有限元仿真以及用傳統的測量方法，如引伸計等，由于需要粘貼應變片，對測量結果的準確性有一定影響。而且傳統方法無法實現實時測量、全場測量。有關切削溫度測量也主要集中在利用熱電偶法與光學測溫法等，熱電偶法需在工件上開孔，不僅損傷工件而且影響測量結果，測量過程也很繁瑣。光學測溫法的時間表面輻射系數不穩定，會受表面溫度、粗糙度和相變等的影響。

利用數字圖像相關法測變形是一種新的方法，它實現了一般情況下的非接觸測量，利用物體表面自然紋理或者噴涂散斑，用相機記錄變形前后的散斑圖像，由數字相關算法求解出位移場。目前，許多學者對其理論和應用進行了研究，比如萬熠、門博等人。紅外攝像測溫法具有非接觸測量、實時測量、不需計算推導、不會干擾被測溫度場的狀態的優點。當前對高速切削加工變形測量和切削溫度測量的研究主要集中在某一方面，需要分別測量，沒有將二者結合起來，不利于探究兩者的相互影響以及它們的耦合作用對加工表面質量的影響。

發明內容

本發明的目的是為克服上述現有技術的不足，提供一種高溫三維數字圖像相關法與紅外攝像法相結合來測量高速切削應變和溫度場的裝置及方法。將CCD攝像機采集工件變形前后的兩幅數字散斑圖并存入計算機，通過智能神經網絡算法就能夠得到變形量。將雙CCD紅外攝像機拍攝的原始圖像導入計算機和采集卡進行濾波、偽著色等圖像處理，得到了已加工表面的溫度場圖。本發明能夠同時獲得力、熱載荷作用下的已加工表面的三維變形場和溫度場，并將它們實時同步顯示在屏幕上，便于及時分析比較力、熱對已加工表面的影響。可以實現非接觸測量、實時測量、全場測量等，而且測量精度比傳統測量方法高。

為實現上述目的，本發明采用下述技術方案 ：

一種高溫三維數字圖像相關法與紅外攝像法相結合來測量高速切削應變和溫度場的裝置，其特征是：它包括CCD攝像機、遠心工業鏡頭、帶通光學濾波片、雙CCD紅外攝像機、單色照明光源，和由三角架、導軌和平移臺組成的支座系統以及用于數字圖像采集和分析處理的計算機；其位置連接關系是：CCD攝像機螺孔位于其正下方，通過螺孔、螺釘將CCD攝像機固定在三角架上端的平移臺上，平移臺安裝在導軌上；調節平移臺上的旋轉鈕，可以調整攝像機面向的方位和俯仰角度；依據被測試件的高度和方位，可通過三角架上端的導軌調整攝像機的高度；攝像機通過數據線與計算機相連。

所述兩個CCD攝像機鏡頭的軸線之間的角度是25°。

所述遠心工業鏡頭的數量是2件，該鏡頭可以避免因物距太長導致圖像采集困難或成像質量低。

所述帶通光學濾波片的數量是2件。

所述單色照明光源為140W，數量是2件，對稱放置，通過鉸鏈結構可以改變單色照明光源的高度和角度。

一種高溫三維數字圖像相關法與紅外攝像法相結合來測量高速切削應變和溫度場的裝置，經試驗驗證，應變測量范圍為0.01%～1000%。溫度測量范圍為20°C~900°C。

本發明的有益效果是 ：

采用高溫三維數字圖像相關法與紅外攝像法相結合來測量高速切削應變和溫度場與傳統測量方法相比具有以下優點：

1)非接觸測量 ：不需要粘貼應變片，不需要設置繁雜的線路，不需在工件上開孔，對工件無損傷，有效降低了因為與工件接觸而導致的測量誤差。

2)實時測量：能夠測量切削過程中任意時刻工件的變形量和溫度場。