[發(fā)明專利]一種基于計(jì)算機(jī)視覺的單軸試驗(yàn)自動(dòng)應(yīng)變測(cè)量裝置及方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811447328.2
• 申請(qǐng)日: 2018-11-29
• 公開（公告）號(hào): CN109307620A
• 公開（公告）日: 2019-02-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉羅基;段隆臣;張濤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）
• 主分類號(hào): G01N3/08
• 分類號(hào): G01N3/08;G01B11/16
• 代理公司: 武漢知產(chǎn)時(shí)代知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 42238
• 代理人: 郝明琴

1.一種基于計(jì)算機(jī)視覺的單軸試驗(yàn)自動(dòng)應(yīng)變測(cè)量裝置，其特征在于：包括加載裝置、試樣盒、采集裝置、支撐裝置，所述加載裝置包括上壓板、下壓板，所述采集裝置包括稱重傳感器、位移傳感器、攝像機(jī)、光源、數(shù)據(jù)記錄器和計(jì)算機(jī)，所述支撐裝置包括第一支柱、底板、框架、工作臺(tái)、支架、柱體、第二支柱、第三支柱和連接柱；

所述工作臺(tái)的內(nèi)部設(shè)有驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述柱體的一端固定連接在工作臺(tái)、另一端上固定連接有框架，所述第一支柱的一端固定連接在框架上、另一端連接所述稱重傳感器，所述第二支柱的一端穿過工作臺(tái)與其中的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)連接、另一端固定連接所述底板，所述支架的一端固定連接在底板上、另一端連接所述攝像機(jī)，所述第三支柱的一端固定連接在工作臺(tái)上、另一端連接所述光源；

所述上壓板通過連接柱與稱重傳感器連接，所述下壓板固定連接在底板上，所述試樣盒置于上壓板和下壓板之間，在所述試樣盒內(nèi)放置試樣，通過所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)第二支柱做垂直的升降運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)所述下壓板對(duì)所述試樣盒中的試樣進(jìn)行單軸壓縮試驗(yàn)；

所述稱重傳感器和位移傳感器記錄的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)記錄器傳輸給計(jì)算機(jī)，所述攝像機(jī)獲取試樣盒的圖像傳輸給計(jì)算機(jī)，通過所述計(jì)算機(jī)上的數(shù)據(jù)處理軟件處理分析圖像，并基于記錄的數(shù)據(jù)確定試樣的任何區(qū)域內(nèi)所有點(diǎn)的位移和應(yīng)變。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于計(jì)算機(jī)視覺的單軸試驗(yàn)自動(dòng)應(yīng)變測(cè)量裝置，其特征在于：所述數(shù)據(jù)記錄器的輸入端設(shè)有若干個(gè)連接器、輸出端設(shè)有計(jì)算機(jī)連接端口。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于計(jì)算機(jī)視覺的單軸試驗(yàn)自動(dòng)應(yīng)變測(cè)量裝置，其特征在于：所述稱重傳感器和位移傳感器分別通過數(shù)據(jù)線連接兩個(gè)連接器，以分別將其模擬信號(hào)輸入所述數(shù)據(jù)記錄器中。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于計(jì)算機(jī)視覺的單軸試驗(yàn)自動(dòng)應(yīng)變測(cè)量裝置，其特征在于：所述計(jì)算機(jī)通過數(shù)據(jù)線連接計(jì)算機(jī)連接端口，以接收所述數(shù)據(jù)記錄器輸出的數(shù)據(jù)。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于計(jì)算機(jī)視覺的單軸試驗(yàn)自動(dòng)應(yīng)變測(cè)量裝置，其特征在于：所述數(shù)據(jù)記錄器還包括稱重傳感驅(qū)動(dòng)器、放大電路板和開發(fā)板，所述計(jì)算機(jī)連接端口在開發(fā)板上，所述開發(fā)板上設(shè)有微控制器。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于計(jì)算機(jī)視覺的單軸試驗(yàn)自動(dòng)應(yīng)變測(cè)量裝置，其特征在于：所述微控制器包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器，將所述稱重傳感器和位移傳感器的模擬信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化，傳輸?shù)剿鲇?jì)算機(jī)中作為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)存儲(chǔ)。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于計(jì)算機(jī)視覺的單軸試驗(yàn)自動(dòng)應(yīng)變測(cè)量裝置，其特征在于：所述位移傳感器為L(zhǎng)VDT微型線性傳感器，所述攝像機(jī)為CCD攝像機(jī)。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于計(jì)算機(jī)視覺的單軸試驗(yàn)自動(dòng)應(yīng)變測(cè)量裝置，其特征在于：所述光源由LED燈陣列和白色漫射板組成。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于計(jì)算機(jī)視覺的單軸試驗(yàn)自動(dòng)應(yīng)變測(cè)量裝置，其特征在于：所述數(shù)據(jù)處理軟件為MATLAB軟件。

10.一種基于計(jì)算機(jī)視覺的單軸試驗(yàn)自動(dòng)應(yīng)變測(cè)量方法，利用權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述的基于計(jì)算機(jī)視覺的單軸試驗(yàn)自動(dòng)應(yīng)變測(cè)量裝置，其特征在于：包括如下步驟：

制備試樣，再放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)一段時(shí)間；

將試樣放入所述試樣盒中，將所述試樣盒放在上壓板和下壓板之間，進(jìn)行所述稱重傳感器的零負(fù)載讀出，將所述位移傳感器設(shè)置為零讀數(shù)；

通過調(diào)節(jié)所述支架，確定所述試樣盒與攝像機(jī)的工作距離，使所述攝像機(jī)的成像鏡頭對(duì)準(zhǔn)試樣盒的中心；

啟動(dòng)所述數(shù)據(jù)處理軟件，設(shè)置圖像采集參數(shù)、保存路徑，并調(diào)整所述光源的角度和亮度，準(zhǔn)備開始?jí)嚎s試驗(yàn)和圖像采集；

再次檢查儀器和系統(tǒng)，確保各方面正常工作，開啟所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，通過所述下壓板的升降對(duì)試樣盒中的試樣進(jìn)行單軸壓縮試驗(yàn)，其中，所述稱重傳感器和位移傳感器的讀數(shù)通過數(shù)據(jù)記錄器傳輸至計(jì)算機(jī)上，同時(shí)所述攝像機(jī)進(jìn)行圖像采集，采集的試樣圖像自動(dòng)存儲(chǔ)；

通過所述計(jì)算機(jī)上的數(shù)據(jù)處理軟件處理分析采集到的圖像，對(duì)圖像進(jìn)行閾值分割得到二值圖像，并進(jìn)行透視校正和尺寸測(cè)量，最后進(jìn)行圓檢測(cè)與中心確定，計(jì)算出試樣的任何區(qū)域內(nèi)所有點(diǎn)的位移和應(yīng)變。