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原文传递弯曲断裂测试的非接触式裂纹张开位移测量装置及方法

专利名称：	弯曲断裂测试的非接触式裂纹张开位移测量装置及方法
摘要：	本发明属于材料性能测试领域，特别是一种弯曲断裂测试的非接触式裂纹张开位移测量装置及方法。包括力学实验机；弯曲测试工装：包括一个上压头和两个下压头，试样装夹在上压头和下压头之间；数字图像采集系统：包括工业相机，成像镜头，设置在成像镜头前端的环形LED照明光源，相机支撑系统和反射镜；反射镜呈45°倾斜角设置在试样的下部，反射镜将光源产生的光线反射至试样断裂表面，同时将断裂试样表面图像反射入成像镜头内；控制系统：实时显示工业相机图像，计算实时裂纹张开位移。本发明使用光学成像系统采集试样裂纹口周围的图像，利用数字图像相关算法计算实时裂纹张开位移，可以实现非接触式测量，测量装置对样品不产生任何影响。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	江苏;32
申请人：	南京理工大学
发明人：	渠首道;尤泽升
专利状态：	有效
申请日期：	2019-06-05T00:00:00+0800
发布日期：	2019-08-27T00:00:00+0800
申请号：	CN201910484112.1
公开号：	CN110174315A
代理机构：	南京理工大学专利中心
代理人：	张玲
分类号：	G01N3/20(2006.01);G;G01;G01N;G01N3
申请人地址：	210094 江苏省南京市孝陵卫200号
主权项：	1.一种弯曲断裂测试的非接触式裂纹张开位移测量装置，其特征在于，包括力学实验机(1)；弯曲测试工装(3)：弯曲测试工装(3)装载于力学实验机(1)中，弯曲测试工装(3)包括一个上压头(15)和两个下压头(16)，试样(2)装夹在上压头(15)和下压头(16)之间，上压头(15)设置在试样(2)的中间部位，两个下压头(16)分别设置在试样(2)的两端；数字图像采集系统：包括工业相机(6)，设置在工业相机前端的成像镜头(5)，设置在成像镜头(5)前端的环形LED照明光源(4)，相机支撑系统和反射镜(23)；所述反射镜(23)呈45°倾斜角设置在试样(2)的下方，反射镜(23)将环形LED照明光源(4)产生的光线反射至试样断裂表面，同时将断裂试样表面图像反射入成像镜头(5)内；控制系统(13)：工业相机(6)和力学实验机(1)与控制系统相连，控制系统实时显示工业相机(6)图像，计算实时裂纹张开位移，同步采集力学实验机(1)输出的载荷信号或者将计算得到的裂纹张开位移反馈给力学实验机(1)。 2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述力学实验机(1)包括上夹头，下夹头，横梁，竖直框架和底座；所述下夹头固定设置在底座，所述上夹头设置在横梁中部下侧，横梁可移动的设置在竖直框架上。 3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述弯曲测试工装(3)还包括上连接杆(14)，弯曲工装底座(18)，下连接杆(20)；所述上连接杆(14)一端与上压头(15)连接，一端与上夹头连接，所述下连接杆(20)一端与弯曲工装底座(18)连接，一端与下夹头连接。 4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述弯曲工装底座(18)上表面设置有滑槽，下压头(16)通过滑槽固定安装在弯曲工装底座(18)上，所述反射镜(23)通过反射镜底座(22)固定安装在弯曲工装底座(18)上；所述弯曲工装底座(18)侧面设置有跨距刻度(19)，所述下压头(16)和反射镜底座(22)在滑槽中的位置，根据跨距刻度(19)设置。 5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述上压头(15)和下压头(16)顶端设有钨钢棒，上压头(15)和下压头(16)通过钨钢棒与试样(2)线接触；下压头(16)上表面设有对中刻度(17)，用于试样(2)的对中。 6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述相机支撑系统包括固定块(7)，三维平移台(8)，连接板(9)，型材横梁(10)和三脚架(11)；所述工业相机(6)通过C口螺纹固定于成像镜头(5)尾部，成像镜头(5)通过固定块(7)固定于三维平移台(8)上，三维平移台(8)通过连接板(9)固定于型材横梁(10)，型材横梁(10)固定于三脚架(11)上；通过调节三脚架(11)的高度、方位以及位置，保证成像镜头(5)对准并垂直于试样(2)，同时保证试样(2)在镜头的工作距离。 7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述反射镜(23)通过45°倾斜反射镜底座(22)固定于弯曲断裂测试工装底座(18)滑槽的中央位置，正对试样(2)预制缺口；反射镜(23)为反射率高于98％的光学镜片。 8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述成像镜头(5)为低畸变远心光学镜头，为定焦或定倍变焦，放大倍率根据被测样品尺寸选定；所述工业相机(6)为CCD或者CMOS相机，分辨率根据测量精度要求选定；所述环形LED照明光源(4)用于产生均匀的无影光线，其光照强度根据使用场景调节。 9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制系统(13)为计算机，计算机内设置测量控制软件。 10.利用权利要求1-9任一项所述的装置进行测量的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：在试样(2)的缺口两侧绘制白色背底，再喷制黑色斑点，形成测量随机散斑；步骤二：调节两个下压头(16)的跨距，将试样(2)放置于下压头(16)上，缺口朝下；调节三脚架(11)，使成像镜头(5)与反射镜(23)高度一致，正对试样(2)平面，通过控制系统(13)实时观察试样(2)散斑图像，利用三维平移台(8)调节成像镜头(5)位置并聚焦图像，并调节环状LED照明光源(4)的强度，使采集到的散斑图像清晰、对比度适中；步骤三：通过测量控制软件抓取一张散斑图像，作为起始参考图像，在裂纹两侧分别选取1组像素子集作为特征点(24)，每组5-8点，调整像素子集大小，使特征点(24)适合数字图像相关分析；步骤四：启动测量控制软件，进入实时分析模式，观察未加载时位移数据波动情况，如果数据波动过大，重新选标记点或者重新喷制散斑图案；步骤五：启动力学实验机(1)测试程序，开始加载；步骤六：在测试过程中，测量控制软件实时采集散斑图像，在内存中完成数字图像相关分析，计算散斑图像所选择的特征点(24)相对参考图像的相对位移，并计算出裂纹张开位移，测量控制软件可同步采集力学实验机输出的载荷信号，实时绘制载荷-位移曲线，测量控制软件亦可将计算的裂纹张开位移信号反馈给力学实验机；步骤七：测试结束后，停止测量控制软件的实时分析模式。
所属类别：	发明专利