[发明专利]一种基于数字散斑的视觉引伸计实现方法

说明书

技术领域

本发明属于机械加工测量技术领域，涉及一种视觉引伸计的实现方法，特别是涉及一种基于数字散斑的视觉引伸计实现方法。

背景技术

随着加工制造业的不断发展，对加工材料的性能要求越来越高，相应地，材料性能的检测手段也越来越先进。对变形量的测量由过去的机械式测量发展为光学非接触测量。机械接触式的刀口引伸计在测量材料拉伸过程中的变形量时，刀口与被测件之间的摩擦会产生相对运动(打滑)，影响了测量结果的准确性。非接触式的视频引伸计是在光电器件和光电测量技术以及图像处理技术不断发展完善的基础上产生的，它利用图像分析方法，跟踪物体表面图像子区域的运动形态，推算物体变形的位移和应变，具有非接触性、高精度、光路简单，受环境影响小，自动化程度高等优点。然而在有些方面还有待进一步完善，首先，引伸计测量应变量的核心是试样与标记的光强度反差，反差越大，引伸计的跟踪效果越好，由于试样材料和颜色的多样性，给不同标记的制作带来很大难度。另外，就是标记的精确跟踪，尤其是对于大变形材料，变形后标记和初始标记有很大的变化，这就要求更高的图像匹配和检测算法。

发明内容

为了克服现有技术的不足，满足实际使用的要求，本发明提供了一种基于数字散斑的视觉引伸计实现方法，可以准确测量材料在拉伸实验过程中的变形量。

为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：

一种基于数字散斑的视觉引伸计实现方法，其特征在于，包括下述步骤：

第一步，散斑及标记制备：在被测试样表面的测量区域制作散斑，并在试样表面采用黑色十字线标记出两个计算点(即为被测点)；

第二步，双目相机标定：从不同方位拍摄表面印制有圆形标志点的平面标靶，根据采集的标靶图像，采用光束平差算法对双目相机进行整体一次性标定，计算得到两相机的外部参数、内部参数以及镜头畸变参数；

第三步，散斑图像采集：启动材料拉伸设备以拉伸被测试样，同时控制两相机同步拍摄以获取被测试样在拉伸变形过程中的图像序列；

第四步，指定图像子区：选取一个变形状态下的被测试样的图像作为基础状态，在基础状态的左相机图像中根据第一步标记的计算点指定一个方形图像子区，图像子区的中心即为待测点中心；

第五步，图像相关匹配：根据第四步中所指定的图像子区，采用数字图像相关算法对同一时刻左右相机采集的图像进行匹配；对于左相机图像上待测的某一图像子区，在右相机图像上搜索与其对应于同一空间计算点的图像子区；

第六步，三维坐标重建：根据第二步的相机标定结果和第五步的图像相关匹配结果，采用三角测量法，对左右相机图像对应的图像子区的中心点进行三维重建，从而获得计算点(被测点)的三维坐标信息。

第七步，变形量计算：根据第六步的三维重建结果，通过跟踪被测试样表面被测点的运动计算被测点在每个变形状态的三维位移，并通过两计算点的点间距变化来计算应变。

本发明方法具有以下优点：

(1)由于本方法使用的是光学测量的方式，所以是一种非接触测量方法。

(2)由于本方法中数字散斑图案喷涂工作简单，变形计算完全自动化，因此，测量效率较高。

(3)由于本方法使用散斑图像作为测量依据，所以测量范围可根据实际需求进行设定，适用范围大。

附图说明

图1本发明操作步骤流程图

图2本发明方法实验装置简图

图3本发明方法散斑制备后的试样

图4本发明方法计算点标记简图

图5本发明方法指定计算点截图

图6被测点位移时间变化曲线图

图7应变时间变化曲线图

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步的详细说明。

本发明提出一种基于数字散斑的视觉引伸计实现方法，具体操作步骤如图1所示。其中所采用的硬件装置结构如图2所示，主要由2个CCD相机、2个LED光照灯、1个控制器和1台计算机等组成。

第一步，散斑及标记制备：在被测试样表面的测量区域制作散斑，并在试样表面采用黑色十字线标记出两个计算点(即为被测点)。优选地，制备要求：(a)喷涂在试样表面的散斑颗粒应随机分布；(b)散斑对比度明显，应大于预定阈值；(c)散斑制备范围应大于所测量变形区域；(d)根据测量幅面和相机分辨率设定散斑颗粒尺寸，以图3所示的散斑为参考；(e)计算点标记时应清楚明显，如图4所示。