[发明专利]一种提高扩孔率测量精度的数字化在线测量方法

说明书

一种提高扩孔率测量精度的数字化在线测量方法，通过相机将实时捕捉到的图像实时传输到计算机控制系统，计算机通过图像处理方法对图像中扩大后孔的边缘状态进行分析处理，通过设定一定的阈值来自动判断扩孔是否达到极限状态；同时，计算机对所判别的极限时刻对应照片上的孔边缘分析，来处理得到扩孔后的实时孔径。使用该方法，裂纹判断实现了自动化避免了人为因素的影响，结果较为稳定；同时，所测孔径基于图像处理的边界识别算法，避免了人为测量误差，同时属于在线测量而非取下试样回弹后的孔径，提高了测量精度。

技术领域

本发明属于金属薄板成形领域，具体涉及一种提高扩孔率测量精度的数字化在线测量方法。

背景技术

扩孔率是反映金属板材成形能力的重要指标，扩孔率的高低直接影响金属板材在扩孔成形方式下的极限变形能力。国标GB/T24524：2009中给出了扩孔率测量的常规试验方法，即首先在试样上冲制圆孔，然后将规定形状和尺寸的圆锥形扩孔凸模顶入金属薄板试样的冲制圆孔进行扩孔试验，直至圆孔边缘出现穿透试样厚度的裂纹，停止试验，测定圆孔直径的扩展量与圆孔初始直径的比率，即极限扩孔率。

该标准中针对锥形凸模扩孔方法规定将预冲制的直径10mm的圆孔扩孔至孔边缘裂纹贯穿厚度时，停机取出试样并对当前时刻孔径沿相互垂直的两个方向进行测量，并求孔径平均值根据公式1来计算极限扩孔率。

其中：D₀为圆孔初始直径，D_h为扩孔后直径。

该标准中采用人为观察的方式判断裂纹是否“贯穿”，无法进行量化，不同测试人员、不同实验室、不同特性钢种的测试结果之间存在重复精度差、结果分散性大的问题；而且随着材料强度的提升，裂纹的脆性扩展和变形后的回弹对扩孔率的影响变得更为突出，表现在：

(1)当肉眼判断裂纹“贯穿”试验厚度截面时停止试验，往往会发现裂纹已发生了较大的脆性扩展，从而导致扩孔率测量偏差较大；

(2)当观察到裂纹贯穿取下试样后，由于材料的弹性回复，实际所测的数值并非破裂时刻对应孔径，也影响了扩孔率的测量精度。从近几年各钢厂、汽车厂、高校的测量报告来看，同一批钢种，实测的扩孔率可能在25～55％之间波动，导致其结果不具备工程应用价值。

因此，高强钢尤其是超高强钢的扩孔率的准确测量，已经成为塑性成形领域世界性的难题。

中国专利公告号203364754U公开了一种用于扩孔试验的极限扩孔率测量装置，借助于两个相互垂直的带支撑滑臂的测量刀口，贴近圆孔边缘，通过位移传感器和带有运算器的显示器能够高效、精准的测量破裂状态的平均圆孔直径。该方法仅实现了简单快速的内径测量，并未涉及上述两个问题的解决方案。

中国专利公告号为104034298B公开了一种金属材料扩孔率精确测量方法，通过测量冲顶力下降200-500N时对应的冲头位移、扩孔试验后孔高这两个参数来计算得到扩孔后的孔径，计算极限扩孔率。该方法存在的问题：

(1)用于计算的冲头位移和孔高不在同一时刻，存在偏差；

(2)对于超高强钢，裂纹发生脆性扩展时，载荷并未有明显的下降。

由于扩孔率直接反映了材料在类似扩孔成形状态的极限变形能力，对零件设计具有重要的指导作用，因此其准确测量至关重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提高扩孔率测量精度的数字化在线测量方，准确测量破裂时刻的自动识别及扩孔后孔径，准确反映材料在类似扩孔成形状态的极限变形能力，对车身零件指明了优化设计方向，同时能更好的指导产品开发人员对设计指标进行优化，提高研发效率。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种提高扩孔率测量精度的数字化在线测量方法，包括如下步骤：