[发明专利]一种液晶弹性体材料阵列性能的测试设备

说明书

本发明提出一种液晶弹性体材料阵列性能的测试设备，利用非接触的光学相机采集被测液晶弹性体阵列模块的图像，利用机器视觉的学习方法对液晶弹性体阵列单元处于不同形变状态下的图像参数进行学习，实现根据图像参数对液晶弹性体阵列单元形变性能的检测和异常单元的定位。

技术领域

本发明涉及材料性能测试领域，特别涉及一种液晶弹性体材料阵列性能的测试设备。

背景技术

液晶弹性体是一种新型材料，它同时具备液晶材料独特的位置序和取向序，又具备一般聚合物的弹性性能，因此具有一些独特的物理应变特性，如软弹性、形状记忆特性、热致应变特性、光致应变特性等。如同液晶对外部刺激敏感一样，液晶弹性体对热、光、电等外部作用场极敏感，可以在外场作用下快速变形，而且在外场刺激撤销后能够恢复到原始状态。因此有在各种新兴行业的潜质，如致动器、传感器、人造肌肉、形状记忆材料、数据存储、可调激光等领域。

由于光照具有清洁、无污染的特点，且易于实现空间、时间上的精准控制，液晶弹性体的光照敏感特性被广泛利用，在给光驱动器件领域应用具有广阔前景。例如，可利用光驱动液晶弹性体制作动物仿生“机械手臂”，通过不同激发光源的协同作用控制“手臂”做出挥舞、爬行等动作。此外，将液晶弹性体做成以阵列形式排列的“触觉”显示器，当光源激活时，临近光源的表面发生形变，可用于盲文显示。

上述液晶弹性体阵列包含若干“单元”，每个单元的激发光源受到独立控制，实现对应单元的“突起”和“平坦”状态，形成需要的形变特征。但由于液晶弹性体的自身性质，其力学性能还存在诸多缺点，例如应力不足、收缩性能达不到指标，易受干扰，抗疲劳性差等。因此，在阵列设备制成投入使用前，需要对设备的性能进行检测，即验证各单元在激发光源控制下能否产生预期的形变效果。

现有技术中通常采用人工目视方法判断液晶弹性体材料的形变，但由于准确度不够，对定量的研究造成了障碍。也有人提出使用机器视觉的方式进行材料形变的检测，但图像算法复杂，准确度较低。并且，由于液晶弹性体材料的特殊光学特性，一般材料形变图像算法无法准确实现检测，目前还未有也没有专门针对液晶弹性体材料的图像处理算法。并且大多数算法只能判别整个阵列形变正常还是异常，但无法准确定位出现异常的单元位置。

发明内容

本发明创新的提出一种液晶弹性体阵列模块的参照图像学习与非接触光学检测方法，利用非接触的光学相机采集被测液晶弹性体阵列模块的图像，利用机器视觉的学习方法对液晶弹性体阵列单元处于不同形变状态下的图像参数进行学习，实现根据图像参数对液晶弹性体阵列单元形变性能的检测和异常单元的定位。

一种液晶弹性体材料阵列性能的测试设备，包括传送带、光源、光学相机和处理器；

其中传送带用于承载待检测的液晶弹性体材料阵列，将其传输至检测区域；待测液晶弹性体材料阵列包括多个液晶弹性体单元和基板，多个液晶弹性体单元位于模块基板上，呈矩阵排布；

光源用于向待检测的液晶弹性体材料阵列照射光线，从而使得液晶弹性体单元发生形变；

光学相机用于采集已发生形变的液晶弹性体单元的形变图像，并将该图像传输至处理器；

处理器用于接收光学相机采集的形变图像，并执行如下方法：

（1）根据液晶弹性体单元的颜色分布和基板的颜色分布确定形变图像的概率图；对概率图作进行如下处理得到特征分布图：

其中，、为两个预设方阵，，为方阵元素的空间坐标；

利用同样方法事先计算出标准形变图像的特征分布图；

（2）对形变图像特征分布图中的每个像素计算其单元响应距离；事先对标准形变图像特征分布图中的每个像素，计算其单元响应距离；分别取上述两个单元响应距离中最大的前N个像素，计算形变图像特征分布图和标准形变图像特征分布图的空间相似性；