基于光栅连续摄像及图像处理的应变测量设备及测量方法
【专利摘要】本发明公开了基于光栅连续摄像及图像处理的应变测量设备及测量方法，设备由贴在钢材表面的光栅应变计、吸附于钢材表面的摄像头组件和用于对摄像头组件定位的辅助铁片组成；光栅应变计贴在待测钢材表面，光栅条纹方向与钢材的变形垂直，将摄像头组件吸附在钢材表面，摄像头对准光栅条纹，摄像头组件的第一凹槽位于标记的第二凹槽的位置；处理过程为计算机首先将图像转换为二维数字图像，并计算出数字图像中每条条纹的宽度、计算相邻光栅之间的距离变化，得出局部应变及t时刻的均匀应变。本发明的有益效果是能不受实际场地、距离的限制，实时观测到钢材表面的变形，尤其是表面开裂。
【专利说明】基于光栅连续摄像及图像处理的应变测量设备及测量方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于图像测量【技术领域】，涉及基于光栅连续摄像及图像处理的应变测量设 备及测量方法。
【背景技术】
[0002] 现有钢结构或其他均质材料的应变测量方法主要利用电阻应变片来进行。其原理 为：通过在受力部位粘贴光栅应变片监测变形，光栅长度的变化会导致其电阻发生变化，然 后利用导线将电阻的变化传输到仪器中，通过仪器中电阻的变化值即可得出钢材的变形。 这种方法的缺点是不利用现场监测。当现场情况复杂时，需要很长的导线，当任何一个位置 的导线发生异常均不能进行监测。且只能监测均匀变形，不能监测不均匀变形。不适用于 钢材局部开裂位置的检测。
[0003] 本发明通过摄像技术来检测光栅之间距离的变化，进而将所得到的图像利用无线 局域网络传输到电脑上，利用数字图像处理技术来得出实际位移。本发明可实现观察位置 与实际变形位置之间无需导线传输信号，可解决上述使用导线传输的不足。且可实现裂缝 处变形的精确测量。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供基于光栅连续摄像及图像处理的应变测量设备，解决了现 有技术必须采用导线传输信号、且不能监测裂缝尖端处变形的缺点。
[0005] 本发明的另一个目的是进行应变测量的方法。
[0006] 本发明所采用的技术方案是由贴在钢材表面的光栅应变计、吸附于钢材表面的摄 像头组件和用于对摄像头组件定位的辅助铁片组成；
[0007] 所述光栅应变计为长方形，其上设置光栅；
[0008] 所述摄像头组件包括置于组件中间的长方形摄像头，摄像头两边分别布有一排照 明灯，摄像头和照明灯周围设置有一圈圆形的磁铁，摄像头、照明灯和磁铁安装在橡胶外壳 上，磁铁的表面与橡胶外壳的表面在一个水平面上，摄像头表面与磁铁表面有一定距离，橡 胶外壳径向截面为圆形，与摄像头对应的两端设有第一凹槽；
[0009] 所述辅助铁片为圆形，直径大小与橡胶外壳的直径相同，辅助铁片内部开有一个 长方形空槽，长方形空槽的大小与光栅应变计的大小相同，长方形空槽的中心线位于辅助 铁片的直径上，辅助铁片与长方形空槽长度方向上重合的一条直径两端设有第二凹槽。
[0010] 进一步，所述光栅应变计采用polyete材料制成，总长度14mm、宽度为5mm，光栅总 长度为10mm，由20个宽度为0· 5mm的黑白直线光栅条纹组成。
[0011] 进一步，所述摄像头的像素为1〇〇〇万。
[0012] 进一步，所述辅助铁片厚度为2mm。
[0013] 进行钢材应变测量的方法按照以下步骤进行：
[0014] 步骤1 :测量设备的设置；光栅应变计贴在待测钢材表面，光栅条纹方向与钢材的 变形垂直，在光栅应变计上覆盖辅助铁片，保持辅助铁片中间的空隙与光栅应变计完全吻 合，标记第二凹槽的位置，撤走辅助铁片，将摄像头组件吸附在钢材表面，摄像头对准光栅 条纹，摄像头组件的第一凹槽位于标记的第二凹槽的位置；
[0015] 步骤2 :钢材形变的计算；将摄像头拍摄的图像实时发送给计算机进行程序处理， 处理过程为计算机首先将图像转换为二维数字图像，并计算出数字图像中每条条纹的宽 度、计算相邻光栅之间的距离变化，得出局部应变：4 = (/丨-/广V/f (卢广20);
[0016] 式中/f为初始时刻第i条条纹的宽度，（、/厂1为t、t-ι时刻第i条条纹的宽度， 4 .为t时刻第i条条纹的应变；
[0017] 当钢材表面为均匀变形时，计算同一时刻多条相邻光栅之间距离变化的平均值， 得出t时刻的均匀应变ε t为：
[0018]
【权利要求】
1. 基于光栅连续摄像及图像处理的应变测量设备，其特征在于：由贴在钢材表面的光 栅应变计（1)、吸附于钢材表面的摄像头组件（2)和用于对摄像头组件（2)定位的辅助铁片 (3)组成； 所述光栅应变计（1)为长方形，其上设置光栅（101); 所述摄像头组件（2)包括置于组件中间的长方形摄像头（201)，摄像头（201)两边分别 布有一排照明灯（202)，摄像头（201)和照明灯（202)周围设置有一圈圆形的磁铁（203)， 摄像头（201)、照明灯（202)和磁铁（203)安装在橡胶外壳（204)上，磁铁（203)的表面与 橡胶外壳（204)的表面在一个水平面上，摄像头（201)表面与磁铁（203)表面有一定距离， 橡胶外壳（204)径向截面为圆形，与摄像头（201)对应的两端设有第一凹槽（205); 所述辅助铁片（3)为圆形，直径大小与橡胶外壳（204)的直径相同，辅助铁片（3)内部 开有一个长方形空槽（301)，长方形空槽（301)的大小与光栅应变计（1)的大小相同，长方 形空槽（301)的中心线位于辅助铁片（3)的直径上，辅助铁片（3)与长方形空槽（301)长 度方向上重合的一条直径两端设有第二凹槽（302)。
2. 按照权利要求1所述基于光栅连续摄像及图像处理的应变测量设备，其特征在于： 所述光栅应变计（1)采用polyete材料制成，总长度14mm、宽度为5mm，光栅（101)总长度 为10mm，由20个宽度为0? 5mm的黑白直线光栅条纹（102)组成。
3. 按照权利要求1所述基于光栅连续摄像及图像处理的应变测量设备，其特征在于： 所述摄像头（201)的像素为1000万。
4. 按照权利要求1所述基于光栅连续摄像及图像处理的应变测量设备，其特征在于： 所述辅助铁片（3)厚度为2mm。
5. 按照权利要求1所述基于光栅连续摄像及图像处理的应变测量设备进行钢材应变 测量的方法，其特征在于按照以下步骤进行： 步骤1 :测量设备的设置；光栅应变计（1)贴在待测钢材表面，光栅条纹（102)方向与 钢材的变形垂直，在光栅应变计（1)上覆盖辅助铁片（3)，保持辅助铁片（3)中间的空隙与 光栅应变计（1)完全吻合，标记第二凹槽（302)的位置，撤走辅助铁片（3)，将摄像头组件 (2)吸附在钢材表面，摄像头（201)对准光栅条纹（102)，摄像头组件（2)的第一凹槽（205) 位于标记的第二凹槽（302)的位置； 步骤2 :钢材形变的计算；将摄像头（201)拍摄的图像实时发送给计算机进行程序处 理，处理过程为计算机首先将图像转换为二维数字图像，并计算出数字图像中每条条纹的 宽度、计算相邻光栅之间的距离变化，得出局部应变：< =(//-/广)//f 20); 式中/f为初始时刻第i条条纹的宽度，/丨、/广1为t、t-1时刻第i条条纹的宽度，<为 t时刻第i条条纹的应变； 当钢材表面为均匀变形时，计算同一时刻多条相邻光栅之间距离变化的平均值，得出t 时刻的均匀应变e1为：
【文档编号】G01B11/16GK104279977SQ201410555742
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2014年10月17日 优先权日:2014年10月17日
【发明者】鲁开明, 王进, 杨进文, 张怡 申请人:南京建工集团有限公司