基于图像计算在线监测板材拉伸性能的方法及装置与流程

本发明涉及在模具结构装置上进行实时在线监测技术，具体涉及一种基于图像计算在线监测板材拉伸性能的方法及装置。

背景技术：

金属板材广泛应用于航天航空、汽车制造等方面，板材的拉伸性能都是通过拉伸试验机上测量获得，而在板材成形过程中是受到不同应力状态，目前还没有一种通过模具装置获取板材的拉伸性能。同时，传统材料测试中是将变形或断裂的试件拆卸下来手工测量，造成精度低、误差大和人工捕捉困难等问题，影响板材力学性能方面的研究。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提供了一种基于图像计算在线监测板材拉伸性能的方法及装置，使用模具结构装置代替拉伸试验机，并应用先进的三维数字散斑图像技术，在测试过程中通过对板材动态进行在线实时监测，从而实现了板材拉伸性能的计算。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种基于图像计算在线监测板材拉伸性能的装置，包括试验模具终端、在线实时监测终端和数据处理终端；所述试验模具终端包括矩形凸模、凹模和压边圈；所述在线实时监测终端包括两个工业相机、支架和两个led光源；所述数据处理终端包括计算机、采集卡和控制箱；所述凹模固定，矩形凸模外套接有压边圈，矩形凸模由两个液压泵控制上下运动，所述压边圈上设置有拉延筋，防止板料向周边移动；所述凹模侧面设有两个用于给两个工业相机提供视野的开口，两个工业相机和两个led光源由支架固定在试验模具终端正前方，并保证光源能对整个试验模具终端进行照明；计算机与控制箱控制两个工业相机和两个led光源和连接图像采集卡；两个工业相机和两个led光源连接控制箱、采集卡和计算机，并由计算机控制。

上述基于图像计算在线监测板材拉伸性能的装置的监测方法，包括以下步骤：

s1、对实验模具装置进行调试，并在被测试件表面喷涂黑白随机分布的散斑图案；

s2、用标定板对两个工业相机的不同方位拍摄表面进行标定校准，保证两个相机采集到的数据同步性；

s3、开启试验模具终端，对板材进行冲压，计算机控制并采集同步拍摄到的被测板材在变形(拉伸、冲压等)过程中的序列图像，并将采集到的图像信息通过数据传输线路传送到处理终端；

s4、处理终端对数据的处理与分析，选取一个变形状态下的被测试件图像设为基础状态，创建散斑区域及选定一个种子点，匹配变形前后的散斑灰度特征变化；

s5、根据相机标定结果和图像匹配结果，利用三角测量原理，对图像子区的中心点进行三维坐标重建，跟踪被测试样表面被测点的坐标变化，计算其每个变形状态对应关系的变形信息。

其中，所述步骤s2的具体步骤为：以像素为单位的位移，用标定板进行标定得出像素和长度单位的换算关系，并保证两个相机采集到的数据同步性，在标定后，就不能对实验系统做任何调动，否则需要重新标定

其中，静态分析后最大的位移误差在0-5.5um，实现测量微米级的精度。

本发明具有以下有益效果：

在模具结构装置上测量板材的拉伸力学性能，并与数字图像技术测量方法相结合，为获取板材的力学性能提供了一种新的方法。

附图说明

图1为本发明实施例一种基于图像计算在线监测板材拉伸性能的装置的结构示意图。

图2为本发明实施例中试验模具终端的结构示意图。

图3为本发明实施例中图像计算测量应变流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1-图2所示，本发明实施例提供了一种基于图像计算在线监测板材拉伸性能的装置，包括试验模具终端、在线实时监测终端和数据处理终端；所述试验模具终端包括矩形凸模1、凹模2和压边圈6；所述在线实时监测终端包括两个工业相机、支架和两个led光源5；所述数据处理终端包括计算机、采集卡和控制箱；所述凹模固定，矩形凸模外套接有压边圈，矩形凸模由两个液压泵控制上下运动，所述压边圈上设置有拉延筋，防止板料向周边移动；所述凹模侧面设有两个用于给两个工业相机提供视野的开口，两个工业相机和两个led光源由支架固定在试验模具终端正前方，并保证光源能对整个试验模具终端进行照明；计算机与控制箱控制两个工业相机和两个led光源和连接图像采集卡；两个工业相机和两个led光源连接控制箱、采集卡和计算机，并由计算机控制。

如图3所示，本发明实施例还提供了基于图像计算在线监测板材拉伸性能监测方法，包括如下步骤：

s1、按上述结构完成实验装置的组装，使得压边圈向下运动与凹模闭合将试样3夹紧，凸模向下冲压，并调节相机对应的焦距，曝光速度使得清晰的拍摄到散斑区域

s2、实验开始前，在被测试件表面喷涂黑白随机分布散的斑图案。

s3、进行实验数据采集前先对静态进行分析，以保证准确性，并得出静态分析后最大的位移误差在0-5.5um，实现了微米级别的精度。

s4、设置实验参数后启动模具装置，计算机控制并采集两个工业相机同步拍摄被测板材在变形(拉伸、冲压等)过程中的序列图像，实现实时在线监测终端对数据的采集；

s5、利用数字图像技术对采集到的图像信息通过数据传输线路传送到处理终端。

s6、利用计算机对采集到的散斑图像进行运算，选取一个变形状态下的被测试件图像设为基础状态，创建散斑区域及选定一个种子点，匹配变形前后的散斑灰度特征变化；

s7、根据相机标定结果和图像匹配结果，利用三角测量原理，对左右相机图像子区的中心点进行三维坐标重建，通过跟踪被测试样表面被测点的坐标变化计算其在每个变形状态对应关系的变形信息。

s8、最后根据变形信息得出在模具装置检测材料的拉伸应变值。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种基于图像计算在线监测板材拉伸性能的装置，包括试验模具终端、在线实时监测终端和数据处理终端；试验模具终端包括矩形凸模、凹模和压边圈；在线实时监测终端包括两个工业相机、支架和两个LED光源；数据处理终端包括计算机、采集卡和控制箱；所述凹模固定，矩形凸模外套接有压边圈，矩形凸模由两个液压泵控制上下运动，所述压边圈上设置有拉延筋，所述凹模侧面设有两个用于给两个工业相机提供视野的开口，两个工业相机和两个LED光源由支架固定在试验模具终端正前方。本发明使用模具结构装置代替拉伸试验机，并应用先进的三维数字散斑图像技术，在测试过程中通过对板材动态进行在线实时监测，从而实现了板材拉伸性能的计算。

技术研发人员：曲周德;苏娇艳
受保护的技术使用者：天津职业技术师范大学
技术研发日：2017.05.24
技术公布日：2017.10.10