本发明涉及一种基于双目视觉的微丝拉伸装置及微丝拉伸方法。
背景技术：
微丝材料已广泛应用于纺织、复合材料、生物医疗和微电子封装等领域。单根微丝的直径大多在微米级，其制备工艺一般不同于块体材料，因此，其力学性能同块体材料也有很大差异。同时，由于其微小尺寸，拉伸装夹过程中装夹误差也会造成结果误差。因此，如何准确测量微丝的拉伸力学性能，越来越受到人们的重视，检测装置也得到不断发展。
近年来，不少技术人员和团体均对微丝拉伸装置进行了探索和研究，但是这些装置仅能实现微丝的拉伸功能，不能实现装夹过程的纠偏功能。
技术实现要素：
本发明提供了一种基于双目视觉的微丝拉伸装置及微丝拉伸方法，其克服了背景技术所存在的不足。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案之一是：
一种基于双目视觉的微丝拉伸装置，包括微丝拉伸系统，所述微丝拉伸系统包括用于夹装试样的上夹具、下夹具，其特征在于，还包括双目视觉图像采集系统、信号处理控制系统；
所述双目视觉图像采集系统包括四个相机，用于实时采集试样的图像信息；其中两个相机光轴对准拉伸装置上夹具，对上夹具与试样上部超过1/2长度进行图像采集，另外两个相机对准拉伸装置下夹具，对下夹具与试样下部超过1/2长度进行图像采集；所述四个相机采集到的试样图像信息存在部分重叠；
所述信号处理控制系统包括信号采集模块、处理器、运动控制模块：
其中信号采集模块用于接收四个相机所采集的图像信息，并传送给处理器处理；
处理器用于接收经信号采集模块采集的数据，并计算试样的矢量l、以及试样在前后两次图像中的伸长量s；
运动控制模块用于接收接收处理器的数据，并根据矢量l、伸长量s对微丝拉伸系统进行运动控制。
一较佳实施例之中，所述微丝拉伸系统还包括底板、电控xy微调平台、微力传感器、z向运动台、z向运动导轨，电控xy微调平台位于底板上，微力传感器安装在电控xy微调平台上，下夹具安装在微力传感器上，上夹具安装在z向运动台上，z向运动台安装在z向运动导轨上。
一较佳实施例之中，所述微丝拉伸系统之电控xy微调平台信号输入端与运动控制模块信号输出端连接，z向运动导轨信号输入端与运动控制模块信号输出端连接，微力传感器信号输出端与信号采集模块输入端连接，双目视觉图像采集系统输出端与处理器输入端连接。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案之二是：
一种基于上述任一项微丝拉伸装置的微丝拉伸方法，其特征在于，包括以下步骤：
(a)将试样装夹到上夹具和下夹具上，低速拉伸试样，直至微力传感器示数发生变化，以试样轴线为z轴建立空间直角坐标系；
(b)通过双目视觉图像采集系统对试样进行图像采集，根据所采集的图像得到试样的边缘轮廓；
(c)通过边缘轮廓，由处理器拟合出试样的矢量l；
(d)根据试样的矢量l计算出下夹具的在z轴方向上的偏移修正量，根据所得到的偏移修正量通过电控xy微调平台以调整下夹具在xy平面内的位置进行修正；
(e)修正完成后，低速拉伸试样，直至传感器示数发生变化，将拉力值t与伸长量s清零，作为拉伸初始状态；
(f)对试样施加z轴方向的位移，对试样进行拉伸；
(g)拉伸过程中，以固定时间间隔通过双目视觉图像采集系统对上夹具连续进行图像采集，根据前后两次所采集的图像，由特征识别算法得到上夹具的实时位移量；
(h)实时采集拉伸过程中的拉力值t，根据所采集的实时位移量与拉力得到应力应变曲线。
一较佳实施例之中，步骤(a)、(e)中对试样的拉伸速度为0.3um/s。
一较佳实施例之中，步骤(b)中的边缘轮廓根据canny算法得到。
一较佳实施例之中，步骤(f)中对试样的拉伸速度为1um/s。
一较佳实施例之中，步骤(g)所述固定时间间隔为1s。
一较佳实施例之中，步骤(h)中的拉力通过微力传感器进行采集。
由上述对本发明的描述可知，与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、微丝拉伸系统对微丝试样进行单轴拉伸，并获取实时拉力值；双目视觉图像采集系统对装夹时的微丝试样进行图像采集，并对拉伸过程各时刻进行图像采集；控制与处理系统对采集图像通过图像处理获得装夹时微丝试样的装夹偏移量，通过微丝拉伸系统中xy微调平台调整试样位置，并通过拉伸过程中的图像采集计算出试样伸长量。该装置不仅能实现微丝的拉伸功能，还能实现装夹过程的纠偏功能，对于本领域技术人员来说是一项重大突破。且通过双目视觉图像采集系统的四个相机实时采集试样的图像信息，使得装置的结构成本低且容易实现，适合全面推广使用。
附图说明
图1为一种基于双目视觉的微丝拉伸装置的结构示意图。
附图中标记及对应的零部件名称：
1-底板，2-电控xy微调平台，3-微力传感器，4-下夹具，5-试样，6-上夹具，7-z向运动台，8-z向运动导轨，9-相机
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明作进一步的描述。
参照图1，一种基于双目视觉的微丝拉伸装置，包括微丝拉伸系统、双目视觉图像采集系统、信号处理控制系统。
所述微丝拉伸系统包括用于夹装试样5的上夹具6、下夹具4。
本实施例中，所述微丝拉伸系统还包括底板1、电控xy微调平台2、微力传感器3、z向运动台7、z向运动导轨8，电控xy微调平台2位于底板1上，微力传感器3安装在电控xy微调平台2上，下夹具4安装在微力传感器3上，上夹具6安装在z向运动台7上，z向运动台7安装在z向运动导轨8上。
所述双目视觉图像采集系统包括四个相机9，用于实时采集试样的图像信息；其中两个相机9光轴对准拉伸装置上夹具6，对上夹具6与试样5上部超过1/2长度进行图像采集，另外两个相机9对准拉伸装置下夹具4，对下夹具4与试样5下部超过1/2长度进行图像采集；所述四个相机9采集到的试样图像信息存在部分重叠；
所述信号处理控制系统包括信号采集模块、处理器、运动控制模块：
其中信号采集模块用于接收四个相机9所采集的图像信息，并传送给处理器处理；
处理器用于接收经信号采集模块采集的数据，并计算试样的矢量l、以及试样在前后两次图像中的伸长量s；
运动控制模块用于接收接收处理器的数据，并根据矢量l、伸长量s对微丝拉伸系统进行运动控制。
所述微丝拉伸系统之电控xy微调平台2信号输入端与运动控制模块信号输出端连接，z向运动导轨8信号输入端与运动控制模块信号输出端连接，微力传感器3信号输出端与信号采集模块输入端连接，双目视觉图像采集系统输出端与处理器输入端连接。
该装置不仅能实现微丝的拉伸功能，还能实现装夹过程的纠偏功能，对于本领域技术人员来说是一项重大突破。且通过双目视觉图像采集系统的四个相机实时采集试样的图像信息，使得装置的结构成本低且容易实现，适合全面推广使用。
一种基于微丝拉伸装置的微丝拉伸方法，包括以下步骤：
(a)将试样5装夹到上夹具6和下夹具4上，低速拉伸试样5，直至微力传感器3示数发生变化，以试样轴线为z轴建立空间直角坐标系；本实施例中，该步骤(a)、中对试样5的拉伸速度为0.3um/s。
(b)通过双目视觉图像采集系统对试样进行图像采集，根据所采集的图像得到试样5的边缘轮廓；本实施例中，该步骤(b)中的边缘轮廓根据canny算法得到。
(c)通过边缘轮廓，由处理器拟合出试样5的矢量l；
(d)根据试样5的矢量l计算出下夹具4的在z轴方向上的偏移修正量，根据所得到的偏移修正量通过电控xy微调平台2以调整下夹具4在xy平面内的位置进行修正；
(e)修正完成后，低速拉伸试样5，直至传感器3示数发生变化，将拉力值t与伸长量s清零，作为拉伸初始状态；本实施例中，该步骤(e)中对试样的拉伸速度为0.3um/s。
(f)对试样5施加z轴方向的位移，对试样5进行拉伸；本实施例中，该步骤(f)中对试样5的拉伸速度为1um/s。
(g)拉伸过程中，以固定时间间隔通过双目视觉图像采集系统对上夹具6连续进行图像采集，根据前后两次所采集的图像，由特征识别算法得到上夹具6的实时位移量；本实施例中，该步骤(g)所述固定时间间隔为1s。
(h)实时采集拉伸过程中的拉力值t，根据所采集的实时位移量与拉力得到应力应变曲线。本实施例中，该步骤(h)中的拉力通过微力传感器3进行采集。
实施例1：
(a)将试样5装夹到上夹具6和下夹具4上，以速度0.3um/s驱动z向运动台7拉伸试样5，直至传感器3示数发生变化，作为偏移量检测状态的初始状态；
(b)通过双目视觉图像采集系统对试样5进行图像采集，通过canny算法对试样5进行边缘轮廓检测，再通过最小二乘法得到试样的矢量l；
(c)根据试样5的矢量l计算出下夹具4的在z轴方向上的偏移修正量，根据所得到的偏移修正量，通过电控xy微调平台2以调整下夹具4在xy平面内的位置进行修正；
(d)以速度0.3um/s驱动z向运动台拉伸试样5，直至传感器3示数发生变化，将拉力示值t与伸长量s清零，作为拉伸状态的初始状态；
(e)以速度1um/s驱动z向运动台拉伸试样5，拉伸过程中，每隔1s通过双目视觉图像采集系统对上夹具6连续进行图像采集，根据前后两次所采集的图像，由特征识别算法得到上夹具6的实时位移量；
(f)实时采集拉伸过程中的拉力t，根据所采集的实时位移量与拉力得到应力应变曲线。
上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。