一种不锈钢饭盒板料冲压成形应变检测方法与流程

本发明涉及一种不锈钢饭盒板料冲压成形应变检测方法，属于食品包装、冲压成型、物理领域。

背景技术：

在板料成形过程中，通常需要从应变的角度来分析板件的变形情况，有助于检测极限变形部位、优化成形工艺以及检验模具设计。现有的应变检测方法大多以离线方式得到应变数据，受环境影响，精度和效率都不高，而且网格绘制工作量较大，很难在变形过程中进行动态监控，存在一定的检测误差，影响后续的检测优化和设计。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种具有较好的自适应性和鲁棒性的不锈钢饭盒板料冲压成形应变检测方法，能够自适应划分网格，有效地反映成形过程中板料的应变效果，大大提高了板料冲压成形检测的准确性，检测精度高，受环境影响小，自动化程度高，有助于后续的检测与设计。

本发明解决其问题所采用的技术方案，包括以下步骤：

a.建立不锈钢饭盒双目立体视觉系统模型，标定相机参数，确定两个相机成像面之间的对应关系；

b.利用标定得到的相机参数对图像进行立体匹配，将不锈钢饭盒图像坐标转换为校正立体系统下的三维坐标，进行三维重建；

c.根据不锈钢饭盒的几何特征和力学特性确定局部网格加密规则，自动生成不锈钢饭盒的网格线；

d.通过测量网格在变形后的形状参数,来确定不锈钢饭盒表面的应变，完成不锈钢饭盒板料冲压成形应变检测。

本发明的有益效果是：

在应变检测越来越重要的情况下，本发明具有较好的自适应性和鲁棒性，能够自适应划分网格，有效地反映成形过程中板料的应变效果，大大提高了板料冲压成形检测的准确性，检测精度高，受环境影响小，自动化程度高，有助于后续的检测与设计。

附图说明

图1为一种不锈钢饭盒板料冲压成形应变检测方法的整体流程图；

图2为双目立体视觉系统模型图；

图3为不锈钢饭盒自动生成网格线流程图。

具体实施方式

参照图1，本发明所述的方法包括以下步骤：

a.建立不锈钢饭盒双目立体视觉系统模型，标定相机参数，确定两个相机成像

面之间的对应关系；

(1)建立双目立体视觉系统模型，如图2。p是不锈钢饭盒待测点，pl、pr分别是点p在左右相机成像面上的投影：

其中，k是比例系数，q是相机的参数矩阵，(x,)是点p在相机坐标系中的坐标，(xw,yw,zw)是点p在世界坐标系中的坐标，r、t分别是从世界坐标系到相机坐标系的旋转矩阵和平移矩阵。ol、or是左右相机的光心。

(2)由于镜头畸变使图像产生一定的偏移，畸变模型为：

其中，(xd,yd)是发生畸变的坐标，(xf,yf)是无畸变的坐标，(1)公式中的q与ε1、ε2、ξ1、ξ2是相机的内部参数。左右相机之间的相对位置关系为：

pl＝rpr+t

b.利用标定得到的相机参数对图像进行立体匹配，将不锈钢饭盒图像坐标转换

为校正立体系统下的三维坐标，进行三维重建；

(1)利用标定得到的相机参数，根据图像颜色相似度进行立体匹配，自适应相似度函数为：

其中，ω是权重值，n(x,)是以匹配点(x,)为中心像素的窗口，分别是图像梯度的水平分量和垂直分量。为了提高匹配的精度，先以左图像作为参考图像，右图像作为目标图像，从左到右进行匹配得到从左到右的视差dlr；再以右图像作为参考图像，左图像作为目标图像，从右到左进行匹配得到从右到左的视差drl。

(2)相似度函数对图像中的光照变化以及噪声非常敏感，容易产生误匹配，因此需要去除误匹配点，设立视差误差阈值λ，若视差误差|dlr-drl|≤λ，则匹配正确，否则为误匹配点，将其去除：

光心原点o1、o2分别与il、ir连接成射线l:αicl和r:βricr+t，icl、icr是不锈钢饭盒的三维物理坐标。射线l、r的交点便是重建的立体系统下的三维坐标。

c.根据不锈钢饭盒的几何特征和力学特性确定局部网格加密规则，自动生成不锈钢饭盒的网格线(如图3)；

(1)为了能够真实反映不锈钢变形特征和真实的应力应变情况，在冲压仿真过程中必须对接触区域的板料网格进行细化。提取不锈钢饭盒模型的几何特征及力学特性，利用加密规则判断识别并确定加密区域。

加密区域：不锈钢饭盒的特征尺寸相对于整体分割尺寸比值小于阈值的区域为加密区域；曲面的曲率大于设定阈值的部分为加密区域；两个相交平面的夹角小于设定阈值的为加密区域；饭盒上有外形突变或尺寸突变的区域为加密区域；集中力载荷作用点附近为加密区域；不同材质分界处为加密区域。

(2)沿着图像的一条长度为l的线段加密，加密区域的最小边长为lmin，非加密区域的最大边长为lmax，从lmin到lmax进行疏密平缓布点，得到点集p，分割区域外外界面的点集为q，将点集p与点集q的交集作为初始四面体单元，并将其按照邻接面是否为4个划分为两个三角形平面集。若加密区域的最小边长小于三角形外接圆半径r，则该三角形平面属于邻接面少于4个的集合。寻找可以增加邻接面的最佳三角面：

其中，m是三角形个数，α是调整参数。构造粗细不同的网格模型根据上述方法进行有限元计算,当不同粗细的网格尺寸比的误差低于误差阈值时，网格符合要求，停止分割，从而自动生成不锈钢饭盒的网格线。

d.通过测量网格在变形后的形状参数,来确定不锈钢饭盒表面的应变，完成不锈钢饭盒板料冲压成形应变检测。

(1)根据变形前后相对应的空间三角网格各顶点坐标，得到坐标的对应关系：

x'＝f11x+f12y

y'＝f21x+f22y

其中，f是三角形的二阶梯度张力。对三角形网格进行坐标变换消除刚体运动分量：

其中，v1、v2是三角形各边所对应的向量。

(2)网格的拉格朗日应变为：

其中，e11、e22、e12为四个三角网格拉格朗日应变分量。应变最值为：

从而完成不锈钢饭盒板料冲压成形应变检测。

综上所述，便完成了本发明所述的一种不锈钢饭盒板料冲压成形应变检测方法。该方法具有较好的自适应性和鲁棒性，能够自适应划分网格，有效地反映成形过程中板料的应变效果，大大提高了板料冲压成形检测的准确性，检测精度高，受环境影响小，自动化程度高，有助于后续的检测与设计。