一种非接触式位移形变检测装置

1.本实用新型涉及位移形变检测技术领域，具体涉及一种非接触式位移形变检测装置。


背景技术：

2.物体的形体尺寸及位移形变检测在自动化生产线及检测仪器中通常通过容栅传感器等各种位移传感器来实现。而基于机械运动原理的各种位移传感器由于本身固有的静摩擦力导致其在微型材料位移检测中受到限制。例如：皮革等材料在热形变参数检测过程中，根据行业标准要求试样始终处于3克的恒定张力状态，而通常比较精密的机械运动部件，其静摩擦力一般都大于1克，从而使得该检测条件实际上无法实现。而采用非接触式的光栅测距传感器，虽然可以有效解决这个问题，但是复杂的结构和高昂的成本使其难以实施推广。
3.近年来随着视觉技术发展成熟，基于视觉技术的非接触式位移传感器，以其精度高、实时性好、系统简单、成本低而展现了广阔的市场前景。在检测仪器制作过程中如何根据具体使用场合和相关技术要求，准确可靠地检测皮革等材料试样受热后的收缩形变信号，可靠的采集到其形变数据将成为其技术关键。而依照此原理设设计的“白背景与黑标记”的黑白分明场景及相应技术的检测装置，采集的图像信号应该具有高的信噪比，但是在工作过程中任何黑色杂物一旦落在检测范围内或者白色背景板上，都将成为干扰的背景噪音而影响信号准确稳定采集，影响检测的精度。


技术实现要素：

4.为了提高依照黑白分明原理设计的“白背景黑标记”图像采集系统中信噪比，有效解决抗干扰问题，本实用新型提供了一种非接触式位移形变检测装置，能够大幅度提高检测信号的信噪比，提高位移形变检测的稳定性和抗干扰能力，保证位移形变检测的精度。
5.为了实现以上目的，本实用新型提供了一种非接触式位移形变检测装置，包括底板，所述底板上安装有摄像头和黑色背景板，所述摄像头的采集端和所述黑色背景板相对设置，所述底板活动设置有导杆，所述导杆能够沿上下方向运动且由于重力始终具有向下运动的恒力趋势，所述导杆的上端伸出所述底板，且所述导杆的上端位于所述摄像头和所述黑色背景板之间，所述导杆的上端设置有单色发光标记，所述单色发光标记能够随所述导杆上下运动且始终处于所述摄像头的视野范围内，所述底板的下侧设置有加热组件，所述导杆的下端延伸至所述加热组件内，试样位于所述加热组件内，且试样的一端连接所述底板，试样的另一端连接所述导杆的下端，所述导杆被配置为对试样进行恒张力自然配重，即所受到的张力就是导杆本身的重量，并根据张力设计需要计算设计导杆的结构尺寸；所述摄像头连接至处理器，所述摄像头能够获取所述单色发光标记的位移图像并发送给所述处理器，所述处理器能够接收所述单色发光标记的位移图像并处理获取所述单色发光标记的位移信息，从而得到试样的收缩形变数据。
6.进一步地，所述单色发光标记包括单色led发光标记，所述单色led发光标记连接电源。
7.进一步地，所述单色发光标记包括单色荧光标记，所述底板设置有紫外光源，所述紫外光源连接电源，所述单色荧光标记始终处于所述紫外光源的照射范围内。
8.进一步地，所述底板上倾斜设置有安装板，所述安装板朝向所述单色荧光标记，所述紫外光源安装于所述安装板。
9.进一步地，所述紫外光源包括紫外led和用于滤除可见光的滤光片。
10.进一步地，所述加热组件包括容器，所述容器内设置有加热器，所述容器内承载有加热介质，所述导杆的下端和试样浸入所述加热介质中。
11.进一步地，所述容器内还设置有搅拌器。
12.进一步地，所述底板的下端固定安装有上静挂钩，所述导杆的下端固定安装有下动挂钩，试样的两端分别以挂孔方式垂直固定于所述上静挂钩和所述下动挂钩之间。
13.进一步地，还包括外壳体，所述外壳体封闭罩设所述底板、所述摄像头、所述黑色背景板、所述导杆、所述单色发光标记和所述加热组件。
14.本实用新型还提供了一种采用上述的一种非接触式位移形变检测装置的检测方法，包括：首先将试样竖直安装于底板和导杆上，并通过导杆对试样进行自然配重使之恒张力张紧，本实用新型中技术要求以达到3克恒定张力为准；然后使摄像头的采集端正对黑色背景板，并使单色发光标记处于摄像头的视野范围内，且摄像头设置为仅能够识别单色发光标记对应的单色光；随着启动加热组件使试样的环境温度逐步升高，试样产生热收缩形变，则摄像头实时采集单色发光标记的位移图像并发送给处理器，处理器根据接收单色发光标记的位移图像，即像素数量的变化，并处理获取单色发光标记的位移信息，从而得到试样的收缩形变数据。
15.与现有技术相比，本实用新型的装置利用导杆本身重量对试样进行自然配重，保证试样在检测过程中在导杆的作用下始终处于恒定张力下张紧的技术要求得到满足，另外利用摄像头把处于加热组件的试样的热形变(位移)信号又同步的从恶劣的检测环境中完整传输到处理器，而且同时提供了根据需要任意设置检测标记和背景的环境条件，其物理过程是试样受热后产生收缩形变会带动导杆以及导杆上端的单色发光标记产生位移，摄像头实时捕捉采集获取单色发光标记的位移图像并发送给处理器，单色发光标记为仅能够发出特定单色光的标记物，摄像头也同时设置为仅能够识别单色发光标记对应的单色光，且摄像头的采集端正对黑色背景板，这样在检测过程中摄像头的视野范围内除了单色发光标记外，其它全部一片漆黑，即使有杂物出现在摄像头视野里也不能够被识别而排出了对于信号的干扰因素。在摄像头工作期间，该空间内任何颜色的杂物本身因为不发光，所以散落在何处都不会造成图形信号中的背景噪音，甚至即使散落在单色发光标记上面单色光反射仍然正常，不会影响信号采集。摄像头视野里任何杂物偶然出现或长期存在都不会形成图形信号的背景噪音，因为它在黑暗环境中对于摄像头来说根本不存在，而且摄像头设置仅识别规定的单色发光标记所产生的单色光，所以一方面通过黑色背景板及环境设置最大限度降低了图像信号采集中的背景噪音，另一方面又通过单色发光标记发单色光且与摄像头专门设置认可的单色光选择特性相结合，最大限度增加了图像信号的唯一性和强度，相对于原来根据黑白分明常识所设置的黑标志白背景的图像信号采集环境，改进后的图像采集
系统中信噪比(s/n)中的分子和分母被同时按照理想方向分别进行放大和缩小的变换，能够提高信噪比几倍甚至一个数量级，从而大幅度提高了信号的信噪比及稳定性和抗干扰能力，从而处理器处理接收的单色发光标记的位移图像更加精准可靠，从而得到更加精准的试样收缩形变数据。
16.进一步地，采用单色led发光标记作为单色发光标记，led结构简单，成本低廉，可以适用于不考虑连接led光源的电源线对试样的自然配重没有需求或者影响很小以至于可以忽略不计影响的场合。但是在皮革试样检测过程中需要3克的恒张力作为检测条件，尽管采用弹簧螺旋电源线连接安装于导杆上部的led发光源，由于电源线的拉扯仍然无法实现检测过程中试样始终处于3克恒张力的检测条件。此时，采用单色荧光标记作为单色发光标记，并在底板设置紫外光源，利用紫外光源来照射单一颜色荧光粉，使其与led一样发出单色光提供摄像头采集，这样一来既保证了自然配重法实现试样始终处于恒定张力的检测条件，又保证了高信噪比的检测环境，另外紫外光源安装于倾斜朝向单色荧光标记的安装板，保证单色荧光标记始终处于紫外光源的照射区域内即可，紫外光源采用紫外led，并在紫外led上罩设滤光片，滤掉紫外led的可见光部分，以保持信号采集区域的黑密性空间，保证高信噪比的检测环境。
17.进一步地，利用容器内承载加热介质，并利用加热器加热甘油等加热介质，试样浸入加热介质中进行加热，加热可靠稳定且均匀，并且设置搅拌器，更加保证了加热的均匀性。
18.进一步地，试样的两端分别挂设固定于上静挂钩和下动挂钩，安装方便快捷。
19.进一步地，利用外壳体罩设整个装置，实现内部封闭黑暗环境，更加有利于摄像头对单色发光标记的位移图像采集，更加提高了图像采集的信噪比，提高位移形变检测的稳定性和抗干扰能力，保证位移形变检测数据的精度。
20.本实用新型的方法通过导杆对试样进行自然配重张紧实现了技术标准中试样始终处于3克恒张力的条件，单色发光标记为仅能够发出特定单色光的标记物，摄像头设置为仅能够识别单色发光标记对应的单色光，且摄像头的采集端正对黑色背景板，这样在检测过程中摄像头的视野范围内除了单色发光标记外，其它全部一片漆黑，能够大幅度提高检测信号的信噪比，提高位移形变检测的稳定性和抗干扰能力，保证位移形变检测的数据精度。
附图说明
21.图1是本实用新型实施例一的结构示意图；
22.图2是本实用新型实施例二的结构示意图；
23.其中，1是处理器、2是摄像头、3是单色发光标记、4是黑色背景板、5是底板、6是导杆、7是上静挂钩、8是试样、9是下动挂钩、10是加热介质、11是容器、12是搅拌器、13是加热器、14是紫外光源、15是安装板。
具体实施方式
24.下面结合说明书附图和具体的实施例对本实用新型作进一步地解释说明，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本
领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
25.本实用新型实施例提供了一种非接触式位移形变检测装置，适用于各种非接触的位移形变检测情形，特别适用于皮革、纤维等各种需要热变形检测的物质，其包括底板5，底板5上安装有摄像头2和黑色背景板4，摄像头2的图像采集端和黑色背景板4相对设置，底板5活动设置有导杆6，导杆6能够沿上下方向垂直运动且由于重力始终具有向下运动的恒力趋势，导杆6的上端伸出底板5，且导杆6的上端位于摄像头2和黑色背景板4之间，导杆6的上端设置有单色发光标记3，单色发光标记3能够随导杆6上下运动且始终处于摄像头2的视野范围内，底板5的下侧设置有加热组件，导杆6的下端延伸至加热组件内，试样8位于加热组件内，且试样8的一端连接底板5，试样8的另一端连接导杆6的下端，导杆6被配置为对试样8进行恒张力自然配重，摄像头2连接至处理器1，摄像头2能够获取单色发光标记3的位移图像并发送给处理器1，处理器1能够接收单色发光标记3的位移图像并处理获取单色发光标记3的位移信息，即像素点的变化，从而得到试样8的收缩形变数据。
26.本实施例的装置被拍摄的标志物为设置在导杆6上端的单色发光标记3，黑色背景板4作为背景，且整个标志信号采集空间都是处于封闭的黑暗环境中；而且摄像头2可以设置为仅拍摄同一单色光，所以在此空间和时间内，摄像头2的视野里仅有单色发光标记3，其它全部一片漆黑，摄像头2工作期间，该空间内任何颜色的杂物本身因为不发光，所以散落在何处都不会造成图形信号中的背景噪音，甚至即使散落在单色发光标记3上面单色光反射仍然正常，也不影响信号采集，从而大幅度提高了信号的信噪比及稳定性和抗干扰能力。本实施例的方案摄像头2的视野里任何杂物偶然出现或长期存在都不会形成图形信号的背景噪音，因为它在黑暗环境中对于摄像头2来说根本不存在，而且摄像头2设置仅识别规定的单色发光标记3所产生的单色光。一方面通过黑色背景板4及环境设置最大限度降低了图像信号采集中的背景噪音，另一方面又通过单色发光标记3发单色光且与摄像头2专门设置认可的单色光选择特性相结合，最大限度增加了图像信号的唯一性和强度。相对于原来根据黑白分明常识所设置的黑标志白背景的图像信号采集环境，改进后的图像采集系统中信噪比(s/n)中的分子和分母被同时按照理想方向分别进行放大和缩小的变换，所以能够提高信噪比几倍甚至一个数量级，从而处理器1处理接收的单色发光标记3的位移图像更加精准可靠，从而得到更加精准的试样位移形变信息。
27.具体地，单色发光标记3包括单色led发光标记，单色led发光标记通过电源线连接电源e。在不需要考虑led电源线连接对其自然配重没有需求或者其影响很小以至于可以忽略不计的使用场合时，可以采用尺寸合适的单色光led作为自发光标志以简化系统设置，将其设置于摄像头2视野区域内，并配套相应的软螺旋线等措施尽量减小其影响。摄像头2同样设置为相同的仅认可这种单色光，这种非接触式信号采集系统结构简单，信号采集空间封闭后就能够准确获取试样热形变信号数据。
28.作为本实施例的另一种实施方式，单色发光标记3包括单色荧光标记，底板5设置有紫外光源14，紫外光源14连接电源e，单色荧光标记始终处于紫外光源14的照射范围内。从而消除led发光配置的螺旋电源线对于试样张力的影响，并同时满足单色发光标记3不会影响3克恒定张力等的检测条件，单色发光标记3采用隐性无机红色荧光粉被胶固定于导杆6的顶部位置，且使其移动范围处于摄像头2视野区域内；而紫外光源14可以根据需要选择
相应的紫外光源，此时虽然也有电源线连接通过电能发光，但是紫外线激励光源安装于底板5的安装板15上，而非导杆6上，所以此时信号采集系统既能够采集到高信噪比的自发光标志信号，同时又很好的实现了试样8始终处于3克恒定张力的技术要求状态下。优选地，底板5上倾斜设置有安装板15，安装板15朝向单色荧光标记，紫外光源安装于安装板15，保证了紫外光源14能够始终照射单色荧光标记3。紫外光源包括紫外led和用于滤除可见光的滤光片，设置滤光片滤掉可见光部分，以保持信号采集区域的黑密性空间，保证高信噪比的检测环境。
29.具体地，本实施例的加热组件包括容器11，容器11内设置有加热器13，容器11内承载有甘油等加热介质10，导杆6的下端和试样8浸入加热介质10中。优选地，容器11内还设置有搅拌器12。试样8浸入加热介质10中进行加热，加热可靠稳定且均匀，并且设置搅拌器12，更加保证了加热的均匀性。加热介质10可以是加热油等物质。
30.优选地，底板5的下端固定安装有上静挂钩7，导杆6的下端固定安装有下动挂钩9，试样8的两端分别挂设于上静挂钩7和下动挂钩9，试样8安装方便快捷。
31.本实施例还包括外壳体，外壳体封闭罩设底板5、摄像头2、黑色背景板4、导杆6、单色发光标记3和加热组件。利用外壳体罩设整个装置，实现内部封闭黑暗环境，更加有利于摄像头2对单色发光标记3的位移图像采集，更加提高了图像采集的信噪比，提高位移形变检测的稳定性和抗干扰能力，保证位移形变检测的精度，另外外壳体、容器11等均做保温处理，提高保温性能，保证温度参数稳定性。
32.本实施例的底板5具有开口，导杆6的上端从底板5穿出，导杆6可以与底板5间隙连接、滑动连接等方式，导杆6上靠近上端的位置可以设置限位块等结构，避免导杆6从底板5脱落，本实施例的试样8可以是皮革、纤维等各种物质，导杆6优选竖直设置，对试样8能够自然配重，即导杆自身重量减去加热液体的浮力后应该正好是3克，从而为试样提供3克恒定张力要求，保证检测过程中试样8在配重下张紧。导杆6一直在试样8长度变化的控制下始终处于垂直方向运动，本实施例的导杆6本身重量减去加热介质10对其的浮力后净重量为3克，而且由于下动挂钩9上向下的重力和试样8向上的拉力形成的力矩分解后的水平分力导致的导杆6与底板5开口的壁产生的摩擦力≤0.2克，小于一个数量级情况下可以忽略不计，从而实现了整个检测过程中试样始终处于3克张力的状态下。
33.本实用新型实施例还提供了一种采用上述装置的检测方法，包括：
34.首先将试样8竖直安装于底板5和导杆6上，导杆6对试样8进行自然配重张紧；然后使摄像头2的采集端正对黑色背景板4，并使单色发光标记3处于摄像头2的视野范围内，且摄像头2设置为仅能够识别单色发光标记3对应的单色光；当加热组件加热甘油等加热介质逐步升高至试样8产生收缩形变时，即拉着导杆6及上端的单色发光标记3同步向上运动，摄像头2将实时采集单色发光标记3的位移图像并发送给处理器1，处理器1接收单色发光标记3的位移图像信号并处理获取单色发光标记3的位移信息，即像素数量的变化，从而得到试样8的收缩形变数据。
35.本实用新型实施例通过单色发光标记、黑背景等的图像信号采集设置，相对于白色背景黑色标志的图像信号采集装置，信噪比提高了3～5倍以上，而且抗干扰能力大幅度提高，信号输出稳定，从而使得基于视觉技术的非接触式位移传感器的性能整体有效提高，加上高的性价比优势，为其进一步推广应用提供了技术支持。
36.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的范围。