一种基于高速相机的果柄弹性参数测试方法及系统

本申请属于林业果树采收，具体涉及一种基于高速相机的果柄弹性参数测试方法及系统。

背景技术：

1、林果振动采收中，果树在受迫振动下将振动能量传递给果实，果实的运动响应决定了其是否能够达到落果力学条件。而果实的运动响应取决于柄果子系统的模态特性，同时果柄的弹性参数又极大的影响了柄果子系统的模态特性。因此果柄弹性参数的准确测量对于分析柄果子系统模态特性具有重要的实际意义。由于果柄的外形结构较小，工程上常用的材料弹性参数测试装置及方法无法应用于果柄弹性参数的测量。并且由于材料的特殊性，果柄在受到夹持并施加拉力的情况下，其夹持位置与夹具之间会不可避免的产生滑移，导致一般的方法难以准确跟踪其在受力下的变形情况。因此，为了探究柄果子系统的模态特性，需要探究准确测量果柄弹性参数的方法及系统。

技术实现思路

1、本申请提供一种基于高速相机的果柄弹性参数测试方法及系统，以解决无法准确跟踪果柄收的变形情况的技术问题。

2、为解决上述技术问题，本申请采用的一个技术方案是：一种基于高速相机的果柄弹性参数测试方法，包括以下步骤：

3、将果柄的两端夹持，并在果柄中选择两点作为标记点；

4、基于果柄拉伸测试，拍摄在不同夹持拉力情况下标记点以及拉力数值的图片，获取果柄变形量与受力关系图；

5、基于标记点的图片，获取标记点之间的果柄平均截面积；

6、基于果柄变形量与受力关系图以及对应的果柄平均截面积，拟合获取果柄的应力-应变曲线；

7、基于应力-应变曲线，分离弹性变形阶段的应力-应变曲线，计算果柄的弹性模量。

8、进一步，基于果柄拉伸测试，拍摄在不同夹持拉力情况下标记点以及拉力数值的图片，获取果柄变形量与受力关系图的方法，包括：

9、基于拉力数值为零时的图片，获取标记点之间的初始距离；

10、基于标记点以及拉力数值的图片，获取标记点的标记距离以及对应的夹持拉力；

11、基于标记距离与初始距离的差值，获取果柄的伸长量；

12、基于多组果柄的伸长量以及对应的夹持拉力，获取果柄变形量与受力关系图。

13、进一步，基于标记点的图片，获取标记点之间的果柄平均截面积的方法，包括：

14、基于标记点的图片，获取标记点的果柄直径；

15、基于标记点的果柄直径，获取标记点的横截面积；

16、基于标记点的横截面积，计算两个标记点的横截面积的平均值，将平均值作为标记点之间的果柄平均截面积。

17、进一步，分离弹性变形阶段的应力-应变曲线的方法，包括：

18、基于果柄的应力-应变曲线，选取当果柄平均截面积最小值之前的曲线作为弹性变形阶段。

19、进一步，基于应力-应变曲线，分离弹性变形阶段的应力-应变曲线，计算果柄的弹性模量的方法，包括：

20、基于公式(1)，计算果柄的弹性模量；公式(1)为：

21、

22、其中，e为果柄的弹性模量，f为果柄所受拉力，l为果柄初始长度，δl为果柄伸长量，a为果柄果柄平均截面积，σ为果柄所受应力，ε为果柄应变。

23、本申请采用的另一个技术方案是：一种基于高速相机的果柄弹性参数测试系统，包括：

24、夹持组件，包括相对设置的第一夹具与第二夹具，其中，夹持组件用于夹持果柄；

25、数字测力仪，与第一夹具连接，其中，数字测力仪用于测量果柄的夹持拉力；

26、螺旋升降组件，与数字测力仪连接，其中，螺旋升降组件用于调节第一夹具与第二夹具之间的夹持拉力；

27、摄像组件，包括多组高速相机，用于拍摄不同夹持拉力下标记点以及数字测力仪显示的拉力数值的图片；

28、主控组件，与摄像组件通信连接，其中，主控组件接受摄像组件拍摄的图像并识别图像中的数据进行曲线拟合

29、进一步，螺旋升降组件包括：

30、螺旋升降支架，架设于水平底座上，其中，第二夹具固接于水平底座上，数字测力仪以及第一夹具设置在螺旋升降支架中部。

31、螺旋升降杆，固接于螺旋升降支架的顶部并与数字测力仪连接，其中，螺旋升降杆用于控制数字测力仪的升降；

32、转盘，固接于螺旋升降杆的顶部，其中，转盘旋转可以控制螺旋升降杆的升降。

33、本申请的有益效果是：本申请通过高速相机记录果柄的变形过程，实时测量果柄的伸长量和拉力，能够实时观测果柄的伸长量和拉力的变化，并进行数据拟合计算，从而得到准确的果柄弹性参数；同时在果柄上两个标记点之间的距离作为初始长度，避免了夹具滑移对结果产生的误差，从而更准确地测量果柄的变形。

技术特征：

1.一种基于高速相机的果柄弹性参数测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于果柄拉伸测试，拍摄在不同夹持拉力情况下所述标记点以及拉力数值的图片，获取果柄变形量与受力关系图的方法，包括：

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基于所述标记点的图片，获取所述标记点之间的果柄平均截面积的方法，包括：

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述分离弹性变形阶段的所述应力-应变曲线的方法，包括：

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述基于所述应力-应变曲线，分离弹性变形阶段的所述应力-应变曲线，计算所述果柄的弹性模量的方法，包括：

6.一种基于高速相机的果柄弹性参数测试系统，其特征在于，包括：

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述螺旋升降组件包括：

技术总结
本申请公开了一种基于高速相机的果柄弹性参数测试方法及系统，该方法包括：将果柄的两端夹持，并在果柄中选择两点作为标记点；基于果柄拉伸测试，获取果柄变形量与受力关系图；基于标记点的图片，获取标记点之间的果柄平均截面积；拟合获取果柄的应力‑应变曲线；分离弹性变形阶段的应力‑应变曲线，计算果柄的弹性模量。本申请通过高速相机记录果柄的变形过程，能够实时观测果柄的伸长量和拉力的变化，并进行数据拟合计算，从而得到准确的果柄弹性参数；同时在果柄上两个标记点之间的距离作为初始长度，避免了夹具滑移对结果产生的误差，从而更准确地测量果柄的变形。

技术研发人员：周杰,许林云,章悦,张福豹,陈娟,张城,钱永明
受保护的技术使用者：南通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15