本实用新型专利技术提供了一种高温超塑性拉伸大变形测量装置，属于仪器技术领域。针对现有技术在高温条件下测量超塑性拉伸试样形变量误差较大、且无法判断并记录颈缩的产生和发展等问题，高温炉拉伸机构和形变量测量机构，测量时通过固定于可调云台上的两台摄像机记录拉伸形变过程，通过标准试样校准等步骤校准后，即可通过影像长度变化测量得到拉伸试样横向和纵向的形变大小，也可对误差进行校正得到最接近真实情况的结果，通过该即可记录颈缩的产生和发展等问题。
【技术实现步骤摘要】
本技术属于仪器
技术介绍
超塑性拉伸试验一直以来是进行超塑性研究的重要基础，是研究材料超塑性、测定材料参数和性能指标等最普遍、最简单的实验方法，也是进一步揭示超塑性变形本质与变形规律，连接超塑性微观变形机制与宏观变形规律的重要方法和途径。在超塑性拉伸试验中，由于试样是在高温炉内被拉伸，无法使用引伸计来测量其伸长量ΔL，一般均将活动横梁的位移作为ΔL，并以此来计算应力、应变和应变速率等力学参数，这在均匀变形阶段基本可满足精度要求。但当试样进入几何失稳而产生颈缩时，试样上各处的变形并不均匀，此时继续用横梁位移ΔL来推算力学参数将会产生较大的误差。此外，横梁位移也并不能准确反映ΔL，它把试样上标距以外部分的变形、夹具与拉杆持部分可能产生的打滑、以及试验机力传递环节间可能存在的某些间隙等都包含其中，这对一些延伸率很小的材料在拉伸时将产生较大的误差。因此，要获得准确的试验结果，就必须能够精确测量试样标距范围内的变形，包括横截面变化。此外，由于无法测量拉伸过程中试样颈缩的产生与发展，对于超塑性拉伸失稳尤其是断裂的研究，一直是个难点，未能有大的突破。
技术实现思路
本技术针对现有技术在高温条件下测量超塑性拉伸试样形变量误差较大、且无法判断并记录颈缩的产生和发展等问题，本技术提供了一种高温超塑性拉伸大变形测量装置及方法。本技术所采用的技术方案具体如下：高温超塑性拉伸大变形测量装置，主要包括高温炉拉伸机构和形变量测量机构，高温炉拉伸机构和形变量测量机构均垂直于地面放置。高温炉拉伸机构主要包括：试验机下横梁11、活动横梁9、高温炉10及观察窗。高温炉10为密闭的炉体，下横梁11和活动横梁9上固定有拉杆，观察窗开于高温炉10朝向于形变量测量机构一侧；下横梁11水平固定，活动横梁9由试验机伺服电机驱动可带动拉杆在垂直于地面的方向在高温炉内做往复运动。形变量测量机构包括十字工作平台2、第一可调云台3、第二可调云台5、第一摄像机4、第二摄像机6、立柱7和条形光源8。十字工作平台2水平放置，立柱7和条形光源8垂直固定在十字工作台2台面上，第一可调云台3和第二可调云台5分别活动安装于立柱7上，第一摄像机4和第二摄像机6分别安装在第一可调云台3和第二可调云台5上，所述的第一摄像机4、和第二摄像机6可分别通过第一可调云台3、第二可调云台5实现绕X、Y和Z轴旋转，十字工作平台2可带动第一摄像机4和第二摄像机6在X轴和Z轴方向移动，其中Z轴方向的位移通过位移传感器测量，位移传感器与十字工作平台2的Z轴方向移动滑块连接。另设有PC机1用于采集和记录第一摄像机4和第二摄像机6的影像信息，通过计算测得高温条件下试样拉伸形变量。使用上述高温超塑性拉伸大变形测量装置进行测量的方法，包括如下步骤：1)试验前第一摄像机4和第二摄像机6位姿调整与标定的步骤；2)试验过程中系统自标定的步骤；3)试验过程中变形测量的步骤。所述1)试验前第一摄像机4和第二摄像机6位姿调整与标定的步骤，可结合试验机活动横梁9的移动来完成，具体如下：1.1)将一个外形尺寸已知的方形标定模板挂在试验机活动横梁9的拉杆上，降低试验机活动横梁9至标定模板在第一摄像机4中成像位于其测量范围的最低位置，标定模板的下端与下横梁11拉杆连接，确保标定模板上的被测面与拉伸试验过程中试样的被测面重合，标定模板的纵向中心线与拉伸试样的中心线重合；1.2)调整十字工作平台2沿X轴方向平移，使标定模板纵向中心线在第一摄像机4中所成的像通过摄像机像平面的中心位置；1.3)调整第一可调云台3绕Z轴旋转，使标定模板在第一摄像机4中所成像的上下边与像平面的水平方向一致，调整第一可调云台3绕Y轴旋转，使标定模板在第一摄像机4中所成像的左、右边像尺寸相等，调整第一可调云台3绕X轴旋转，使标定模板在第一摄像机4中所成像的上、下边像尺寸相等；1.4)计数标定模板在第一摄像机4所成像中四个边的像素数，并根据标定模板的四边尺寸，求得表示第一摄像机4图像中每个像素点在X轴和Y轴方向所代表的几何尺寸，即第一摄像机4的内参数kxd1、kyd1：其中，AB和CD分别为标定模板的两个横边，AD和BC分别为标定模板的两个纵边，ab、cd、ad和bc分别为标定模板四个边在第一摄像机4中所成像；Nab、Nbc、Ncd、Nad为成像中四边的像素数。1.5)调整十字工作平台2沿Z轴方向移动，标定模板在第一摄像机4中像的尺寸将发生变化，根据移动前后标定模板的下边像尺寸|cd|和|c′d′|，以及十字工作平台2的移动距离k，有：其中，|DC|已知，|cd|和|c′d′|可通过像素数和像素尺寸求得，通过联立上式测算出第一摄像机4的光心至标定模板被测面的距离，即物距u1，以及像距v1；然后使十字工作平台2沿Z轴返回初始位置，完成第一摄像机4的位姿调整与标定；1.6)解开标定模板底部与试验机下横梁拉杆的连接，升高活动横梁9至标定模板的下边刚好进入第二摄像机6的视角范围内，更换试验机下横梁11的拉杆为长拉杆，并与标定模板的下端连接，确保标定模板上的被测面与拉伸试验过程中试样12的被测面重合，标定模板的纵向中心线与拉伸试样的中心线重合，观察第二摄像机6成像中标定模板纵向中心线是否通过像平面中心位置，若不通过，则调整云台5的安装位置和第二摄像机6至通过；1.7)将步骤1.3)～1.5)中的第一摄像机4换为第二摄像机6，第一可调云台3换为第二可调云台5重复步骤1.3)～1.5)，完成第二摄像机6的位姿调整与标定，获得其参数kxd2、kyd2、u2和v2。所述2)试验过程中系统自标定的步骤，具体如下：2.1)试验前在试样12被测表面印制或刻画两条平行线SL、SH，以标识其标距，并在下标距线(SL)与上标距线(SH)之间设置若干点作为测量参考标识点；2.2)试样12安装完成后，第一摄像机4采集试样12图像，根据kxd1、kyd1，测算试样尺寸，比较测得的尺寸是否与试样原始尺寸一致，若误差较小，则选择试样12的上边缘EF作为系统自标定的动参考边，选择试样12的下边缘IJ作为系统自标定的定参考边；如果误差较大，则重新进行摄像机位姿调整与标定；2.3)进行拉伸试验，动参考边EF在拉伸过程中随试验机活动横梁9移动，试样12产生形变；A1、当动参考边EF在第一摄像机4的测量范围内时，拉伸开始前第一摄像机4记录试样12动参考边EF的像尺寸|ef|并作为初始值，变形过程中像尺寸|ef|不变，则说明试样拉伸变形方向与第一摄像机4的像平面平行，此时变形测量无需误差补偿；A2、如果动参考边EF的像尺寸|ef|变化，则说明试样拉伸变形方向与第一摄像机4的像平面不平行，依据动参考边的EF尺寸|EF|、第一摄像机4中的初始像尺寸|ef|、当前像尺寸|e′f′|和当前位置E′F′，以及试验前第一摄像机4标定的物距u1和像距v1，得到EF边沿光轴方向的移动距离ΔuH1。由变形整理得到然后，选择动参考边EF、定参考边IJ中点H和G作为参考点，G点位置固定，由于变形方向与像平面不平行，H点移动至H″位置，此时若直接应用前述标定结果计算，则求得的是|H′G|，而实际尺寸为|H″G|；假设光轴与像平面的交点o为像平面的中心，则可得到像点h′与像平面中心的距离|oh′本文档来自技高网...
【技术保护点】
高温超塑性拉伸大变形测量装置，主要包括高温炉拉伸机构和形变量测量机构，高温炉拉伸机构和形变量测量机构均垂直于地面放置；高温炉拉伸机构主要包括：试验机下横梁（11）、活动横梁（9）、高温炉（10）及观察窗；高温炉（10）为密闭的炉体，下横梁（11）和活动横梁（9）上固定有拉杆，观察窗开于高温炉（10）朝向于形变量测量机构一侧；下横梁（11）水平固定，活动横梁（9）由试验机伺服电机驱动可带动拉杆在垂直于地面的方向在高温炉内做往复运动；形变量测量机构包括十字工作平台（2）、第一可调云台（3）、第二可调云台（5）、第一摄像机（4）、第二摄像机（6）、立柱（7）和条形光源（8）；十字工作平台（2）水平放置，立柱（7）和条形光源（8）垂直固定在十字工作平台（2）台面上，第一可调云台（3）和第二可调云台（5）分别活动安装于立柱（7）上，第一摄像机（4）和第二摄像机（6）分别安装在第一可调云台（3）和第二可调云台（5）上，所述的第一摄像机（4）、和第二摄像机（6）可分别通过第一可调云台（3）、第二可调云台（5）实现绕X、Y和Z轴旋转，十字工作平台（2）可带动第一摄像机（4）和第二摄像机（6）在X轴和Z轴方向移动，其中Z轴方向的位移通过位移传感器测量，位移传感器与十字工作平台（2）的Z轴方向移动滑块连接。...
【技术特征摘要】
1.高温超塑性拉伸大变形测量装置，主要包括高温炉拉伸机构和形变量测量机构，高温炉拉伸机构和形变量测量机构均垂直于地面放置；高温炉拉伸机构主要包括：试验机下横梁（11）、活动横梁（9）、高温炉（10）及观察窗；高温炉（10）为密闭的炉体，下横梁（11）和活动横梁（9）上固定有拉杆，观察窗开于高温炉（10）朝向于形变量测量机构一侧；下横梁（11）水平固定，活动横梁（9）由试验机伺服电机驱动可带动拉杆在垂直于地面的方向在高温炉内做往复运动；形变量测量机构包括十字工作平台（2）、第一可调云台（3）、第二可调云台（5）、第一摄像机（4）、第二摄像机（6）、立柱（7）和条形光源（8）；十字工作平台（2）水平放置，立柱（7）和条形光源（8）垂直固定...
【专利技术属性】
技术研发人员：马品奎，姜振涛，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：新型
国别省市：吉林;22
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