一种力学试验中裂纹扩展过程的原位动态摄像设备制造技术

本发明专利技术公开了一种力学试验中裂纹扩展过程的原位动态摄像设备，包括主摄像头、左侧辅助摄像头和右侧辅助摄像头，所述主摄像头的顶部设置有右侧电机，所述主摄像头的两端对称分别设置有左侧辅助摄像头和右侧辅助摄像头，所述左侧辅助摄像头和右侧辅助摄像头的顶端分别设置有左侧电机和右侧电机，所述主摄像头的下端设置有工作台，且所述工作台的中心端设置有试件模型，且所述试件模型设置在所述主摄像头的正下端，该装置通过自动化位置调节和实时采集功能，实现裂纹扩展过程的实时监测和自动化采集。化采集。化采集。

【技术实现步骤摘要】
一种力学试验中裂纹扩展过程的原位动态摄像设备


[0001]本专利技术涉及原位动态摄像
，具体为一种力学试验中裂纹扩展过程的原位动态摄像设备。

技术介绍

[0002]金属结构在承受一定量的载荷时,由于应力产生裂纹及最终导致的断裂是其材料失效的主要形式之一。因此，研究裂纹的动态扩展过程对于材料力学性能的研究有着至关重要的作用。尤其是对复合材料来说，研究裂纹在不同异质界面之间的动态扩展行为，对材料性能影响因素、性能的评判与调控的研究都有着重要意义。
[0003]在传统生产和研究过程中，材料裂纹的观察及分析手段主要包括表面裂纹无损检测(荧光磁粉探伤法、超声波探伤法等)和断裂后裂纹形貌和断口观察。以上均为事后的静态观察、分析，不能对裂纹的扩展过程做到实时记录。而专利号CN111179243A的专利技术专利提出了一种基于计算机视觉的小尺寸芯片裂纹检测方法及系统，此专利技术是利用像素跟踪法判断裂纹区域，通过缺陷区域的面积、重心、长轴及灰度值判断区域部位是否为裂纹，无需将待测图像与标准图像进行比对矫正，简化了计算过程和计算量，但仅仅停留在了利用视觉识别系统检测裂纹的层面上，不具备实时监测裂纹扩展情况的性能。此外，专利号CN102692347A的专利技术专利公开了一种疲劳裂纹扩展试验摄像头自动调整采集的装置及方法，通过监控侧控制单元获得疲劳裂纹的相关信息，此专利技术旨在通过机器视觉采集数据进行裂纹判断，得到预设值后通过闭环设置终止疲劳试验得到疲劳裂纹长度及循环次数，并未对裂纹产生的过程加以记录，不能实现裂纹扩展的原位动态观察。
[0004]然而，无论是传统手段，还是相应的自动采集装置，它们都无法实现对裂纹扩展过程进行追踪、记录。例如，在拉伸试验过程中，在拉应力作用下断裂位置具有随机性，以及裂纹位置随着形变过程而发生偏移，在较大放大倍数下，观察位置易偏出观察视场，因此，之前的测试观察手段在原位动态观察中严重受限。因此我们对此做出改进，提出一种力学试验中裂纹扩展过程的原位动态摄像设备。

技术实现思路

[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了如下的技术方案：
[0006]本专利技术一种力学试验中裂纹扩展过程的原位动态摄像设备，包括主摄像头、左侧辅助摄像头和右侧辅助摄像头，所述主摄像头的顶部设置有右侧电机，所述主摄像头的两端对称分别设置有左侧辅助摄像头和右侧辅助摄像头，所述左侧辅助摄像头和右侧辅助摄像头的顶端分别设置有左侧电机和右侧电机，所述主摄像头的下端设置有工作台，且所述工作台的中心端设置有试件模型，且所述试件模型设置在所述主摄像头的正下端。
[0007]作为本专利技术的一种优选技术方案，所述左侧辅助摄像头和右侧辅助摄像头的分辨率为2448
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2048pixel，帧频7.5～9fps，且所述左侧辅助摄像头和右侧辅助摄像头的一侧设有计算机，且所述左侧辅助摄像头和右侧辅助摄像头通过数据传输线与计算机电性连
接。
[0008]作为本专利技术的一种优选技术方案，所述主摄像头的型号为PhantomVEO
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E310L的高速摄像机，像素达20μm，所述主摄像头的一侧设有照明光源，所述照明光源为额定功率1W、额定电压为12V的ZYG
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L627型暖白色LED光源，且所述照明光源的一侧连接有聚光灯支架。
[0009]作为本专利技术的一种优选技术方案，所述主摄像头、左侧辅助摄像头和右侧辅助摄像头的内部设有自动调控系统，所述自动调控系统包括计算机、图像处理单元、运动云台和运动控制模组。
[0010]作为本专利技术的一种优选技术方案，所述计算机包括系统参数设置、图像采集与显示、图像处理、摄像头运动控制及数据库，所述系统参数设置包括图像采集与显示参数设置、裂纹跟踪长度设置，计算机用于接受辅助摄像头反馈的图像信息，并将其传送至图像处理单元，在图像处理单元确定裂纹位置后发送出运动指令至运动控制模组。
[0011]作为本专利技术的一种优选技术方案，所述图像处理单元内包含裂纹判断算法，基于图像数据比对判断检测位置为裂纹时，甄别出裂纹位置信息传送至计算机，其显示参数设置主要包括图像采集时间和显示方式。
[0012]作为本专利技术的一种优选技术方案，所述主摄像头、左侧辅助摄像头和右侧辅助摄像头的一侧设有力学试验机，所述力学试验机包括试件、夹具和工作台。
[0013]作为本专利技术的一种优选技术方案,所述力学试验机设有拉伸试验，其拉伸试验包括以下几个步骤：
[0014]Step.1，电子万能材料试验机开始工作，加载速率为0.05mm/s。开机信号传递至左侧辅助摄像头、右侧辅助摄像头和计算机，进入Step.2；
[0015]Step.2，调整两台左侧辅助摄像头和右侧辅助摄像头时将相机的景深调至最小，启动后，两台摄像机分别从Q235钢7试件前后两个方向开始追踪监测试件在拉伸过程中的裂纹发展状态，进入Step.3；
[0016]Step.3，两台辅助左侧辅助摄像头和右侧辅助摄像头采集到的图像信息传送至计算机，进入Step.4；
[0017]Step.4，基于图像数据，由图像处理单元判断此数据是否为裂纹，若判断为是，进入Step.5；若判断为否，则进入Step.1；
[0018]Step.5，计算机甄别裂纹位置信息，并对其进行编码，进入Step.6；
[0019]Step.6，计算机通过跨摄像机轨迹预测网络给主电机传递主摄像头需要移动的距离和方向信息，进入Step.7；
[0020]Step.7，辅助电机驱动主摄像头从X、Y、Z三个方向上移动至计算机要求的位置，进入Step.8；
[0021]Step.8，主摄像头通过运动云台精确调整摄像头方向，自动识别最佳视野，进入Step.9；
[0022]Step.9，计算机发出摄像指令，主摄像头拍摄Q235钢试件6裂纹动态扩展图像，进入Step.10；
[0023]Step.10，基于图像处理单元判断试件模型是否已经断裂，若判断为是，进入Step.11,若判断为否，则进入Step.8；
[0024]Step.11，系统进入结束状态。
[0025]本专利技术的有益效果是：
[0026]一种力学试验中裂纹扩展过程的原位动态摄像设备，实时监控及自动化摄像时三台摄像头的运动均通过步进电机驱动高精度滚珠丝杠导轨实现，由工作台、联轴器、滚珠丝杠、滑块、滑块卡槽组成，步进电机通过联轴器与滚珠丝杠相连安装在工作台上，步进电机驱动滚珠丝杠转动，摄像机通过滑块卡槽固定于滑块上，滑块及滑块卡槽随着滚珠丝杠的转动沿实现X、Y、Z三个方向运动，从而实现摄像头在各个方向上的位置调整，通过自动化位置调节和实时采集功能，实现裂纹扩展过程的实时、自动化采集。
附图说明
[0027]附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例一起用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。在附图中：
[0028]图1是本专利技术一种力学试验中裂纹扩展过程的原位动态摄本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种力学试验中裂纹扩展过程的原位动态摄像设备，包括主摄像头(1)、左侧辅助摄像头(2)和右侧辅助摄像头(6)，其特征在于，所述主摄像头(1)的顶部设置有右侧电机(5)，所述主摄像头(1)的两端对称分别设置有左侧辅助摄像头(2)和右侧辅助摄像头(6)，所述左侧辅助摄像头(2)和右侧辅助摄像头(6)的顶端分别设置有左侧电机(3)和右侧电机(5)，所述主摄像头(1)的下端设置有工作台(8)，且所述工作台(8)的中心端设置有试件模型(7)，且所述试件模型(7)设置在所述主摄像头(1)的正下端。2.根据权利要求1所述的一种力学试验中裂纹扩展过程的原位动态摄像设备，其特征在于，所述左侧辅助摄像头(2)和右侧辅助摄像头(6)的分辨率不低于2448
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2048pixel，帧频7.5～9fps，且所述左侧辅助摄像头(2)和右侧辅助摄像头(6)的一侧设有计算机，且所述左侧辅助摄像头(2)和右侧辅助摄像头(6)通过数据传输线与计算机电性连接。3.根据权利要求1所述的一种力学试验中裂纹扩展过程的原位动态摄像设备，其特征在于，所述主摄像头(1)为高速摄像机，像素达20μm，所述主摄像头(1)的一侧设有照明光源，所述照明光源为额定功率1W、额定电压为12V的暖白色LED光源，且所述照明光源的一侧连接有聚光灯支架。4.根据权利要求1所述的一种力学试验中裂纹扩展过程的原位动态摄像设备，其特征在于，所述主摄像头(1)、左侧辅助摄像头(2)和右侧辅助摄像头(6)的内部设有自动调控系统，所述自动调控系统包括计算机、图像处理单元、运动云台和运动控制模组。5.根据权利要求1所述的一种力学试验中裂纹扩展过程的原位动态摄像设备，其特征在于，所述计算机包括系统参数设置、图像采集与显示、图像处理、摄像头运动控制及数据库，所述系统参数设置包括图像采集与显示参数设置、裂纹跟踪长度设置，计算机用于接受辅助摄像头反馈的图像信息，并将其传送至图像处理单元，在图像处理单元确定裂纹位置后发送出运动指令至运动控制模组。6.根据权利要求1所述的一种力学试验中裂纹扩展过程的原位动态摄像设备，其特征在于，所述图像...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟黎声，余彧童，朱建雷，白海强，邓超，邬东姊，
申请(专利权)人：咸阳职业技术学院，
类型：发明
国别省市：