一种基于红外热成像技术的微扭角测量方法技术

本发明专利技术公开了一种基于红外热成像技术的微扭角测量方法，首先安装红外热像仪，使红外热像仪镜头与金属试样的轴线垂直；在金属试样两端最外端处采用涂抹色料的方式分别做两个标记点，每端的两个标记点成180

【技术实现步骤摘要】
一种基于红外热成像技术的微扭角测量方法


[0001]本专利技术涉及金属材料力学性能试验
，具体涉及一种基于红外热成像技术的微扭角测量方法。

技术介绍

[0002]金属试样的扭转试验，是金属材料力学性能的重要试验。扭矩反映了金属材料抗剪切力的能力，扭矩及其扭角的测量是机械式扭转试验机、电子式扭转试验机和拉扭疲劳试验机的主要功能，扭矩的测量采用扭矩载荷传感器，扭角的测量采用扭角计。传统的扭角计在使用过程中的精度会受到安装条件、试样直径的影响，在试样断裂后，若未及时摘掉扭角计，会对扭角计造成毁坏。扭角计在试验中会受到振动、电磁的干扰。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，本专利技术提供了一种基于红外热成像技术的微扭角测量方法，能够获得扭角，且不会受到振动、电磁的干扰。
[0004]本专利技术采用的技术方案如下：
[0005]一种基于红外热成像技术的微扭角测量方法，所述测量方法步骤如下：
[0006]步骤一，安装红外热像仪，使红外热像仪镜头与金属试样的轴线垂直；
[0007]步骤二，在金属试样两端最外端处采用涂抹色料的方式分别做两个标记点，每端的两个标记点成180
°
；
[0008]步骤三，金属试样在外扭力的作用下发生扭转变形，利用红外热像仪进行红外图像的采集，得到金属试样的整体轮廓；
[0009]步骤四，在红外图像中区分出标记点的位置；
[0010]步骤五，采集时间序列下的标记线角度变化的图像，提取标记点运动轨迹，以金属试样的边缘轮廓线为基准，从而测量出扭角。
[0011]进一步地，所述步骤四中区分标记点位置的方法为：采用局部结构张量的方法首先对原始图像进行遍历，求出局部邻域的结构张量；通过局部结构张量特征值的关系来判断该局部区域图像梯度张量场变化的剧烈程度，以此来确定图像中的似边界点和似角点。
[0012]进一步地，所述局部结构张量特征值的关系为：
[0013]若|λ1‑
λ2|≤10e
‑
3,|λ1|≤10e
‑
3,|λ2|≤10e
‑
3，红外热图像表达为似平缓区域；
[0014]若λ1‑
λ2≥10e2,λ2|≤10e
‑
3，红外热图像表达为似边缘轮廓区域；
[0015]若|λ1‑
λ2|≤10e
‑
3,λ2≥10e2，红外热图像表达为似角区域。
[0016]进一步地，若红外热图像判别为似角区域，将判别结果定义为似角点，将似角点进行3
×
3窗口的中值滤波，去除干扰点，重新判别是否为角点，将存在金属试样两端最外端处的角点作为微角度的跟踪标记点。
[0017]进一步地，利用利用二进小波的分解和重构，分解标记点的红外图像，采用视频增强算法求出标记点的反射分量，将模糊增强函数进行低频分量的增强，对高频分量进行锐
化掩膜增强，之后进行二进小波重构得到增强后的标志点图像。
[0018]进一步地，采用油漆笔做标记。
[0019]有益效果：
[0020]1、本专利技术利用红外热像技术，采用非接触式测量方法，利用金属试样在受到剪切力时，其应变能转化为热能的特性，对金属试样的热辐射进行红外探测，捕捉其轮廓及其变形轨迹，获得金属试样在扭转试验中的热图像，对时间流下的系列热图像进行提取标记点运动轨迹，从而获得扭角。该方法简便易操作，不会受到振动、电磁的干扰。本专利技术方法可用于类似机械结构装置的角位移传感器测量中，进行扭角、角度的测量，本方法还可应用于智能伺服控制器。
[0021]2、本专利技术采用油漆笔做标记，发射率更高，与金属试样母体对比更加明显。
附图说明
[0022]图1为本专利技术测量装置示意图。
[0023]图2为金属试样俯视图。
[0024]图3为标记点运动轨迹示意图。
[0025]其中，1
‑
上夹头，2
‑
下夹头，3
‑
金属试样，4
‑
摄像头上夹具，5
‑
摄像头下夹具，6
‑
红外热像仪，7
‑
数据线，8
‑
计算机，9
‑
上固定螺钉，10
‑
下固定螺钉。
具体实施方式
[0026]下面结合附图并举实施例，对本专利技术进行详细描述。
[0027]本专利技术提供了一种基于红外热成像技术的微扭角测量方法，测量方法步骤如下：
[0028]步骤一，如图1所示，将红外热像仪安装在摄像头上夹具和摄像头下夹具之间，并分别采用上固定螺钉、下固定螺钉固定；金属试样固定在上夹头、下夹头之间，使红外热像仪镜头与金属试样的轴线垂直。
[0029]步骤二，在金属试样一端最外端处(本实施例中为平行段圆弧处)采用油漆笔做两个标记点A、A
’
，其中A的位置与A
’
的位置为180
°
；在金属试样另一端平行段圆弧处采用油漆笔做两个标记点B、B
’
，其中B的位置与B
’
的位置为180
°
；标记点处的发射率高于金属试样母体的发射率，其红外图像呈现不同。
[0030]步骤三，红外热像仪连续采集金属试样在外扭转力作用下的热图像，剪切力使金属试样产生热能，金属试样的边缘剪切力最大，标记处的热图像特征最明显。标记A、A
’
、B、B
’
作为标识的角点，边缘轮廓线边界点用于定位。
[0031]步骤四，采用局部结构张量的方法首先对原始图像进行遍历，求出局部邻域的结构张量，通过局部结构张量特征值的关系来判断该局部区域图像梯度张量场变化的剧烈程度，以此来确定图像中的似边界点和似角点，局部结构张量ST的表达式为：
[0032][0033][0034]其中，IM
x
和IM
y
分别为x和y方向上的离散空间导数，F为滤波器，可采用各向异性扩散滤波器完成平均，则局部结构张量ST的特征值为：
[0035][0036][0037]通过对结构张量的分析，可知特征值是矩阵分析的主要特征，采用局部结构张量特征值的关系，对图像的局部信息进行描述，
[0038](1)|λ1‑
λ2|≤10e
‑
3,|λ1|≤10e
‑
3,|λ2|≤10e
‑
3，表明图像在该点附近的任何方向的灰度值变化比较小，红外热图像表达为似平缓区域；
[0039](2)λ1‑
λ2≥10e2,|λ2|≤10e
‑
3，表明图像沿某个方向的变化率远远大于垂直方向的变化率，红外热图像表达为似边缘轮廓区域；
[0040](3)|λ1‑
λ2|≤10e
‑
3,λ2≥10e2，表明图像在两个方向上变化本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于红外热成像技术的微扭角测量方法，其特征在于，所述测量方法步骤如下：步骤一，安装红外热像仪，使红外热像仪镜头与金属试样的轴线垂直；步骤二，在金属试样两端最外端处采用涂抹色料的方式分别做两个标记点，每端的两个标记点成180
°
；步骤三，金属试样在外扭力的作用下发生扭转变形，利用红外热像仪进行红外图像的采集，得到金属试样的整体轮廓；步骤四，在红外图像中区分出标记点的位置；步骤五，采集时间序列下的标记线角度变化的图像，提取标记点运动轨迹，以金属试样的边缘轮廓线为基准，从而测量出扭角。2.如权利要求1所述的基于红外热成像技术的微扭角测量方法，其特征在于，所述步骤四中区分标记点位置的方法为：采用局部结构张量的方法首先对原始图像进行遍历，求出局部邻域的结构张量；通过局部结构张量特征值的关系来判断该局部区域图像梯度张量场变化的剧烈程度，以此来确定图像中的似边界点和似角点。3.如权利要求2所述的基于红外热成像技术的微扭角测量方法，其特征在于，所述局部结构张量特征值的关系为：若|λ1‑
λ2|≤10e
‑
3,|λ1|≤10e
‑...

【专利技术属性】
技术研发人员：洪刚，见革军，赵阳，宋洋，
申请(专利权)人：钢研纳克检测技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：