一种基于双相机的大应变视频引伸计及方法技术

本发明专利技术涉及一种基于双相机的大应变视频引伸计及方法,包括第一相机系统、第二相机系统和测控系统；第一相机系统包括：第一电机、第一联轴器、第一丝杠、第一导轨、第一螺母、第一位移平台、第一编码器、第一工业相机，第一同轴光源；第二相机系统包括：第二电机、第二联轴器、第二丝杠、第二导轨、第二螺母、第二位移平台、第二编码器、第二工业相机和第二同轴光源；测控系统包括：电机驱动器、多功能数据采集器及上位机。本发明专利技术在确保应变测量精度的基础上克服主流视频引伸计，特别是在测量大应变上的局限性，同时使视频引伸计的使用更加方便，操作更加简洁，对使用者更加友好。对使用者更加友好。对使用者更加友好。

【技术实现步骤摘要】
一种基于双相机的大应变视频引伸计及方法


[0001]本专利技术涉及材料试验仪器领域，特别涉及一种基于双相机的大应变视频引伸计及方法。

技术介绍

[0002]应变是分析材料力学性能的重要指标，精确地测量应变对于材料科学的研究与发展具有十分重要的价值。引伸计是材料试验中应变测量的主要工具，现阶段，常用的引伸计大致可分为两种，一种是接触式引伸计，另一种是非接触的视频引伸计。
[0003]接触式引伸计是将引伸计固定在试样上，通过机械结构以及传感器对试样在试验过程中的形变进行测量。在实际应用中，接触式引伸计具有精度高，结构简单，安装使用方便的优势。由于引伸计直接接触试样，对于质地很软的试样，引伸计本身的质量会使试样变形，从而影响测量的准确性；对于很小的试样，由于引伸计有一定的体积，没有足够空间用于安装；此外，对于非常光滑的接触面，接触式引伸计也会出现打滑的现象。
[0004]为解决接触式引伸计存在的种种问题，视频引伸计迅速发展，其主要原理是通过图像处理的方法来追踪标记点在变形前后的位置变化，从而计算出试样的形变。由于不需要与试样接触，视频引伸计克服了接触式引伸计存在的一些问题，并且对于接触式引伸计难以安装的微小试样，视频引伸计成为其应变测量的唯一选择。
[0005]目前主流的视频引伸计的技术方案有两种，一种是采用单相机拍摄，然后通过计算试样上标记点坐标相对变化或采用二维数字图像相关的方法计算试样的应变；另一种方案是采用双相机构建双目立体视觉系统，通过计算试样上标记点空间坐标的变化或采用三维数字图像相关方法来计算应变。单相机方案硬件结构简单，但存在离面、倾斜等系统误差，精度稍差，双相机方案精度较高，但硬件结构复杂。虽然视频引伸计具有传统引伸计无法比拟的优势，但实际使用起来，具有一定的局限性。第一个局限性是视频引伸计需要根据试样及其变形的大小调整相机的视场大小，无法大小兼顾，一般通过更换镜头或调整拍摄距离来实现，同时还要相应调整光源的照明。第二个局限性是为了获得高精度结果，每次测量前都需要对相机系统进行复杂的光学标定。这两者的操作步骤都十分复杂繁琐，而且需要使用者具有相当的光学测量的技术基础，对于普通材料试验人员并不友好。第三个局限性是大应变测量效果不理想，因为应变越大需要相机视场越大，而试样上光学标记点却相对越小，相机分辨率的不足会降低测量精度。

技术实现思路

[0006]本专利技术的技术解决问题：针对主流视频引伸计的不足，提供一种基于双相机的大应变视频引伸计，在确保应变测量精度的基础上克服主流视频引伸计，特别是在测量大应变上的局限性，同时使视频引伸计的使用更加方便，操作更加简洁，对使用者更加友好。
[0007]为实现上述目的，第一方面，本专利技术提出一种基于双相机的大应变视频引伸计，包括第一相机系统，第二相机系统，测控系统；
[0008]所述第一相机系统包括第一电机、第一联轴器、第一丝杠、第一导轨、第一螺母、第一位移平台、第一编码器、第一工业相机，第一同轴光源；
[0009]所述第一电机与第一丝杠通过第一联轴器进行连接；
[0010]所述第一导轨穿过第一位移平台，与第一位移平台间隙配合；所述第一位移平台可以沿第一导轨上下移动；所述第一位移平台与第一导轨垂直，其上设有安装孔，用于安装工业相机等部件；
[0011]所述第一螺母安装在第一位移平台上，第一螺母与第一丝杠为螺纹连接；当第一丝杠在第一电机的带动下转动时，由于第一导轨的限制，第一位移平台不能随之转动，从而只能进行竖直方向的移动；
[0012]所述第一丝杠安装后与第一导轨平行，也与材料试验机夹具的运动方向平行；
[0013]所述第一编码器安装在第一电机的尾部，用于测量第一电机的转动角度；
[0014]所述第二相机系统包括第二电机、第二联轴器、第二丝杠、第二导轨、第二螺母、第二位移平台、第二编码器、第二工业相机，第二同轴光源；
[0015]所述第二相机系统与第一相机系统结构完全相同，且第一相机系统与第二相机系统在试样两侧对称安装；
[0016]所述第一工业相机正对试样安装在第一位移平台上，第二工业相机正对试样安装在第二位移平台上，两者的视场中心能够重合；第一工业相机和第二工业相机上都安装了远心镜头，可以减小图像的畸变，提高测量精度；
[0017]所述第一同轴光源同轴安装在第一工业相机上，第二同轴光源同轴安装在第二工业相机上，两个同轴光源都用于照明试样，提高工业相机采集图像的质量；
[0018]所述测控系统包括电机驱动器，多功能数据采集器，以及上位机；
[0019]所述多功能数据采集器一方面用于输出信号给电机驱动器，使电机转动，另一方面用于采集编码器输出的信号以及工业相机拍摄的图像，发送给上位机；所述电机驱动器在接收到多功能数据采集器发送的信号后，驱动第一电机和第二电机进行相应方向的转动，从而使第一位移平台和第二位移平台向上或向下移动；
[0020]所述上位机需处理第一工业相机和第二工业相机所拍摄的图像，并通过图像处理算法提取试样上的标记点；
[0021]所述上位机在提取到标记点之后计算出标记点的中心坐标，并判断标记点中心是否处于工业相机视场的上下中心位置；若标记点中心不处于工业相机视场的上下中心，上位机会根据二者的相对位置关系向多功能数据采集器发送信号，驱动电机使相应的位移平台带动工业相机向上或向下移动，最终使试样上的标记点中心始终处于工业相机视场的上下中心位置，该过程是一个实时的追踪过程；
[0022]所述上位机通过处理第一编码器和第二编码器输出的角度信号，结合丝杠的导程，可以计算出第一工业相机和第二工业相机在试验过程的位移，将两个工业相机的位移进行相应的减运算，即得到试样两个标记点轴向距离的变形量，从而计算出试样的轴向应变。
[0023]上述的一种基于双相机的大应变视频引伸计，采用的是一种全新的引伸计结构，第一工业相机和第二工业相机起到接触式引伸计两个引脚的作用；所述第一工业相机与第二工业相机只用于追踪试样上的标记点，并不参与变形计算，有别于主流视频引伸计；所述
第一工业相机与第二工业相机非接触主动追踪试样上的标记点，有别于接触式引伸计的两个引脚被动跟随试样运动。
[0024]第二方面，本专利技术提供一种基于双相机的大应变视频引伸方法，实现步骤如下：
[0025](1)多功能数据采集器采集第一工业相机与第二工业相机拍摄的图像，并发送到上位机；
[0026](2)上位机通过图像处理算法分别提取两台工业相机拍摄图像中的标记点，并计算出标记点的中心坐标，同时判断标记点中心是否处于工业相机视场的上下中心位置，若标记点中心不处于工业相机视场的上下中心，上位机会根据二者的相对位置关系向多功能数据采集器发送指令；
[0027](3)多功能数据采集器接收上位机指令，输出信号给电机驱动器，电机转动驱使位移平台带动工业相机向上或向下移动，最终使试样上的标记点中心再此处于工业相机视场的上下中心位置；
[0028](4)(1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于双相机的大应变视频引伸计，其特征在于：包括第一相机系统、第二相机系统和测控系统；所述第一相机系统包括：第一电机、第一联轴器、第一丝杠、第一导轨、第一螺母、第一位移平台、第一编码器、第一工业相机，第一同轴光源；所述第二相机系统包括：第二电机、第二联轴器、第二丝杠、第二导轨、第二螺母、第二位移平台、第二编码器、第二工业相机和第二同轴光源；所述测控系统包括：电机驱动器、多功能数据采集器及上位机；所述第一电机与第一丝杠通过第一联轴器进行连接；所述第一导轨穿过第一位移平台，与第一位移平台间隙配合；所述第一螺母安装在第一位移平台上，所述第一螺母与第一丝杠为螺纹连接；所述第一编码器安装在第一电机的尾部；所述第二相机系统与第一相机系统结构完全相同，且第一相机系统与第二相机系统在试样两侧对称安装；所述第二电机与第二丝杠通过第二联轴器进行连接；所述第二导轨穿过第二位移平台，与第二位移平台间隙配合；所述第二螺母安装在第二位移平台上，所述第二螺母与第二丝杠为螺纹连接；所述第二编码器安装在第二电机的尾部；所述第一工业相机和第二工业相机起到接触式引伸计两个引脚的作用，用于追踪试样上的标记点；第一工业相机和第二工业相机分别正对试样，分别安装在第一位移平台和第二位移平台上；所述第一同轴光源和第二同轴光源分别同轴安装在第一工业相机和第二工业相机上；所述上位机通过多功能数据采集器输出电机运转信号给电机驱动器，从而驱动第一电机和第二电机转动，使第一位移平台和第二位移平台向上和向下移动；所述上位机通过处理第一编码器和第二编码器输出的角度信号计算出第一工业相机和第二工业相机在试验过程中的位移，将第一工业相机和第二工业相机的位移进行相应的运算，即得到试样的形变，从而计算出相应的应变数据。2.根据权利要求1所述的基于双相...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾永刚，余承源，翟超，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：