全自动断口图像分析仪制造技术

一种全自动断口图像分析仪，属于数字图像分析技术领域。包括主体机架、运动控制系统、图像采集系统、载物平台、试样夹持装置、光源照明系统及应用软件。运动控制系统连接在主体机架上，主体机架为承载机构，运动控制系统安装有图像采集系统，运动控制系统在运动过程中带动图像采集系统进行图像采集，载物平台安装在主体机架中部，图像采集系统的下方，由运动控制系统带动做水平移动，试样夹持装置安装在载物平台之上，图像采集系统正下方，光源照明系统安装在机架立柱上方，图像采集系统下方。优点在于，测量精度可提高至误差０．１％以内；实现原始记录和图幅自动存储；由计算机自动计算出纤维断面率，断口侧膨胀率，金属韧脆转变温度曲线从而确定Ｔｋ及试样裂纹长度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于数字图像分析
，特别是提供了一种全自动断口图像分析仪，用于对金属试样断口进行全面系统的测量分析，由计算机自动计算出纤维断面率，断口侧膨胀率，金属韧脆转变温度曲线从而确定Tk以及试样裂纹长度。
技术介绍
金属力学性能指标是机械设计，制造，选材，工艺评定及内外贸易订货的主要依 据。其中金属材料夏比冲击试验、落锤撕裂(DWTT)试验、无塑性转变(NDT)测量、延性断裂 韧度J^测量、断裂韧度K^测量等力学性能测试试验中，试样断口形貌的分析测量非常重 要。例如按断口形貌评定冷脆温度，近年来得到广泛的应用，因为它反映了裂纹扩展变化特 征，而且可以定性评定材料在裂纹扩展过程中吸收能量的能力。实验发现50XFATT与断裂 韧度KIc开始急速增加的温度有较好的对应关系。 通常试样冲断后其断面一般呈晶状体，纤维状(含剪切唇)和混合状。随温度的 降低，纤维区面积减少，放射区面积增加。根据这种相对面积的变化可以确定材料重要性能 指标之一韧脆转变温度Tk。 传统对试样断口的测定方法一般有以下几种对比法将试样的断口与试样纤维 断面率的图谱比较，估算出纤维断面率。游标卡尺测量法将断口晶状体区的形状归类矩 形，梯形之后用游标卡尺测量相应尺寸之后再查表。放大法利用显微镜等光学仪器测量。 卡片测量法，侧膨胀率的测量有投影仪法，游标卡尺法。 以上各种测量方法皆为一种估算的间接法，各种方法得到的数据往往偏差很大。 同时也受到人为因素的影响，测量时仅仅凭试验员的经验。且劳动强度大，如果做一系列试 样的断口分析，其工作量是非常巨大的，且纯粹的手工测量不具备仪器化的特点(原始记 录的存储，测量数据的处理等)，所以其测量的真实性往往受到质疑。 开发全自动的断口图像分析仪，自动、高效和准确实现断口纤维断面率，侧膨胀 率，韧脆转变曲线以及裂纹长度的测量，非常迫切和重要。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种全自动断口图像分析仪，将数字图像处理技术应用于 断口的测量分析，既使测量的数据真实，可靠，又提高了劳动效率，减轻了劳动强度。 本专利技术包括主体机架，运动控制系统、图像采集系统、摄像头运动系统、载物平台、 试样夹持装置、光源照明系统及应用软件。运动控制系统连接在主体机架上，主体机架为承 载机构，运动控制系统安装有图像采集系统，运动控制系统在运动过程中带动图像采集系 统进行图像采集，载物平台安装在主体机架中部，图像采集系统的下方，由运动控制系统带 动做水平移动，试样夹持装置安装在载物平台之上，图像采集系统正下方，光源照明系统安 装在机架立柱上方，图像采集系统下方。光源照明系统，可根据外界环境自动调节光亮程 度，由光源控制器根据外界试验条件的变化产生智能记忆，调节断口图像达到最佳清晰程度所需要的照明条件。 工作时由运动控制系统调节水平X轴，水平Y轴，将断口图像调至视野内，再调节 垂直Z轴达到最佳清晰度。将断口图像采集到计算机内，通过计算处理，判断剪切比面积， 测量侧膨胀值，自动绘制韧脆温度转变曲线。 运动控制系统包括X轴水平运动系统、Y轴水平运动系统、Z轴垂直轴运动系统7。 Y轴水平运动系统与X轴水平运动系统通过齿条相互连接，完成平面运动，Y轴水平运动系 统和X轴水平运动系统均连接至Z轴垂直轴运动系统，采用螺钉固定。Y轴水平运动系统与 X轴水平运动系统做水平移动，将试样移动至最佳位置。 摄像头运动系统包括Z轴运动系统、摄像头、摄像头安装架；摄像头与摄像头安装 架通过螺钉固定连接，摄像头安装架在运动控制系统的驱动下沿Z轴运动，将焦距调节至 最佳。 试样物品放在载物平台之上，载物平台与整体框架通过螺钉固定连接。试样放置 其上，缺口向上。 试样夹持装置放置于载物平台系统之上，实现大试样的夹持，防止其偏倒，夹持时 转动手柄，将大试样固定。 图像采集系统由CCD摄像头、图像采集卡、上支架构成。摄像头由螺栓固定在上支 架上，由摄像头引出的信号线接计算机内的图像采集卡上。 应用软件完成各种测量指标的自动计算和报告生成。 应用软件包含运动控制器应用软件，图像采集与分析应用软件，数据库管理应用 软件。 运动控制器应用软件完成载物台的沿水平运动定位，完成载物台的沿垂直方向运 动定位。 运动控制器应用软件在三菱FX2N-16MR的可编程控制器内，由图像采集系统识别 出样品的位置，再由运动控制器应用软件计算出将要运动的距离，发出脉冲串，驱动伺服电 机运转，使摄像机镜头移动，精确定位。应用软件采用梯形图语言，接受用户下发的各种指 令，计算出物体的测量距离，焦距，并将计算结果以通信形式上传至用户，同时转化为执行 命令下发至伺服电机，形成闭环控制模式。 图像采集与分析软件采集试样的图像，将图像以位图格式存储在计算机内，采用 边缘提取法，轮廓识别法将试样图像与背景图像分离，采用孤立点去除法去掉孤立存在的 点，采用二值法图像检测识别晶状区。 数据库管理软件将图像以位图的格式存储，同时将原始试验数据存入数据库系统 中，数据库中存有用户的历史图像，用户还可以根据不同的材料，不同的钢种进行分类存储 不同图谱，之后可与典型图谱进行比较，分析。数据库具有查询，浏览，删除，打印输出的功 能。 本专利技术全自动断口图像分析仪利用了先进的数字图像分析与处理技术，将断口的 测量分析从原始的手工操作，提升到仪器化高精密的测量仪，使得对Tk的评定公认可信。 由于采用计算机数据库系统，可方便地将一组试样的晶状区面积提取出来绘制韧 脆转变曲线，从而分析断口的形状特征与材料的某种关系。 本专利技术还可以用于延性断裂韧度J断裂韧度KIC试样试样的裂纹长度的测。4 本专利技术可自动测量金属材料夏比冲击试验、落锤撕裂(DWTT)试验、无塑性转变 (NDT)测量、延性断裂韧度Jie测量、断裂韧度Kie测量等的试样裂纹长度、断口的纤维断面 率，侧膨胀率，可自动绘制韧脆转变曲线，方便地找到Tk值。 全自动断口图像分析仪的原理通过CCD摄像头，将试样的形貌特征采集到计算 机，由相应软件进行数据的分析与处理，同时将试样的照片显示到屏幕，可由操作者进行分 析比较，原始记录存于计算机中，相关测量数据打印输出，也可打印形貌照片。附图说明 图1为本专利技术全自动断口图像分析仪的整体结构示意图。其中，上支座1、摄像头 2、载物台3、Y方向平台4、下底座5、X方向平台6、垂直导轨7。试样夹持装置8，上光源9， 夹持手柄IO，下光源ll，上光源亮度调节旋钮12。 与现有技术对比法，游标卡尺法和放大法相比，本专利技术具有如下优点 表1 :本专利技术的测量性能与传统方法的比较<table>table see original document page 5</column></row><table> 本专利技术测量精度可提高至误差O. 1%以内；实现原始记录和图幅自动存储；由计 算机自动计算出纤维断面率，断口侧膨胀率，金属韧脆转变温度曲线从而确定Tk以及试样 裂纹长度等；测量时间和劳动强度显著减小。可广泛应用于核电，冶金、航空、机械、石化等 行业。具体实施例方式图1是全自动图像分析仪系统结构图。 本专利技术包括主体机架、运动控制系统、图像采集系统、摄像头运动系统、载物平台、 试样夹持装置、光源照本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种全自动断口图像分析仪，包括主体机架、运动控制系统、图像采集系统、摄像头运动系统、载物平台、试样夹持装置、光源照明系统及应用软件；其特征在于，运动控制系统连接在主体机架上，主体机架为承载机构，运动控制系统安装有图像采集系统，运动控制系统在运动过程中带动图像采集系统进行图像采集，载物平台安装在主体机架中部，图像采集系统的下方，由运动控制系统带动做水平移动，试样夹持装置安装在载物平台之上，图像采集系统正下方，光源照明系统安装在机架立柱上方，图像采集系统下方；工作时由运动控制系统调节水平Ｘ轴，水平Ｙ轴，将断口图像调至视野内，再调节垂直Ｚ轴达到最佳清晰度；将断口图像采集到计算机内，通过计算处理，判断剪切比面积，测量侧膨胀值，自动绘制韧脆温度转变曲线。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：洪刚，张庄，任立志，张敬敏，祝铁柱，
申请(专利权)人：北京纳克分析仪器有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]