[发明专利]基于三维数字图像相关法的颗粒物质应变测试装置及方法

权利要求书

1.基于三维数字图像相关法的颗粒物质应变测试装置，其特征在于：包括加载装置、测试装置、驱动装置和采集装置，所述加载装置通过加力块对设置在测试装置中的颗粒样品进行单轴压缩试验，所述测试装置为容积可变、加载后侧板可打开的装夹盒，颗粒样品依次排布在装夹盒内；所述采集装置用于进行测试装置内颗粒样品的图像采集，所述驱动装置驱动所述采集装置进行运动；

所述装夹盒包括主板、左侧板、右侧板、左合页和右合页，所述主板底面和正面开有螺纹孔，左侧板和右侧板的底面和正面开有通槽，所述主板的螺纹孔与左侧板和右侧板的通槽一一对应且通过螺栓连接，并实现装夹盒容积的无极调节；所述左合页和右合页分别固定在左侧板和右侧板上；通过转动左合页和右合页使颗粒样品暴露出来便于采集装置进行图像采集；

所述驱动装置包括自带电机的X向引动器、自带电机的Y向引动器、工作台、引动器连接板和螺旋升降装置，Y向引动器固定在工作台上，X向引动器和Y向引动器通过引动器连接板连接且呈十字形分布，所述螺旋升降装置固定在Y向引动器的滑块上；

所述采集装置包括CCD摄像头、成像镜头、光源和计算机，所述CCD摄像头通过球铰链固定在螺旋升降装置的顶部，所述成像镜头安装在CCD摄像头上，并通过数据线与计算机相连；所述光源通过支座固定在工作台上；

所述采集装置和驱动装置分别设有左右对称的一对，分别为左采集装置、右采集装置、左驱动装置和右驱动装置，所述左采集装置安装在左驱动装置上，所述右采集装置驱动右驱动装置上。

2.根据权利要求1所述的基于三维数字图像相关法的颗粒物质应变测试装置，其特征在于：所述主板底面和正面开有M8的螺纹孔，所述左侧板和右侧板底面开有直径D＝9的通槽。

3.根据权利要求1所述的基于三维数字图像相关法的颗粒物质应变测试装置，其特征在于：所述装夹盒的容积无极调节方式为通过螺栓预紧，实现左侧板和右侧板的固定；将螺栓 旋松，实现左侧板和右侧板的无级调节。

4.根据权利要求1所述的基于三维数字图像相关法的颗粒物质应变测试装置，其特征在于：所述螺栓升降装置通过螺栓固定在Y向引动器的滑块上，所述螺栓升降装置包括螺旋套筒和螺柱，CCD摄像头通过球铰链固定在螺柱上。

5.基于三维数字图像相关法的颗粒物质应变测试方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)颗粒样品的制备和装夹；颗粒样品由黑色橡胶材料制备而成，并做清洁处理，然后喷哑光白漆，控制喷漆大小形成均匀表面散斑图；再先后将颗粒样品以6个和4个两种配位级数排布于装夹盒中，由于装夹盒可无极调节，加载后转动左合页和右合页使颗粒样品暴露出来便于两个摄像头拍摄采集，因而颗粒样品能够以任意的排布方式获得上述所没有列举出的其它配位数。

(2)通过调节左驱动装置和右驱动装置调节左右两个CCD摄像头在水平面上的位置，同时微调螺旋升降装置和球铰链，以达到操作者所需要的工作位置和角度，采集到变形前后测试装置表面的数字图像。

(3)打开图像采集系统，并将光源调整到合适的角度亮度，设置图像采集参数，保存路径，准备开始压缩试验和图像采集。

(4)再次检查仪器和系统，确保各方面正常工作，开启加载装置，进行颗粒样品的单轴压缩试验，同时进行CCD摄像机的图像采集，采集的样品图像会自动存储在之前计算机中建立的文件夹中。

(5)最后通过数字图像相关法处理分析采集到的图像，得到颗粒样品在单轴压缩过程中的位移场与应变场。