[发明专利]基于双目视觉的快速应力应变曲线测量系统的测量方法

摘要

本发明公开了一种基于双目视觉的快速应力应变曲线测量系统的测量方法，测量系统包括能够对被测工件施加载荷的试验机、受力数据采集模块、图像数据采集模块、数据同步采集控制模块和上位机；所述受力数据采集模块包括A/D转换模块和测力传感器；所述图像数据采集模块和上位机以及数据同步采集控制模块相连，所述受力数据采集模块和数据同步采集控制模块相连，所述数据同步采集控制模块和上位机相连。本发明很好地解决了应力应变曲线数据中的应力与应变精确同步的问题，并且实现非接触快速准确地测量。

主权项

1.一种基于双目视觉的快速应力应变曲线测量系统的测量方法，其特征在于：所述测量系统包括能够对被测工件施加载荷的试验机、受力数据采集模块、图像数据采集模块、数据同步采集控制模块和上位机；所述受力数据采集模块包括A/D转换模块和测力传感器；所述图像数据采集模块和上位机以及数据同步采集控制模块相连，所述受力数据采集模块和数据同步采集控制模块相连，所述数据同步采集控制模块和上位机相连；所述图像数据采集模块为双目视觉图像采集模块，包括图像采集卡和两个CCD相机；所述数据同步采集控制模块的输出端分别与受力数据采集模块和图像数据采集模块的输入端连接；所述受力数据采集模块和图像数据采集模块均能够进行连续采集和单帧采集；在所述单帧采集中，受力数据采集模块和图像数据采集模块共享由数据同步采集控制模块发出的同一触发信号；所述测量方法包括如下步骤：1)通过两次给测力传感器加载已知重量的不同标定块，根据A/D转换模块输出的信号完成测力传感器标定：2)将测力传感器和被测试样夹持在试验机上；3)数据同步采集控制模块收到来自上位机的连续采集信号后，发出连续同步采集信号，同时触发受力数据采集模块和图像数据采集模块连续同步采集数据；4)数据同步采集控制模块收到来自上位机的停止采集信号后，控制受力数据采集模块和图像数据采集模块停止采集数据；所述被测试样为表面标识了网格线的试样，所述网格线包括N条相互平行且等间距的横向的直线和M条相互平行且等间距的纵向的直线，且M小于N；试样具有网格线的部分横截面积相等；ε_t＝ln(1+ε)，σ_t＝σ(1+ε)；其中σ_t和ε_t为真应力和真应变；σ和ε分别为工程应力和工程应变，且A₀、L₀分别为试样初始横截面积和纵向拉伸方向上单个网格线段的原始长度，P和ΔL分别对应试样变形过程中的受力大小和变形过程中拉伸方向上单个网格线段相对于初始长度的变化量，最终取纵向拉伸方向所有网格线段真应力和真应变的平均值作为试样的应力和应变；所述L0、ΔL由网格节点三维空间坐标求取，所述网格节点三维空间坐标根据两个CCD相机采集到的图像的同名网格节点坐标求取；单个CCD相机采集到的图像的网格节点坐标求取包括如下步骤：1)图像预处理①对图像进行二值化处理；②对图像进行孔洞修复并去毛刺；③对图像上网格线进行细化操作；2)网格节点初定位①对图像进行四分域准则处理定义一个W像素×W像素的窗口，使窗口在细化图像上不断移动，当窗口会被切分成四个连通区域时，判断窗口内存在网格节点；③对图像进行面积准则处理每个满足四分域准则的窗口会产生一个面积集合φi＝{S1,S2,S3,S4}，其中Si为每个连通区域内前景像素点的个数；所有满足四分域面积集合又构成一个面积集合Φ＝{φ1,φ2,······,φn‑1,φn}，且定义σi为φi的标准差；当σi为最小时，对应的窗口中心所在位置即当前网格节点所在位置，即初定位到网格节点坐标；3)网格节点拓扑关系建立①确定初定位网格节点有向包围盒OBB；②确定有向包围盒OBB的一条长边为投影边，将初定位网格节点向OBB投影边方向上投影，设d为形成的投影点与参考投影点间的距离大小，εd为距离阈值，当d＜εd时，认为当前网格节点与参考投影点为同一集合，其中参考投影点为当前集合内所有投影点坐标的平均值，集合第一个投影点的参考投影点即为其本身；所有网格节点投影完成后，产生网格节点集合φN；根据投影点的坐标大小进行排序得到有序投影点集合{φ1,φ2,...,φN}，φi内网格节点序号为φi＝{M(i‑1)+1,M(i‑1)+2,...,M(i‑1)+M}；③将φi内每个节点到投影边的距离和横向网格节点的标准距离进行对比确定φi内节点的准确序号，标准距离为试样未变形图像上横向节点间的距离；4)网格节点精定位逐一优化初定位网格节点得到精定位网格节点，针对单个初定位网格节点的所述优化包括如下步骤：①将单个节点和与其横向相邻的任一个节点拟合成横向直线；将该单个节点和与其纵向相邻的任一个节点拟合成纵向直线；②用所述拟合的直线筛选细化后的图像，筛选出距离所述拟合的直线距离小于第一阈值且距离该单个节点小于第二阈值的所有像素点；③将所述筛选出的像素点拟合成横向、纵向直线，两直线的交点即为精定位网格节点坐标，以该精定位网格节点坐标作为用于求取网格节点三维空间坐标的网格节点坐标。