视觉拉伸试验系统技术方案

一种视觉拉伸试验系统，属于金属材料力学分析测试领域。包括加载机构和控制机构、信号采集测量机构、视觉采集机构与数据处理机构；其特征在于，加载机构以卡具和夹块的方式机械连接在试验机的主机框架内，控制机构以板卡的方式安装在试验机的主机底座框架内；信号采集测量机构以板卡的方式安装在主机控制卡的插槽内；视觉采集机构由ＣＣＤ图像采集系统、采集卡、图像分析处理软件、自动标记架、通讯单元组成；数据处理机构包括计算机、工控机，工控机与主机控制机构以标准ＲＳ２３２通信线相连。本发明专利技术利用试验机对拉伸试样实施动态加载，视觉采集系统采集试样标距内的变形，力值通道采集力值，位移通道采集位移。由数据处理系统完成数据处理，进行拉伸力学性能分析，结果准确完整。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于材料力学性能测试分析领域，特别是提供了一种视觉拉伸试验系统， 适用于金属、塑料等无机材料的拉伸性能的测试分析。
技术介绍
拉伸试验是材料力学性能测试的基本手段，在金属件服役条件的安全评估中占据 着重要地位。其中规定非比例延伸强度Rpa2、应变硬化指数n、塑性应变比r等是设计中的 非常重要的参数，这些参数需要根据试样在拉伸过程中的力 变形特征测定。力值的测定 比较容易实现，实时性和准确性高。而变形的测定长期以来多采用接触式引伸计测量，没有 根本的改进，成为测试的瓶颈。这种传统的测量方法存在以下不足①由于引伸计本身的刚度影响，测得数据具有一定的滞后性。②由于引伸计本身的重量，不能测量超薄、超细的试样。③由于构造上的限制，不适合小标距、超脆的试样。④如果不是自动引伸计，试验前需要手工装卡，试验中手工取下。⑤对于需要同时测量轴向和横向变形的n r试验，则由于需要安装轴向和横向两 个引伸计，非常麻烦，并且横向只能得到一个点的变形量，不满足试验方法要求。为了满足现代材料的研究、工程设计及安全评估的需要，特别是为了全自动拉伸 试验机的应用，必须针对以上对传统引伸计的分析，在变形测量方面，研制符合各类试样， 具有实时性、高精确度的拉伸试验系统。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种视觉拉伸试验系统。完成对试验样品在特定控制方 式、加载速率、试验温度下的拉伸试验。可以实现试验方案的制定；传感器的标定；试验全 过程的力值、变形、位移和时间的显示、存储；各试验参数的计算；图形和数据的分析；试验 结果的输出。视觉拉伸试验系统包括主机硬件机构、信号采集测量机构、视觉采集机构与数据 处理机构等部分。主机硬件机构主要由加载机构和控制机构组成。加载机构以卡具和夹块 的方式机械连接在试验机的主机框架内，控制机构以板卡的方式安装在试验机的主机底座 框架内。信号采集测量机构由载荷传感器、力值数据采集卡、旋转编码器、位移编码器组成， 力值数据采集卡以电路板的形势安装在工控机的相应通道的插槽内。视觉采集机构由CCD 图像采集系统、采集卡、图像分析处理软件、自动标记架、通讯单元组成，(XD图像采集系统、 自动标记架由一个旋转支架的方式用螺钉安装在试验机主机架上。采集卡、图像分析处理 软件直接安装在计算机内。数据处理机构包括计算机，工控机等硬件单元，由基于Visual C++开发平台的拉伸测试软件为补充。测试软件直接安装在计算机内，工控机与主机控制机 构以标准RS232通信线相连。1.主机硬件机构加载机构和控制机构组成主机硬件机构。加载机构由试验机主机架、试样夹具、滚 珠丝杠、伺服电机、减速机以螺钉固定、焊接等机械方式连接组成。控制机构由驱动器、控制 卡和驱动卡组成；驱动器由数据线与电机相连，控制卡和驱动卡以板卡的方式，插在试验机 的工控机的插槽内，以标准通信协议与工控机通信；在电机轴和丝杠顶端以无缝机械连接 的方式同时装有位移编码器。试验机主机架由高强度材质作底座，由硬度值>=60的材质 作卡具和夹块，由分辨力优于1/300000的传感器作力值检测设备，保证允许过载150%的 刚性、优于10%的同轴度。2.信号采集测量机构主要包括载荷传感器、力值数据采集卡、旋转编码器、位移编码器等组成。载荷传 感器同轴安装在卡具上，实时、快速感受力的变化，力值数据采集卡以电路板的形势安装在 工控机的相应通道的插槽内。位移传感器用金属封装，以法兰和螺钉的方式无缝安装在丝 杠上，以电缆线与试验机主控电路板相连，旋转编码器安装在减速电机的末端。旋转编码器 和位移编码器以通用通信方式与工控机相连，以各路信号分离的方式，经过不同的数据通 道，集结在工控机和试验机的数据处理卡中，同步、快速、准确地处理视觉图像采集机构与 信号采集机构所得数据。3.视觉采集机构由(XD图像采集系统、高速采集卡、图像分析处理软件、自动标记架、通讯单元组 成。视觉图像采集机构的采集精度为视野的1/100000，由一可以调节方向和距离的弯背杆 与试验机主机相连，驱动部分由高精度的伺服电机和减速机构组成，以铸件和机械连接的 方式，安装在试验机主机的底部。驱动部分与移动横梁由导程一定的丝杠相连。数据处理 机构，以电缆线与试验机主控电路板相连，以通用通信方式与工控机相连，以各路信号分离 的方式，经过不同的数据通道，集结在工控机和试验机的数据处理卡中，同步、快速、准确地 处理视觉图像采集机构与信号采集机构所得数据。4.数据处理机构数据处理机构主要由计算机，工控机等硬件单元组成，由基于Visual C++开发平 台的拉伸测试软件为补充。软件主要包括试验方法、试验进程、数据管理、图形分析、报表输 出、仪器校准、辅助工具、授权密码模块。软件安装在计算机的WindowsXP系统下，以PCI通 信模式与工控机接口相连，进行力值、位移和变形的测试与通信，并控制拉伸的速度。本视觉拉伸系统适用于包括超薄(厚度< 0. 2mm)、超细(直径< 0. 2mm)、超脆、 小标距(标距< 10mm)等特殊试样在内的各类试样的测试，也可用于传统引伸计不能胜任 的各类构件的测试。没有传统的引伸计模拟信号放大和A/D转换过程，克服了由此产生的 系统温度及灵敏度漂移。整机系统预热20分钟后，30分钟内零点漂移士0.005% FS。在 试验全过程中直至断裂，不用人工装、取引伸计。不用进行频繁、复杂的标定。不会产生传 统引伸计由于与试样接触带来的刀口及其他部件的损坏，可以同时采集试样轴向和横向变 形数据。视觉系统对两个标距同时采集，能够扩大测试范围，提高系统分辨力，达到图象视 野的1/100000。主机加载同轴度优于10%，位移分辨力优于0. 001mm，力值误差1/200 FS士0. 5%，1/500 1/200FS士 1%，采样速率50/秒。对任意时刻的标距采用多目标采集， 多条线段的平均，提高精度，有效图像采集速率达到10次/秒，图象视野彡100mm时，引伸 计能达到0. 5级。本专利技术与现有技术相比，具有如下优点1、适用性适用于包括细丝、薄板、超脆、超强等特殊试样在内的各类试样的测试， 也可用于传统引伸计不能胜任的各类构件的测试。2、操作性在试验全过程中直至断裂，不用人工装、取引伸计。不用进行频繁、复杂 的标定。不会产生传统引伸计由于与试样接触带来的刀口及其他部件的损坏，可以同时采 集试样轴向和横向数据3、分辨力视觉系统对两个标距同时采集，能够扩大测试范围，提高系统分辨率， 达到图象视野的1/100000。主机加载同轴度优于8%，位移分辨力优于0. 001mm,力值误差 1/200 FS 士 0. 5 %，1/500 1/200FS 士 1 %，采样速率 50/ 秒。4、准确度对任意时刻的标距采用多目标采集，多条线段的平均，提高精度，图象 视野彡100mm使引伸计能达到0. 5级。5、稳定性没有传统的引伸计模拟信号放大和A/D转换过程，克服了由此产生的 系统温度及灵敏度漂移。整机系统预热20分钟后，30分钟内士 0. 005% FS6、实时性试样的变形不经过任何传递环节立即被采集，消除了滞后。能够真实反 映被测试样的实时变形。7、扩展功能可以实现多点测量、任意标距测量、轴向、横向变本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种视觉拉伸试验系统，包括主机硬件机构、信号采集测量机构、视觉采集机构与数据处理机构；其特征在于，主机硬件机构由加载机构与控制机构组成，加载机构以卡具和夹块的方式机械连接在试验机的主机框架内，控制机构以板卡的方式安装在试验机的主机底座框架内；信号采集测量机构由载荷传感器、力值测量卡组成，以板卡的方式安装在主机控制卡的插槽内；视觉采集机构由ＣＣＤ图像采集系统、采集卡、图像分析处理软件、自动标记架、通讯单元组成，ＣＣＤ图像采集系统、自动标记架由一个旋转支架的方式用螺钉安装在试验机主机架上；采集卡、图像分析处理软件直接安装在计算机内；数据处理机构包括计算机、工控机，由基于ＶｉｓｕａｌＣ＋＋开发平台的拉伸测试软件为补充，测试软件直接安装在计算机内，工控机与主机控制机构以标准ＲＳ２３２通信线相连。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张敬敏，郑建平，类成华，杨雷岗，赵海声，
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]