一种基于随机点跟踪的金属材料断裂伸长率智能测试方法技术

本发明专利技术涉及一种基于随机点跟踪的金属材料断裂伸长率智能测试方法，在测试前先采用喷漆设备先在被检测金属材料表面上喷上大小、形状不规则的随机点作为标记。在测试过程中，利用机器视觉系统获取被测材料表面形变的图像序列，然后根据断裂位置和预先设定的局部伸长率，自动选择计算金属材料断裂伸长率的最佳原始标距和断后标距，精确地计算出金属材料的断裂伸长率。采用本发明专利技术所提出的方法，不仅能提高金属材料断裂伸长率检测精度，还能自动地分析和计算不同局部伸长率及材料在拉伸过程中的变形趋势，为材料检测和产品设计提供科学的依据。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及，在测试前先采用喷漆设备先在被检测金属材料表面上喷上大小、形状不规则的随机点作为标记。在测试过程中，利用机器视觉系统获取被测材料表面形变的图像序列，然后根据断裂位置和预先设定的局部伸长率，自动选择计算金属材料断裂伸长率的最佳原始标距和断后标距，精确地计算出金属材料的断裂伸长率。采用本专利技术所提出的方法，不仅能提高金属材料断裂伸长率检测精度，还能自动地分析和计算不同局部伸长率及材料在拉伸过程中的变形趋势，为材料检测和产品设计提供科学的依据。【专利说明】
本专利技术涉及金属材料性能参数检测
，特别是涉及。
技术介绍
拉伸试验是对试样施加连续增加单轴拉伸力并且同时检测试样伸长量的试验方法，其广泛应用于检测金属材料及产品力学性能。拉伸试验作为最广泛评价金属材料性能的试验方法，其试验结果的可靠性无论对于用户还是对于生产厂的质量管理和控制都非常重要。目前测定金属材料断后伸长率常用方法是先在拉伸试样上确定原始标距，试样被拉断后，不管试样的断裂位置处于何处，直接测量断后标距，然后按照定义计算断后伸长率。这样的测试结果往往是不准确的，按GB/T228-2002规定，原则上只有断裂处与最接近标距标记位置点的距离不小于原始标距三分之一时，所测得的断后伸长率方为有效。当拉伸试样的断口在不同位置时，显然所测定得到的断后伸长率是不具有唯一性的，且只有当断口在原始标距的中点时，测量得到的断后标距才是最大值，由最大的断后标距所对应的断后伸长率才能真实代表材料的伸长变形特性。随着计算机控制拉伸机和引伸计技术的广泛采用，实现了人工装卸试样，然后由计算机自动测量计算拉伸试验结果。这些方法对部件测量可达到很高的精度，但由于测试方法存在诸多的缺陷，致使断后伸长率的测量可靠性存在问题。特别是金属材料在拉伸过程中，其断裂位置的随机性所引起自动测量的误差，是用户难以接受的。机器视觉和数字图像处理技术的发展，可直接准确地获取被测对象外观图像信息，从客观事物的图像中提取信息进行处理和分析，实现对金属材料断后伸长率的智能化、高精度的检测。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供，以解决测量断后伸长率时，对金属材料检测样本预先设定原始标距而导致金属材料断后伸长率检测精度差问题。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是:提供，包括以下步骤:( I)对带有标记点的金属材料进行拉伸，在拉伸的同时，采集拉伸开始到金属材料断裂为止的金属材料表面形变的连续图像序列Fs=f\，f2,...fN，其中为拉伸开始获取的图像，fN为拉伸断裂时获取的图像；(2)根据图像fN的纹理特征，确定其在拉伸方向的断裂位置，并依次对图像序列进行逆向区域相关检测，推导该断裂位置在图像序列其它图像帧fs在拉伸方向所对应的位置，并对图像序列的所有帧建立坐标系，其中，以被检测金属材料拉伸方向的中轴线为X轴，断裂位置为坐标原点0，通过原点O且与X轴垂直的方向为Y轴；(3)对第一帧图像f1;以X轴的原点O为基准，在预先确定的有效检测区内，将其左、右对称地分成大小相等的连续图像块，且规定每个图像块在X方向的位置坐标，是以图像块中点的X坐标表示；(4)对第一帧图像所划分的每个图像块，以其所在位置的X坐标点作垂线，将图像块分成左、右两部分，每一部分内选择一个最显著的随机斑点，作为表示该图像块在X方向位置的代表点，并由亚像素定位算法获取该两个代表点的精确坐标后，计算该图像块X坐标到两代表点X坐标的比例系数k ；(5)通过对其它图像帧fs直接前帧fs_i的所有图像块所选定的代表点进行跟踪，确定fd所有代表点对应其在fs内的位置，再利用比例系数k，计算出图像帧fs内所有连续图像块的X坐标；(6)构建二维表格，存储图像序列各帧内所有图像块在X方向的位置坐标，以方便计算拉伸过程中，随时间变化的相邻图像块间的局部伸长率及各图像块的位移信息；(7)根据预先设定计算金属材料断裂伸长率的局部伸长率的值，对二维表格数据进行处理，选择计算金属材料断裂伸长率最佳的图像块，并由此确定第一帧图像的计算点和拉伸断裂时图像fN的计算点；(8)根据所确定的计算点，分别求出原始标距和断后标距，计算出计算金属材料断裂伸长率。所述步骤(I)前还包括采用喷漆设备在被检测金属材料样本的表面均匀地喷上大小和形状不规则的随机标记点晾干后形成带标记点的金属材料。所述步骤(5)中对所有图像块所选定的代表点进行跟踪是利用点区域相关的方法先进行像素级精度跟踪，然后采用相关函数主峰分布模型拟合算法，实现亚像素精度跟踪。所述步骤(7)中对二维表格数据进行处理是通过对二维表格数据的搜索和计算，在第一帧图像和拉伸断裂时的图像fN内搜索与断裂位置对称的左、右两组相邻图像块，使其满足局部伸长率与预设值最为接近，并在第一帧图像和拉伸断裂时的图像fN中，分别以所确定的两组相邻图像块中点位置分别作为计算原始标距和断后标距的计算点，原始标距和断后标距则分别为两组计算点的距离。所述步骤(2)中拉伸断裂图像帧fN的断裂位置坐标的确定是通过对金属材料试样表面出现裂痕纹理线进行跟踪，并在提取纹理主骨架线后，分别计算纹理主骨架线在X和Y方向伸展矢量，以断裂纹理主骨架线在Y方向的矢量大于某一阈值时，判断金属材料被拉断，取断裂纹理主骨架线在X方向伸展矢量的中值位置，作为其在拉伸方向的断裂坐标位置。有益效果由于采用了上述的技术方案，本专利技术与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果:I)采用图像序列事后处理的方法，能在获取金属材料断裂点的精确位置后，以断裂位置为中心，在其左右对称地自动搜寻局部伸长率与预设值最接近的相邻图像块，从而优选出原始标距和断后标距的大小和位置，最大限度地减小断裂点位置随机性所引起检测结果的误差。2)具有各向同性的随机标记点，能随金属材料表面形变而发生位移，精确地表示金属表面变形特征。同时通过随机点跟踪定位技术，能巧妙将断裂点及代表点位置随材料的变形映射到整个图像序列各帧内，为测试过程中，动态分析金属材料力学特征提出最效方法。3)利用机器视觉和图像处理技术对金属材料断裂伸长率进行检测，实现了检测过程智能化和自动化，具有检测方便、快速和测量精度高等特点。【专利附图】【附图说明】图1是本专利技术采用的系统结构示意图；图2是本专利技术检测样本图像连续区域划分及最佳图像块选择示意图；图3是本专利技术块运动信息二维存储表示意图；图中:计算机I，显示器2，CXD图像控制器3，光源控制器4，LED光源5，镜头6，信号适配器7，金属材料样本8，拉伸机构9，选择计算标距的左相邻图像块10，选择计算标距的右相邻图像块11。【具体实施方式】下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。此外应理解，在阅读了本专利技术讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本专利技术作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。本专利技术涉及。该方法可通过如图1所示的系统结构实现，该系统结构在现有的金属材料拉伸设备的基础上加装机器视觉系统和计算机系统；所述计算机系统包括计算机I和显示器2，所述机器视觉系统包括CXD图像传感器3、LED光源5和镜头6，所述显示器2与计算机I连接成一体，所述计算机I还分别CXD图像传感器3、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于随机点跟踪的金属材料断裂伸长率智能测试方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）对带有标记点的金属材料进行拉伸，在拉伸的同时，采集拉伸开始到金属材料断裂为止的金属材料表面形变的连续图像序列Fs=f1,f2,...fN，其中f1为拉伸开始获取的图像，fN为拉伸断裂时获取的图像；（2）根据图像fN的纹理特征，确定其在拉伸方向的断裂位置，并依次对图像序列进行逆向区域相关检测，推导该断裂位置在图像序列其它图像帧fs在拉伸方向所对应的位置，并对图像序列的所有帧建立坐标系，其中，以被检测金属材料拉伸方向的中轴线为X轴，断裂位置为坐标原点O，通过原点O且与X轴垂直的方向为Y轴；（3）对第一帧图像f1，以X轴的原点O为基准，在预先确定的有效检测区内，将其左、右对称地分成大小相等的连续图像块，且规定每个图像块在X方向的位置坐标，是以图像块中点的X坐标表示；（4）对第一帧图像f1所划分的每个图像块，以其所在位置的X坐标点作垂线，将图像块分成左、右两部分，每一部分内选择一个最显著的随机斑点，作为表示该图像块在X方向位置的代表点，并由亚像素定位算法获取该两个代表点的精确坐标后，计算该图像块X坐标到两代表点X坐标的比例系数k；（5）通过对其它图像帧fs直接前帧fs?1的所有图像块所选定的代表点进行跟踪，确定fs?1所有代表点对应其在fs内的位置，再利用比例系数k，计算出图像帧fs内所有连续图像块的X坐标；（6）构建二维表格，存储图像序列各帧内所有图像块在X方向的位置坐标，以方便计算拉伸过程中，随时间变化的相邻图像块间的局部伸长率及各图像块的位移信息；（7）根据预先设定计算金属材料断裂伸长率的局部伸长率的值，对二维表格数据进行处理，选择计算金属材料断裂伸长率最佳的图像块，并由此确定第一帧图像f1的计算点和拉伸断裂时图像fN的计算点；（8）根据所确定的计算点，分别求出原始标距和断后标距，计算出计算金属材料断裂伸长率。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：钟平，胡睿，钟吉康，张康，李鹏飞，张秀云，黄凡霞，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：