本發(fā)明屬于儀器
技術領域：
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背景技術：
：超塑性拉伸試驗一直以來是進行超塑性研究的重要基礎，是研究材料超塑性、測定材料參數(shù)和性能指標等最普遍、最簡單的實驗方法，也是進一步揭示超塑性變形本質(zhì)與變形規(guī)律，連接超塑性微觀變形機制與宏觀變形規(guī)律的重要方法和途徑。在超塑性拉伸試驗中，由于試樣是在高溫爐內(nèi)被拉伸，無法使用引伸計來測量其伸長量ΔL，一般均將活動橫梁的位移作為ΔL，并以此來計算應力、應變和應變速率等力學參數(shù)，這在均勻變形階段基本可滿足精度要求。但當試樣進入幾何失穩(wěn)而產(chǎn)生頸縮時，試樣上各處的變形并不均勻，此時繼續(xù)用橫梁位移ΔL來推算力學參數(shù)將會產(chǎn)生較大的誤差。此外，橫梁位移也并不能準確反映ΔL，它把試樣上標距以外部分的變形、夾具與拉桿持部分可能產(chǎn)生的打滑、以及試驗機力傳遞環(huán)節(jié)間可能存在的某些間隙等都包含其中，這對一些延伸率很小的材料在拉伸時將產(chǎn)生較大的誤差。因此，要獲得準確的試驗結果，就必須能夠精確測量試樣標距范圍內(nèi)的變形，包括橫截面變化。此外，由于無法測量拉伸過程中試樣頸縮的產(chǎn)生與發(fā)展，對于超塑性拉伸失穩(wěn)尤其是斷裂的研究，一直是個難點，未能有大的突破。技術實現(xiàn)要素：本發(fā)明針對現(xiàn)有技術在高溫條件下測量超塑性拉伸試樣形變量誤差較大、且無法判斷并記錄頸縮的產(chǎn)生和發(fā)展等問題，本發(fā)明提供了一種高溫超塑性拉伸大變形測量裝置及方法。本發(fā)明所采用的技術方案具體如下：高溫超塑性拉伸大變形測量裝置，主要包括高溫爐拉伸機構和形變量測量機構，高溫爐拉伸機構和形變量測量機構均垂直于地面放置。高溫爐拉伸機構主要包括：試驗機下橫梁11、活動橫梁9、高溫爐10及觀察窗。高溫爐10為密閉的爐體，下橫梁11和活動橫梁9上固定有拉桿，觀察窗開于高溫爐10朝向于形變量測量機構一側(cè)；下橫梁11水平固定，活動橫梁9由試驗機伺服電機驅(qū)動可帶動拉桿在垂直于地面的方向在高溫爐內(nèi)做往復運動。形變量測量機構包括十字工作平臺2、第一可調(diào)云臺3、第二可調(diào)云臺5、第一攝像機4、第二攝像機6、立柱7和條形光源8。十字工作平臺2水平放置，立柱7和條形光源8垂直固定在十字工作臺2臺面上，第一可調(diào)云臺3和第二可調(diào)云臺5分別活動安裝于立柱7上，第一攝像機4和第二攝像機6分別安裝在第一可調(diào)云臺3和第二可調(diào)云臺5上，所述的第一攝像機4、和第二攝像機6可分別通過第一可調(diào)云臺3、第二可調(diào)云臺5實現(xiàn)繞X、Y和Z軸旋轉(zhuǎn)，十字工作臺2可帶動第一攝像機4和第二攝像機6在X軸和Z軸方向移動，其中Z軸方向的位移通過位移傳感器測量，位移傳感器與十字平臺2的Z軸方向移動滑塊連接。另設有PC機1用于采集和記錄第一攝像機4和第二攝像機6的影像信息，通過計算測得高溫條件下試樣拉伸形變量。使用上述高溫超塑性拉伸大變形測量裝置進行測量的方法，包括如下步驟：1)試驗前第一攝像機4和第二攝像機6位姿調(diào)整與標定的步驟；2)試驗過程中系統(tǒng)自標定的步驟；3)試驗過程中變形測量的步驟。所述1)試驗前第一攝像機4和第二攝像機6位姿調(diào)整與標定的步驟，可結合試驗機活動橫梁9的移動來完成，具體如下：1.1)將一個外形尺寸已知的方形標定模板掛在試驗機活動橫梁9的拉桿上，降低試驗機活動橫梁9至標定模板在第一攝像機4中成像位于其測量范圍的最低位置，標定模板的下端與下橫梁11拉桿連接，確保標定模板上的被測面與拉伸試驗過程中試樣的被測面重合，標定模板的縱向中心線與拉伸試樣的中心線重合；1.2)調(diào)整十字工作臺2沿X軸方向平移，使標定模板縱向中心線在第一攝像機4中所成的像通過攝像機像平面的中心位置；1.3)調(diào)整第一可調(diào)云臺3繞Z軸旋轉(zhuǎn)，使標定模板在第一攝像機4中所成像的上下邊與像平面的水平方向一致，調(diào)整第一可調(diào)云臺3繞Y軸旋轉(zhuǎn)，使標定模板在第一攝像機4中所成像的左、右邊像尺寸相等，調(diào)整第一可調(diào)云臺3繞X軸旋轉(zhuǎn)，使標定模板在第一攝像機4中所成像的上、下邊像尺寸相等；1.4)計數(shù)標定模板在第一攝像機4所成像中四個邊的像素數(shù)，并根據(jù)標定模板的四邊尺寸，求得表示第一攝像機4圖像中每個像素點在X軸和Y軸方向所代表的幾何尺寸，即第一攝像機4的內(nèi)參數(shù)kxd1、kyd1：kxd1=|AB|+|CD|Nab+Ncd,kyd1=|AD|+|BC|Nad+Nbc;]]>其中，AB和CD分別為標定模板的兩個橫邊，AD和BC分別為標定模板的兩個縱邊，ab、cd、ad和bc分別為標定模板四個邊在第一攝像機4中所成像；Nab、Nbc、Ncd、Nad為成像中四邊的像素數(shù)。1.5)調(diào)整十字平臺2沿Z軸方向移動，標定模板在第一攝像機4中像的尺寸將發(fā)生變化，根據(jù)移動前后標定模板的下邊像尺寸|cd|和|c′d′|，以及十字平臺2的移動距離k，有：|cd||DC|=v1u1|c′d′||DC|=v1u1-k]]>其中，|DC|已知，|cd|和|c′d′|可通過像素數(shù)和像素尺寸求得，通過聯(lián)立上式測算出第一攝像機4的光心至標定模板被測面的距離，即物距u1，以及像距v1；然后使十字平臺2沿Z軸返回初始位置，完成第一攝像機4的位姿調(diào)整與標定；1.6)解開標定模板底部與試驗機下橫梁拉桿的連接，升高活動橫梁9至標定模板的下邊剛好進入第二攝像機6的視角范圍內(nèi)，更換試驗機下橫梁11的拉桿為長拉桿，并與標定模板的下端連接，確保標定模板上的被測面與拉伸試驗過程中試樣12的被測面重合，標定模板的縱向中心線與拉伸試樣的中心線重合，觀察第二攝像機6成像中標定模板縱向中心線是否通過像平面中心位置，若不通過，則調(diào)整云臺5的安裝位置和第二攝像機6至通過；1.7)將步驟1.3)～1.5)中的第一攝像機4換為第二攝像機6，第一可調(diào)云臺3換為第二可調(diào)云臺5重復步驟1.3)～1.5)，完成第二攝像機6的位姿調(diào)整與標定，獲得其參數(shù)kxd2、kyd2、u2和v2。所述2)試驗過程中系統(tǒng)自標定的步驟，具體如下：2.1)試驗前在試樣12被測表面印制或刻畫兩條平行線SL、SH，以標識其標距，并在下標距線(SL)與上標距線(SH)之間設置若干點作為測量參考標識點；2.2)試樣12安裝完成后，第一攝像機4采集試樣12圖像，根據(jù)kxd1、kyd1，測算試樣尺寸，比較測得的尺寸是否與試樣原始尺寸一致，若誤差較小，則選擇試樣12的上邊緣EF作為系統(tǒng)自標定的動參考邊，選擇試樣12的下邊緣IJ作為系統(tǒng)自標定的定參考邊；如果誤差較大，則重新進行攝像機位姿調(diào)整與標定；2.3)進行拉伸試驗，動參考邊EF在拉伸過程中隨試驗機活動橫梁9移動，試樣12產(chǎn)生形變；A1、當動參考邊EF在第一攝像機4的測量范圍內(nèi)時，拉伸開始前第一攝像機4記錄試樣12動參考邊EF的像尺寸|ef|并作為初始值，變形過程中像尺寸|ef|不變，則說明試樣拉伸變形方向與第一攝像機4的像平面平行，此時變形測量無需誤差補償；A2、如果動參考邊EF的像尺寸|ef|變化，則說明試樣拉伸變形方向與第一攝像機4的像平面不平行，依據(jù)動參考邊的EF尺寸|EF|、第一攝像機4中的初始像尺寸|ef|、當前像尺寸|e′f′|和當前位置E′F′，以及試驗前第一攝像機4標定的物距u1和像距v1，得到EF邊沿光軸方向的移動距離ΔuH1。由變形整理得到然后，選擇動參考邊EF、定參考邊IJ中點H和G作為參考點，G點位置固定，由于變形方向與像平面不平行，H點移動至H″位置，此時若直接應用前述標定結果計算，則求得的是|H′G|，而實際尺寸為|H″G|；假設光軸與像平面的交點o為像平面的中心，則可得到像點h′與像平面中心的距離|oh′|，并可求得|H′OG|=|oh′|·u1v1|H′′OH|=|oh′|·(u1+ΔuH1)v1]]>進一步求得拉伸平面與像平面的交角θ1：θ1=arctan(ΔuH1|H′′OH|-|H′OG|+|H′G|)]]>依此可補償?shù)谝粩z像機4變形測量中所產(chǎn)生的誤差；B1、當動參考邊EF進入在第二攝像機6的測量范圍內(nèi)時，選擇EF接近兩臺攝像機視角重疊區(qū)中心時的位置作為第二攝像機6自標定的定參考位置，將其在第二攝像機6中的像尺寸|ef|作為自標定參考初始值，并將此時EF邊中點H所在的位置作為后續(xù)測量的拼接參考點T，記錄T點分別在第一攝像機4和第二攝像機6內(nèi)的成像點位置t1、t2，作為后續(xù)測量的拼接參考點，并將此時EF在第二攝像機6中的像尺寸|ef|作為初始值，繼續(xù)變形后如果第二攝像機6中像尺寸|ef|不變，則說明試樣拉伸變形方向與第二攝像機6的像平面平行，此時變形測量無需誤差補償；B2、如果動參考邊的像尺寸|ef|變化，則說明試樣拉伸變形方向與第二攝像機6的像平面不平行，依據(jù)動參考邊的已知尺寸|EF|、在第二攝像機6中的初始像尺寸|ef|、當前像尺寸|e'f'|和當前位置E′F′，以及試驗前第二攝像機6標定的物距u2和像距v2，得到EF邊沿光軸方向的移動距離ΔuH2，采用與A2步驟相同的方法測算拉伸變形方向與第二攝像機6像平面的交角θ2，依此可補償?shù)诙z像機6變形測量中所產(chǎn)生的誤差。所述3)試驗過程中變形測量的步驟，具體如下：①對于A1和B1情況，不存在角度誤差補償，試樣12上標距范圍內(nèi)任意點P點拉伸變形后至P'處，其縱向形變ΔLP為該點相對于下標距線SL的距離變化，即：ΔLP＝|S′LP′|-|SLP|，橫向形變ΔWP為該點處試樣寬度尺寸變化，即ΔWP＝WP′-WP，WP為變形前P點處試樣寬度，W′P為變形至P′處時的寬度：對于A1情況，變形未超出第一攝像機4測量范圍，由第一攝像機4測量其形變：ΔLP=|SL′P′|-|SLP|=kyd1(Nslp′-Nslp)]]>ΔWP＝W′P-WP＝kxd1(N′wp-Nwp)其中分別為|SLP|、|S′LP′|在第一攝像機4中所成像slp、sl′p′的像素數(shù)，Nwp、N′wp分別為變形前后試樣在第一攝像機4成像中P點和P′處寬度方向的像素數(shù)；對于B1情況，形變超出第一攝像機4的測量范圍，第一攝像機4測得從下標距線SL至拼接參考點T的形變，第二攝像機6測得從拼接參考點T至當前P'點處的形變，將兩臺攝像機測量結果拼接，測得P'點處的形變，ΔLP=|SL′T|+|TP′|-|SLP|=kyd1Nslt1′+kyd2Nt2p′-kyd1Nslp]]>ΔWP＝W′P-WP＝kxd2N′wp-kxd1Nwp其中分別為|S′LT|、|SLP|在第一攝像機4中所成像s′lt1和slp的像素數(shù)，為|TP′|在第二攝像機6中成像t2p′的像素數(shù)，Nwp為變形前試樣在第一攝像機4成像中P點處寬度方向的像素數(shù)，N′wp為變形后試樣在第二攝像機6成像中P'點處寬度方向的像素數(shù)。②對于A2和B2情況，存在角度誤差補償，P點拉伸變形后至P″處，縱向形變ΔLP＝|S″LP″|-|SLP|，橫向形變ΔWP＝W″P-WP：對于A2情況，變形未超出第一攝像機4測量范圍，由第一攝像機4測量其形變并用θ1補償其誤差，在相似直角三角形OCP′OG和OCP″OP中，可求得同理，在相似直角三角形OCS′LOG和OCS″LOS中可求得其中|P′OG|、|S′LOG|、|GOG|可根據(jù)其成像|op′|、|os′l|、|og|測得，u1、θ1已知，因此ΔLP=|SL′′P′′|-|SLP|=|P′′G|-|SL′′G|-|SLP|=ΔuPsinθ1-ΔuSLsinθ1-kyd1Nslp]]>ΔWP=WP′′-WP=(u1+ΔuP)wp′′v1-kxd1Nwp]]>其中Nslp為|SLP|在第一攝像機4中成像slp的像素數(shù)，w″P為變形后試樣在第一攝像機4成像中P″點處寬度，Nwp為變形前試樣在第一攝像機4成像中P點處寬度方向的像素數(shù)；對于B2情況，形變超出第一攝像機4測量范圍，第一攝像機4測得從下標距線SL至拼接參考點T的形變，第二攝像機6測得從拼接參考點T至當前P點處的形變，兩臺攝像機測量結果拼接，便可測得P點的形變：ΔLP=|SL′′P′′|-|SLP|=|P′′G|-|SL′′G|-|SLP|=ΔuPsinθ1-ΔuSLsinθ1-kyd1Nslp]]>ΔWP=WP′′-WP=(u1+ΔuP)wp′′v1-kxd1Nwp]]>其中|SLP|、WP由第一攝像機4直接測得，|S″LT″|由第一攝像機4測量并進行誤差補償后測得，T″P″|、W″P由第二攝像機6測量并進行誤差補償后測得，測量方法同前。試驗過程中判斷頸縮的產(chǎn)生、發(fā)展和變化的方法具體為：從第一攝像機4和第二攝像機6的圖像中判斷試樣12上標距范圍內(nèi)橫向尺寸最小的像點pi，即wi＝wnim；取距離pi為Δi的另一個像點pi+Δi，若兩像點處的橫向尺寸比值小于某一閾值，即則pi為頸縮像點，其中Δi的選取可根據(jù)試樣12成像中上下標距線間距離不同選取不同的值，即取樣，n為整數(shù)，可取n＝5或n＝10，KW為小于1的常數(shù)，可通過超塑性拉伸變形頸縮產(chǎn)生理論分析或試驗觀察來選取合適的值；對于頸縮像點pi，求解該點對應的縱向形變和橫向形變，并根據(jù)pi位于試樣12上標距范圍內(nèi)哪兩個參考標識點之間，判斷頸縮產(chǎn)生的位置；記錄整個拉伸過程中頸縮產(chǎn)生的時間和位置，以及頸縮產(chǎn)生時對應的最大橫向變形，可分析頸縮的發(fā)展和變化。本發(fā)明的有益效果：1、以拉伸試樣圖像作為信息載體，不僅可測量縱向大變形，而且能夠測量試樣橫截面的變化，觀測并記錄頸縮出現(xiàn)的時間、位置、大小、以及頸縮的變化和發(fā)展，具有非接觸和獲得信息豐富等優(yōu)點。2、充分利用拉伸特點，標定和測量過程簡單，測量精度高，速度快，可在線實時測量。3、通過增加攝像機數(shù)量可進一步提高測量精度。4、可與拉伸試驗機的控制系統(tǒng)協(xié)同工作，進一步完善拉伸試驗功能。附圖說明圖1(a)為測量系統(tǒng)硬件組成圖；圖1(b)為測量系統(tǒng)硬件組成側(cè)視圖；圖2(a)本發(fā)明實施例1中所使用試樣的示意圖；圖2(b)標定模板示意圖；圖3為攝像機位姿調(diào)整示意圖；圖4攝像機內(nèi)、外參數(shù)標定示意圖；圖5攝像機自標定步驟示意圖；圖6攝像機自標定及測量示意圖；圖7(a)無誤差補償雙攝像機測量示意圖；圖7(b)有誤差補償雙攝像機測量示意圖。具體實施方式下面結合說明書附圖對本發(fā)明技術方案做進一步解釋和說明。本發(fā)明中所拉伸試樣可以是板材，也可以棒料，以如圖2(a)所示的板材試樣拉伸為例，其測量內(nèi)容包括縱向和橫向變形，并根據(jù)各點的橫向變形判斷頸縮的產(chǎn)生、發(fā)展和變化。實施例1如圖1(a)和圖1(b)所示，高溫超塑性拉伸大變形測量裝置，主要包括高溫爐拉伸機構和形變量測量機構，高溫爐拉伸機構和形變量測量機構均垂直于地面放置。高溫爐拉伸機構主要包括：試驗機下橫梁11、活動橫梁9、高溫爐10及觀察窗。高溫爐10為密閉的爐體，下橫梁11和活動橫梁9上固定有拉桿，觀察窗開于高溫爐10朝向于形變量測量機構一側(cè)；下橫梁11水平固定，活動橫梁9由試驗機伺服電機驅(qū)動可帶動拉桿在垂直于地面的方向在高溫爐內(nèi)做往復運動。形變量測量機構包括十字工作平臺2、第一可調(diào)云臺3、第二可調(diào)云臺5、第一攝像機4、第二攝像機6、立柱7和條形光源8。十字工作平臺2水平放置，立柱7和條形光源8垂直固定在十字工作臺2臺面上，第一可調(diào)云臺3和第二可調(diào)云臺5分別通過角鐵由螺栓安裝在立柱7上，第一攝像機4和第二攝像機6分別安裝在第一可調(diào)云臺3和第二可調(diào)云臺5上，松開第一可調(diào)云臺3和/或第二可調(diào)云臺5安裝角鐵與立柱7的固定螺栓，可調(diào)節(jié)第一可調(diào)云臺3和第二可調(diào)云臺5之間的間距，即第一攝像機4和第二攝像機6之間的間距。所述的第一攝像機4和第二攝像機6可分別通過第一可調(diào)云臺3和/或第二可調(diào)云臺5實現(xiàn)繞X、Y和Z軸旋轉(zhuǎn)，十字工作臺2可帶動第一攝像機4和第二攝像機6在X軸和Z軸方向移動，其中Z軸方向的位移通過位移傳感器測量，位移傳感器與十字平臺2的Z軸方向移動滑塊連接。其中數(shù)字攝像機選擇可根據(jù)拉伸試樣的尺寸和測量精度要求來選擇。按照有關標準，圖2(a)中試樣的標距部分尺寸為10mm×5mm×2mm，由于超塑性變形延伸率一般都很大，在此假設試樣拉伸的變形的最大尺寸為160mm(延伸率為1600％)，則選擇分辨率為2048×1536的攝像機時，測量時的像素級精度最高為160/(2048×2)＝0.0391mm，結合亞像素算法可進一步提高測量精度。本實施例中選擇具有USB2.0標準接口的DH-HV3151UC工業(yè)彩色數(shù)字攝像機，其分辨率為2048×1536，最高分辨率下的采集幀率為6幀/秒，并配備可變焦距的鏡頭。攝像過程中的照明采用條形LED光源。可調(diào)云臺和十字工作臺均可市購通用小型云臺和小型十字工作臺，十字工作臺Z軸方向移動距離的測量采用TG110光柵測微傳感器。測量裝置在安裝時應保證十字工作臺的臺面水平，立柱與十字工作臺垂直，兩臺攝像機光軸所在的平面盡可能與立柱平行，調(diào)整兩臺攝像機的間距，使其視角完全覆蓋160mm變形測量，且有一定的視覺重合區(qū)。為了便于對爐內(nèi)試樣測量，加熱爐側(cè)壁開設一個觀察窗，兩臺數(shù)字攝像機與光源正對觀察窗，可以通過為攝像機鏡頭增設濾光片或數(shù)字濾光的方法，或二者兼有的方法消除高溫紅外線對測量的影響。測量裝置對拉伸變形測量的過程如下：試驗前進行攝像機位姿調(diào)整。將圖2(b)所示的外形尺寸已知的標定模板掛置在試驗機活動橫梁9的拉桿上，降低試驗機活動橫梁9，至標定模板在第一攝像機4中成像位于該攝像機測量范圍的最低位置，將標定模板下端與下橫梁11的拉桿連接后適度張緊，確保標定模板上的被測面與拉伸試驗過程中試樣的被測面重合，標定模板的縱向中心線與拉伸試樣的中心線重合，標定模板與其像如圖3所示，調(diào)整十字工作臺2沿X軸方向平移，使標定模板縱向中心線成像通過攝像機像平面的中心；調(diào)節(jié)第一可調(diào)云臺3繞Z軸，使圖像中的ab、cd邊與像平面的水平方向U一致，調(diào)節(jié)第一可調(diào)云臺3分別繞X軸和Y軸旋轉(zhuǎn)，使圖像中ab＝cd、da＝bc；計數(shù)標定模板四個邊成像的像素數(shù)依次為Nab、Nbc、Ncd、Nad，則第一攝像機4的內(nèi)參數(shù)如下：kxd1=|AB|+|CD|Nab+Ncd,kyd1=|AD|+|BC|Nad+Nbc]]>kxd1、kyd1值分別表示第一攝像機4圖像中每個像素點在橫向x軸和縱向y軸方向所代表的幾何尺寸。然后以DC(dc)為參考，調(diào)整十字平臺2沿Z軸方向移動k，像尺寸發(fā)生變化，根據(jù)移動前后dc尺寸變化和十字平臺的移動距離，測算攝像機光心至標定模板被測面的距離，即物距，參考圖4所示，則有：|cd||DC|=v1u1|c′d′||DC|=v1u1-k]]>其中|DC|和k已知，cd和c′d′為像尺寸，HV3151UC型攝像機每個像素的尺寸為3.2μm×3.2μm，計數(shù)cd和c′d′的像素數(shù)可求得其尺寸，代入上式可求得物距u1和像距v1。將攝像機調(diào)整回初始位置，至此，第一攝像機4的位姿調(diào)整與標定完成。解開標定模板底部與試驗機下橫梁拉桿的連接，升高試驗機活動橫梁至標定模板的下邊剛好進入第二攝像機6的視角范圍內(nèi)，用一根加長的拉桿將模板與試驗機下橫梁連接后適度張緊，確保標定模板上的被測面與拉伸試驗過程中試樣的被測面重合，標定模板的縱向中心線與拉伸試樣的中心線重合，重復對第一攝像機4的操作，完成第二攝像機6的位姿調(diào)整與標定，獲得其參數(shù)kxd2、kyd2、u2和v2。至此，試驗前兩臺攝像機位姿調(diào)整與標定工作完成。試驗前在試樣12被測表面刻畫或印制兩條平行線SL、SH，用來標識試樣的標距范圍，在標距范圍內(nèi)試樣中心線上標識一系列參考點，參考圖2(a)。安裝標識好的試樣并適度張緊，PC機控制第一攝像機4采集圖像，可測得|EF|＝kxd1Nef、|IJ|＝kxd1Nij，|EI|＝kyd1Nei、|FJ|＝kyd1Nfj，將測量結果與試樣原始尺寸對比，如果誤差太大，則重新進行位姿調(diào)整與標定。攝像機自標定時選擇試樣上的上邊緣EF和下邊緣IJ作為自標定參考，拉伸過程中IJ位置不變，EF隨活動橫梁上移，移動過程中如果EF成像尺寸|ef|發(fā)生變化，則拉伸變形方向與像平面不平行，參考圖5，根據(jù)EF像尺寸的變化，可計算標定板EF邊沿光軸方向的移動距離ΔuH1：|E′F′||e′f′|=u1-ΔuH1v1]]>式中|EF|＝|E′F′|，u1、v1已知，|e′f′|為當前位置EF像尺寸，由此可求得選擇動參考邊EF的中點H、定參考邊IJ的中點G作為參考點，成像關系參考圖6，G點位置固定，由于變形方向與像平面不平行，H點移動至H″位置，此時若直接應用前述標定結果計算，則根據(jù)像|h′g|求得的是|H′G|，而實際尺寸為|H″G|。假設光軸與像平面的交點O為攝像機像平面的中心(也可通過標定求得)，可測得像點h′與像平面中心的距離|oh′|，并可求得|H′OG|=|oh′|·u1v1|H′′OH|=|oh′|·(u1+ΔuH1)v1]]>由此可求得拉伸平面與像平面的交角：θ1=arctan(ΔuH1|H′′OH|-|H′OG|+|H′G|)]]>求得該角度便可對測量結果進行誤差補償。以上為第一攝像機4的自標定過程，對于第二攝像機6，選擇EF邊接近兩臺攝像機視角重疊區(qū)中心時的位置作為第二攝像機6自標定的定參考邊，并將此時EF邊中點H所在的位置作為后續(xù)測量的拼接參考點T，記錄該點在第一攝像機4和第二攝像機6內(nèi)的成像點位置t1、t2，作為后續(xù)測量的拼接參考點，參考圖7(a)。將此時EF在第二攝像機6中的像尺寸|ef|作為初始值，繼續(xù)變形后如果第二攝像機6中像尺寸|ef|不變，則說明試樣拉伸變形方向與第二攝像機6的像平面平行，變形測量無需誤差補償；如果像尺寸|ef|變化，則說明試樣拉伸變形方向與第二攝像機6的像平面不平行，依據(jù)|EF|尺寸、第二攝像機6中的初始像尺寸|ef|、當前像尺寸|e'f'|和當前位置E′F′，以及試驗前第二攝像機6標定的物距u2和像距v2，得到EF邊沿光軸方向的移動距離ΔuH2，參考圖5，進一步求得拉伸變形方向與第二攝像機6像平面的交角θ2，參考圖6，依此可補償?shù)诙z像機6變形測量中所產(chǎn)生的誤差。至此自標定過程完成。試驗過程中對于試樣變形的測量是在自標定之后，測量分兩步進行，當變形較小時，由第一攝像機4實施測量，變形超出第一攝像機4測量范圍時，第一攝像機4測得下半部分形變，第二攝像機6測得上半部分形變，兩臺攝像機測量結果拼接，便可測得試樣在整個標距范圍內(nèi)的形變。依據(jù)是否存在誤差補償，測量分為以下兩種情況：情況一，不存在角度誤差補償，對于試樣12上標距范圍內(nèi)任意點P，拉伸變形至P′處，其縱向形變ΔLP為該點相對于下標距線SL的距離變化，橫向形變ΔWP為該點處試樣寬度尺寸變化。參考圖6，當變形未超出第一攝像機4測量范圍時，由第一攝像機4測量其形變：ΔLP=|SL′P′|-|SLP|=kyd1(Nslp′-Nslp)]]>ΔWP＝W′P-WP＝kxd1(N′wp-Nwp)其中分別為|SLP|、|S′LP′|在第一攝像機4中所成像slp、s′lp′的像素數(shù)，Nwp、N′wp分別為變形前后試樣在第一攝像機4成像中P點和P′處寬度方向的像素數(shù)；形變超出第一攝像機4的測量范圍，參考圖7(a)，第一攝像機4測得從下標距線SL至拼接參考點T的形變，第二攝像機6測得從拼接參考點T至當前P'點處的形變，將兩臺攝像機測量結果拼接，測得P'點處的形變，ΔLP=|SL′T|+|TP′|-|SLP|=kyd1Nslt1′+kyd2Nt2p′-kyd1Nslp]]>ΔWP＝W′P-WP＝kxd2N′wp-kxd1Nwp其中分別為|S′LT|、|SLP|在第一攝像機4中所成像s′lt1和slp的像素數(shù)，為|TP′|在第二攝像機6中成像t2p′的像素數(shù)，Nwp為變形前試樣在第一攝像機4成像中P點處寬度方向的像素數(shù)，N′wp為變形后試樣在第二攝像機6成像中P'點處寬度方向的像素數(shù)。情況二，存在角度誤差補償，對于試樣12上標距范圍內(nèi)任意點P，拉伸變形后至P″處，參考圖6。變形未超出第一攝像機4測量范圍，由第一攝像機4測量其形變并用θ1補償其誤差，在相似直角三角形OCP′OG和OCP″OP中，可求得同理，在相似直角三角形OCS′LOG和OCS″L″OS中可求得其中|P′OG|、|S′LOG|、|GOG|可根據(jù)其成像|op′|、|os′l|、|og|測得，u1、θ1已知，因此ΔLP=|SL′′P′′|-|SLP|=|P′′G|-|SL′′G|-|SLP|=ΔuPsinθ1-ΔuSLsinθ1-kyd1Nslp]]>ΔWP=WP′′-WP=(u1+ΔuP)wp′′v1-kxd1Nwp]]>其中Nslp為|SLP|在第一攝像機4中成像slp的像素數(shù)，w″p為變形后試樣在第一攝像機4成像中P″點處寬度，Nwp為變形前試樣在第一攝像機4成像中P點處寬度方向的像素數(shù)；對于B2情況，形變超出第一攝像機4測量范圍，參考圖7(b)，第一攝像機4測得從下標距線SL至拼接參考點T的形變，第二攝像機6測得從拼接參考點T至當前P點處的形變，兩臺攝像機測量結果拼接，便可測得P點的形變：ΔLP=|SL′′P′′|-|SLP|=|P′′G|-|SL′′G|-|SLP|=ΔuPsinθ1-ΔuSLsinθ1-kyd1Nslp]]>ΔWP=WP′′-WP=(u1+ΔuP)wp′′v1-kxd1Nwp]]>其中|SLP|、WP由第一攝像機4直接測得，|S″LT″|由第一攝像機4測量并進行誤差補償后測得，|T″P″|、W″P由第二攝像機6測量并進行誤差補償后測得，測量方法同前。試驗過程中判斷頸縮的產(chǎn)生、發(fā)展和變化，可首先從第一攝像機4和第二攝像機6的圖像中判斷試樣12上標距范圍內(nèi)橫向尺寸最小的像點pi，即wi＝wmin，wi表示像點pi處成像寬度；然后取距離pi為Δi的另一個像點pi+Δi，若兩像點處的橫向尺寸比值小于某一閾值，即則pi為頸縮像點，其中Δi的選取可根據(jù)試樣12成像中上下標距線間距離不同選取不同的值，即取樣，n為整數(shù)，可取n＝5或n＝10，KW為小于1的常數(shù)，可通過超塑性拉伸變形頸縮產(chǎn)生理論分析或試驗觀察來選取合適的值；對于頸縮像點pi，求解該點對應的縱向形變和橫向形變，并根據(jù)pi位于試樣12上標距范圍內(nèi)哪兩個參考標識點之間，判斷頸縮產(chǎn)生的位置，參考圖2(a)；記錄整個拉伸過程中頸縮產(chǎn)生的時間和位置，以及頸縮產(chǎn)生時對應的最大橫向變形，由此分析頸縮的發(fā)展和變化。當前第1頁1 2 3