一种板材的光学测量装置以及工作方法与流程

本发明属于机械加工领域，尤其涉及一种板材的光学测量装置以及工作方法。

背景技术：

在板材冲压成形过程中，板材的力学性能、冲压方式、模具特征等因素往往相互耦合表现出高度的非线性，导致工件产生各种变形缺陷。当板材的镀层厚度占钢板厚度比值达到一定程度时，材料的脆性增大其冲压成形性能明显减低，使得以镀层钢板为材料的冲压件容易产生冲压过度减薄等。因此，有必要对薄板的应变及减薄进行研究。

板材成形应变分析主要有两种方法：第一种采用超声波测量，这种测量方式主要用在板材厚度的测量，通过超声波作用于板材表面及内部，然后采用分析系统对反射信号进行分析处理，从而得到板材的厚度数据，但超声波测量不适用板材表面的厚度变化的测量；

另一种是网格法测量，在板材变形前在板材表面印刷网格，当板材成形完成后再对表面网格进行测量，获得主应变与次应变等数据，同时运用体积恒定的原理计算板材的厚度缩减，最后达到应变测量分析的目的，但需要人工刻画规则型的网格，网格常画的较大且数量较少，后期也有很大的计算量。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种板材的光学测量装置以及工作方法，该光学测量装置以及工作方法能够测量板材表面的厚度变化情况，也减轻了人工的计算强度，提高计算效率。

为解决上述问题，本发明的技术方案为：

一种板材的光学测量装置，包括：

试验台；

框架，固定于所述试验台的台面上；

冲压部，固定于所述框架内，对所述板材进行冲压，以使所述板材的表面发生形变；

图像采集单元，转动设置于所述框架上，所述图像采集单元用以采集所述冲压部冲压所述板材的图像信息；

处理单元，与所述图像采集单元电连接，处理采集后的图像信息，得到所述板材的厚度变化数据；

其中，所述图像信息为所述板材的表面变形图。

根据本发明提供的实施例，所述冲压部包括冲头液压缸、压边圈以及半球形冲头；

所述压边圈外套于所述半球形冲头，所述半球形冲头可在所述压边圈内上下移动；

所述冲头液压缸中设有推杆，所述推杆的一端与所述半球形冲头切面固定相连，推动所述半球形冲头在所述压边圈内上下移动，冲压所述板材。

根据本发明提供的实施例，所述冲压部还包括空心凹模，所述空心凹模与所述半球形冲头相对，所述图像采集单元通过所述空心凹模的中心通孔采集所述图像信息；

根据本发明提供的实施例，所述试验台设有控制面板，所述控制面板与所述冲头液压缸电连接，所述控制面板与所述图像采集单元电连接，所述控制面板与所述空心凹模电连接。

在所述光学测量装置工作的状态下，所述空心凹模向下移动，所述空心凹模的外边缘与所述压边圈贴合，压紧所述板材。

根据本发明提供的实施例，该光学测量装置还包括led光源，固定于所述框架上，所述led光源为所述图像采集单元采集所述图像信息提供光照。

根据本发明提供的实施例，所述图像采集单元为双目视觉相机。

一种板材的光学测量装置的工作方法，包括如下步骤：

s1：调整图像采集单元的位置，与所述图像采集单元的水平方向成45°的前后左右方向依次放置标定板，与所述图像采集单元的水平方向成90°的前后左右方向依次放置所述标定板，所述图像采集单元依次拍摄45°方向的所述标定板以及90°方向的所述标定板，通过所述标定板上的基准点调整所述图像采集单元的位置；

s2：按测试要求的尺寸对所述板材进行切割，获得符合尺寸要求的板材后，用酒精对符合尺寸要求的板材的表面做清洁处理，使用黑色喷漆在符合尺寸要求的板材的表面喷涂均匀散斑；

s3：对切割后的板材进行冲压实验，所述图像采集单元对所述板材的变形过程进行图像采集，所述板材发生破裂后所述图像采集单元停止拍摄；

s4：所述处理单元选择发生明显形变的散斑区域作为计算区域，对比计算所述板材形变前与破裂前散斑的空间位置变化；

s5：创建变形截面，根据所述散斑建立板材表面的曲面三维模型，并在所述曲面三维模型上绘制基准面，所述基准面穿过所述曲面三维模型，其中，所述基准面为所述变形截面；

s6：所述处理单元通过所述变形截面以及所述曲面三维模型，计算得到所述板材的变形数据曲线图。

本发明由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：

1)本发明一实施例中的冲压部固定于框架内，并对板材进行冲压以使板材变形，图像采集单元转动设置于框架上，图像采集单元用以采集冲压部冲压板材的图像信息，处理单元与图像采集单元电连接，处理采集后的图像信息，得到板材的厚度变化数据，其中，图像信息为板材的表面变形图。该板材的光学测量装置能够通过板材的表面变形图得到板材的厚度变化，能够测量板材表面的厚度变化情况，也减轻了人工的计算强度，提高计算效率。

2)本发明一实施例中的led光源固定在框架上，能为图像采集单元采集图像信息提供光照。在对板材进行冲压时，冲压部会对外部光照造成遮挡，所以在图像采集单元旁放置led光源用于提供光照，保证拍摄清晰。

3)本发明一实施例中的空心凹模与半球形冲头相对，在光学测量装置工作时，空心凹模向下移动，空心凹模的外边缘与压边圈贴合，压紧板材，图像采集单元能够通过空心凹模的中心通孔采集图像信息。既能够将板材压紧又能通过中心孔采集板材形变的图像信息。

附图说明

图1为本发明的一种板材的光学测量装置的结构示意图；

图2为本发明一实施例的冲压部的结构示意图；

图3为本发明一实施例的板材的光学测量装置的工作流程图。

附图标记说明：

1：试验台；2：框架；3：图像采集单元；4：处理单元；5：冲头液压缸：6：压边圈；7：半球形冲头；8：推杆；9：空心凹模；10：led光源。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种板材的光学测量装置以及工作方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。

实施例1

参看图1与图2，一种板材的光学测量装置，包括：试验台1；框架2，固定于试验台1的台面上；冲压部，固定于框架2内，对板材进行冲压，以使板材的表面发生形变；图像采集单元3，转动设置于框架2上，图像采集单元3用以采集冲压部冲压板材的图像信息；处理单元4，与图像采集单元3电连接，处理采集后的图像信息，得到板材的厚度变化数据；其中，图像信息为板材的表面变形图。优选地，图像采集单元3选用双目视觉相机，当然，在其他实施例中，图像采集单元3选用其他能采集板材的表面的冲压过程的采集单元都在本发明的保护范围内。

可以理解，本实施例中的冲压部固定于框架2内，并对板材进行冲压以使板材变形，图像采集单元3转动设置于框架2上，图像采集单元3用以采集冲压部冲压板材的图像信息，处理单元4与图像采集单元3电连接，处理采集后的图像信息，得到板材的厚度变化数据，其中，图像信息为板材的表面变形图。该板材的光学测量装置能够通过板材的表面变形图得到板材的厚度变化，能够测量板材表面的厚度变化情况，也减轻了人工的计算强度，提高计算效率。

进一步地，冲压部包括冲头液压缸5、压边圈6以及半球形冲头7，压边圈6外套于半球形冲头7，半球形冲头7可在压边圈6内上下移动，冲头液压缸5中设有推杆8，推杆8的一端与半球形冲头7切面固定相连，推动半球形冲头7在压边圈6内上下移动，冲压板材。冲压部还包括空心凹模9，空心凹模9与半球形冲头7相对，图像采集单元3通过空心凹模9的中心通孔采集图像信息，在光学测量装置工作的状态下，空心凹模9向下移动，空心凹模9的外边缘与压边圈6贴合，压紧板材。

可以理解，本实施例中的空心凹模9与半球形冲头7相对，在光学测量装置工作时，空心凹模9向下移动，空心凹模9的外边缘与压边圈6贴合，压紧板材，图像采集单元3能够通过空心凹模9的中心通孔采集图像信息。既能够将板材压紧又能通过中心孔采集板材形变的图像信息。

进一步地，试验台1设有控制面板，控制面板与冲头液压缸5电连接，控制面板与图像采集单元3电连接，控制面板与空心凹模9电连接。

具体的冲压过程为：在试验台1的控制面板上控制半球形冲头7沿压边圈6向下移动，半球形冲头7的顶部与压边圈6平齐时停止半球形冲头7的移动，将板材置于压边圈6上，接着控制空心凹模9向下移动至与压边圈6贴合，将板材压紧，最后控制半球形冲头7沿压边圈6向上移动，对板材施加压力，直到从拍摄照片中发现板材发生破裂则停止。

但在冲压过程中，空心凹模9与压边圈6的贴合会对外部光照造成遮挡，在图像采集单元3放置led光源10用于提供光照，保证拍摄清晰。该板材的光学测量装置还包括led光源10，固定于框架2上，led光源10为图像采集单元3采集图像信息提供光照。

实施例2

基于同一构思，本发明还提供了该板材的光学测量装置的工作方式，包括如下步骤：

s1：调整图像采集单元3的位置，与图像采集单元3的水平方向成45°的前后左右方向依次放置标定板，与图像采集单元3的水平方向成90°的前后左右方向依次放置标定板，图像采集单元3依次拍摄45°方向的标定板以及90°方向的标定板，通过标定板上的基准点调整图像采集单元3的位置，在图像测量中，相机标定用于确定空间中物体表面某点与其在图像上的对应关系，可以理解为相机标定是一个建立基础空间坐标系的过程；

s2：按测试要求的尺寸对板材进行切割，获得符合尺寸要求的板材后，用酒精对符合尺寸要求的板材的表面做清洁处理，使用黑色喷漆在符合尺寸要求的板材的表面喷涂均匀散斑，其中，试验要求板材经过处理后应保证表面平整，尺寸规格需准备5种以上，厚度为2mm，板材表面喷涂的散斑需要随机均匀分布，散斑不可过大，散斑颜色应为黑色；

首先切割出符合实验要求形状的板材，本实施例选用的是(10/20/40/60/80/100)×100mm的板材，使用酒精清洗板材表面，保证板材表面干净无污渍，之后是在板材表面绘制网格，本实施例中绘制网格的方法是使用黑色喷漆喷涂板材表面，将油漆的黑色斑点作为网格，绘制过程为：首先使用白色漆均匀涂在板材表面作为底色，一方面可以是黑色斑点明显，另一方面可以防止金属表面的反光现象。待底漆干燥后，将板材放置在地面上，使用黑色喷漆在高度距离地面半米左右喷漆，为了保证油漆颗粒大小均匀并均匀分布在板材表面，喷嘴不要直接垂直对准板材，保持一定的倾斜角度喷漆，使油漆在空中发散开后自由掉落在板材表面

s3：对切割后的板材进行冲压实验，图像采集单元3对板材的变形过程进行图像采集，板材发生破裂后图像采集单元3停止拍摄，将处理好的板材放置在试验台1中进行冲压实验，试验开始之前，设置合适的拍照频率，用双目视觉相机拍摄记录板材表面散斑的原始图像，然后操作试验平台的控制面板开始冲压试验，当显示面板上的冲压载荷开始增加时，按下双目视觉相机的拍摄按钮，对板材的变形过程进行图像采集，图像信息会实时传递到用于数据分析的处理单元4上，在处理单元4上观察图像信息，直到从图像信息中观测到板材发生明显破裂或听到板材发生破裂的声音时，停止拍摄，并在试验台的控制面板上停止冲压实验，优选地，本实施例中的图像信息作为照片在处理单元上显示；

s4：处理单元4选择发生明显形变的散斑区域作为计算区域，对比计算板材形变前与破裂前散斑的空间位置变化，选择板材未发生变形时到发生破裂之前的一定数量的照片作为计算对象，选择需要测量的散斑区域并提交计算机进行被测板材表面散斑的计算，选择发生明显变形的散斑区域作为计算区域，选定变形前后某一相同的散斑点作为基准点，对比计算被测板材变形前和破裂前散斑的空间位置变化，得到被测板材达到成形极限状态下的变形情况，优选地，本实施例选取12张照片为一组分析对象；

s5：创建变形截面，在获得的成形极限状态下的应变云图中，穿过主要的变形区域绘制3个间距2mm的平行截面，通过计算平台输出截面上各点的变形数据。中心截面尽量垂直于裂纹方向，截面长度不可超过板材边界；

在模拟的三维坐标系中，根据12组照片上的散斑，建立12个板材表面的曲面三维模型，按照分析原理，可以得到板材从发生形变到破裂前的厚度变化三维模型。接着在曲面三维模型上绘制基准面，该基准面穿过曲面三维模型，其中，基准面为变形截面。另外，建立变形截面的目的是为了获取板材的厚度分布曲线，可以反应出板材在哪个地方厚度没有变化，在哪个地方厚度变化最剧烈，通常建立三个平行截面来降低分析误差。垂直于裂纹方向建立截面是为了保证其可以垂直穿过变形最大的区域，从而将该处的变形情况反应出来

s6：拟合变形截面上输出的各点的变形数据，通过数据拟合得到所需的板材变形数据的曲线图。其中横坐标为截面长度，纵坐标为板材变形数据，对12个曲面三维模型分别建立对应的厚度分布曲线，对比12组厚度分布曲线计算得到板材表面上某点在整个实验过程中的厚度变化曲线。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式。即使对本发明作出各种变化，倘若这些变化属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本发明的保护范围之中。