夾持機構二維角度偏轉測量

楊恩臻 寧曉旭 馮狀

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791. 2015.36.176

摘 要：在微構件拉伸測試實驗中，需要調整拉伸測試頭的方位使其拉伸方向和測試構件的伸長方向在相同方向上，因此需要設計相應的角度偏轉測量系統，以保證夾持方位和測試構件伸長方位在同一線上？所設計的角度偏轉測量系統是依靠在兩夾持頭同一側安裝輔助對中角度測量支架，利用CCD數字攝像頭對輔助支架進行圖片拍攝，然后利用MATLAB軟件對獲得的圖片進行圖像處理從而獲得需要調整的二維角度偏移量。

關鍵詞：角度 對中調整 數字攝像 圖像識別

中圖分類號：TB931 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）12（c）-0176-02

隨著科學技術的不斷發展與進步，傳統的材料力學性能測量方法已經不能適用于微納結構材料的測量。針對微構件材料小尺度效應的影響，需要設計專門用于微小被測試件的夾持機構及選用合適的測量方法來獲得試件的力學性能。目前最常見的測量方法有梁彎曲測試法、直接拉伸測試法、試件與測試結構一體化測試法等。綜合考慮測量方法的優缺點后選擇了對于微構件材料力學性能測量誤差較小的直接拉伸測試法。為保證被測試件的受力嚴格按照水平方向，需要附加的測量裝置來判斷夾持頭是否沿水平方向發生偏轉錯位，以免影響測量結果的準確性。

1 拉伸測試法測量原理

直接拉伸測試作為一種測定材料性能的實驗方法，由于具有較高的準確性、可控性以及經濟性從而被廣泛應用于微構件材料的力學特性測量中。由于被測試件尺寸較小，需要設計專門的夾持裝置與加載裝置來搭建實驗平臺。設計的直接拉伸測量裝置示意圖如圖1所示。

靜夾持頭與力傳感器作為固定端，動夾持頭在力與位移加載裝置的帶動下沿水平方向做拉伸動作。動夾持頭與靜夾持頭同側固定有輔助測量角度偏移量的支架。

2 角度偏轉測量原理

角度偏轉測量[1-5]原理示意圖如圖2所示。動夾持頭一側固定角度測量支架A，靜夾持頭一側固定角度測量支架B，兩測量支架為加工相同的梳齒狀鋁塊。當兩夾持頭水平對中時，兩梳齒狀測量支架呈現平行的相互咬合狀態，如圖2（a）所示；當兩夾持頭沿水平方向發生偏轉時，兩角度測量支架的梳齒形狀沿水平方向成一定角度（角度可記為△θx），如圖2（b）所示；當兩夾持頭沿豎直方向發生偏轉時，兩角度測量支架的梳齒形狀沿豎直方向成一定角度（角度可記為△θy），如圖2（c）所示。利用兩組光學透鏡組與CCD數字攝像頭，分別沿豎直方向向下與水平方向平行拍攝兩角度測量支架的梳齒分布情況。獲得清晰的圖像后，經MATLAB軟件對圖像信息進行處理，即可求得兩夾持頭的相對角度偏移量。

3 實驗

角度偏轉測量實驗裝置圖如圖3所示。裝置中所用數字攝像頭為大恒圖像的MER-500-7UM/UC，外形小巧緊湊，適用于各種典型機器視覺應用。模擬動夾持頭角度偏轉的多維微動臺是北京北光世紀儀器有限公司生產的組合式手動五維精密位移臺。

二維角度偏轉測量實驗分為俯仰角△θy和偏擺角△θx實驗，分別獨立調整五維精密位移臺PRS202M的轉角到10°，調整TG101的轉角到8°。經數字攝像頭拍攝到的圖片如圖4、圖5所示。

利用MATLAB軟件編寫程序獲取圖片，對圖片進行二值化處理后運用數字圖像處理方法求得圖像邊緣線，選擇直線度較好的直線段求其斜率，根據所求線段斜率即可求得偏轉角度的數值。

4 結語

夾持機構二維角度測量系統依靠輔助測量支架的梳齒分布情況，采用正交二維相機獲得角度偏移的圖像信息，通過圖像處理與數據計算，可以求得兩夾持頭的位置角度偏移量，為拉伸測試實驗的夾持頭對中提供相應的調整參數，從而提高測量數據的準確性。該測量系統可廣泛應用于角度測量調整系統中，并具有結構簡單，易操作的特點。

參考文獻

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