夹持机构二维角度偏转测量

杨恩臻 宁晓旭 冯状

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

摘 要：在微构件拉伸测试实验中，需要调整拉伸测试头的方位使其拉伸方向和测试构件的伸长方向在相同方向上，因此需要设计相应的角度偏转测量系统，以保证夹持方位和测试构件伸长方位在同一线上？所设计的角度偏转测量系统是依靠在两夹持头同一侧安装辅助对中角度测量支架，利用CCD数字摄像头对辅助支架进行图片拍摄，然后利用MATLAB软件对获得的图片进行图像处理从而获得需要调整的二维角度偏移量。

关键词：角度 对中调整 数字摄像 图像识别

中图分类号：TB931 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）12（c）-0176-02

随着科学技术的不断发展与进步，传统的材料力学性能测量方法已经不能适用于微纳结构材料的测量。针对微构件材料小尺度效应的影响，需要设计专门用于微小被测试件的夹持机构及选用合适的测量方法来获得试件的力学性能。目前最常见的测量方法有梁弯曲测试法、直接拉伸测试法、试件与测试结构一体化测试法等。综合考虑测量方法的优缺点后选择了对于微构件材料力学性能测量误差较小的直接拉伸测试法。为保证被测试件的受力严格按照水平方向，需要附加的测量装置来判断夹持头是否沿水平方向发生偏转错位，以免影响测量结果的准确性。

1 拉伸测试法测量原理

直接拉伸测试作为一种测定材料性能的实验方法，由于具有较高的准确性、可控性以及经济性从而被广泛应用于微构件材料的力学特性测量中。由于被测试件尺寸较小，需要设计专门的夹持装置与加载装置来搭建实验平台。设计的直接拉伸测量装置示意图如图1所示。

静夹持头与力传感器作为固定端，动夹持头在力与位移加载装置的带动下沿水平方向做拉伸动作。动夹持头与静夹持头同侧固定有辅助测量角度偏移量的支架。

2 角度偏转测量原理

角度偏转测量[1-5]原理示意图如图2所示。动夹持头一侧固定角度测量支架A，静夹持头一侧固定角度测量支架B，两测量支架为加工相同的梳齿状铝块。当两夹持头水平对中时，两梳齿状测量支架呈现平行的相互咬合状态，如图2（a）所示；当两夹持头沿水平方向发生偏转时，两角度测量支架的梳齿形状沿水平方向成一定角度（角度可记为△θx），如图2（b）所示；当两夹持头沿竖直方向发生偏转时，两角度测量支架的梳齿形状沿竖直方向成一定角度（角度可记为△θy），如图2（c）所示。利用两组光学透镜组与CCD数字摄像头，分别沿竖直方向向下与水平方向平行拍摄两角度测量支架的梳齿分布情况。获得清晰的图像后，经MATLAB软件对图像信息进行处理，即可求得两夹持头的相对角度偏移量。

3 实验

角度偏转测量实验装置图如图3所示。装置中所用数字摄像头为大恒图像的MER-500-7UM/UC，外形小巧紧凑，适用于各种典型机器视觉应用。模拟动夹持头角度偏转的多维微动台是北京北光世纪仪器有限公司生产的组合式手动五维精密位移台。

二维角度偏转测量实验分为俯仰角△θy和偏摆角△θx实验，分别独立调整五维精密位移台PRS202M的转角到10°，调整TG101的转角到8°。经数字摄像头拍摄到的图片如图4、图5所示。

利用MATLAB软件编写程序获取图片，对图片进行二值化处理后运用数字图像处理方法求得图像边缘线，选择直线度较好的直线段求其斜率，根据所求线段斜率即可求得偏转角度的数值。

4 结语

夹持机构二维角度测量系统依靠辅助测量支架的梳齿分布情况，采用正交二维相机获得角度偏移的图像信息，通过图像处理与数据计算，可以求得两夹持头的位置角度偏移量，为拉伸测试实验的夹持头对中提供相应的调整参数，从而提高测量数据的准确性。该测量系统可广泛应用于角度测量调整系统中，并具有结构简单，易操作的特点。

参考文献

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