数字图像相关法测量高速正交切削过程应变装置及方法

摘要

本发明公开了一种数字图像相关法测量高速正交切削过程应变装置及方法，装置包括高速数字摄像机、散斑处理的工件、刀具、成像镜头、冷光源、由三角架、导轨和平移台组成的支座系统以及用于数字采集和处理的计算机；其测量方法有四大步骤，关键点是将加工之前的工件进行数字图像（散斑）化处理，即将工件表面喷涂成白色，然后在白色背景上随机喷涂黑色斑点，构成散斑图。本发明可以测量高速正交切削过程中任意时刻工件变形前后的数字图像，根据此图像可以计算出工件的变形。该方法适用于高速正交车削任何工件，可以实现非接触测量、实时测量、全场测量等，而且测量精度比传统测量方法高，测试的精度最高可达0.01～0.0005像素。

主权项

一种数字图像相关法测量高速正交切削过程应变装置的测量方法，其特征是，所述装置包括第一高速数字摄像机和第二高速数字摄像机，第一高速数字摄像机和第二高速数字摄像机上分别相对设有第一成像镜头和第二成像镜头，第一高速数字摄像机和第二高速数字摄像机之间设有正对工件的冷光源，第一高速数字摄像机、第二高速数字摄像机和冷光源均安装于由三角架、导轨和平台组成的支座系统上，且第一高速数字摄像机和第二高速数字摄像机通过数据线与计算机相连；所述测量方法采用数字图像相关方法，结合双目立体视觉技术，采用两个高速数字摄像机，实时采集正交切削中工件的各个变形阶段的数字散斑图像，然后用计算机处理系统计算出工件的应变和变形，具体实施步骤如下：1）采用正交切削实验前将工件表面涂成白色，然后在白色背景上喷涂黑色斑点，做好点阵的标记，作为后续处理的散斑图，为了保证测量精度，应使散斑图中的散斑颗粒的平均直径为2~3像素，散斑图像尺寸为1024×1024像素；2）在测量现场，构建由两台高速数字摄像机组成的三维数字成像采集设备，设备的位置相对固定，到目标工件的距离为350mm，并在现场放置一冷光源；打开冷光源，用标定板将高速数字摄像机标定，标定结果是0.0353mm/pixel，视场是128mm×96mm；3）在数控车床上对前述处理的工件做高速正交切削，用两台高速数字摄像机从侧面实时对加工表面进行摄像监测，采集工件表面变形前后的散斑图，视频采集的帧频为1~50000fps；4）车削加工停止，图像采集完毕，将数据发送至计算机，通过用计算机处理系统处理所获得的图像和数字数据。