利用线阵 CCD 非接触测量材料变形量的方法.pdf

第29卷第4期光电工程Vol.29,No.4
2002年8月Opto-ElectronicEngineeringAug，2002

文章编号：1003-501X（2002）04-0020-04
利用线阵CCD非接触测量材料变形量的方法
王庆有,于涓汇,郭青,张盛彬

（1.天津大学精密仪器与光电子工程学院，天津300072；
2.光电信息技术科学教育部重点实验室，天津300072）
摘要：用线阵CCD作为光电传感器非接触测量材料拉伸过程中的变形量，不但比常规的引伸计
测量的方法更客观，而且可以测量材料拉伸变形到断裂的全过程。该方法能在X和Y两个方向上
同时测量材料变形量，可以获得材料在实验的全过程中两个方向的"应力－应变"关系曲线。采用
CCD拼接技术，测量精度可达到1mm，测量范围80mm。
关键词：非接触测量；线阵CCD；应力测量；变形测量
中图分类号:TG806文献标识码:A
Amethodformeasuringmaterialdeformation
withlinearCCDdetectors
WANGQing-you,YUJuan-hui,GUOQing,ZHANGSheng-bin
(1.CollegeofPrecisionInstrumentsandOptoelectronicEngineering,
TianjinUniversity,Tianjin300072,China；
2.KeyLaboratoryofOptoelectronicInformationTechnicalScience,EMC,Tianjin300072,China)
Abstract:Measurementofthedeformationquantityofamaterialduringstretchingprocessbyusing
linearCCDdetectorsinnon-contactmode,notonlyismoreobjectivethanthecommonextensometer
measurementmethod,butalsocanmeasurethewholeprocessfromstretchingdeformationto
breaking.ThedeformationquantityofamaterialcanbesimultaneouslymeasuredatbothdirectionofX
andYandthestress-straincurvesofthebothdirectionduringthewholeexperimentalprocessofa
materialcanbeobtained.WithCCDsplicingtechnique,themeasuringaccuracycanbereached1mmand
measuringrange80mm.
Keywords:Non-contactmeasurement；LinerCCD；Stressmeasurement；Deformationmeasurement
引言

一般的材料实验机常用接触式的刀口引伸计来测量材料在拉伸过程中的变形量。在材料的拉伸变形过
程中，由于刀口与被测件之间的摩擦会产生相对运动，必然产生测量误差，尤其是在测量金属材料时,常因
为在测量过程中刀口的磨损而影响测量精度，特别是当材料断裂时所产生的震动和冲击会使刀口报废，因
此用接触式引伸计测量材料拉伸变形量时必须在材料断裂之前将引伸计卸下来，以免损坏刀口引伸计，故
无法对材料拉伸的全程进行测量。利用线阵CCD测量变形量,其优点在于非接触、无磨损、不引入测量的附
加误差、测量精度高、能够测量材料拉伸变形的全过程,特别是能够测量材料在断裂前后的应力应变曲线，
从而能够测得材料的各种极限特性参数。

收稿日期：2001-10-18；收到修改稿日期：2002-04-19
作者简介:王庆有（1945－），男(汉族)，黑龙江牡丹江人，教授，主要从事光电图像检测方面的研究。
E–mail:[e-mail]

2002年8月王庆有等：利用线阵CCD非接触测量材料变形量的方法21

1CCD非接触测量材料拉伸变形量的原理

用线阵CCD非接触测量材料拉伸变形量的原理方框图如图1所示。图中光源发出的均匀光线将标有
标距的被测材料照明，被测材料上的标距信号通过成像物镜成像
Lamp-house
在线阵CCD的像敏面上，当材料被拉伸变形时线阵CCD像敏面
上的标距像也在变化，CCD将标距像信号转变成电信号并通过处
理电路提取出标距像的间距变化量，再根据成像物镜的物像关系，
就可以计算出被测物的拉伸量。

1.1信号的提取
MeasuredImagingLiner
在拉伸