技术篇 校准与测试 万能材料试验机同轴度检测方法探讨 口倪守忠蒋晓波 万能材料试验机主要用于材料的力学性能试验。由 于设计、加工、安装、使用等多方面因素的影响，万能试 验机不可避免地存在同轴度误差．而同轴度误差的存在 使金属材料作拉伸试验时引入附加弯矩，从而影响到试 验结果的准确性。因此，ＪＪＧ１３９—１９９９（拉力、压力和万能 试验机》检定规程对试验机的同轴度规定了技术要求及 检测方法 对试验机同轴度的检测规定了以下两种方 法：一是弓ｌ伸计测量法；二是几何测量法。由于ＪＪＧ１３９— １９９９对两种方法检测结果的评定标准分别制定，并且存 在较大差异．同一台万能试验机用两种不同的方法检测 可以得到完全相反的结论．这就给试验机的检定工作带 来了较大的随意性，因此，有必要对同轴度检测方法及 判定标准进行修改．完善万能试验机的检定工作。 一、两种方法的差异分析 根据ＪＪＧ１３９—１９９９，同轴度ｅ＝（ ～～ ）／ ，其中 一为同一检测点同一次测量中检验试样较大一侧的 变形值， 为同一检测点同一次测量中检验试样两侧 变形的平均值。同时规定了试样的尺寸及评判标准值。 表１ 同轴度最大允许误差 用同轴度自动测量仪 用百分表及 夹头类型 新制造（％） 使用中（％） 专用检具（ｍｍ） 自动调心夹头 １２ ｌ５ Ｏ．５ 非自动调心夹头 ２０ ２５ ０．５ ｌＯ０ｏｋＮ ｌ２ｍｍ 试样直径 其他规格 ｌ０ｍｍ 在进行材料拉伸试验时．同轴度误差带来的测量影 响对自动调心夹头和非自动调心夹头试验机是有所差 异的：采用非自动调心夹头．由于安装试样时可进行适 当调节，因此．ＪＪＧ１３９—１９９９对允许误差作了适当放宽。 另外．有些万能试验机夹头带有铰接点．这样可以 部分消除同轴度误差带来的影响 在不考虑铰接影响的情况下．拉伸试验可以简化成 如图ｌ所示的模型 此时测量误差主要来源于附加弯曲 ８６ ￣１３ｌｉ＇ｌ－Ｉ Ｃｈｉｎａ Ｍｅｔｒｏｌｏｇｙ ２０１０．４ Ｐ Ｐ 图１拉伸试验模型图 影响。根据ＪＪＧ１３９—１９９９，同轴度检测时先施加最大试验 力的１％调零后．再施加最大试验力的４％￣１Ｊ试获得。因 此．侧向约束力带来的附加弯曲未反映在同轴度检测结 果中 根据虎克定律．材料在弹性极限范围内应变与应力 成正比．即引伸计测得的变形值与应力成正比，同轴度ｅ 可以变换成应力分量的比值： ｅ＝（ ～一 ）／ ＝ｓ．／，ｅｐ ： （１） 对于圆截面试样，拉伸应力 、弯曲应力 与拉力Ｐ、 偏心量６之间的关系为 ｏ＇ｅ＝４Ｐ／ｎｖｄ ￣＋＝３２Ｐ８／叮ｒ∥ ６＝ｄ ８ 于是ｅ＝ Ｉ／ 踮／ｄ （２） 用百分表及专用检具进行检测时．允许偏心量６ 为０．５ｒａｍ，代入式（２），得到 对１０ｒａｍ芯棒：ｅ＝８ｘＯ．５／１ ０＝４０％ 对］２ｒａｍ芯棒：ｅ＝８ｘ０．５１１２＝３３％ 显然．ＪＪＧ１３９—１９９９规定的两种同轴度允许误差并 不相同．且相差甚远。这主要是由￣ＪＪＧ１３９—１９９９定义的 同轴度ｅ不仅与偏心量有关．而且与试样直径有关。 另外，由于ＪＪＧｌ３９—１９９９中 为同一检测点同一 次测量中检验试样较大一侧的变形值．而并不是周向 最大的变形值 因此，由此测得的并非是试验机的最 大同轴度误差。实际上，万能试验机上下接头的几何 校准与测试 技术篇 同轴度是一矢量．可以通过检测正交两个方向的两个 应变获得 应力分别为 ＝３２Ｐ６Ｊ＇ｒｒｄ３，ｏ－￣＝３２Ｐ６Ｊ＇ｒｒｄ３， ＝４Ｐ／ ；于 是．表达式为 二、同轴度检测方法的修改 １．统一判定标准 ＡＬ ：ｄ 旦＝ ｄ 同轴度是指被测轴线应与基准轴线相重合的程度． 同轴度误差是以长度单位给出的几何量。ＪＪＧ１３９—１９９９ 中几何法给出的评定标准符合机械制造行业的约定 为 换算后得到 詈 ＝（３） ㈩ 使ＪＪＧ１３９—１９９９中的引伸计法与几何法一致．可以通过 对判定标准值进行适当修改获得。根据公式（２），引伸计 法的同轴度ｅ与几何同轴度６之间的关系为ｅ＝８６１ｄ 规定 了６值．ｅ的允许值也就确定了 ２．同轴度的测量及计算 詈‘ 即试验机几何同轴度的测量可以通过测量试验芯 棒正交两个方向的应变或应力获得．测量应变时可以采 用引伸计，测量应力时可以采用ｉ分量传感器。 三 结束语 按本文提出的方法不仅可以客观科学检测出试验 机的几何同轴度．而且统一了两种检测方法的评定标 准．这对万能试验机的检定具有积极意义。 假设６ 、６ 分别为试验机上下夹头在正交两个方向 的相对偏心量， 一、△ 一分别为引伸计在芯棒正交两 个方向测得的较大一侧的应变量，△三一 分别为引伸 计在芯棒正交两个方向测得的平均应变量，则△ ： （ＡＬ ＋△Ｌ ）／２；芯棒在两个方向受到的弯曲应力和拉伸 作者单位【浙江省计量科学研究院】田 基于Ｈｏｕｇｈ变换的 圆形检测算法研究与参数分析 口代娜 随着工业自动化程度的不断提高．产品自动检测技 术日益重要 基于机器视觉的测量技术是近年发展起来 的一种自动化无损检测新方法．在工业生产中得到了广 泛应用 圆参数检测一直是现代测量技术中的重点研究 对象．也是基于机器视觉检测的重点和难点 目前已有 一确度较高．但需要一个３一Ｄ累加器累计圆的参数．计算 量和存储空间大、检测速度慢。因此，近年来很多学者提 出了改进Ｈｏｕｇｈ变换检测方法以提高检测速度、减小存 储空间。其中．最典型的方法就是利用边缘点梯度方向 将累加器由３一Ｄ降为２一Ｄ 这种方法对于梯度信息好的 图像很有效．当图像含有的噪声较大，图像较模糊时，往 往会带来很大的误差。因此。限制了该方法的使用。 ２．均值法检测圆 些相关研究．但都处于初始阶段．需要寻找更多有效 的方法 因此．本文提出了圆形检测的改进方法 一、算法设计 １．基于Ｈｏｕｇｈ变换的圆形检测 圆有很多特性．其中最简单的特性就是圆的直径是 圆内最大弦．并通过圆心。坐标均值法正是采用直径过 在数学上，可用解析式表示直线、圆等图形，如果解 析式中参数确定了．则图形的形状和位置也就确定了 圆心这一特性来检测圆的。首先对图像进行处理得到二 值圆。然后存储所有像素值为０（我们假设目标为黑０，背 景为白２５５）点的横、纵坐标值。同一条直径上包含一对 这种通过参数求解析式的方法之一就是Ｈｏｕｇｈ变换。其 基本原理是利用点线的对偶性．将原始图像空间给定曲 线通过曲线表达转为参数空间的一点．把原始图像中曲 圆周上的点．它们的中点是包含这两点的圆心。因此将 所有黑点的横、纵坐标分别求和取平均，这两个平均值 即为圆心的横、纵坐标．最后利用所有黑点到该圆心距 ２０１０ ４中国计量Ｃｈｉｎａ Ｍｅｔｒｏｌｏｇｙ 线检测问题转化为求参数空间中的峰值问题 对于已知表达式的圆形曲线．传统的Ｈｏｕｇｈ变换准