(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210576951.8 (22)申请日 2022.05.25 (71)申请人 东南大学 地址 211100 江苏省南京市江宁区东 南大 学路2号 (72)发明人 倪中华　张加俏　严岩　张帆远航 　 胡海斌　 (74)专利代理 机构 北京德崇智捷知识产权代理 有限公司 1 1467 专利代理师 王雪 (51)Int.Cl. G01N 3/18(2006.01) G01N 3/02(2006.01) G01N 3/04(2006.01) (54)发明名称 一种深冷环境下纤维复合材料的拉伸测试 定位装置 (57)摘要 本发明公开了一种深冷环境下纤维复合材 料的拉伸测试定位装置， 包括试件定位系统、 制 冷系统和试件垂直度调整系统， 其中制冷系统包 含整体环 境制冷、 测试区间制冷和试件制冷等模 块， 试件定位系统包括第一拉伸夹具和第二拉伸 夹具， 试件垂直度调整系统包含吸盘、 多自由度 机械臂、 夹嘴、 工业摄像机、 图像处理系统， 旋转 角度求解包含二值化处理、 边缘检测、 霍夫变换 等步骤。 在确定试件角度和位置之后， 通过拉伸 夹具内伸缩轴伸长， 推动夹头移动， 进行试件夹 紧。 最后根据不同的实验需求选择不同的制冷方 法， 进行纤维增强复合材料拉伸测试。 本发明通 过一种深冷环境下纤维复合材料的拉伸测试定 位装置， 实现测试环境多级制冷以及试件自动更 换与垂直度调整。 权利要求书3页 说明书7页 附图6页 CN 115112489 A 2022.09.27 CN 115112489 A 1.一种深冷环境下纤维复合材料的拉伸测试定位装置， 其特征在于： 包括试件定位系 统和制冷系统， 所述试件定位系统包括在垂直方向上相对设置的第一拉伸夹具(1)和第二 拉伸夹具(2)， 所述第一拉伸夹具(1)位于上端， 所述第二拉伸夹具(1)位于下端， 第一拉伸 夹具(1)和第二拉伸夹具(2)均包括有夹头槽(11)、 夹头(12)、 伸缩轴(13)、 弹簧(14)和限位 挡板(15)， 所述夹头(12)、 弹簧(14)和限位挡板(15)均成对设置， 所述夹头(12)为楔形块 状， 其设置在所述夹头槽(11)内， 夹头(12)和夹头槽(11)之间的接触面为一斜面， 所述伸缩 轴(13)抵靠在夹头(12)上并能通过伸缩推动夹头(12)沿着 接触面上下滑动， 夹头(12)之间 的距离会随着滑动发生变化， 所述弹簧(14)的一端连接在夹头槽(11)上， 一端连接在夹头 (12)上， 所述限位挡板(15)的一端固定连接在夹头槽(11)上， 一端抵靠在夹头(12)的侧面， 所述制冷系统设置在试件定位系统的周围， 用来降低试件(3)及其周围环境的温度。 2.根据权利要求1所述一种深冷环境下纤维复合材料的拉伸测试定位装置， 其特征在 于： 所述第一拉伸夹具(1)的夹头(12)上设置有第一传感器(16)和第二传感器(17)， 用于试 件(3)的定位。 3.根据权利要求1所述一种深冷环境下纤维复合材料的拉伸测试定位装置， 其特征在 于： 所述制冷系统包括整体环境制冷系统， 所述整体环境制冷系统包括液氮汽化装置、 液氮 回流管路(21)、 密封壳体(22)和绝热层(23)， 所述密封壳体(22)、 液氮回流管路(21)和绝热 层(23)从内向外依次罩设在所述试件定位系统的外部， 所述液氮汽化装置包括汽化喷头 (24)和液氮储罐(25)， 所述汽化喷头(24)设置在所述密封壳体(22)内侧， 所述液氮储罐 (25)通过供压装置(26)连接汽化喷头(24)， 所述液氮回流管路(21)与所述供压装置(26)和 液氮储罐(25)相连接 。 4.根据权利要求3所述一种深冷环境下纤维复合材料的拉伸测试定位装置， 其特征在 于： 所述绝热层(23)由多层蜂窝状真空梯度结构组成， 其密度由内向外逐渐减小。 5.根据权利要求4所述一种深冷环境下纤维复合材料的拉伸测试定位装置， 其特征在 于： 还包括丝杆移动装置(4)， 所述丝杆移动装置包括步进电机(41)、 丝杆(42)、 固定块 (43)， 所述步进电机(41)连接并带动丝杆(42)旋转， 所述固定块(43)螺纹连接在所述丝杆 (42)上， 所述固定块(43)上设置有突出轴(44)， 在所述突出轴(44)的行进轨迹上设置有行 程开关(45)， 所述行程开关(45)能够控制步进电机(41)的开关； 所述制冷系统包括测试区 间制冷系统， 所述测试区间制冷系统包括两个半圆柱状罩壳(31)， 所述罩壳(31)上方设置 有注入孔(32)， 下方设置有流出孔(33)， 用于液氮的注入和回流， 所述罩壳(31)的边缘设置 有螺栓(34)， 两个罩壳(31)之间通过螺栓(34)密封连接， 所述丝杆(42)的一端活动连接在 罩壳(31)上， 当丝杆(42)转动时， 罩壳(31)能够实现开合， 所述试件定位系统设置在罩壳 (31)内。 6.根据权利要求5所述一种深冷环境下纤维复合材料的拉伸测试定位装置， 其特征在 于： 所述制冷系统还包括第一试件制冷系统， 所述第一试件制冷系统包括双螺旋制冷圈 (51)、 储氦 器(52)、 减压阀(53)和增压阀(54)， 所述储氦 器(52)的出口、 减压阀(53)、 双螺旋 制冷圈(51)的入口、 双螺旋制冷圈(51)的出口、 增压阀(54)和 储氦器(52)的入口依次连接 形成循环回路， 所述丝杆(42)活动连接在所述双螺旋制冷圈(51)上， 当丝杆(42)转动时， 能 够实现双螺 旋制冷圈(51)的移动， 试件(3)穿设在所述双螺 旋制冷圈(51)中。 7.根据权利要求5所述一种深冷环境下纤维复合材料的拉伸测试定位装置， 其特征在权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115112489 A 2于： 所述制冷系统还包括第二试件制冷系统， 所述第二试件制冷系统包括可调节储液头 (6)、 导管(61)和储氮器(62)， 所述可调节储液头(6)包括支撑体(63)、 左壁(64)、 右壁(65)， 所述左壁(64)和右壁(65)铰接在所述支撑体(63)的两侧， 左壁(64)和右壁(65)之间形成一 端口(66)， 所述储氮器(62)通过导管(61)连通可调节储液头(6)， 试件(3)通过密封圈(67) 嵌在所述端口(6 6)上， 所述丝杆(42)活动连接在可调节储液头(6)上。 8.根据权利要求1所述一种深冷环境下纤维复合材料的拉伸测试定位装置， 其特征在 于： 包括试件垂直度调整系统， 所述试件垂直度调整系统包括吸盘(71)、 多自由度机械臂 (72)、 夹嘴(73)、 工业摄像机(74)和图像处理系统， 所述夹嘴(73)设置在所述多自由度机械 臂(72)的前端， 能够实现360 °自由转动， 所述工业相机(74)设置在所述试件定位系统旁， 所 述图像处理系统分别与工业相机(74)和多自由度机械臂(72)相连接， 工业相机(74)拍摄的 试件(3)照片传输给图像处理系统进行试件垂直度求解后， 将结果反馈给多自由度机械臂 (72)带动试件(3)旋转。 9.根据权利要求8所述一种深冷环境下纤维复合材料的拉伸测试定位装置， 其特征在 于： 所述图像处 理系统对所述试件进行垂直度求 解的具体步骤如下： S1： 基于自适应邻域的图像二值化处理， 所述自适应邻域是为每个种子像素构建的， 由 所有的与所述种子像素满足某个相似性质的8 ‑邻接像素组成， 将灰度级别作为基本的像素 性质， 用于预处理的自适应邻域是基于加性或乘性的容忍区间， 所有与种子像素8 ‑邻接的 且灰度在容忍区间内的像素都属于自适应邻域， 像素f(i,j)的自适应邻域可以表述 为： |f(k,l)‑f(i,j)|≤T1或 式中， f(i,j)为种子像素， i和j为种子像素坐标， f(k,l)为种子像素8 ‑邻接的像素， k和 l为邻域像素坐标， T1、 T2是自适应邻域的参数， 代 表相邻像素与种子像素的最大不相似性； 所述局部自适应阈值根据像素的邻域块的像素值分布来确定该像素位置上的二值化 阈值， 所述每个像素位置处的二值化阈值由其周围邻域像素 的分布来决定， 局部 自适应阈 值选择局部邻域块的高斯加权和， 该算法是依据高斯函数对周围像素与中心像素之 间的距 离进行加权计算， 高斯权 重值计算公式如为： 式中， x和y是周围像素与中心像素在x和y方向上的距离， σ 是x的标准差； S2： 进行边 缘检测， 选择Can ny算子对图像进行边 缘检测， 首 先将图像f与算子Gn做卷积： 式中， n为局部边 缘的法向量， Gn是G沿n方向的一阶方向导数， *为卷积符号； 再估计每个像素局部边 缘的法向n： 边缘位于Gn与图像f卷积在n方向上的局部最大值 位置处：权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115112489 A 3