專利名稱：預拉伸監測方法
技術領域：
本發明涉及一種傳感器方法，尤其涉及一種張力監測系統，用基于視覺圖像 的方法監測材料的機械預拉伸。
背景技術：
在測量對材料施加的力所產生的應變所使用的傳統技術中，例如測量扭矩或 線應變的應用，將傳感器固定在需要測量的材料上，然后在傳感器和調節及分析 電子器件之間建立電耦合。這種方法存在缺點，例如需要電耦合隨著時間的推移 能夠始終保持合適的性能，例如應用中存在的問題包括旋轉部分形成了感興趣的 對象，而調節和分析電子器件卻靜止不動。這種情況的一個典型例子是用應變儀 利用電阻技術測量旋轉軸的扭矩，這里用滑環連接傳感器和電子器件；由于接觸 面會產生磨損，隨著時間的推移，滑環的質量會逐漸下降。同時，應變儀也相當 昂貴，這就限制了其應用于某些測試測量中，特別不適合作為常規裝備使用。應 變傳感器可以用于檢測由于機械力所施加在材料上的張力。
為了這個目的，已經研發出了很多不同的技術以提高儀器的質量和/或分辨 率。利用不用形式的磁耦合的傳感器系統，利用電容耦合的傳感器系統和基于視 覺圖像的傳感器系統已經被開發出來了。每種技術都有它自身的缺點，分別表現 為易受外源或錯誤的干擾，分辨率降低，成本增加以及可靠性降低。
例如，基于視覺圖像的方法經常伴隨有低分辨率和/或要求復雜昂貴的光學和 機械裝置。然而，基于視覺圖像方法的一個優點是在非固定性應用中使用更加容 易，例如圖像采集設備不需要永久性地固定在與需要測量物體相關的位置上，而 是可以移走，隨后(及時)放回再進行測量。
JP1131406提供了一種這樣的方法，其中圖像采集設備檢測莫爾條紋圖并從 條紋之間的距離來測定應變。然而，這一技術需要高質量的光學器件并且只能用 于測量某個時間點在一個方向上的應變。
WO9414029中提到了另一個例子，其中公開了一種對三維圖案分量進行應 變分析的測量系統。該系統利用CMM用照像機對感興趣的對象上形成的圖案進行測量。這是一種昂貴的并且是機械復雜的方法，需要對圖案進行校準，并且分 辨率低。
另一種技術方案是FR2823849，利用基于視覺圖像的方法測量物體的形變和 應變。
FR2835603公開了一種基于視覺圖像的方法，用于測量物體的位移和/或形 變。然而，這篇文獻沒有提及應變的測量。
WO 2007/073272公開了一種用于確定物體位置的設備、方法和系統，尤其 公開了一種基于視覺圖像的方法，其利用一種包含絕對位置數據的圖案。
本發明的目標是解決這些問題中的至少一個。

發明內容
本發明有很多個方面，其中第一個方面涉及一種張力監測系統，包括--一個物體，是緊固裝置的一部分，將第一個物體相對于第二個物體固定，在
所述物體的表面提供至少一種圖案，該圖案包括多個圖案部分，各圖案部分之間
互相間隔一定距離排列，距離范圍以能在一預定的范圍和分辨率內檢測到張力為
宜，其中圖案部分包括多個點，每個點在物體上固定排列；
-至少一個照像機(4,33,33，,701)，用于采集物體(2,22,31,707)上的至少一
種圖案G，23,32,32',704)的至少一個圖像；
-計算設備(500)，用于接收來自至少一個照像機的圖像信息；
其中，計算設備用圖像分析算法對采集的圖像進行分析，圖像分析算法用對
比檢測方法確定點的幾何中心，從而檢測每個圖案點的位置，測定至少兩個圖案
部分之間的距離，并用物體機械松弛時兩個圖案部分之間的距離作為參考值計算
物體內產生的張力。
圖案可進一步包括信息點。
信息點可以包括物體上的相對位置、與至少一個相鄰點的距離和校準信息中 至少一個的相關信息。
計算設備可以進一步設置為獲取照相機和物體之間距離的相關信息。 計算設備可以設置為對距離對應變計算的影響進行校正。
本發明的另一個方面是一種應變檢測設備，包括至少一個照相機，用于采集感興趣物體上的至少一個圖案的至少一個圖像， 其中圖案包括多個點，每個點以這樣的方式排列在物體上，即隨著物體的移動而 移動；
計算設備；
其中計算設備利用算法對采集的圖像進行分析，所述算法用對比檢測方法確 定點的幾何中心，從而檢測每個圖案點的位置，測定至少兩個圖案點間的距離， 并用無應變時的兩個圖案點間的距離作為參考值計算物體內產生的應變。
圖案可進一步包括信息點。
信息點可以包括物體上的相對位置、與至少一個相鄰點的距離和校準信息中
至少一個的相關信息。
計算設備可以進一步設置為獲取照相機和物體之間距離的相關信息。
計算設備可以設置為對距離對應變計算的影響進行校正。 本發明的另一個方面提供了一種檢測物體內應變的方法，包括以下步驟 用機器在物體上提供一種對照變化的圖案； 采集該圖案的至少一個圖像； 對圖案進行分析； 確定圖案點的幾何中心； 測量至少兩個圖案點之間的距離； 利用參考值計算無應變狀態下兩個圖案點之間的距離； 計算物體內的應變，應變為測量得到的距離和計算得到的距離的函數。 本發明的另一個方面提供了一種計算機程序，其存儲在計算機可讀存儲器上 并在處理設備上運行，用于檢測物體內的應變，包括用于以下方面的指令集 用直接或間接連接到處理設備上的照相機采集圖案的至少一個圖像； 對圖案進行分析； 確定圖案點的幾何中心； 測量至少兩個圖案點之間的距離；
利用參考值計算無應變狀態下兩個圖案點之間的距離； 計算物體內的應變，應變為測量得到的距離和計算得到的距離的函數； 顯示計算得到的應變。
6本發明的另一個方面提供了一種監測物體內應變的系統，包括 一個物體；
對照變化的圖案，處于物體表面上； 照相機，用于采集圖案的圖像； 計算設備，與照相機相連；
其中計算設備利用算法對采集的圖像進行分析，該算法用對比檢測方法確定 點的幾何中心，從而檢測每個圖案點的位置，測定至少兩個圖案點之間的距離并 計算物體內產生的應變。
進而，本發明可以實現為一種在緊固裝置中使用的墊圈，包括一種彈性材料， 在其表面上有由多個點組成的圖案，具有對照性的變化，以適合于確定每個圖案 點的幾何中心，其中所述的圖案受到墊圈內產生的應變。
本發明的一個優點是可以在幾個方向上同時測量應變。用同一個檢測設備可 獲得多個地點的測量值，從而得到幾何應變剖面圖。而且，也可以獲得其它參數 的測量值，如不同類型的應變(線性、彎曲、扭矩以及線性應用中的扭矩)和物 體相對于檢測設備的位置。
人們可以獲得物體上的圖案所編碼的有關物體身份和/或校準數據的信息。


下面，參照所附附圖中所示的具體實施方案，以非限制性的方式對本發明進 行更加詳細的描述，其中
圖1示意性地描述了根據本發明第一個實施方案的應變傳感器系統；
圖2示意性地描述了根據本發明第二個實施方案的應變傳感器系統；
圖3A示意性地描述了根據本發明的扭矩傳感器；
圖3B示意性地表示圖3A的部分側視圖4示意性地描述了根據本發明的方法；
圖5示意性地描述了根據本發明的測量設備；
圖6示意性地描述了本發明使用的圖案節點的細節；
圖7示意性地描述了根據本發明的鏡頭裝置；和
圖8示意性地描述了本發明的另一個實施方案。
具體實施例方式
參照圖1，圖1描述了根據本發明的應變傳感器或張力監測系統1，其中附 圖標記2表示一個物體，應變(圖1中箭頭6表示應變的主要方向)是由于某些 機械過程而引起的，這種應變是我們感興趣測量的。在物體上提供有圖案3，該
圖案包括多個節點并且可選擇性地包括位置點/信息點。圖案將在下文進行更加
詳細地討論。圖像采集設備(例如照相機)4檢測到圖案后，將與圖案相關的信 號傳給分析設備，進行圖像分析。分析設備可以與照相機4一起合并到同一個傳 感器系統包裝5內。分析設備優選使用一種質心算法或者一種確定圖案部分幾何 中心的算法來確定每個單獨的圖案部分的位置。通過這樣的分析，可以確定物體 上的圖案的位置，如果圖案是唯一編碼的，物體也可以被認別，并且部分圖案的 機械位置相對于該圖案的其它部分可以定位，即如果已知部分圖案在無應變時的 機械位置，就可以測定在圖案部分之間物體中所產生的應變。 本發明應用的幾個例子將在下文予以描述。
在第一個應用中，物體受到系統中一些力所加載的靜態張力或半靜態張力， 導致材料發生應變，對應變/張力進行測量。例如，用于與另一物體固定的螺栓 和螺母，當螺母投入使用時，受到應變。可以在螺母、螺栓頭上或者在螺母或螺 栓頭與另一物體(該物體用螺栓和螺母固定)之間所插入的分離墊圈上測量這種 應變/張力。應當理解的是，當一個物體與另一個物體固定在一起時，如果螺栓
螺紋配合地擰入被固定物體上的螺紋接受部分，那么可以省去螺母。例如，假設 要將一個車輪緊固到汽車上，經常從車輪的一側將多個螺栓放入車輪的接受孔進
行固定，而在車輪的另一側有多個帶螺紋的接受結構，當螺栓擰入這些接受結構 時鎖住螺栓。在螺栓和車輪之間可以放置墊圈，在擰緊操作過程中產生的應變也 會傳遞到墊圈上。可以用測試設備檢査應變當前的狀態，從而使駕駛者確信每個 固定車輪的螺栓都已經擰緊了并安裝合適了。另外一個例子同樣另人感興趣，就 是固定發動機的氣缸蓋，我們所感興趣的是使氣缸蓋相對于發動機組得到均衡且 對稱地緊固。
一些技術面涉及每個固定結構的螺栓必須安裝緊，螺栓必須保持一定的緊度 (即固定結構中的應變達到某種水平)。這些技術面涉及壓力容器、諸如石油工 業中與石油鉆塔相關的大型軸承、建筑工地上的大型起重機結構等等。在這些地方，如果一個或幾個螺栓出現故障，就會發生錯綜復雜的事故。例如在石油工業 中有安全保障方面的要求，需要檢查軸承結構中的每個螺栓。類似的，在核能生 產工業中對于壓力容器也需要這樣做。因此，需要獲得一種快速可靠的裝置，用 于測量螺栓中的應變。
圖2顯示了上面所述實施例的一種變體的側視圖螺桿/螺栓27具有螺紋部 分28，螺紋部分28與物體29的螺紋部分(沒有顯示)相匹配。墊圈22包括圖 案23，墊圈22安裝在螺桿頭20和物體29之間。螺桿和物體可以看成一個緊固 裝置21。帶有分析設備(如與圖1相關的描述所討論的)和包裝5的照相機4 用于采集圖案的圖像。在本實施方案中，帶有圖案的墊圈和帶有包裝的照相機可 以看作一個傳感器系統21。當螺桿/螺栓固定到物體上時，螺桿和墊圈產生了張 力。這種張力導致墊圈的幾何尺寸改變，這會依次對圖案各部分的相對位置產生 影響。例如，如果圖案包括多個點，這些點中心之間的距離會發生變化。這種距 離變化可以用上面所討論的質心算法進行檢測，然后就可以測定所加載的張力。
用螺桿/螺栓緊固物體可以如本領域熟練技術人員所理解的通過利用扭矩轉 動螺桿(例如用扳手)或者利用螺栓張緊器(如hydrocam張緊器)來實現。螺 栓頭和物體中間加一個墊圈，用手擰緊螺栓，將其緊固到物體上，此時螺栓張緊 器開始工作向螺栓施加拉力。當施加拉力時，螺栓被拉長，墊圈略微變松。朝著 物體的方向轉動墊圈(墊圈是內螺紋，其螺紋與螺桿的螺紋相匹配)，使墊圈緊 固到物體表面上，之后釋放掉拉力，從而提供預拉伸。應當注意的是，墊圈不需 要有螺紋但應能適用于施加拉力的過程；因此墊圈需要有一個開口部分，以便將 墊圈推入到螺桿頭的下面。通常，在螺栓張緊器中使用的螺栓包括一個帶銷螺栓 裝置，其與一個螺母擰到墊圈上擰緊；不過也可以使用其它利用墊圈的技術方案。
應當注意的是，在本發明另一個實施方案中，墊圈可以以合適的方式與螺母 合并，只要在拉伸過程中施加的力能夠通過螺母的墊圈部分傳遞即可。圖8為螺 母/墊圈合并的例子。螺栓頭也可以與墊圈合并(沒有顯示)。圖8將在后面進行 更為詳細的討論。
對于墊圈和/或包含墊圈的螺栓這類應用，本發明優選應用于相關尺寸為M10 或更大的系統，例如M16和M20等等。但本發明不限于此范圍。本發明仍可應 用于較小尺寸的系統。而且，本發明不限于米制結構，而是可應用于任何系統
9所提到的米制M20僅僅是為了說明尺寸而舉的一個例子。
從上文可以看到，可以對承重的結構提供檢測，這些結構可以是物體的一部 分，如螺栓或合并的墊圈/螺桿方案，也可以直接對物體如滾柱/滾珠軸承組件的 承重部位提供檢測；當把軸承安裝到軸上時，可以用巻曲方法固定軸承，于是軸 承的內圈(或外圈)受力，預拉伸該系統。
照相機/分析裝置可以永久性的與墊圈同時提供或者作為一個場地模塊提供， 間歇式地用于緊固裝置21張力的場地檢査。例如，進行檢查的用戶可以配備一 個探針(包括照相機、分析設備和顯示裝置用于顯示檢測到的張力值)，在他巡 回檢査需要檢査的設備時隨身攜帶。用戶靠近設備進行測試，將探針伸到一個固 定架(沒有顯示)內，該固定架的位置與圖案相關，以提供一個剛性的接受架， 這樣當探針移走后再放回時多次測量值會有很好的再現性。
固定架或引導架能夠使探針放在與圖案相距一固定距離位置上，這樣不同次 測量之間的距離就不會改變(因為照相機與圖案之間的距離會引起測量誤差)； 在采集的圖像中圖案各點間的距離作為照相機與圖案之間的距離與加載的張力 的函數而變化。
可以使用合適的照相機鏡頭組來進一步減小誤差。鏡頭裝置(如圖7所示) 可以包括這樣一種方案，其中一個鏡頭702處于與照相機701相對的位置和一個 鏡頭703放置在與圖案704相對的位置。這種鏡頭裝置提供了這樣一種技術方案 平行光束705從圖案到照相機以這樣一種方式傳遞，即使檢測系統基本上與照相 機和圖案之間的距離705無關(因為第一個鏡頭702與照相機701之間的距離 706是固定的，并且第二個鏡頭703與圖案704之間的距離708也是固定的。) 可替代的是，不再提供固定架，而是使傳感系統依賴于所述的鏡頭系統。
另外或者作為補充的是，通過利用這樣一個事實拉伸所產生的應變主要集 中在某個方向上并且主要在一個方向上對圖案中各點間的距離產生影響，而在另 一方向上各點間的距離或多或少地未受影響，或者通過分析部分圖案不同點之間 的關系，圖像分析就可以用圖案本身作為參考值以測定照相機和圖案之間的距 離。因此，通過測定在未受影響方向上各點間的距離，可以推導出照相機到圖案 的距離，這是因為圖案無應變時各點間的距離是已知的。而另一個方案則通過一 些其它的測量方法如使用機械裝置(如螺旋千分尺或類似的長度測量裝置)或者光學測量裝置(如激光設備)來測定距離。
為了進一步提高應變傳感器的靈敏度和分辨率，可以使用溫度傳感器來處理 溫度對系統和物體的影響。
另外，可以圍繞著墊圈的周邊對多個位置點進行測量并取測量的平均值，從 而解決了墊圈相對于螺桿/物體不平衡的問題。對多個位置點的測量也可提供周 邊一圈張力的有關信息，以確定墊圈/螺桿的任何特定部分是否有任何形式的破
損o
墊圈優選由這樣的材料制成，其機械性能適合產生一定范圍的應變并且其性 能長期穩定，能使用相當長的時間。優選使用尺寸適合的金屬材料，例如不銹鋼、 鋁、鐵、銅、黃銅、鈦等等。墊圈上可以提供一層氧化還原涂層或者一些其它合 適的物理保護。
圖案可以通過電鍍、激光誘導、機械誘導等直接與墊圈合并，或者圖案也可 提供在一層單獨的膜上，膜與墊圈相配(例如印在塑料金屬膜上的圖案，這層膜 粘在墊圈上)。
通過測量圖案的角變形，也可以測量墊圈或螺桿上的扭矩。 圖案可選擇性地提供在螺桿頭一側位置靠近物體，在這里在一定條件下可以 產生應變。
圖3示例性地說明了一個扭矩測量的例子(扭矩計)。軸31上有兩組圖案32， 32'，它們之間間隔一段距離。照相機33， 33'(可選擇性地帶有分析裝置，如電 子器件和/或計算設備)對準每組圖案以測定一組圖案相對于另一組圖案的位置。 如果軸受到扭矩，兩組圖案相互之間將會有一個角度的偏移。如果兩個照相機能 夠及時同步，可以測定這個角度差并推導出軸31上的扭矩。在一種可替代的實 施方案中，如果采集到圖像足夠大，大到足以容納兩組圖案，那么使用一個單獨 的照相機也是可以的。在另一個實施方案中，用一個照相機釆集一組圖案的圖像 如果扭矩足夠大或者要求的靈敏度、分辨率和/或測量設備的范圍允許， 一組圖 案中的點與另一組之間互相偏轉，從而指示出扭矩的大小。同步可以在照相機系 統之間的通信連接裝置34中方便地進行。應當注意的是，照相機不限于檢測可 見光，而是可以設置成檢測電磁波譜中的一些其它部分紫外光譜或紅外光譜部 分。
11扭矩計30可放置在一個單獨的箱體36內，可以包括一個或多個照相機33, 33'，用于傳遞測量值的接口 37和用于支撐軸31的軸承35, 35'。軸31可以與 扭矩計30同時提供或由用戶自己提供。當與扭矩計同時提供時，軸31可配備與 另一個軸連接的裝置(例如根據應用，在一端或兩端有某種類型的花鍵聯接)， 從而安裝到一個組件現有的部分上，此時扭矩計可以適用。然而，扭矩計也可以 滑到軸上，繞著現有的軸應用安裝，此時軸上已經準備有合適的圖案。
圖像分析可以在照相機里進行或者在單獨的計算設備里(沒有顯示)進行。
在對測量扭矩感興趣的應用中，根據要求的分辨率可以方便地使用多個照相 機。進一步，本發明提供了一種方案，可給出有關系統測量對象的額外信息如 要測量扭矩的物體的位置或者物體的轉動速度。利用多個照相機，系統可以提供 軸在x， y， z方向上相對于照相機平移的信息。多個照相機優選安裝時相互之間 存在一定的角度差，如圖3B所示，照相機33和33'相差大約45度圍繞著軸31 安裝。角度可以在0到360度的范圍內。
圖4說明了在應用中測量物體中應變的方法，在這里間歇性地測量應變，例 如偶爾使用場地探針并在各次測量之間移走探針。
41. 給物體在某個位置提供一種圖案，在這個位置上產生的拉伸將會提供應變。
42. 使物體受到拉伸。
43. 在物體遭受應變后和/或施加拉伸的過程中，利用上面所討論的應變檢測設 備，獲取圖案的一個或多個圖像，測量初始應變。對圖像進行分析，可選擇性地 存儲部分圖案的位置。但應當注意的是，當圖案是以各部分圖案之間已知的距離 構成的時候，就檢測應變來說沒必要存儲這種信息，但無論如何這種信息也是令 人感興趣的，因為它可以顯示出所產生的應變隨著時間變化而發生的變化。
44. 移走探針。
45. 經過某個合適的時間間隔，將探針放回再對圖案測量一次，看看是否有任何 改變并記錄應變值。
本發明中的一部分涉及對照相機采集的圖像進行分析。分析優選通過計算設 備如微處理器、FPGA (現場可編程門陣列)，ASIC (專用集成電路)，PC或類 似設備中的軟件完成。圖5中所示的例子為這種計算設備500與處理器501和用 于存儲軟件、結果和/或中間值的存儲器502。存儲器可以包括易失性存儲器或非易失性存儲器或這些的結合。存儲器可以是RAM、 EPROM、 EEPROM、 Flash、 硬盤、記憶棒或本領域熟練技術人員所理解的類似存儲單元中的至少一種。
計算設備可進一步包括傳感器接口 503和通信接口 504。傳感器接口設置為 與照相機進行通信，也可以進一步設置為接收來自其它感興趣的傳感器的信號以 從它們那里獲取數據。這些傳感器例如可以包括溫度、濕度、磁場和/或電場、 速度、轉動速度或類似的。通信接口可以設置為通過通信協議(例如使用IP的 以太網，RS232， RS485， 12C， CANbus， GPIB， HPIB， VXI， PXI， ISA, Firewire， USB， IDE，各種版本的PCI，各種版本的SCSI和VME)與其它設備連接，從 而交換數據并控制信號。用戶可以與PC的計算設備500迸行通信，例如從設備 500處獲取讀數并將設備500設置為測量；設定測量范圍，靈敏度，定時等本領 域熟練技術人員所理解的特征。計算設備可以是為了在本發明的各種應用中使用 而特別安排的單獨設備，或者計算設備也可以是一些其它設備如PDA或移動電 話的一部分。
計算設備500也可以包括一個直接的用戶界面裝置，利用一個用戶界面定位 在設備上，例如連接到計算設備上的觸摸面板或按鈕和/或本領域熟練技術人員 所理解的其它類似的機械界面設備。
計算設備500也可以設置為與中央服務器進行通信，以便上傳數據和/或接收 為物體測量所用的校準數據。
圖案節點可以包括任何合適的形狀，以便數字化檢測該形狀的幾何中心，但 優選包括圓600，圓600具有未填充的中心部分(如圖6所示)，即圖案點有一 個填充環，包圍著未填充的中心區。使用具有這些特征的圖案節點的好處是確定 位置所使用的算法有四個對照移動區域可以測量(在圖6中箭頭601表示分析方 向) 一個是602，正從圓外進入填充環區； 一個是603,正處在填充區并且正要 進入未填充的中心部分； 一個是604，在與初始檢測相對的一側正要從未填充的 中心部分進入填充環； 一個是605，正處在填充環，部分在圓形圖案部分的外面。 不過應當理解的是，其它幾何形狀也可以使用；具有填充或未填充的中心部分 例如正方形、三角形或任何其它形狀。根據本發明用于何種類型的應用，可以在 一個或幾個分析方向上進行確定幾何中心的分析。
另外，也可以為圖案提供關于每個圖案節點定位的信息點。該信息可以被編碼成一組信息點例如， 一組圖案可以包括多個相同或不同特征的點(或它們的 組合)以及彼此的相對位置(而且這組信息點中缺少的點也可以看作是信息點)。 信息點可以提供該節點相對于其它節點定位的相關信息(例如給出了獲得每個節 點的絕對位置的可能性，或者提供關于無應變狀態下相鄰節點之間距離的信息 (不需要在中央服務器或在本地存儲這樣的數值)或者其它感興趣的校準信息 (例如圖案應用在物體上的任何非線性影響，照相機的影響，應變的影響例如， 如果產生的應變在所有方向上都是非線性的等相關信息))。
提供這種與校準相關的信息點的過程可以是首先在物體上提供多個節點， 測量每個相鄰節點間的距離，并給信息點提供物體的這一信息。
圖8描述了一種可替代的實施方案，其中螺母800配備一個組合螺母頭801
和一個墊圈部分804，組合螺母頭801用于接受一個緊固用的工具，而墊圈部分 804帶有圖案802。應變通過墊圈部分傳遞，因此可以用圖案802來檢測應變。 本發明可以在許多特定的應用中適用，例如
1. 測量電動機軸上的扭矩(傳感器可以合并到電動機箱內)。
2. 與軸承聯合，例如在軸承箱內。
3. 對預應變的螺栓進行測量，如在不同時間點和/或時間間隔測定螺栓的應 變。
4. 測量方向盤軸上的扭矩，用在電動轉向應用中。
5. 測量橋梁、建筑物、水壩、密封墊、鐵軌(鐵路上的)、風力碾磨機以及 部分車輛局部的應變。
6. 測量緊固元件在諸如大型起重機等應用中所受的張力。
7. 在實驗室環境中使用的測試鉆塔，例如應變實驗，用于測定材料的抗張 強度等等。
應當注意的是，"包括"一詞不排除除了所列出的那些之外還存在著其它 的元件或步驟， 一個元件前的"一個"一詞不排除有多個這樣的元件存在。應 當進一步注意的是，任何附圖標記都不會對權利要求的范圍起限定作用，一 些"裝置"、"單元"或"設備"可以用相同項目的硬件替代，本發明至少部分可 以用硬件或軟件來實現。上面所提及的和所描述的實施方案僅以實施例的方式給出，不應當對本 發明有任何限制。如下面專利權利要求所描述的，在本發明范圍內的其它方 案、用途、目的和功能對于本發明的熟練技術人員來說應當是很明顯的。
權利要求
1.一種張力監測系統，包括-一個物體，是緊固裝置的一部分，將第一個物體相對于第二個物體固定，在所述物體的表面提供至少一種圖案，該圖案包括多個圖案部分，各圖案部分之間互相間隔一定距離排列，距離范圍以能在一預定的范圍和分辨率內檢測到張力為宜，其中圖案部分包括多個點，每個點在物體上固定排列；-至少一個照像機(4，33，33’，701)，用于采集物體(2，22，31，707)上的至少一種圖案(3，23，32，32’，704)的至少一個圖像；-計算設備(500)，用于接收來自至少一個照像機的圖像信息；其中，計算設備用圖像分析算法對采集的圖像進行分析，圖像分析算法用對比檢測方法確定點的幾何中心，從而檢測每個圖案點的位置，測定至少兩個圖案部分之間的距離，并用物體機械松弛時兩個圖案部分之間的距離作為參考值計算物體內產生的張力。
2. 根據權利要求l的系統，其中圖案進一步包括信息點。
3. 根據權利要求2的系統，其中信息點包括物體上的相對位置、與至少一個相 鄰點的距離和校準信息中至少一個的相關信息。
4. 根據權利要求1的系統，其中計算設備進一步設置為獲取照相機和物體之間距離的相關信息。
5. 根據權利要求4的系統，其中計算設備設置為對距離對應變計算的影響進行校正。
6. 根據權利要求l的系統，其中物體為墊圈。
7. 根據權利要求6的系統，其中墊圈具有用于增強圖案所在表面的形變效果的幾何結構。
8. 根據權利要求7的系統，其中幾何結構包括一個細窄部分，該部分位于沿螺栓縱向軸方向上的兩個接觸面之間。
9. 根據權利要求8的系統，其中細窄部分位于墊圈的外周邊或內周邊至少之一上。
10. 根據權利要求6的系統，其中墊圈適合于M16或更大的螺栓。
11. 根據權利要求l的系統，其中物體包括引導結構，用于在與物體相對的位置接受照相機。
12. 根據權利要求l的系統，其中照相機相對于物體是可活動的。
13. —種墊圈，用作如權利要求l所述的系統中的物體。
14. 一種檢測物體內機械張力的方法，包括如下步驟-提供對照變化的圖案，該圖案固定在物體上，而物體為緊固裝置的一部分；-用圖像采集設備釆集該圖案的至少一個圖像；-用圖像分析方法對圖案進行分析，以確定圖案部分的幾何中心；-測定圖像采集設備與圖案之間的距離；-利用圖像分析和測定的圖象采集設備與圖案之間的距離，測定至少兩個圖案部分之間的距離；-利用參考值獲得在無拉伸狀態下兩個圖案部分之間的距離；-計算物體內的張力，張力為測量得到的距離和計算得到的距離的函數。
15. 根據權利要求14的方法，進一步包括在物體上的不同位置采集圖像的步驟。
全文摘要
本發明涉及一種張力監測系統，該系統包括至少一個照相機，用于采集感興趣物體上的至少一種圖案的至少一個圖像，其中該圖案包括多個點，每個點以這樣的方式排列在物體上，即隨著物體的移動而移動；計算設備；其中計算設備利用圖像分析算法對采集的圖像進行分析，該圖像分析算法用對比檢測方法確定點的幾何中心，從而檢測每個圖案點的位置，測定至少兩個圖案部分之間的距離，并用物體機械松弛時兩個圖案部分之間的距離作為參考值計算物體內產生的張力。
文檔編號G01L3/12GK101688769SQ200880023132
公開日2010年3月31日 申請日期2008年7月3日 優先權日2007年7月3日
發明者喬納斯·尼爾薩加德, 奧利·塔克曼 申請人:G科德系統有限公司