專利名稱：一種濕粘物料粘附特性測試裝置與方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種濕粘物料粘附特性測試裝置與方法，特別涉及一種基于圖像技術(shù)的農(nóng)業(yè)物料粘附特性測試裝置與方法。
背景技術(shù)：
農(nóng)業(yè)工程的相關(guān)研究常常會涉及到濕粘的農(nóng)業(yè)物料，尤其會涉及到濕粘農(nóng)業(yè)物料的粘附特性研究。如收獲機械在收獲超級稻和油菜時，清選篩必須要對濕粘的超級稻脫出物和油菜脫出物進行篩分清選，往往造成篩面粘附堵塞的難題，這需要研究濕粘脫出物的粘附特性并展開后續(xù)的減粘降阻研究。在農(nóng)業(yè)工程領(lǐng)域，傳統(tǒng)粘附特性測試方法是基于對“粘附力”的測試而展開的。例如，傳統(tǒng)土壤與金屬部件之間的粘附特性測試以界面法向最大脫附力為直接測試參數(shù)，并將其定義為“粘附力”，用以衡量界面之間的粘附特性。對應(yīng)的粘附特性測試裝置則包括早期由普通天平改制的土壤粘附力測定儀、江蘇工學(xué)院桑正中等開發(fā)的“液壓電測式土壤粘附力測定儀”(農(nóng)業(yè)機械學(xué)報，1984年第4期，99 100頁)、吉林工業(yè)大學(xué)任露泉等開發(fā)的 “土壤粘附力測量儀”(申請?zhí)朇N1020167C，專利號89108689)等。濕粘農(nóng)業(yè)物料與相關(guān)金屬部件之間的粘附力較弱以致難以區(qū)分其不同的粘附特性，基于對“粘附力”進行測試的粘附特性測試裝置與方法尚不能很好地測試出濕粘農(nóng)業(yè)物料粘附特性。因此，有必要開發(fā)新的粘附測試裝置與方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是要克服現(xiàn)有粘附特性測量裝置與方法所存在的上述不足之處，提供一種適合于農(nóng)業(yè)濕粘物料粘附特性測試的新方法及裝置，尤其是一種能夠直接反映濕粘農(nóng)業(yè)物料在相關(guān)工作部件上形成殘留粘附物難易程度的測試裝置與方法。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明使用濕粘物料在相關(guān)工作部件上殘留粘附物的面積作為表征濕粘物料粘附特性的直接測量指標(biāo)，并以殘留粘附面積為基礎(chǔ)，定義粘附率為X 100%，其中r為殘留粘附面積，為粘附接觸面積。因為殘留粘附物的形狀、分布不規(guī)則，所以殘留粘附面積不能采用傳統(tǒng)方法直接測出。圖像技術(shù)能實現(xiàn)非接觸式面積測量，且對測試對象的形狀與分布沒有要求。因此，本發(fā)明采用圖像技術(shù)對殘留粘附面積進行測量。本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下
本發(fā)明所述的一種濕粘物料粘附特性測試裝置由加載保時裝置、圖像采集系統(tǒng)和計算機共三部分組成。加載保時裝置由萬能試驗機改裝而成，包括加載夾頭、S型拉壓力傳感器、 移動橫梁和物料容器，其中S型拉壓力傳感器安裝在移動橫梁中央位置的下方，加載夾頭通過螺紋接口安裝在S型拉壓力傳感器下方，物料容器放置在萬能試驗機的底座上并位于加載夾頭的正下方，加載夾頭與粘附板的接觸面積不小于粘附板總面積的80%，粘附板放在物料容器內(nèi)的物料上面，且位于加載夾頭的正下方，S型拉壓力傳感器的量程為0 500N ；圖像采集系統(tǒng)由三角架、CCD、光源、定位擋塊和載物臺構(gòu)成，其中CCD安裝在三腳架頂端且在垂直平面內(nèi)角度可調(diào)，CCD的像素不小于300萬，光源位于載物臺的正上方，光源的色溫不小于5500K、不大于6500K且位于載物臺的正上方，載物臺由一木制斜面做成，載物臺的斜面傾角15° 30°，載物臺的斜面上貼有標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)紙，定位擋塊由長20cm、寬2cm、高2cm 的木制長方體做成，定位擋塊沿長度方向水平固定于載物臺中心偏下5 8cm處；計算機安裝有萬能試驗機控制軟件、matlab或VC++等能夠進行數(shù)值計算與圖像處理的程序軟件，計算機通過數(shù)據(jù)線分別與加載保時裝置和圖像采集系統(tǒng)連接?；谏鲜鲅b置的粘附測試步驟如下
(1)、將濕粘物料混勻后裝入物料容器中，并將物料容器水平放置在加載夾頭正下方； O)、將粘附板平放在濕粘物料上面，并位于加載夾頭的正下方，通過計算機控制加載夾頭對粘附界面進行恒力加載并保持一定時間后緩慢勻速卸載；
(3)、緩慢取下粘附板并進行翻轉(zhuǎn)，使粘附板與濕粘物料接觸的一面始終朝上，然后將粘附板置于圖像采集系統(tǒng)的載物臺的中心位置附近，使粘附板的下邊緣依靠在定位擋塊上，然后使用計算機控制CCD進行圖像采集；
(4)、使用計算機中的matlab程序或VC++程序?qū)λ杉膱D像進行特征提取、二值化處理，得到以殘留粘附物為特征的二值圖像，并計算特征的像素個數(shù)；
(5)、將特征圖像的像素個數(shù)除以實際面積得到關(guān)系系數(shù)，使用計算機中的matlab程序或VC++程序計算出殘留粘附物的實際面積，將殘留粘附物的實際面積除以粘附板的實際面積得到本發(fā)明中所定義的粘附率。同一批粘附測試試驗過程中，CXD的焦距和光源的上下位置均不能變動；同一批粘附測試試驗在同樣的外界光線環(huán)境中進行。本發(fā)明的效果是(1)本發(fā)明用對殘留粘附物面積進行測量的裝置與方法獲取農(nóng)業(yè)濕粘物料的粘附特性，改變了傳統(tǒng)上用對粘附力進行測量的裝置與方法難以獲得濕粘農(nóng)業(yè)物料粘附特性的情況；(2)實現(xiàn)本發(fā)明所述粘附測試方法只需要組合使用常見通用設(shè)備，可操作性強。


附圖中
圖1是本發(fā)明所述粘附特性測試的圖像采集系統(tǒng)示意圖； 圖2是采集得到的油菜殘留粘附物圖像； 圖3是提取特征后的油菜殘留粘附物圖像； 圖4是對特征圖像進行二值化之后的油菜殘留粘附物圖像； 圖5是本發(fā)明中的圖像處理程序框圖，代碼用matlab語言編寫； 其中A-粘附板，1-加載夾頭，2-S型拉壓力傳感器，3-移動橫梁，4-物料容器，5-濕粘物料，6-計算機，7-三角架，8-CXD，9-光源，10-定位擋塊，11-載物臺。
具體實施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下以油菜脫出物與普通篩板之間的粘附特性測試為例并結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳細(xì)說明。
第一步將濕粘油菜物料5混勻后裝入物料容器4中，并將物料容器4水平放置在加載夾頭1正下方；
第二步將普通篩板A平放在濕粘油菜物料5上面，并位于加載夾頭1的正下方，通過計算機6控制加載夾頭1對粘附界面施加恒力200N并保時60s，然后緩慢勻速卸載；
第三步緩慢取下普通篩板A并進行翻轉(zhuǎn)，使普通篩板A與濕粘油菜物料接觸的一面始終朝上，然后將普通篩板A置于載物臺11的中心位置附近，使普通篩板A的下邊緣依靠在定位擋塊10上，然后使用計算機6控制CCD8進行圖像采集，所采集的圖像如圖2所示；
第四步使用計算機6中的matlab程序?qū)λ杉膱D像進行特征提取，由于本例中的特征對象為油菜脫出物，顏色為綠色，與背景差異顯著，且畫面中再無其它綠色對象，故采用超綠特征提取方法對殘留粘附物其進行特征提取，然后選擇閾值為0. 15進行二值化分割，再計算出特征的像素個數(shù)為76846，程序代碼如圖5所示，所提取的特征圖像如圖3所示，二值化分割后的圖像如圖4所示；
第五步將特征圖像的像素個數(shù)除以實際面積得到關(guān)系系數(shù)為182. 25/mm2，使用計算機6中的matlab程序計算出殘留粘附物的實際面積為421. 6516mm2，將殘留粘附物的實際面積除以粘附板A的實際面積得到本發(fā)明中所定義的粘附率為9. 37%，計算代碼如圖5所
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權(quán)利要求
1.一種濕粘物料粘附特性測試裝置，其特征在于由加載保時裝置、圖像采集系統(tǒng)和計算機共三部分組成；所述加載保時裝置由萬能試驗機改裝而成，包括加載夾頭(1)、S型拉壓力傳感器(2)、 移動橫梁(3)和物料容器(4);S型拉壓力傳感器(2)安裝在移動橫梁(3)中央位置的下方， 加載夾頭(1)通過螺紋接口安裝在S型拉壓力傳感器(2 )下方，物料容器(4 )放置在萬能試驗機的底座上并位于加載夾頭(1)的正下方；所述圖像采集系統(tǒng)由三角架(7)、CXD (8)、光源(9)、定位擋塊(10)和載物臺(11)構(gòu)成， 所述CXD (8)安裝在三腳架(7)頂端且在垂直平面內(nèi)角度可調(diào)，光源(9)位于載物臺(11) 的正上方，載物臺(11)為斜面，載物臺(11)的斜面上貼有標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)紙，定位擋塊(10)沿長度方向水平固定于載物臺(11)中心偏下5 8cm處；所述計算機(6)安裝有萬能試驗機控制軟件、進行數(shù)值計算與圖像處理的程序軟件，計算機(6)通過數(shù)據(jù)線分別與加載保時裝置和圖像采集系統(tǒng)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種濕粘物料粘附特性測試裝置，其特征在于(XD(8)的像素不小于300萬。
3.根據(jù)權(quán)力要求1所述的一種濕粘物料粘附特性測試裝置，其特征在于光源(9)的色溫不小于5500K、不大于6500K。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種濕粘物料粘附特性測試裝置，其特征在于所述載物臺 (11)為木制斜面，載物臺(11)的斜面傾角15° 30°。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種濕粘物料粘附特性測試裝置，其特征在于所述定位擋塊(10)為長20cm、寬2cm、高2cm的木制長方體。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種濕粘物料粘附特性測試裝置，其特征在于所述加載夾頭(1)與粘附板(A)的接觸面接不小于粘附板(A)總面積的80% ；粘附板(A)放在物料容器 (4)內(nèi)的物料上面，且位于加載夾頭(1)的正下方。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種濕粘物料粘附特性測試裝置，其特征在于所述S型拉壓力傳感器(2)的量程為0 500N。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種濕粘物料粘附特性測試裝置，其特征在于所述S型拉壓力傳感器(2)的量程為0 500N。
9.實施根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種濕粘物料粘附特性測試裝置的測試方法，其特征在于具體步驟為，A)、將濕粘物料(5)混勻后裝入物料容器(4)中，并將物料容器(4)水平放置在加載夾頭(1)正下方；B)、將粘附板(A)平放在濕粘物料(5)上面，并位于加載夾頭(1)的正下方，通過計算機 (6)控制加載夾頭(1)對粘附界面進行恒力加載并保持一定時間后緩慢勻速卸載；C)、緩慢取下粘附板(A)并進行翻轉(zhuǎn)，使粘附板(A)與濕粘物料接觸的一面始終朝上， 然后將粘附板(A)置于圖像采集系統(tǒng)的載物臺(11)的中心位置附近，使粘附板(A)的下邊緣依靠在定位擋塊(10)上，然后使用計算機(6)控制CXD (8)進行圖像采集；D)、使用計算機(6)中的matlab程序或VC++程序?qū)λ杉膱D像進行特征提取、二值化處理，得到以殘留粘附物為特征的二值圖像，并計算特征的像素個數(shù)；E)、將特征圖像的像素個數(shù)除以實際面積得到關(guān)系系數(shù)，使用計算機(6)中的matlab程序或VC++程序計算出殘留粘附物的實際面積，將殘留粘附物的實際面積除以粘附板(A) 的實際面積得到粘附率。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述一種濕粘物料粘附特性測試方法，其特征在于同一批粘附測試試驗過程中，CXD (8)的焦距和光源(9)的上下位置均不能變動；同一批粘附測試試驗在同樣的外界光線環(huán)境中進行。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種濕粘物料粘附特性測試裝置與方法，主要應(yīng)用于農(nóng)業(yè)物料粘附特性測試領(lǐng)域，以解決傳統(tǒng)粘附測試裝置與方法不適應(yīng)農(nóng)業(yè)物料粘附特性測試的難題。所述粘附特性測試裝置包括加載保時裝置、計算機和圖像采集系統(tǒng)三部分。基于該粘附特性測試裝置的測試方法為采集粘附板表面殘留粘附物圖像并對其進行特征提取和二值化處理，依次計算出特征的像素個數(shù)、殘留粘附物的實際面積和本發(fā)明所定義的粘附率，從而獲得濕粘物料粘附特性。本發(fā)明為基于農(nóng)業(yè)物料粘附特性的后續(xù)研究提供了新的測試方法，可以解決傳統(tǒng)粘附測試方法不適應(yīng)農(nóng)業(yè)物料粘附特性測試的難題。
文檔編號G01N19/04GK102494996SQ20111036705
公開日2012年6月13日 申請日期2011年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月18日
發(fā)明者徐立章, 李耀明, 馬征 申請人:江蘇大學(xué)