CN206208767U - 相变温度测试仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种相变温度测试仪。其中，相变温度测试仪包括：用于容纳被测样品的容器；加热装置，对所述容器内的被测样品进行加热；图像获取装置，用于获取被测样品的图像；温度传感器，与所述容器连接，用于检测所述被测样品的温度变化；处理器，与所述图像获取装置和温度传感器电子连接，用于执行下述处理：根据获取的图像检测被测样品由于加热导致的位移变化，并根据检测到的位移变化和温度变化生成被测样品的温度位移曲线。本实用新型所提供的相变温度测试仪实现了对镍钛合金相变温度的非接触式测量，能对任何规格和形状类型的镍钛合金支架进行精准的测试，并且适用性广。

Description

相变温度测试仪

技术领域

本实用新型涉及一种相变温度测试仪，尤其涉及一种用于检测镍钛合金的相变温度的非接触式相变温度测试仪。

背景技术

现有实践中，通常采用人工判断的方法来测试镍钛合金的相变温度A_S和A_F，但这样测试的准确度不高且工作量大。因此，近几年研发出了可以实现自动检测A_F的接触式相变温度测试仪，即通过接触镍钛合金来检测其随温度变化的形状变化。但对于毫米级的微小的镍钛合金支架，接触式相变温度测试仪具有局限性，其位置传感器与被探测棒之间会存在机械摩擦误差，难以对微小的镍钛合金支架进行准确测量。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种非接触式的能够准确检测相变温度A_S和A_F的相变温度测试仪。

为了实现上述目的，本实用新型提供的相变温度测试仪，包括：用于容纳被测样品的容器；加热装置，对所述容器内的被测样品进行加热；图像获取装置，用于获取被测样品的图像；温度传感器，与所述容器连接，用于检测所述被测样品的温度变化；以及处理器，与所述图像获取装置和温度传感器电子连接，用于执行下述处理：根据获取的图像检测被测样品由于加热导致的位移变化，并根据检测到的位移变化和温度变化生成被测样品的温度位移曲线。

在一些实施方式中，所述图像获取装置包括：摄像头，用于拍摄被测样品以获得被测样品的图像；以及支撑机构，用于将摄像头支撑在拍摄位置以对被测样品进行拍摄。可选地，所述支撑机构可以包括：支撑座；以及位置调整机构，设置在支撑座上，适于调整所述摄像头的拍摄位置。其中，所述位置调整机构可以包括：导轨，在所述支撑座中沿上下方向设置；以及滑动件，所述摄像头与该滑动件固定，并且所述滑动件与所述导轨接合以使所述摄像头能够沿所述导轨移动。

在优选的实施方式中，所述位置调整机构还可包括：驱动机构，所述驱动机构与滑动件接合以驱动所述滑动件沿所述导轨移动。优选地，所述驱动机构为直线电机。所述直线电机位于所述相变温度测试仪的底部。

在一些实施方式中，所述相变温度测试仪还可包括容纳所述容器、加热装置、图像获取装置和温度传感器的罩体，其中，所述罩体具有使容器、加热装置、摄相头和温度传感器可见的开口和用于打开或关闭该开口的移门。优选地，所述移门设置成180度可移动。优选地，所述移门与罩体之间设置有旋转机构，通过旋转所述旋转机构以移动所述移门。

在一些实施方式中，所述被测样品可以为镍钛合金支架。

本实用新型所提供的非接触式相变温度测试仪实现了对镍钛合金相变温度的非接触式测量，与接触式测量相比，由于通过图像获取装置和处理器采用光学测距来检测位移变化，可以避免接触式测量的机械摩擦误差，使得测试更为准确，能对任何规格和形状类型的镍钛合金支架进行精准的测试，并且适用性广。

以下将结合附图和具体实施方式对本实用新型的技术方案和由此带来的优点进行进一步详细描述。

附图说明

图1a和图1b是根据本实用新型一种实施方式的相变温度测试仪的结构示意图；

图2a是图1b中的相变温度测试仪的局部透视图，图2b是图1b中的基座顶板的示意图；

图3a至图3c分别为位置调整机构的立体图、局部透视图和俯视图。

图4a是图1a中的电箱的结构示意图，图4b为A部分的放大示意图。

图5是根据本实用新型一种实施方式的相变温度测试仪对被测样品进行测试的方法流程图。

图6是通过Harris角点检测算法对被测样品进行测试的方法流程图。

图7是通过Hough算法检测细长支架的直径和长度的方法流程图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本实用新型涉及的各个方面进行详细阐述。其中，附图中的部件并非一定是按比例进行绘制，其重点在于对本实用新型的构思进行举例说明。

在本实用新型的各个具体实施方式中，对其中涉及的众所周知的结构或材料未作详细说明。并且，本实用新型所描述的特征、结构或特性可在一个或多个实施方式中以任何方式组合。此外，本领域技术人员应当理解，下述的各种实施方式只用于举例说明，而非用于限定本实用新型的保护范围。本领域技术人员可以理解，本文所描述的和附图所示的各实施方式中的部件可以按多种不同配置或比例进行布置和设计。

在详述本实用新型的具体实施方式之前，对本实用新型所涉及的术语进行如下说明：

A_S：奥氏体相变开始温度，指奥氏体向马氏体进行转变时的起始临界温度。

A_F：奥氏体相变结束温度，指奥氏体向马氏体转变完成时的临界温度。

奥氏体：被测样品(例如镍钛合金支架)在低温时所呈的状态。

马氏体：被测样品(例如镍钛合金支架)在高温时所呈的状态。

【相变温度测试仪】

图1a和图1b是根据本实用新型一种实施方式的相变温度测试仪的结构示意图，图1a为移门打开开口时的结构示意图，图1b为移门关闭开口时的结构示意图。如图1a所示，本实施方式中的相变温度测试仪可以包括，但不限于：容器1、加热装置2、图像获取装置、温度传感器4以及处理器。其中，容器1用于容纳被测样品，例如可以将被力压变形后的被测样品放在容器中进行测试；加热装置2用于对容器1内的被测样品进行加热，使得被测样品因为受热而产生形变；图像获取装置用于获取被测样品的图像，与容器1连接的温度传感器4用于检测被测样品的温度变化；所述处理器(图上未示出)与图像获取装置3和温度传感器4电子连接，这样，上述获取的图像和检测到的温度变化可发送至所述处理器，所述处理器在接收到发送的图像和温度变化后可执行下述处理：根据所述图像检测被测样品由于加热导致的位移变化，并根据检测到的位移变化和温度变化生成被测样品的温度位移曲线。在优选的实施方式中，被测样品为记忆合金产品，例如可以是用于植入血管的镍钛合金支架，如由镍钛合金丝编织而成的支架，或者是镍钛合金管激光切割后形成的支架，被测样品也可以是其他记忆合金产品，或非记忆合金产品。在可选的实施方式中，容器可以是烧杯或者其他可以盛装溶液的器皿，加热装置可以是加热磁力搅拌器或其他可以加热容器中的被测样品的装置，温度传感器可以是温度计或其他可以检测温度变化的装置。

在优选的实施方式中，主要是针对细小的镍钛合金支架进行测试。为了实现准确的非接触式测量，可以通过图像获取装置和处理器相配合来检测支架由于加热导致的位移变化。图3a至图3c分别为图像获取装置的立体图、局部透视图和俯视图，图3b中图像获取装置的底部侧壁被移除以展示其内部结构设计。如图3a至图3c结合图1a和图1b可知，图像获取装置可以包括：用于拍摄被测样品以获得被测样品的图像的摄像头31和用于将摄像头31支撑在拍摄位置以对被测样品进行拍摄的支撑机构。其中支撑机构可以包括支撑座32和设置在支撑座32上的位置调整机构。该位置调整机构适于调整摄像头的拍摄位置，可以包括：导轨33、滑动件34和驱动机构35。其中，导轨33在支撑座32中沿上下方向设置；摄像头31固定于该滑动件34，滑动件34与导轨33接合以使摄像头31能够沿导轨33移动；驱动机构35与滑动件34接合以驱动滑动件34沿导轨33移动。在本实施方式中，驱动机构35优选为直线电机，以更精确地调整摄像头的位置，尽可能提高摄像头的测量精度。应当指出的是，本实用新型的实施方式不限于此，图像获取装置还可以是其他能够获取被测样品图像的装置；也可以无需调整摄像头的位置，摄像头始终固定在某一位置即可，即，可以不包括位置调整机构；位置调整机构也可以是其他的结构设计，可以是本领域可行的任何用于调整位置的机构；也可以不使用驱动机构驱动摄像头的位置调整，而是通过用户/使用者手动调整位置，或者采用其他电机来驱动摄像头的位置调整。

如图3a和图3b所示，在优选的实施方式中，位置调整机构还可以包括与电机35相连接的联轴器36、与联轴器36相连接的丝杠37，丝杠37连接于滑动件34。通过电机35驱动联轴器36旋转，丝杠37将旋转运动转化为直线运动，从而带动滑动件34在导轨上沿直线运动(在本实施方式的测试仪的操作过程中，滑动件34可以沿重力垂直方向上下移动，也可以是其他方向的直线移动)。电机35通过固定座322固定于支撑座32上，丝杠37上连接有的轴承371(例如滚动轴承)也固定在固定座322上，这样，轴承的转动被固定座322所限定，使得丝杠的运动也被限定，不容易偏心移位，由于固定座322同时固定了电机35，可以减小电机35与轴承371之间的同心度误差。

在优选的实施方式中，电机35位于相变温度测试仪的底部(例如沿重力垂直方向的底部)，以减小电机和固定座的尺寸，从而降低整个测试仪的高度，电机35也可以位于其他位置，能够驱动摄像头调整位置即可。在此实施方式中，电机35设置在支撑座的一端，支撑座上的与电机相对的另一端可以设置有柔性阻挡39，以阻止滑动件滑动脱轨。

在可选的实施方式中，滑动件34上还可以设置有感应片381，支撑座32上还设置有接近开关382，两者相配合以确定滑动件的位置。

如图3c所示，在优选的实施方式中，支撑座上还设置有圆柱销321。该圆柱销321可以在安装导轨时起导向作用，通过设置在支撑座上的两个圆柱销321形成一条直线，导轨抵靠这两个圆柱销321进行安装，可实现快速精准地安装导轨。

在可选的实施方式中，相变温度测试仪还可以包括罩体5，容器1、加热装置2、图像获取装置3和温度传感器4可以容纳在罩体5的内部，罩体5具有开口51和移门52，该开口51可以使容器1、加热装置2、摄像头31和温度传感器4可见(即用户/使用者可以看见)，移门52用于打开或关闭该开口51。在测试过程中，需要尽可能保证温度传感器和图像获取装置不受外界干扰，因此可以设置罩体以封闭容器1、加热装置2、摄像头31和温度传感器4等，同时罩体上设置可以被移门打开关闭的开口，这样，在测试之前可以打开开口放置被测样品，在测试过程中可以关闭开口使得容器、加热装置、温度传感器和图像获取装置等被密封在罩体的内部，以减少测试过程受到外界干扰。应当指出的是，本实用新型的实施方式也可以不设置罩体，使容器1、加热装置2、摄像头31和温度传感器4等直接暴露于外界。

在优选的实施方式中，移门52为180度可移动，例如，使用者可以抓住移门上设置的把手53来移动移门，这样可以更大地打开开口，方便使用者的操作。

在优选的实施方式中，通过在移门52与罩体2之间设置旋转机构，旋转该旋转机构来移动移门。图2a为图1b中的测试仪的侧视局部透视图，其中测试仪的顶部被移除以展示其内部结构设计。如图2a所示，罩体5包括设置在罩体顶部的顶板53，移门52具有与罩体5的顶板53相平行的转动部分521。顶板53和转动部分521之间设置有旋转支撑机构54，其既可支撑移门与罩体顶部保持一定距离，又可被旋转以带动移门52进行旋转，从而180度移动移门而打开开口。

在更为优选的实施方式中，顶板53和转动部分521之间还设置有限位机构。通过限位机构的上下限位，可减少移门旋转时产生的上下窜动。该限位机构包括设置于基座顶板53的限位轴55以及设置于移门转动部分521的限位轴套56(例如，铜制限位轴和限位轴套)，顶板53上还设置有移门限位槽57以供限位轴55在限位槽57中移动。当旋转移门时，限位轴55可在移门限位槽57中移动，并且通过限位槽57控制移门的移动角度。

在更为优选的实施方式中，顶板53和转动部分521之间还设置有弹性机构以使得移门打开和关闭时能更好地与基座相卡扣固定。该弹性机构包括设置于基座顶板53的弹簧柱塞母端座581、设置于移门转动部分521的弹簧柱塞公端座582以及设置于公端座582的弹簧柱塞59。当移门打开和关闭达到两边的极限位置时，通过使弹簧柱塞59顶入母端座581中可以更好地实现移门与基座的卡扣固定，这样的弹性机构卡扣固定的方式还可补偿装配所产生的一定误差。

在优选的实施方式中，如图1a和图1b所示，罩体5可以呈圆柱体(也可以呈方柱体等)，罩体底部设置有至少一部分容纳于罩体5内部的电箱6。容器1、加热装置2可以设置在电箱6上，支撑座32设置在电箱6的一侧。电箱6上设置有控制面板61和触摸显示屏62，控制面板61上设置有命令开关611和急停按钮612。通过控制面板使用者可以向处理器输入指令信号，触摸显示屏可以向使用者显示测试结果。电箱6上还设置有开关63，用于启动或停止测试仪的测试。

图4a示出了电箱的结构示意图，图4b为A部分的放大示意图。如图4a所示，电箱内还可以设置有电箱支撑件64，电箱顶部与加热装置接触处设置有电箱基板65，电箱支撑件64可以支撑电箱基板65，实现整体地重力支撑功能，当电箱基板由于自身原因下凹时可以防止该基板变形。电箱基板65与电箱通过螺钉66相连接固定。电箱支撑件64与电箱基板65之间具有0.5mm的间隙。

在使用本实用新型的测试仪时，将力压变形后的被测样品(记忆合金产品，例如镍钛合金支架)放置在容纳有低温酒精溶液的容器(例如，烧杯)内，在酒精被加热的过程中，由于记忆合金产品的特性，会缓慢恢复到原位置，通过摄像头实时检测产品形状变化的这一过程，整个过程中产品未与烧杯溶液外的任何物体相接触，然后通过算法，绘制得到产品形变与温度的关系曲线，并找到产品的A_S和A_F点的温度。

【测试方法】

图5是根据本实用新型一种实施方式的相变温度测试仪对被测样品进行测试的方法流程图。如图5所示，该方法包括如下步骤：

a.对容器内的被测样品进行加热；b.获取被测样品的图像，检测所述被测样品的温度变化；c.根据获取的图像检测被测样品由于加热导致的位移变化，并且根据检测到的位移变化和温度变化生成温度位移曲线，获取相变点。优选地，可以通过水浴加热对被测样品进行加热，以保证被测样品均匀受热，例如，容器内可具有浸泡被测样品的测试溶液，通过加热测试溶液对被测样品进行加热。在可选的实施方式中，也可以通过其他加热方法对被测样品进行加热。

在本实施方式中，首先将被测样品(例如镍钛合金支架，可以是力压变形后的支架)置于测试溶液(例如低温酒精)中，利用加热装置(例如加热磁力搅拌器)对测试溶液进行加热从而加热被测样品，使用图像获取装置(图像获取装置中的摄像头，例如高清摄像头)拍摄被测样品以获取被测样品的图像(例如，获取的支架图像可以为灰度图像，或者也可以经过图像预处理将获取的图像处理为灰度图像)，同时采用温度传感器(例如温度计)实时测量温度。之后使用处理器根据获取的图像来检测被测样品的位移变化，再实时绘制位移变化(被测样品的形状变化)随温度变化的温度位移曲线。在绘制好温度位移曲线后，还可以采用均值滤波法对位移随温度变化的曲线进行平滑处理，并计算每一点的斜率；采用人机交互技术，让用户选择确定相变温度的曲线，在用户选择切点时绘制其对应的切线，实现对被测样品(例如镍钛合金支架)的相变A_F、A_S等值的精确计算，获取相变点。

在优选的实施方式中，被测样品的位移变化可以通过以下方法获得：即，获取并确定图像中的多个特征点，跟踪多个特征点由于加热导致的位置改变，计算位置改变后的多个特征点之间的长度，从而得到所述被测样品的位移变化(支架的形状变化)。

例如，可以通过Harris角点检测算法来检测需要观察的特征点和特征值的变化(获取确定特征点、跟踪特征点的位置改变并计算特征点间的长度)。图5示出了通过Harris角点检测算法对被测样品进行测试的方法流程图。如图5所示，首先拍摄支架获取支架的图像S501；将获取的图像预处理为灰度图像S502；通过Harris角点检测算法来获取角点S503；若此图像为第一帧图像，则通过人机交互由用户选取两个(或多个)检测到的支架特征点以待后续观察S504，若此图像不是第一帧图像，则自动检测原特征点坐标周围的Harris角点作为新的特征点S504’；然后记录特征点坐标S505；计算特征点之间的距离S506；同时实时获取支架的环境温度S507；绘制温度位移曲线S508；反复进行这一流程直至得到曲线。也可以采用其他的特征点检测与跟踪算法，提高程序运行速度，减小采样间隔。

需要说明的是，本实用新型的实施方式不限于通过此方法来检测被测样品的位移变化，也可以采用其他检测方法或者其他角点算法。

在优选的实施方式中，在摄像头进行拍摄之前，可以调节摄像头的位置并且计算焦距。例如，可以通过手动调节的方式调节摄像头，使支架清楚出现在摄像头拍摄范围内，完成手动对焦；或者通过计算机微调对摄像头位置进行调节，使所拍摄的图像的灰度矩阵方差最大，完成自动对焦；或者先进行手动对焦再进行自动对焦。完成对焦之后可以对焦距进行计算和标定，以获取该距离下的图像长度和实际长度的比值，便于后期通过图像计算支架的实际参数。

焦距的计算标定可通过以下步骤进行：

制定含有两个直径为2mm、圆心距离为D0＝10mm黑色圆点的透明材质标定片(厚度小于1mm)，将标定片置于放置支架的容器内，在完成自动对焦后对摄像头所拍摄的图像进行二值化处理并计算每个圆点的中心，计算两中心的距离D1；将摄像头位置升高h＝10mm，对摄像头所拍摄的图像进行二值化处理并计算每个圆点的中心，计算两中心的距离D2；按照下式计算摄像头自动对焦后的焦距：

在可选的实施方式中，测试仪还可以根据获取的被测样品的图像来检测被测样品的直径和长度，此时被测样品是由镍钛合金制成的细长支架。该检测方法可以包括：确定获取的被测样品的图像中的直线或类直线边界，标定各个边界的位置，根据各个边界的位置计算各个边界之间的距离，从而得到细长支架的直径和长度。

例如，可以通过图像Hough变换确定图像中的直线或类直线边界，标定边界所在位置并计算边界之间的距离(例如两个边界之间的距离)得到支架的直径和长度。图6为通过Hough算法检测细长支架的直径和长度的方法流程图。如图6所示，首先拍摄支架获取支架的图像S601；将获取的图像预处理为灰度图像S602；Sobel算子边缘检测以初步提取支架轮廓S603；使用数学形态学滤波以消除支架内的空洞和支架外的干扰S604；第二次Sobel算子边缘检测以提取更为完整的支架轮廓S605；通过Hough算法确定图像中的直线或类直线边界S606；连接支架两边界上的直线S607；通过检测直线斜率来滤除干扰直线S608；计算两边界之间的距离(即支架的直径，也可以是支架的长度)S609；同时实时获取支架的环境温度S6010；绘制温度-直径/长度曲线S6011；反复进行这一流程直至得到曲线。

需要说明的是，本实用新型的实施方式不限于通过此方法来检测被测样品的直径和长度，也可以采用其他检测方法或者其他算法。

本实用新型说明书中使用的术语和措辞仅仅为了举例说明，并不意味构成限定。本领域技术人员应当理解，在不脱离所公开的实施方式的基本原理的前提下，对上述实施方式中的各细节可进行各种变化。因此，本实用新型的保护范围只由权利要求确定，在权利要求中，除非另有说明，所有的术语应按最宽泛合理的意思进行理解。

Claims (11)

1.相变温度测试仪，其特征在于，包括：

用于容纳被测样品的容器；

加热装置，对所述容器内的被测样品进行加热；

图像获取装置，用于获取被测样品的图像；

温度传感器，与所述容器连接，用于检测所述被测样品的温度变化；

处理器，与所述图像获取装置和温度传感器电子连接，用于执行下述处理：

根据获取的图像检测被测样品由于加热导致的位移变化，并根据检测到的位移变化和温度变化生成被测样品的温度位移曲线。

2.如权利要求1所述的相变温度测试仪，其特征在于，所述图像获取装置包括：

摄像头，用于拍摄被测样品以获得被测样品的图像；

支撑机构，用于将摄像头支撑在拍摄位置以对被测样品进行拍摄。

3.如权利要求2所述的相变温度测试仪，其特征在于，所述支撑机构包括：

支撑座；

位置调整机构，设置在支撑座上，适于调整所述摄像头的拍摄位置。

4.如权利要求3所述的相变温度测试仪，其特征在于，所述位置调整机构包括：

导轨，在所述支撑座中沿上下方向设置；

滑动件，所述摄像头与该滑动件固定，并且所述滑动件与所述导轨接合以使所述摄像头能够沿所述导轨移动。

5.如权利要求4所述的相变温度测试仪，其特征在于，所述位置调整机构还包括：

驱动机构，所述驱动机构与滑动件接合以驱动所述滑动件沿所述导轨移动。

6.如权利要求5所述的相变温度测试仪，其特征在于，所述驱动机构为直线电机。

7.如权利要求6所述的相变温度测试仪，其特征在于，所述直线电机位于所述相变温度测试仪的底部。

8.如权利要求7所述的相变温度测试仪，其特征在于，所述相变温度测试仪还包括容纳所述容器、加热装置、图像获取装置和温度传感器的罩体，其中，所述罩体具有使容器、加热装置、摄相头和温度传感器可见的开口和用于打开或关闭该开口的移门。

9.如权利要求8所述的相变温度测试仪，其特征在于，所述移门设置成180度可移动。

10.如权利要求9所述的相变温度测试仪，其特征在于，所述移门与罩体之间设置有旋转机构，通过旋转所述旋转机构以移动所述移门。

11.如权利要求1至10中任一项所述的相变温度测试仪，其特征在于，所述被测样品为镍钛合金支架。