[发明专利]一种焊接构件疲劳应力及应变实时非接触式监测方法

权利要求书

1.一种焊接构件疲劳应力及应变实时非接触式监测方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)在焊接构件上设置网格线，所述网格线的交点为监测点；

首先对焊接构件用与构件颜色对比明显的彩色笔沿着构件横向和纵向按照构件的大小以及监测截面的大小确定网格间距，划分网格，将每个网格的交点作为应力、应变监测点，该交点在图像处理过程中表现为多个像素点的集合，将该集合作为一个微元体；

(2)采用监测系统将焊接构件在疲劳荷载过程中待测区域的动态图像进行采集，并将图像信息传输；

所述监测系统包括CCD传感器、镜头、图像采集卡、图像处理系统；用CCD传感器和镜头采集焊接构件在疲劳荷载过程中监测点的一系列动态变形图像，CCD传感器将其接收到的光学图像转化成视频信号输出给图像采集卡，图像采集卡再将数字信号转化成数字图像信息供图像处理系统进行处理；

(3)将得到的监测点图像进行像素点匹配；

每一个监测点疲劳荷载过程中，宏观上便显出细微的变化，镜头每次采集图像的像素点数尺寸固定，微观尺度上则表现为所占的像素点在数目的不同，对相同监测点不同时间的图像进行像素与像素的匹配，获得每一个监测点在每一时刻的像素数目的变化；

(4)根据监测点中像素点的变化，利用ε_i＝ΔL_i/L_i计算监测点应变值，其中ε_i为应变值，ΔL_i为长度变化值，L_i为监测区的长度值，进而确定整个待测区域表面监测点位置的应变分布规律；

将待测区域连续的应变分布离散化成求解每个监测点的应变值，当网格的划分足够精细时，计算出每一个监测点在不同时刻的应变值就近似获得疲劳荷载过程中的应变的分布情况；

(5)根据所述应变值，利用σ_i＝Eε_i计算监测点应力，其中，σ_i为应力值，E为弹性模量，进一步得到待测区域的监测点应力分布情况及其疲劳演化规律；

在疲劳荷载过程中，通过监测中的像素点沿横向和纵向的变化计算得到每个监测点沿两个方向的应变值，假设焊接材料为在疲劳过程中的弹性模量E不发生变化，根据σ_i＝Eε_i进一步得焊接构件任意位置处的应力分布情况及其疲劳演化规律。

2.根据权利要求1所述的一种焊接构件疲劳应力及应变实时非接触式监测方法，其特征在于：所述步骤(2)中所述图像处理系统选择LabVIEW软件作为开发平台，直接由图像采集卡上的数字图像信息与软件对接；图像处理系统是对采集到的图像进行处理，得到试件在试验过程中的动态图片，经过动态图片实时的匹配最终实现应力应变的监测；包括图像预处理、边缘检测、图像分割和图像像素点匹配；图像预处理是通过图像滤波、灰度修正、图像锐化和几何校正进行处理，边缘检测是通过梯度幅值阈值判据某种算法来提取出图像中对象与背景间的交界线，按照交界线将试验构件进行分割，操作中采用Roberts算子边缘检测，图像分割通过图像边缘检测方法，即不同灰度级别或者灰度有较大变化区域，识别焊接试件的不同区域，将试件分为不同区域按照像素分析方法，识别应力应变分布及其演化规律，最后把未进行疲劳荷载时刻图像的特征信息作为参考模型，采用简单的像素对像素的方式进行图像匹配。

3.根据权利要求1所述的一种焊接构件疲劳应力及应变实时非接触式监测方法，其特征在于：所述步骤(2)中设置光源，光源为LED发光二极管，所述镜头和CCD传感器为CCD摄像机，通过外部信号触发式开启采集，将焊接构件与背景明显分别，将监测点采用有别于网格线的颜色进行标识、减少反射、屏蔽环境光线的影响，采用LED发光二极管以一定角度在焊接构件前置照射，使整个焊缝区域受到均匀的光照。