[发明专利]机械视觉疲劳裂纹扩展试验裂纹长度动态测量方法

摘要

一种基于机械视觉技术的疲劳裂纹扩展试验裂纹长度动态测量方法，步骤如下：步骤1：机械视觉裂纹测量系统标定；步骤2：开始疲劳试验，在正弦交变载荷的作用下，带有预制裂纹的试件开始沿预制裂纹方向产生疲劳裂纹并扩展；步骤3：采集裂纹图像，此处疲劳裂纹扩展试验有两种图像采集模式，采集试件单面图像或采集试件双面图像；步骤4：对所采集图像进行增强处理；步骤5：通过图像分析、裂纹识别的方法识别出裂纹主干位置，包括裂纹顶点和裂纹扩展方向；步骤6：计算实际裂纹扩展长度和计算裂纹长度。本发明简化过程、降低劳动量、可直观精确地观测记录裂纹扩展过程、精确测量国际标准规定的计算裂纹长度、测量精度高、系统抗干扰性好。

主权项

一种基于机械视觉技术的疲劳裂纹扩展试验裂纹长度测量方法，其特征在于：所述测量方法的步骤如下：步骤1：机械视觉裂纹测量系统标定，具体步骤如下（1.1）将加工好的标定标准试件按要求进行安装，通过计算机发命令给摄像头运动控制器,运动控制器控制摄像头运动平台带动摄像头沿设定路线运动至每个标定点；（1.2）采集标定试件图像，依次求取标定点的亚像素定位坐标；（1.3）求取水平标定线段的亚像素长度，并将其相对应的尺寸输入，并将此标定数据储存于数据文件内；（1.4）求取垂直标定线段的像素长度，并将其相对应的尺寸输入，并将此标定数据储存于数据文件内；步骤2：开始疲劳试验，计算试件疲劳次数N，控制试验载荷为所设定数值，所述试验载荷包括正弦交变载荷的最大载荷，最小载荷及平均载荷，在此正弦交变载荷的作用下，带有预制裂纹的试件开始沿预制裂纹方向产生疲劳裂纹并扩展；步骤3：采集裂纹图像，此处疲劳裂纹扩展试验有两种图像采集模式，采集试件单面图像或采集试件双面图像；步骤4：对所采集图像进行处理增强，图像处理增强通过图像灰度拉伸、中值滤波去噪和边缘强化进行；步骤5：通过图像分析、裂纹识别的方法识别出裂纹主干位置，包括裂纹顶点和裂纹扩展方向；具体步骤如下：（5.1）采用自适应的多阈值分割法来实现裂纹图像的二值化；（5.2）采用单连接区域增长技术，利用裂纹像素的幅度和方向，以左边界线为起点向右边界生长，将具有相似性的像素点连接起来；（5.3）将连接后的裂纹骨架化；（5.4）采用压缩编码的方法将骨骼化后裂纹二值图像细化为单根宽度为1个像素的裂纹图像，将裂纹图像转换为保存裂纹点位置的二维数组；（5.5）解码恢复细化后的图像；步骤6：裂纹尺寸、方向测量，裂纹长度测量包括沿裂纹扩展方向的实际裂纹长度测量和国家标准规定的计算裂纹长度，实际裂纹长度及裂纹扩展方向测量方法为：对通过步骤4、5得到的裂纹主干进行最小二乘法拟合得到裂纹扩展直线，计算裂纹扩展直线长度既实际裂纹长度，求拟合后裂纹直线和预制裂纹方向线的夹角得到裂纹扩展方向；计算裂纹长度的测量方法为：在主机上下夹具严格对心的情况下，通过试件、夹具的加工和安装保证夹具左边界和夹具的中心线严格平行，同时使试件加力线和夹具的中心线重合，采用图像上可见的夹具左边界为计算裂纹长度测量基准线，进行基准线的精确定位和裂纹顶点到基准线的垂直距离的计算，然后根据相应公式计算出实际计算裂纹的长度；具体步骤如下：（6.1）采用基于1/4亚像素技术的方法进行标准线边缘精确定位；（6.2）采用基于1/4亚像素技术的方法求得裂纹顶点到标准线的垂线；（6.3）采用基于1/4亚像素步长搜索的方法求得标准线和裂纹顶点到标准线的垂线的交点；（6.4）计算裂纹顶点到标准线的像素垂直距离；（6.5）根据步骤1得到的标定文件将其转换为真实长度；（6.6）计算实际计算裂纹的长度，裂纹顶点到标准线的垂直距离减去1/2夹具宽度和预制裂纹顶点到加力中心线的距离就等于计算裂纹的长度；（6.7）对步骤5得到的裂纹主干进行最小二乘法拟合裂纹扩展直线；（6.8）求拟合后裂纹直线和预制裂纹方向线的夹角。