【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。 【专利类型】发明授权 【申请人】浙江工业大学 【申请人类型】学校 【申请人地址】310014 浙江省杭州市下城区潮王路18号 【申请人地区】中国 【申请人城市】杭州市 【申请人区县】临安区 【申请号】CN201210140590.9 【申请日】2012-05-08 【申请年份】2012 【公开公告号】CN102692188B 【公开公告日】2014-11-12 【公开公告年份】2014 【授权公告号】CN102692188B 【授权公告日】2014-11-12 【授权公告年份】2014.0 【IPC分类号】G01B11/02; G01N3/32; G01N3/06 【发明人】高红俐; 齐子诚; 吴丽华; 王建淼; 邵新阳 【主权项内容】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定位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；所述步骤4中，图像灰度拉伸采用分段线性变换函数法增加图像的对比度，变换函数通过对图像的灰度分析并通过多次实验获得，中值滤波去噪即可消除噪声又可保留裂纹细节，边缘强化采用基于垂直方向增强模版的Sobel算子进行边界边缘强化；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；所述步骤(5.1)中，采用自适应的多阈值分割法来实现裂纹图像的二值化过程为：步骤5.1.1：确定目标区域ROI, 根据裂纹扩展规律，裂纹在整个过程中所在的位置比较固定，沿试件水平中间区域近乎直线扩展，所以采用选取固定的ROI步骤5.1.2：把选定区域图像分成MXN个子图像；其中被分割的子图像的个数选取的原则是使每个子图像内的亮度分布近似于均匀；步骤5.1.3：计算每个子图像的方差，确定不包含裂纹和背景间边界的子图像的方差范围及包含裂纹和背景间边界的子图像的方差范围步骤5.1.4：将所有不包含裂纹和背景间边界的子图像像素值设为255步骤5.1.5：对所有包含裂纹和背景间边界的子图像进行直方图分析，计算阈值，基于图像直方图分析的试探性迭代方法步骤5.1.6：进行所有子图像分割区域的逻辑并，就是图像分割后的最后结果；(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；所述步骤(5.2)中，把两个像素看成是连接图中的一个节点，把单个像素在空间与其它相邻像素的特性进行比较，将特性足够相似的相邻像素连接起来，从而进行区域的增长；裂纹像素之间具有一定的相似性，都是从左边界向右边界扩展，大致保持水平，具有一定规律，即不会有太大的倾角；利用裂纹像素的幅度和方向来确定它们之间的相似性，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架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；所述步骤(5.4)的具体过程如下：设图像尺寸为m×n，创建一个跟图像尺寸列数相等为n，行数为2的二维数组A，以图像右边界为起点，按列；(5.4.1)遇到像素为0时，继续。如果整列都没有像素为1的点，将数组A对应列的两个数置零；(5.4.2)遇到第一个像素为1的点时，判断其为裂纹顶点，将该点位置(x, y)存入A对应列和寄存器B中，转入下一列扫描；(5.4.3)其后将整列像素为1的点与前一列存入寄存器B中位置的点进行比较，取距离最近的点为裂纹点，将该点位置存入A对应列和寄存器B中，转入下一列扫描；按此规则直至扫描结束，然后将编码压缩后得到的裂纹主干数据还原为裂纹主干图像。(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GB/T6398-2000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。步骤7：对裂纹扩展状态进行判断，如裂纹扩展不满足试验条件，即疲劳裂纹扩展方向偏离预制裂纹方向大于规定角度或试件两面裂纹长度尺寸之差大于规定数值，则停止试验，如裂纹扩展满足试验条件记录试验数据，生成疲劳裂纹扩展曲线a-N及疲劳裂纹扩展曲线da-dN；步骤8：裂纹扩展试验完成后进行综合数据分析。 【当前权利人】平邑经济开发区投资发展有限公司 【专利权人类型】公立 【统一社会信用代码】1233000047000441XK 【引证次数】4.0 【他引次数】4.0 【家族引证次数】4.0 【家族被引证次数】76

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