[发明专利]多应变片精确位置和方向的自动化检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及工程检测中的应变测量技术，特别是利用大批量应变片进行复杂结构应变测量时的应变片位置和方向的精确检测技术。

背景技术

基于应变片的应变测量是工程检测中最常用的变形测量手段。常用的应变片(如图1所示)是电阻式应变传感器，其基本构成是一种由特殊工艺加工而成的金属敏感栅，以及用于保护和绝缘的基底和覆盖层材料。测量时将应变片粘贴于试件表面上测点处，用导线将应变片连接于应变仪上。试件表面的变形会引起应变片敏感栅的伸缩，从而引起敏感栅电阻值发生微小的改变，电阻值的改变转化为应变后从应变仪中读出。应变片测量的是敏感栅方向的线应变。

从力学原理可知，即使对于平面问题，一个测点也需要3个方向的应变信息才能完全表达该测点的应变状态。对于复杂试件表面，其表面的变形一般都是空间非均匀的，还需检测应变场(或多点应变)才能准确表征试件表面的变形分布。因此，在实际的研究或工程检测中，常需要在一个待测量试件的表面上粘贴数十至上百个应变片(如图2所示)。在飞机等重要设备的检测过程中，有时甚至需要粘贴上万个应变片。

在进行多点应变测量时，先根据测量需求设计各应变片(敏感栅)的粘贴位置和方向，然后根据设计方案粘贴应变片，接着进行加载和记录应变数据，然后根据应变片的位置和方向，以及实验过程中各应变片的数据，计算各应变场分量。但是，由于粘贴工艺的限制，应变片在粘贴时总会存在位置和方向上的误差，即实际测量时应变片的位置和方向与设计时存在一定差别。如不考虑这种差别，还是按设计的位置和方向来计算最终结果，会导致非常大的测量误差。因此，在正规的实验过程中，需要精确测量各应变片的实际位置和方向，在结果分析时用实测的应变片位置和方向来计算应变场分量。

现有的获取敏感栅位置和方向数据的方法是人工逐点测量：在应变片粘贴完成后，人工用刻度尺、量角器等工具量取敏感栅的位置和方向。这种人工测量方式在应变片较多时存在很大的问题：首先是人工测量的精度不高。人工测量时，应变片位置的精度一般还达不到毫米量级，而位置和方向测量精度一般也很难达到1度，因此，人工测量结果对最终应变场测量结果的改进有限；其次，人工测量的效率非常低。几十片应变片的测量就可能花费一天至几天时间，因此在工程检测中，这一步骤常成为影响整个测量进度的重要原因。

发明内容

为了解决现有的多应变片检测技术中每个应变片实际位置和方向数据的人工获取方式存在的效率低、精度低的问题，本发明提供了一种多应变片精确位置和方向的自动化检测方法，利用图像识别和定位技术代替人工手动的测量方式，完成应变片位置和方向的准确快速测量，大幅度提高检测的精度和效率。

为解决上述问题，本发明提供了一种多应变片精确位置和方向的自动化检测方法，其特征在于，包括：

获取粘贴有多个应变片的试件表面的数字图像；

利用图像处理方法从所述数字图像中获取与所述各个应变片敏感栅相对应的边缘点密集分布区域，再根据所述边缘点密集分布区域获取所述各个应变片敏感栅的粗略位置和方向数据；

根据已知位置和方向的标准应变片的图像，结合获取的所述多个应变片敏感栅的粗略位置和方向数据，用图像精确定位方法得到所述多个应变片敏感栅的精确位置和方向数据。

进一步地，其中，所述获取粘贴有多个应变片的试件表面的数字图像进一步为：

将多个应变片粘贴到试件表面上，在连接导线之前利用扫描设备对试件表面进行扫描成像，获取粘贴有多个应变片的试件表面的数字图像。

进一步地，其中，

所述标准应变片的图像是通过扫描设备对单个应变片扫描获得或者从所述粘贴有多个应变片的试件表面的数字图像中截取获得，该标准应变片的图像的方向应与图像坐标轴平行，且坐标已知，用于生成该标准应变片的图像的所述应变片在成像之前需将其引线剪断。

进一步地，其中，

所述边缘点密集分布区域为所述数字图像中与各个应变片敏感栅位置对应的区域。

进一步地，其中，

对所述数字图像进行边缘识别并获取所述多个应变片的边缘点密集分布区域，然后进行腐蚀、膨胀及面积筛选处理，在该数字图像中得到每个所述应变片的敏感栅的大致矩形区域，并根据所述矩形区域计算获取所述各个应变片的敏感栅的粗略位置和方向数据。

进一步地，其中，

所述进行腐蚀、膨胀及面积筛选处理进一步具体为：进行二值化、腐蚀、膨胀、剔除孤立点、连接断点以及面积筛选处理。

进一步地，其中，还包括：