[发明专利]一种多相机拍摄的疲劳裂纹三维测量系统和方法

说明书

本发明公开了一种多相机拍摄的疲劳裂纹三维测量系统和方法，所述系统包括移动式测量支架、高亮度LED照明带、照明带环形支架、若干台高清相机、相机环形支架、相机镜头扭曲矫正板、空间相机标定物以及数据处理系统。本发明具有组装灵活、操作简便、适应复杂使用环境等优点，能够以低成本、高精度、多尺度、智能测量物体的疲劳裂纹和疲劳寿命。

技术领域

本发明属于非接触式测量领域，特别涉及了一种疲劳裂纹检测系统和方法。

背景技术

在工程结构领域，通常大部分桥梁、轨道以及厂房等在其寿命周期内承受长期循环荷载(包括地震荷载、车致振动和风致振动等)，结构材料会因这些百万次动态循环荷载而受到损伤，进而导致金属毫无征兆地开裂破坏，即为疲劳破坏。由于属于脆性破坏，疲劳破坏会对结构安全和耐久性构成极大的威胁。然而这种灾害在工程领域中不可避免，必须对其加以重视，以便掌握疲劳诱发因素、破坏机理和预防措施。其中对疲劳破坏机理的掌握重点在于如何快速有效识别并测量疲劳裂纹，现有的疲劳裂纹检测技术包括渗透检测、磁粉检测等直接检测技术以及超声检测、红外检测、涡流检测等间接无损检测技术。然而，这些技术目前在国内研究和工程应用领域存在以下不足：

第一、渗透检测、磁粉检测等直接检测技术虽能识别疲劳裂纹，却无法快速可靠测量裂纹发展大小，进而无法预测疲劳寿命；超声检测、红外检测等间接无损检测技术设备部署复杂繁琐，无法实现检测系统的自动化、智能化。

第二、现有的检测手段大部分应用于机械领域，对土木工程领域的大型结构疲劳测量需要耗费大量人力物力，尤其是对大跨桥梁以及高层建筑的疲劳裂纹，无法实现简单快速、廉价可靠的检测。

第三、目前对疲劳裂纹的识别测量仅停留在二维平面，对于复杂结构或者管柱系构件(如螺栓、吊杆等)的三维疲劳裂纹无法精确测量。

数字图像相关技术已应用于工程领域的应变场位移场检测中，然而目前国内外相关商用产品仅采用单个或两个机位拍摄物体，无法有效捕捉空间尺度下的疲劳裂纹，同时现有产品并未真正实现关于疲劳裂纹的测量和疲劳寿命的预测等系统的功能。此外，昂贵的商业设备以及复杂专业的操作流程进一步限制了相关测量系统的普及，难以实现工程结构领域的全面推广。

发明内容

为了解决上述背景技术提到的技术问题，本发明提出了一种多相机拍摄的疲劳裂纹三维测量系统和方法。

为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：

一种多相机拍摄的疲劳裂纹三维测量系统，包括移动式测量支架、高亮度LED照明带、照明带环形支架、若干台高清相机、相机环形支架、相机镜头扭曲矫正板、空间相机标定物以及数据处理系统；所述照明带环形支架和相机环形支架分别固定在所述移动式测量支架上，所述高亮度LED照明带设置在所述照明带环形支架上，所述若干台高清相机均匀分别在所述相机环形支架上，各高清相机通过数据线与所述数据处理系统连接，所述相机镜头扭曲矫正板正对高清相机的视角并通过面内面外旋转的方式被高清相机拍摄，所述空间相机标定物位于所有高清相机的视角范围内，对测量系统进行初始化标定。

进一步地，所述移动式测量支架包括能够折叠收放的三脚架以及与该三脚架连接的能够调节高度的高强度铝合金管。

进一步地，所述照明带环形支架通过螺栓抱箍与移动式测量支架的高强度铝合金管连接，所述照明带环形支架能够覆盖120°的照明范围。

进一步地，所述相机环形支架通过螺栓抱箍与移动式测量支架的高强度铝合金管连接，所述相机环形支架能够覆盖120°的拍摄范围。

进一步地，所述相机镜头扭曲矫正板为具有白色背景、黑色圆点的平板，所述黑色圆点的直径由2mm到6mm渐变，且10mm等间距排列。

进一步地，所述空间相机标定物为具有白色背景、黑色方片的圆柱体，所述黑色方片的边长相同，且等间距排列。