[发明专利]非接触式裂纹测量方法及其系统

说明书

本发明公开一种非接触式裂纹测量方法及其系统，其中所述方法包括：采集不同时刻下的裂纹序列图片；利用预先建立的裂纹特征模板对所述裂纹序列图片进行裂纹位置初定位处理；根据裂纹位置初定位处理确定的裂纹位置，采用图像处理算法计算裂纹尖端的位置坐标；根据裂纹尖端的位置坐标，利用预先标定长度的标尺标定结果及确定的裂纹扩展方向，确定所述裂纹序列图片中裂纹的长度。通过本申请能够有效提高对含干扰结构表面裂纹检测的适用性，本申请具有适用范围广、可操作性强、实时性高、测量精度高等优点。

技术领域

本发明涉及表面裂纹测量技术领域，尤其涉及一种非接触式裂纹测量方法及其系统。

背景技术

裂纹是材料在应力或环境作用下产生的裂隙。裂纹是汽车零件，机械零件、金属材料中常见的缺陷之一。裂纹的检测方法有很多种，比如磁粉检测、渗透检测等方式。

现有的裂纹实时测量方法主要是通过断裂片进行测量，即在预期裂纹区域粘贴断裂片，当裂纹扩展至此位置后，断裂片断裂，通过电路采集到断裂片的断开响应从而表征裂纹的扩展。断裂片式裂纹测量方法，由于断裂片并不是裂纹尖端位置的实时响应，具有一定的滞后性，同时由于材料特性等的影响，每个断裂片的断裂时刻与裂纹尖端的扩展也并不一致，无法达到准确测量裂纹扩展长度及扩展速度的要求。

现有的基于视觉的裂纹测量方法都是解决含预制裂纹的小型标准件的裂纹监测问题。该类试样在实验前经过打磨和抛光处理，成像干扰少，简单的图像处理技术可以清晰的判断裂纹位置。非标准试样和复杂结构表面干扰信息数量多且复杂，已有的方法无法直接应用。

综上所述，现有技术主要是通过磁通等物理和化学方法测量材料的裂纹是否存在，通过物理化学量的大小反映裂纹的大小，并不直观且测量效率低下；手动式测量方法虽然可以根据裂纹的实际长度进行测量，但操作繁琐，无法满足裂纹扩展长度实时准确测量的要求；基于视觉的方法对非标准试样实现裂纹尖端精确定位和长度实时监测仍然比较困难。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种非接触式裂纹测量方法及其系统，以解决现有技术存在的无法实时准确测量裂纹的问题。

根据本发明的一个方面提出一种非接触式裂纹测量方法，其包括：采集不同时刻下的裂纹序列图片；利用预先建立的裂纹特征模板对所述裂纹序列图片进行裂纹位置初定位处理；根据裂纹位置初定位处理确定的裂纹位置，采用图像处理算法计算裂纹尖端的位置坐标；根据裂纹尖端的位置坐标，利用预先标定长度的标尺标定结果及确定的裂纹扩展方向，确定所述裂纹序列图片中裂纹的长度。

其中，所述根据裂纹位置初定位处理确定的裂纹位置，采用图像处理算法计算裂纹尖端的位置坐标的步骤，包括：利用图像阈值分割算法对初定位结果中含裂纹区域进行图像二值化，利用基于矩形结构元的图像形态学处理方法进行断裂裂纹连接，删除二值化图像中小于阈值的面积区域，进行裂纹尖端检测并定位其坐标。

其中，所述利用基于矩形结构元的图像形态学处理方法进行断裂裂纹连接的步骤，包括：结合裂纹的长条分布形状，设计矩形结构元，首先对二值化图像进行膨胀操作，然后对图像进行腐蚀操作，通过采用矩形结构元进行形态学闭运算实现裂纹断裂处的裂纹连接。

其中，所述进行裂纹尖端检测并定位其坐标的步骤，包括：检测二值化图像中灰度值为255的最右端的位置，并将该位置作为裂纹尖端。

其中，所述计算所述裂纹序列图片中裂纹的长度的步骤，包括：利用已标定长度的标尺刻度值及图像亚像素定位得到的图像像素值计算图像像素尺寸与实际物理尺寸间的对应关系，利用水平标尺与扩展方向平行的位置约束确定裂纹扩展方向；利用初始帧图像的裂纹尖端的位置坐标和当前帧图像的裂纹尖端的位置坐标，计算当前帧图像的裂纹的像素长度；根据图像像素尺寸与实际物理尺寸之间的关系和裂纹扩展方向，计算当当前帧图像的裂纹的实际长度。

根据本发明的另一方面还提出一种非接触式裂纹测量系统，其包括：