CN111413361A - 一种热疲劳裂纹模拟试验装置及方法 - Google Patents

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章廷赟
朱政强
宋敏杰
刘佳明
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Lattice Power Jiangxi Corp
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Abstract

本发明公开了一种热疲劳裂纹模拟试验装置及方法，属于电子温控及系统检测领域，热疲劳裂纹模拟试验装置包括：保温箱，内部形成保温腔，待测体放置于保温腔的内部；温控单元，用于调节保温腔内部的温度以模拟待测体的实际使用环境温度；裂纹图像识别单元，用于在温控单元模拟待测体的实际使用环境温度时，实时采集待测体的照片，并识别照片中待测体上的裂纹。本发明公开的热疲劳裂纹模拟试验装置及方法，可实现模拟实际使用环境温度并同时检测待测体是否出现裂纹，利于分析待测体的裂纹产生情况，便于对产品做出改进。

Description

一种热疲劳裂纹模拟试验装置及方法
技术领域
本发明涉及电子温控及系统检测领域，尤其涉及一种热疲劳裂纹模拟试验装置及方法。
背景技术
一些工件(例如，灯罩等聚合物工件)在气温变化较大的环境下使用时，容易在循环热应力的作用下产生热疲劳裂纹，导致产品受损，为此需要对产品的性能进行检测并做出适应性改进。例如，因沙特地区天气炎热且昼夜温差变化大，灯罩等聚合物工件在循环热应力的作用下，容易产生热疲劳裂纹。而目前尚缺少能够模拟灯罩等工件的实际使用环境温度变化且能对内部灯罩状况实时进行自动记录并分析裂纹的装置及方法。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题在于提出一种热疲劳裂纹模拟试验装置及方法，以实现模拟实际使用环境温度并同时检测待测体是否出现裂纹，利于分析待测体的裂纹产生情况，便于对产品做出改进。
一方面，本发明提供了一种热疲劳裂纹模拟试验装置，所述热疲劳裂纹模拟试验装置包括：保温箱，内部形成保温腔，待测体放置于所述保温腔的内部；温控单元，用于调节所述保温腔内部的温度以模拟所述待测体的实际使用环境温度；裂纹图像识别单元，用于在所述温控单元模拟所述待测体的实际使用环境温度时，实时采集所述待测体的照片，并识别所述照片中所述待测体上的裂纹。
在一个实施例中，所述温控单元包括：温度制造器，用于对所述保温腔的内部进行制冷和/或制热而改变所述保温腔内部的温度；温度传感器，其检测端位于所述保温腔的内部，所述温度传感器用于检测所述保温腔内部的温度；单片机，分别与所述温度制造器和所述温度传感器电连接，所述单片机用于接收所述温度传感器的温度信号，并对所述温度制造器进行PID控制。
在一个实施例中，所述温度制造器包括：LMD18200T芯片，与所述单片机电连接；半导体制冷片，与所述LMD18200T芯片电连接，所述半导体制冷片的工作端位于所述保温腔的内部。
在一个实施例中，所述裂纹图像识别单元包括：摄像头，设置于所述保温腔的内部，所述摄像头用于在所述温控单元模拟所述待测体的实际使用环境温度时，实时采集所述待测体的照片；PC端设备，与所述摄像头电连接，以用于接收所述摄像头采集的照片，并根据裂纹识别算法识别所述照片中所述待测体上的裂纹。
在一个实施例中，所述裂纹识别算法包括：
通过rgb2gray将所述摄像头采集的彩色图像转换为灰度图像；
通过edge和sobel算子对所述灰度图像提取边缘图像；
通过imclose对所述边缘图像进行闭运算，以填充所述边缘图像中的空隙和光滑化裂纹边缘区域；
通过bwareaopen和medfilt2去除非裂纹干扰区域；
通过bwlabel对去除非裂纹干扰区域后的图像中的连通区域进行标记后，使用regionprops和area对连通区域进行标定和测量面积，通过sort对测量的连通区域的面积进行排序，得到面积最大的连通区域，再用bwareaopen去除面积小于面积最大的连通区域的连通区域；
将所述面积最大的连通区域的面积与预设裂纹最小面积进行对比，若所述面积最大的连通区域的面积大于或等于所述预设裂纹最小面积，则弹窗警报。
另一方面，本发明提供了一种热疲劳裂纹模拟试验方法，所述方法包括：
将待测体放置于保温箱的保温腔内部；
通过温控单元调节所述保温腔内部的温度以模拟所述待测体的实际使用环境温度；
在所述温控单元模拟所述待测体的实际使用环境温度时，通过裂纹图像识别单元实时采集所述待测体的照片，并识别所述照片中所述待测体上的裂纹。
在一个实施例中，所述通过温控单元调节所述保温腔内部的温度以模拟所述待测体的实际使用环境温度，包括：
根据所述待测体的实际使用环境温度设置模拟温控程序，并将所述模拟温控程序导入所述温控单元的单片机；
所述单片机根据所述模拟温控程序对所述温控单元的温度制造器进行PID控制。
在一个实施例中，所述根据所述待测体的实际使用环境温度设置模拟温控程序，并将所述模拟温控程序导入所述温控单元的单片机，包括：
根据所述待测体在实际使用环境下不同时间段的温度，设置改变设定温度的间隔时间和每一间隔时间后需改变的设定温度的数值，生成模拟温控程序；
将所述模拟温控程序导入所述温控单元的单片机。
在一个实施例中，所述单片机根据所述模拟温控程序对所述温控单元的温度制造器进行PID控制，包括：
读取所述模拟温控程序中的改变设定温度的间隔时间和该间隔时间内的设定温度；
通过所述温控单元的温度传感器检测所述保温腔内部的实际温度；
判断所述实际温度是否大于所述设定温度，若实际温度大于设定温度，则所述温度制造器对所述保温腔进行制冷降温，否则，判断所述实际温度与所述设定温度之差是否小于或等于1℃，若所述实际温度与所述设定温度之差小于或等于1℃，则控制所述温度制造器的升温功率下降，否则，所述温度制造器对所述保温腔进行制热生温；
获取当前设定温度下的小时数，若当前设定温度下的小时数大于或等于所述间隔时间，则读取下一设定温度。
在一个实施例中，在所述温控单元模拟所述待测体的实际使用环境温度时，通过裂纹图像识别单元实时采集所述待测体的照片，并识别所述照片中所述待测体上的裂纹，包括：
在所述温控单元模拟所述待测体的实际使用环境温度时，通过裂纹图像识别单元的摄像头实时采集所述待测体的照片；
PC端设备接收所述摄像头采集的照片，并通过MATLAB软件根据裂纹识别算法识别所述照片中所述待测体上的裂纹；
其中，通过MATLAB软件根据裂纹识别算法识别所述照片中所述待测体上的裂纹包括：
通过rgb2gray将所述摄像头采集的彩色图像转换为灰度图像；
通过edge和sobel算子对所述灰度图像提取边缘图像；
通过imclose对所述边缘图像进行闭运算，以填充所述边缘图像中的空隙和光滑化裂纹边缘区域；
通过bwareaopen和medfilt2去除非裂纹干扰区域；
通过bwlabel对去除非裂纹干扰区域后的图像中的连通区域进行标记后，使用regionprops和area对连通区域进行标定和测量面积，通过sort对测量的连通区域的面积进行排序，得到面积最大的连通区域，再用bwareaopen去除面积小于面积最大的连通区域的连通区域；
将所述面积最大的连通区域的面积与预设裂纹最小面积进行对比，若所述面积最大的连通区域的面积大于或等于所述预设裂纹最小面积，则弹窗警报。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供的一种热疲劳裂纹模拟试验装置及方法，通过设置具有保温腔的保温箱，形成一保温环境，隔绝内外温度，减少热传导，使得对保温腔内部温度控制稳定，将待测体放置于保温腔中，通过温控单元调节保温腔内部的温度以模拟待测体的实际使用环境温度，在温控单元模拟待测体的实际使用环境温度时，通过裂纹图像识别单元实时采集待测体的照片，并识别照片中待测体上的裂纹，从而能够模拟待测体的实际使用环境温度，并实时采集待测体的照片并识别判断是否出现裂纹，便于检验产品是否合格，真实度、还原度高，便于根据在模拟的温度变化情况下形成待测体的变化记录并可分析待测体的变化过程，便于对产品作出适应性改进。
附图说明
图1是本发明具体实施方式中提供的热疲劳裂纹模拟试验装置的结构示意图；
图2是本发明具体实施方式中提供的保温箱的结构示意图；
图3是本发明具体实施方式中提供的显示器的显示界面示意图；
图4是本发明具体实施方式中提供的单片机对温控单元的温度制造器进行PID控制的程序框图；
图5是本发明具体实施方式中提供的PC端设备根据裂纹识别算法识别照片中待测体上的裂纹的示意图；
图6是本发明具体实施方式中提供的温控单元的电路图；
图7是本发明具体实施方式中提供的热疲劳裂纹模拟试验方法的流程示意图。
图中：
1、保温箱；10、保温腔；2、待测体；21、温度制造器；22、温度传感器；23、单片机；24、显示器；211、LMD18200T芯片；212、半导体制冷片；31、摄像头；32、PC端设备；213、散热风扇；214、均热风扇；11、箱体；12、隔热保温涂料；13、保温棉；14、PVC白色保温隔热纸。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图及技术方案作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
下面结合附图对本发明进一步说明。
实施例1
如图1至图6所示，本实施例提供了一种热疲劳裂纹模拟试验装置，热疲劳裂纹模拟试验装置包括：保温箱1、温控单元、裂纹图像识别单元，保温箱1的内部形成保温腔10，形成一保温环境，隔绝内外温度，减少热传导，使得对保温腔内部温度控制稳定，待测体2放置于保温腔10的内部；温控单元用于调节保温腔10内部的温度以模拟待测体2的实际使用环境温度；裂纹图像识别单元用于在温控单元模拟待测体2的实际使用环境温度时，实时采集待测体2的照片，并识别照片中待测体2上的裂纹。
由以上可以看出，本实施例提供的热疲劳裂纹模拟试验装置，能够模拟待测体的实际使用环境温度，并实时采集待测体的照片并识别判断是否出现裂纹，便于检验产品是否合格，实际使用环境真实度、还原度高，便于根据在模拟的温度变化情况下形成待测体的变化记录并可分析待测体的变化过程，便于对产品作出适应性改进。
如图2和图6所示，为便于调节保温箱内部温度，进一步地，温控单元包括温度制造器21、温度传感器22、单片机23，温度制造器21用于对保温腔10的内部进行制冷和/或制热而改变保温腔10内部的温度，温度传感器22的检测端位于保温腔10的内部(温度传感器22的检测端悬空不接触保温箱1内壁)，温度传感器22用于检测保温腔10内部的温度，温度制造器21和温度传感器22分别与单片机23电连接，单片机23用于接收温度传感器22的温度信号，并对温度制造器21进行PID控制。
可选地，温度传感器22为DS18B20温度传感器，体积小，精度相对较高，工作范围为零下五十多度至一百度，工作范围广，且误差小于等于0.5℃。
可选地，单片机23为STC12C5A60S2单片机，当然亦可为STC89C52等其他单片机。
为便于温度制造器21对保温腔10的内部进行制冷和/或制热，进一步地，温度制造器21包括LMD18200T芯片211和半导体制冷片212，LMD18200T芯片211与单片机23电连接，半导体制冷片212与LMD18200T芯片211电连接，半导体制冷片212的工作端位于保温腔10的内部。半导体制冷片的同一面既能制冷又能制热，便于改变保温腔10内部的温度。通过改变半导体制冷片两端直流电流的方向来控制在制冷片某一面上制冷或制热，半导体制冷片冷热惯性非常小，加热与制冷之间的模式转换非常快速。在非工作端散热工作与工作端吸热功效优良的情况下，反向通电不到60s，制冷片同一面就能从最低温转换为最高温。半导体制冷片的制热制冷温差范围很广，从﹢90℃至-125℃均可实现，本实施例中半导体制冷片的工作电压为12V。若LMD18200T电流正向，半导体制冷片处于制热状态，若LMD18200T电流反向，半导体制冷片处于制冷状态。采用以上设置，利用LMD18200T芯片、通过STC12C5A60S2单片机两个IO口的高低电平以PWM波的占空比对半导体制冷片212工作模式以及功率进行PID控制。具体地，通过控制LMD18200T的PWM、Dir、Brake三个引脚的高低电平，而控制半导体制冷片的工作模式与功率，Brake引脚接地。PWM输入引脚连接单片机PWM输出引脚，通过PWM信号占空比控制LMD18200T两端输出电流的大小。转向输入引脚接单片机普通I/O口即可，当其接高电平时电流正向输出，半导体制冷片处于制热状态，接低电平时电流反向输出，半导体制冷片处于制冷状态。
进一步地，温度制造器21还包括设置于半导体制冷片212一侧面的散热风扇213和设置于半导体制冷片212另一侧面工作端的均热风扇214，均热风扇214和半导体制冷片212的工作端贯穿保温箱1并延伸至保温腔10的内部，散热风扇213位于保温腔10的外部，均热风扇214用于使保温腔10内部的温度均匀。如图6所示，电路图中，8550三极管在低电平时接通，高电平时截止。当8550三极管右端连接单片机低电平引脚时，8550三极管上下两端接通，RELAY-SPST衔铁接通，吸合开关使得散热风扇213和均热风扇214两个风扇工作，同理，当8550三极管右端连接单片机高电平时，8550三极管上下两端断开，RELAY-SPST衔铁开关断开，两风扇停止工作。
为便于对相关参数进行显示，进一步地，温控单元还包括显示器24，显示器24与单片机23电连接，显示器24为LCD1602显示器，便于将相关控制参数显示于显示器上，可直观地观察。显示器24工作状态显示参数如图3所示，工作时，显示器24的显示界面上面一排，“T”后面的温度值代表实际温度，“S”后面的温度值代表设定温度，右上角的“+”表示LMD18200T芯片电流正向，半导体制冷片处于制热状态，“-”表示LMD18200T电流反向，半导体制冷片处于制冷状态，显示器24的显示界面下面一排，左侧“o’clock”前面的数值表示设定温度的间隔时间(例如2o’clock则为2小时)，右侧单词表示温控单元需要的工作状态，“COOL”表示需要制冷降温，“HEAT”表示需要制热升温，右下角数字“1”表示保温腔10内部实际温度正在升高，“0”表示保温腔10内部实际温度正在降低。
本实施例中，以STC12C5A60S2单片机为控制核心，通过温度传感器22实时获取保温腔10内部的实际温度，利用STC12C5A60S2单片机定时中断系统每隔固定时间改变一次设定温度，通过实际温度与设定温度进行对比，根据其差值大小、显示器24上显示的正负(+或-)、显示器24上显示的温度变化标志(1或0)，利用LMD18200T芯片，通过STC12C5A60S2单片机两个IO口的高低电平以PWM波的占空比对半导体制冷片的工作模式以及功率进行PID控制，以达到控制保温腔10内部温度的目的，同时将相关控制参数通过程序显示在显示器的显示界面上。采用LM7805和220v交流转12V直流变压器对温控单元进行供电，具体地，可使用家用电源220v供压，选用220v转12v交流转直流变压器，12v直流连接DC插座，再连接三端稳压集成电路LM7805控制电压。其中12v电压直接为制冷驱动电路、风扇散热电路供电，即为半导体制冷片212、散热风扇213、均热风扇214供电。12v电压通过三端稳压集成电路LM7805转换为5v电压，为STC12C5A60S2单片机和LCD1602显示器供电。
本实施例中，温控单元模拟实际使用环境温度时，可控温范围为5℃～70℃，控制精度为±0.5℃，变温速率大致为0.1℃/10s。
参考图4所示，本实施例中，可使用C语言在KeilμVision4开发环境下编写温控单元的程序，温控单元的程序设计为，设定好间隔时间(例如每个小时)所对应的温度，设置定时器工作模式，及相关定时中断程序，每过一间隔时间(例如每个小时)，就改变设定温度并将其和时间(小时数)在显示器24上显示。控制8500三极管右端引脚低电平，接通散热风扇213和均热风扇214，使得半导体制冷片能够安全的工作。每过一定时间(例如0.5s)测定一次实际温度，通过与设定温度作对比，若实际温度大于设定温度，则使LMD18200T正向通电流，使得半导体制冷片制冷，并将“COOL”制冷状态显示在显示器的显示屏上，若实际温度小于设定温度，则使LMD18200T反向通电流，使得半导体制冷片制热，并使“HEAT”制热状态显示在显示器的显示屏上。当实际温度接近设定温度时(相差1℃以内)，使用PID控制，改变PWM波占空比，以改变LMD18200T输出电流(温度差距越小，LMD18200T电流越小，半导体制冷片工作功率越小)，以便于更精确的控制温度，防止因功率过大导致实际温度反超设定温度或反低于设定温度。
为便于采集待测体的照片并识别裂纹，进一步地，裂纹图像识别单元包括摄像头31和PC端设备32，摄像头31设置于保温腔10的内部，并位于保温腔10的顶部，摄像头31自带起照明作用的冷光源照明灯，摄像头31用于在温控单元模拟待测体2的实际使用环境温度时，实时拍摄待测体2的照片，摄像头31与PC端设备32电连接，PC端设备32用于接收并记录摄像头31采集的照片，通过MATLAB软件并根据裂纹识别算法识别照片中待测体2上的裂纹。具体地，摄像头31可为USB摄像头，便于与PC端设备32相连接，其USB接口插上PC端设备32即可安装驱动，立刻能在PC端设备32上显示拍摄内容。例如，摄像头31可为CMOS摄像头，其功率低，发热少，不影响温控单元对保温腔的控温能力。像素200万，传感器为SC2332，镜头参数为3.3mm、F2.0，分辨率为640×480，连接为5V1A的USB，自带两个LED冷光源，用于黑暗的实验环境进行照明。
本实施例中，需设定抓取摄像头31拍摄的图像的相关参数，确定并设置好摄像头的设备代号，以及获取的图像格式大小，设置获取图像的相关参数(获取图像的次数、帧数、时间间隔、分辨率、色彩数等)，记录程序刚开始运行时的PC端设备32(例如笔记本电脑，亦可为其他可运行上述MATLAB软件及裂纹识别算法的PC端设备)的时间，开始主循环程序。每X秒(例如10秒)进入一次主循环程序而进行图像处理。具体为，PC端设备32每X秒(预设时间)对摄像头31拍摄的图像进行抓取，生成相应图片文件(格式为jpg)，并对图像文件进行命名，第一张抓取的图像生成文件名设定为1，第二张抓取的图像生成文件名设定为2，以此类推，第n张抓取的图像生成文件名设定为n，并将图像生成在MATLAB工作目录文件下，通过MATLAB软件并根据裂纹识别算法识别图像中待测体2上的裂纹。
如图5所示，具体地，裂纹识别算法包括：
摄像头默认制式为ycbcr2，因此先将标准制式截得的摄像头图像转换格式；
通过rgb2gray将摄像头31采集的彩色图像转换为灰度图像；可通过获取每个像素点的RGB值进行加权运算0.2989R+0.5870G+0.1140B，得到该点转换灰度值；其中，rgb2gray是MATLAB内部一种处理图像的函数，通过消除图像色调和饱和度信息同时保留亮度实现将RGB图像或彩色图转换为灰度图像，即灰度化处理的功能；
通过edge和sobel算子对灰度图像提取边缘图像；可寻找灰度图像中，周围灰度值变化急剧的点，将其转化为白色，其余点转化为黑色，提取边缘图像，生成只有黑色与白色的处理图片即二值化；其中，edge是MATLAB函数，又称为edge(I)，功能是采用I作为它的输入，并返回一个与I相同大小的二值化图像BW，在函数检测到边缘的地方为1，其他地方为0，主要是检测周围灰度急剧变化的像素点，将其转化为白色，其余转为黑色(二值化)，即提取边缘图像；
通过imclose对边缘图像进行闭运算(膨胀腐蚀)，以填充边缘图像中的空隙和光滑化裂纹边缘区域，填平白色边缘内的黑色部分，即小孔或小裂缝；其中，imclose在MATLAB中代表闭运算，包括先膨胀后腐蚀，闭运算可使轮廓线更光滑，通常消弥狭窄的间断和长细的鸿沟，消除小的空洞，并填补轮廓线中的断裂；
通过bwareaopen和medfilt2去除非裂纹干扰区域；可删除掉面积较小的连通区域(删除面积小于200的八连通区域，防止其对后续处理产生影响)，再通过中值滤波删除孤立噪点(使用3×3中值滤波去除椒盐噪声，去除孤立点)，排除必然不是裂缝的干扰区域；bwareaopen是MATLAB函数，作用是删除二值图像BW中面积小于P的对象，默认情况下conn使用8邻域；medfilt2代表中值滤波，他可以将每个像素点在其周围选定大小的矩阵内的像素点的值进行排序，最后将该像素点的值取该周围矩阵中的中值，可以起到去除孤立噪点的作用；
通过bwlabel对去除非裂纹干扰区域后的图像中的连通区域(四连通区域)进行标记后，使用regionprops和area对连通区域进行标定和测量面积，通过sort对测量的连通区域的面积大小进行排序，得到面积最大的连通区域，再用bwareaopen去除面积小于面积最大的连通区域的连通区域(因为裂纹的连通区域面积是大于其他如灯罩等工件与地面连接处的连通区域面积)；
将面积最大的连通区域的面积与预设裂纹最小面积进行对比，若面积最大的连通区域的面积大于或等于预设裂纹最小面积，则弹窗警报，提示待测体出现裂纹。通过大量实验对一般裂纹面积进行分析，最终用预设裂纹最小面积(例如300的面积)作为预设裂纹最小面积来判定面积最大的连通区域是否是裂纹，若大于此，则判定为裂纹，反之则说明该图像上没有裂纹。
为保证保温腔10的保温性能，进一步地，保温箱1包括箱体11、设置于箱体11内壁及外壁上的隔热保温涂料12(例如ZS-211热阻隔型隔热保温涂料)、设置于隔热保温涂料12外表面的保温棉13(例如高密方格铝箔板保温棉，其由一面粘有高密方格铝片的保温棉构成，保温棉另一面涂上有机胶水并粘接于涂有隔热保温涂料12的箱体11内壁及外壁上)，形成五层保温，以提高保温箱1的保温性能。进一步地，保温棉外表面还设置有PVC白色保温隔热纸14，作为最外层将整个保温箱1包裹以反射外界阳光热辐射。进一步地，箱体11具有箱身和箱盖，便于半导体制冷片212、摄像头31、均热风扇214的置入和取出，箱身的内壁及外壁、箱盖的内壁及外壁均设置有隔热保温涂料12、保温棉13、PVC白色保温隔热纸14。
可选地，箱体11可为泡沫箱，保温性能好，成本低，且便于加工。
制作保温箱1时，可先在箱体11的箱身及箱盖的内壁及外壁均刷上ZS-211热阻隔型隔热保温涂料，待干燥后，在箱体11的箱身内底壁以及内侧壁贴满保温棉13，其内侧壁上部分可留25mm不贴，方便箱体11的箱盖下凸缘能盖入箱体11的箱身内部，使箱盖与箱身紧密贴合。在箱体11的箱盖内壁开设方形槽，摄像头31设置于该方形槽中，摄像头31上端与方形槽底壁粘接，从箱盖下表面用保温棉将摄像头粘好，并封死方形槽与摄像头之间的连接缝隙。在箱体11的箱盖上表面粘贴保温棉13，半导体制冷片212的工作端和均热风扇214贯穿箱体11的箱盖并延伸至保温腔10的内部。在箱体11的箱身外侧壁以及外底壁贴满保温棉13。温度传感器22的检测端从箱体11侧壁插入保温腔10的内部，并处于保温腔内部空气中而不与箱体11接触，可在箱身上端沿开设一凹槽，供温度传感器22连接的传导线通过。在将待测体置于保温腔10内底部，盖上箱盖后再用保温棉封设将箱身与箱盖之间的缝隙，最后用PVC白色保温隔热纸将整个保温箱1包裹反射外界阳光热辐射。
实施例2
如图7所示，本实施例提供了一种热疲劳裂纹模拟试验方法，适用于实施例1中的热疲劳裂纹模拟试验装置，热疲劳裂纹模拟试验方法包括：
步骤S100：将待测体2放置于保温箱1的保温腔10内部，待测体2下方放置一黑色垫层(例如黑色纸或黑色塑料纸)，使得摄像头31所拍摄的图片中灯罩等待测体2在处理后全为黑色，而裂纹处全为白色，防止外界颜色对裂纹分析产生干扰；
步骤S200：通过温控单元调节保温腔10内部的温度以模拟待测体2的实际使用环境温度；
步骤S300：在温控单元模拟待测体2的实际使用环境温度时，通过裂纹图像识别单元实时采集待测体2的照片，并识别照片中待测体2上的裂纹。
其中，步骤S200中，通过温控单元调节保温腔10内部的温度以模拟待测体2的实际使用环境温度，包括：
步骤S201：根据待测体2的实际使用环境温度设置模拟温控程序，并将模拟温控程序导入温控单元的单片机23；
步骤S202：单片机23根据模拟温控程序对温控单元的温度制造器21进行PID控制。
其中，步骤S201，根据待测体2的实际使用环境温度设置模拟温控程序，并将模拟温控程序导入温控单元的单片机23，包括：
步骤S2011：根据待测体2在实际使用环境下不同时间段的温度，设置改变设定温度的间隔时间和每一间隔时间后需改变的设定温度的数值，生成模拟温控程序；具体为，在源程序中修改中断程序，根据修改的中断程序中的fen的值，控制温控单元改变设定温度的间隔时间，根据修改的fen和shi，以及switch中筛选的shi的大小，达到根据时间自动改变设定温度的目的，在case后输入所需控制的摄氏温度的十倍数值，即完成指定时间指定设定温度的目的。例如，设置定时器0工作方式1，从开始到溢出一共花费0.01s时间，允许定时器0中断，定时器0开始工作，打开中断总开关，6000次中断，即0.01×6000＝60s，字符fen加1，当fen达到60时，置零，字符shi加1，根据shi字符变化，将sd即设定温度调整为相应小时所对应的温度的十倍，即达到每小时改变指定设定温度的目的。其中，改变温度的时间间隔不小于一分钟。以上程序修改后即形成模拟温控程序，能够在固定的时间间隔后改变设定温度，以模拟实际使用环境下不同时间段具有不同温度的情况，使保温腔10内部的温度在达到间隔时间后即温度改变为需要模拟的指定温度。例如，沙特阿拉伯温度变化为8℃至44℃，模拟灯罩等待测体在沙特阿拉伯环境下使用时温度变化，可设置设定温度为8℃、12℃、16℃、20℃、24℃、28℃、32℃、36℃、40℃、44℃等。
步骤S2012：将模拟温控程序通过USB转TTL免手动冷启编程器导入温控单元的单片机23。在将显示器LCD1602卸下后，在STC12C5A60S2单片机的下部，有4个ISP下载的TTL接口，从左到右依次为5V、TXD、RXD、GND，将USB转TTL免手动冷启编程器的5V、TXD、RXD、GND四个TTL接口分别与单片机上对应的四个TTL接口连接，再将USB转TTL免手动冷启编程器的USB接口与PC端设备32相连接即可，将模拟温控程序放入keil4中编译好，找到相应目录生成的hex文件，打开对单片机程序进行设置的STC_ISP_V483软件，导入生成的hex文件，点击download/下载按钮即可，即可将程序导入单片机中。
如图4所示，其中，步骤S202中，单片机23根据模拟温控程序对温控单元的温度制造器21进行PID控制，包括：
步骤S2021：单片机23读取模拟温控程序中的改变设定温度的间隔时间和该间隔时间内的设定温度；
步骤S2022：通过温控单元的温度传感器22检测保温腔10内部的实际温度；
步骤S2023：判断实际温度是否大于设定温度，若实际温度大于设定温度，则温度制造器21对保温腔10进行制冷降温，否则，判断实际温度与设定温度之差是否小于或等于1℃，若实际温度与设定温度之差小于或等于1℃，则控制温度制造器21的升温功率下降，否则，温度制造器21对保温腔10进行制热生温；例如，当设定温度为40℃，而保温腔10中的实际温度为30℃时，测得的实际温度低于设定温度，因此半导体制冷片全速制热，当实际温度上升至39℃时，与设定温度相差1℃以内，若实际温度依然上升，则从39℃上升至39.8℃时，随着距离设定温度差值越来越小，控制半导体制冷片制热功率逐渐下降，使其缓慢升温，若温度在39.8℃，即只距设定温度0.2℃时，若温度依然上升，则半导体制冷片开始制冷，若温度下降，则半导体制冷片制热。该控制过程不仅需要设定温度与实际温度进行对比，还需要根据实际温度变化标志来进行判断(即显示器的显示屏右下角数字“1”表示保温腔10内部实际温度正在升高，“0”表示保温腔10内部实际温度正在降低)，有一个明显的在设定温度周围的温控缓冲区间，比如40℃的缓冲区间为39.8℃～40.2℃，即设定温度的±0.2℃，形成0.4℃范围，防止温度大幅超过或大幅低于设定温度，创造了一个利用冷热惯性的缓冲区间，比如制冷模式时温度下降至这个区间，半导体制冷片则会开始加热，但是制冷片由于冷惯性，不能快速的将表面冰冷转换为温热，实际温度依然在下降，这样设置设定温度的±0.2℃缓冲区间，给予了转换加热模式时间，因此在实际温度刚下降至低于设定温度时，制冷片表面就彻底热了，转而制热。如此设置，有效保证温控单元对保温腔内部的温度控制稳定性。
步骤S2024：获取当前设定温度下的小时数，以判断在当前设定温度下的维持时间是否已到达间隔时间，若当前设定温度下的小时数大于或等于间隔时间，则读取下一设定温度，以将保温腔10中的温度调节至下一设定温度，重复上述步骤S2021至步骤S2024。
其中，步骤S300中，在温控单元模拟待测体2的实际使用环境温度时，通过裂纹图像识别单元实时采集待测体2的照片，并识别照片中待测体2上的裂纹，包括：
步骤S301：在温控单元模拟待测体2的实际使用环境温度时，通过裂纹图像识别单元的摄像头31实时采集待测体2的照片；
步骤S302：PC端设备32接收摄像头31采集的照片，进行储存，并通过MATLAB软件根据裂纹识别算法识别照片中待测体2上的裂纹；打开MATLAB，导入裂纹识别算法程序后，设置好etime后的秒数数值，控制抓取图像以及图像处理的时间间隔。程序开始运行后，等待其弹出警报窗口。当弹出警报窗口时，表示保温腔内的待测体(例如灯罩)开裂，可在文件目录里回看所有记录图像，分析开裂的原因。
其中，步骤S302中，通过MATLAB软件根据裂纹识别算法识别照片中待测体2上的裂纹包括：
通过rgb2gray将摄像头31采集的彩色图像转换为灰度图像；
通过edge和sobel算子对灰度图像提取边缘图像；
通过imclose对边缘图像进行闭运算，以填充边缘图像中的空隙和光滑化裂纹边缘区域；
通过bwareaopen和medfilt2去除非裂纹干扰区域；
通过bwlabel对去除非裂纹干扰区域后的图像中的连通区域进行标记后，使用regionprops和area对连通区域进行标定和测量面积通过sort对测量的连通区域的面积进行排序，得到面积最大的连通区域，再用bwareaopen去除面积小于面积最大的连通区域的连通区域；
将面积最大的连通区域的面积与预设裂纹最小面积进行对比，若面积最大的连通区域的面积大于或等于预设裂纹最小面积，则弹出警报窗口进行警报。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种热疲劳裂纹模拟试验装置，其特征在于，所述热疲劳裂纹模拟试验装置包括：
保温箱(1)，内部形成保温腔(10)，待测体(2)放置于所述保温腔(10)的内部；
温控单元，用于调节所述保温腔(10)内部的温度以模拟所述待测体(2)的实际使用环境温度；
裂纹图像识别单元，用于在所述温控单元模拟所述待测体(2)的实际使用环境温度时，实时采集所述待测体(2)的照片，并识别所述照片中所述待测体(2)上的裂纹。
2.根据权利要求1所述的一种热疲劳裂纹模拟试验装置，其特征在于，所述温控单元包括：
温度制造器(21)，用于对所述保温腔(10)的内部进行制冷和/或制热而改变所述保温腔(10)内部的温度；
温度传感器(22)，其检测端位于所述保温腔(10)的内部，所述温度传感器(22)用于检测所述保温腔(10)内部的温度；
单片机(23)，分别与所述温度制造器(21)和所述温度传感器(22)电连接，所述单片机(23)用于接收所述温度传感器(22)的温度信号，并对所述温度制造器(21)进行PID控制。
3.根据权利要求2所述的一种热疲劳裂纹模拟试验装置，其特征在于，所述温度制造器(21)包括：
LMD18200T芯片(211)，与所述单片机(23)电连接；
半导体制冷片(212)，与所述LMD18200T芯片(211)电连接，所述半导体制冷片(212)的工作端位于所述保温腔(10)的内部。
4.根据权利要求1所述的一种热疲劳裂纹模拟试验装置，其特征在于，所述裂纹图像识别单元包括：
摄像头(31)，设置于所述保温腔(10)的内部，所述摄像头(31)用于在所述温控单元模拟所述待测体(2)的实际使用环境温度时，实时采集所述待测体(2)的照片；
PC端设备(32)，与所述摄像头(31)电连接，以用于接收所述摄像头(31)采集的照片，并根据裂纹识别算法识别所述照片中所述待测体(2)上的裂纹。
5.根据权利要求4所述的一种热疲劳裂纹模拟试验装置，其特征在于，所述裂纹识别算法包括：
将所述摄像头(31)采集的彩色图像转换为灰度图像；
对所述灰度图像提取边缘图像；
对所述边缘图像进行闭运算，以填充所述边缘图像中的空隙和光滑化裂纹边缘区域；
去除非裂纹干扰区域；
对去除非裂纹干扰区域后的图像中的连通区域进行标记后，对连通区域进行标定和测量面积，对测量的连通区域的面积进行排序，得到面积最大的连通区域，并去除面积小于面积最大的连通区域的连通区域；
将所述面积最大的连通区域的面积与预设裂纹最小面积进行对比，若所述面积最大的连通区域的面积大于或等于所述预设裂纹最小面积，则弹窗警报。
6.一种热疲劳裂纹模拟试验方法，其特征在于，所述方法包括：
将待测体(2)放置于保温箱(1)的保温腔(10)内部；
通过温控单元调节所述保温腔(10)内部的温度以模拟所述待测体(2)的实际使用环境温度；
在所述温控单元模拟所述待测体(2)的实际使用环境温度时，通过裂纹图像识别单元实时采集所述待测体(2)的照片，并识别所述照片中所述待测体(2)上的裂纹。
7.根据权利要求6所述的一种热疲劳裂纹模拟试验方法，其特征在于，所述通过温控单元调节所述保温腔(10)内部的温度以模拟所述待测体(2)的实际使用环境温度，包括：
根据所述待测体(2)的实际使用环境温度设置模拟温控程序，并将所述模拟温控程序导入所述温控单元的单片机(23)；
所述单片机(23)根据所述模拟温控程序对所述温控单元的温度制造器(21)进行PID控制。
8.根据权利要求7所述的一种热疲劳裂纹模拟试验方法，其特征在于，所述根据所述待测体(2)的实际使用环境温度设置模拟温控程序，并将所述模拟温控程序导入所述温控单元的单片机(23)，包括：
根据所述待测体(2)在实际使用环境下不同时间段的温度，设置改变设定温度的间隔时间和每一间隔时间后需改变的设定温度的数值，生成模拟温控程序；
将所述模拟温控程序导入所述温控单元的单片机(23)。
9.根据权利要求7所述的一种热疲劳裂纹模拟试验方法，其特征在于，所述单片机(23)根据所述模拟温控程序对所述温控单元的温度制造器(21)进行PID控制，包括：
读取所述模拟温控程序中的改变设定温度的间隔时间和该间隔时间内的设定温度；
通过所述温控单元的温度传感器(22)检测所述保温腔(10)内部的实际温度；
判断所述实际温度是否大于所述设定温度，若实际温度大于设定温度，则所述温度制造器(21)对所述保温腔(10)进行制冷降温，否则，判断所述实际温度与所述设定温度之差是否小于或等于1℃，若所述实际温度与所述设定温度之差小于或等于1℃，则控制所述温度制造器(21)的升温功率下降，否则，所述温度制造器(21)对所述保温腔(10)进行制热生温；
获取当前设定温度下的小时数，若当前设定温度下的小时数大于或等于所述间隔时间，则读取下一设定温度。
10.根据权利要求6所述的一种热疲劳裂纹模拟试验方法，其特征在于，在所述温控单元模拟所述待测体(2)的实际使用环境温度时，通过裂纹图像识别单元实时采集所述待测体(2)的照片，并识别所述照片中所述待测体(2)上的裂纹，包括：
在所述温控单元模拟所述待测体(2)的实际使用环境温度时，通过裂纹图像识别单元的摄像头(31)实时采集所述待测体(2)的照片；
PC端设备(32)接收所述摄像头(31)采集的照片，并通过MATLAB软件根据裂纹识别算法识别所述照片中所述待测体(2)上的裂纹；
其中，通过MATLAB软件根据裂纹识别算法识别所述照片中所述待测体(2)上的裂纹包括：
将所述摄像头(31)采集的彩色图像转换为灰度图像；
对所述灰度图像提取边缘图像；
对所述边缘图像进行闭运算，以填充所述边缘图像中的空隙和光滑化裂纹边缘区域；
去除非裂纹干扰区域；
对去除非裂纹干扰区域后的图像中的连通区域进行标记后，对连通区域进行标定和测量面积，对测量的连通区域的面积进行排序，得到面积最大的连通区域，并去除面积小于面积最大的连通区域的连通区域；
将所述面积最大的连通区域的面积与预设裂纹最小面积进行对比，若所述面积最大的连通区域的面积大于或等于所述预设裂纹最小面积，则弹窗警报。
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