CN208505807U - 裂纹扩展测量系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种裂纹扩展测量系统，包括运动控制系统、图像采集系统和数据处理工作站，其中运动控制系统包括龙门架横梁、移动滑台、丝杠导轨、伺服电机、同步触发器和PLC控制系统，所述移动滑台设置于两个龙门架横梁上端中心位置，其中移动滑台设有丝杠导轨，所述丝杠导轨与伺服电机连接，其中伺服电机连接PLC控制系统，所述PLC控制系统连接数据处理工作站，所述图像采集系统设置于移动滑台上，其中图像采集系统分别连接同步触发器和数据处理工作站。

Description

裂纹扩展测量系统

技术领域

本实用新型属于裂纹扩展测量实验领域，特别是裂纹扩展测量系统，用于于大型壁板损伤容限试验，获得裂纹扩展曲线。

背景技术

目前大型壁板损伤容限试验，为了获得裂纹扩展曲线，必须实时跟踪测量裂纹长度。以往的做法采用人工测量的方式，具体步骤为：停止试验、卸压，试验人员爬上检查框架，利用读数显微镜等工具观察和读取裂纹长度信息。这种方式存在以下问题：卸压后，试验件受载变小，裂纹尖端将会闭合，读取的数值会比实际值略小，影响测量精度；不卸压，在试验件受载情况下读取的裂纹长度相对准确，但读数人员需要冒着试验件随时破坏甚至破裂的巨大风险去工作。因此，需要一种既能保证试验数据的准确性、降低人工读取数据的风险，同时实时获取裂纹长度与循环数对应关系的系统。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种裂纹扩展测量系统，克服了现有技术中试验数据的准确性不高、人工读取数据的风险大，并且不能实时获取裂纹长度与循环数对应关系等问题。

为了解决技术问题，本实用新型的技术方案是：裂纹扩展测量系统，包括运动控制系统、图像采集系统和数据处理工作站，其中运动控制系统包括龙门架横梁、移动滑台、丝杠导轨、伺服电机、同步触发器和PLC控制系统，所述移动滑台设置于两个龙门架横梁上端中心位置，其中移动滑台设有丝杠导轨，所述丝杠导轨与伺服电机连接，其中伺服电机连接PLC控制系统，所述PLC控制系统连接数据处理工作站，所述图像采集系统设置于移动滑台上，其中图像采集系统分别连接同步触发器和数据处理工作站。

优选的，所述图像采集系统包括第一图像采集设备和第二图像采集设备，其中第一图像采集设备包括第一相机、第一镜头和第一光源，第二图像采集设备包括第二相机、第二镜头和第二光源，所述第一相机设置于移动滑台一侧，其中第一相机连接第一镜头，第一镜头前端设置有第一光源，所述第二相机设置于移动滑台另一侧，其中第二相机连接第二镜头，第二镜头前端设置有第二光源，所述第一镜头和第二镜头倾斜并彼此靠近，其中第一镜头和第二镜头所在直线分别与竖线之间的夹角范围为0～45°。

优选的，所述第一镜头所在直线与竖线之间的夹角为30°，所述第二镜头所在直线与竖线之间的夹角为30°。

优选的，所述第一相机和第二相机采用Basler相机，所述第一镜头和第二镜头采用远心镜头，所述第一光源和第二光源采用同轴光源。

优选的，还包括循环数采集相机，所述循环数采集相机分别连接同步触发器和数据处理工作站。

优选的，所述第一相机、第二相机和循环数采集相机分别与数据处理工作站通过网线连接。

优选的，还包括伺服驱动器，所述伺服驱动器设置于伺服电机和PLC控制系统之间，其中伺服驱动器分别于伺服电机和PLC控制系统连接。

优选的，所述移动滑台设有光栅尺，所述光栅尺连接数据处理工作站。

优选的，所述数据处理工作站包括标定系统、裂纹检测与测量系统、循环数识别系统、数据耦合系统和数据库系统，其中标定系统、裂纹检测与测量系统、循环数识别系统、数据耦合系统和数据库系统协同合作完成裂纹扩展的测量。

相对于现有技术，本实用新型的优点在于：

(1)本实用新型图像采集系统的镜头采用双远心镜头，解决了物距变化带来的成像模糊问题，改善了成像质量，并且将两个相机倾斜放置，避免双远心镜头造成的成像盲区，并在镜头与相机之间加入转接角补偿损失的景深；

(2)本实用新型采用移动滑台对裂纹进行跟踪，当裂纹超出视场时，移动滑台带动相机移动一定距离满足对裂纹的测量；

(3)本实用新型设计合理、精确度高，可以达到0.1mm的检测精度，实验数据真实记录裂纹扩展情况。

附图说明

图1、本实用新型的结构示意图；

图2、本实用新型运动控制系统的结构示意图。

附图标记说明：

1-数据处理工作站，2-龙门架横梁，3-移动滑台，4-丝杠导轨，5-伺服电机，6-同步触发器，7-PLC控制系统，8-循环数采集相机， 9-伺服驱动器，10-第一相机，11-第一镜头，12-第一光源，13-第二相机，14-第二镜头，15-第二光源。

具体实施方式

下面结合附图及实施例描述本实用新型具体实施方式：

需要说明的是，本说明书所附图中示意的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容能涵盖的范围内。

同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

实施例1

如图1～2所示，裂纹扩展测量系统，包括运动控制系统、图像采集系统和数据处理工作站1，其中运动控制系统包括龙门架横梁2、移动滑台3、丝杠导轨4、伺服电机5、同步触发器6和PLC控制系统7，所述移动滑台3设置于两个龙门架横梁2上端中心位置，其中移动滑台 3设有丝杠导轨4，所述丝杠导轨4与伺服电机5连接，其中伺服电机5 连接PLC控制系统7，所述PLC控制系统7连接数据处理工作站1，所述图像采集系统设置于移动滑台3上，其中图像采集系统分别连接同步触发器6和数据处理工作站1。

实施例2

如图1～2所示，裂纹扩展测量系统，包括运动控制系统、图像采集系统和数据处理工作站1，其中运动控制系统包括龙门架横梁2、移动滑台3、丝杠导轨4、伺服电机5、同步触发器6和PLC控制系统7，所述移动滑台3设置于两个龙门架横梁2上端中心位置，其中移动滑台 3设有丝杠导轨4，所述丝杠导轨4与伺服电机5连接，其中伺服电机5 连接PLC控制系统7，所述PLC控制系统7连接数据处理工作站1，所述图像采集系统设置于移动滑台3上，其中图像采集系统分别连接同步触发器6和数据处理工作站1。

所述龙门架横梁左右两个支架上标有刻度，方便定位安装高度，龙门架横梁具有较高平行度(达到0.1mm/1000mm以内)，保证后续扩展安装光栅尺主尺的基本要求(光栅尺为扩展部件，系统硬件预留接口)。

所述移动滑台可在X、Y、Z轴3个方向进行调节，每个方向都有±20mm的调节空间可以在一定程度上对偏离尺度在20mm以内的裂纹进行测量，其中移动滑台的X轴采用定制线性轨道，平行度高，有效行程大于500mm可达到技术指标要求，当裂纹长度大于视场时，移动滑台带动相机镜头与光源移动，以完成对裂纹的跟踪。

所述伺服电机为FR-LS-20-2-05-06-A，由于移动滑台是在低速情况下高精度运行，因此使用伺服电机，伺服电机相比于步进电机具有控制精度高、低频、低惯量等优点。

如图1～2所示，优选的，所述图像采集系统包括第一图像采集设备和第二图像采集设备，其中第一图像采集设备包括第一相机10、第一镜头11和第一光源12，第二图像采集设备包括第二相机13、第二镜头14和第二光源15，所述第一相机10设置于移动滑台3一侧，其中第一相机10连接第一镜头11，第一镜头11前端设置有第一光源12，所述第二相机13设置于移动滑台3另一侧，其中第二相机13连接第二镜头 14，第二镜头14前端设置有第二光源15，所述第一镜头11和第二镜头 14倾斜并彼此靠近，其中第一镜头11和第二镜头14所在直线分别与竖线之间的夹角范围为0～45°。

如图1～2所示，优选的，所述第一镜头11所在直线与竖线之间的夹角为30°，所述第二镜头14所在直线与竖线之间的夹角为30°。

实施例3

如图1～2所示，裂纹扩展测量系统，包括运动控制系统、图像采集系统和数据处理工作站1，其中运动控制系统包括龙门架横梁2、移动滑台3、丝杠导轨4、伺服电机5、同步触发器6和PLC控制系统7，所述移动滑台3设置于两个龙门架横梁2上端中心位置，其中移动滑台 3设有丝杠导轨4，所述丝杠导轨4与伺服电机5连接，其中伺服电机5 连接PLC控制系统7，所述PLC控制系统7连接数据处理工作站1，所述图像采集系统设置于移动滑台3上，其中图像采集系统分别连接同步触发器6和数据处理工作站1。

如图1～2所示，优选的，所述图像采集系统包括第一图像采集设备和第二图像采集设备，其中第一图像采集设备包括第一相机10、第一镜头11和第一光源12，第二图像采集设备包括第二相机13、第二镜头14和第二光源15，所述第一相机10设置于移动滑台3一侧，其中第一相机10连接第一镜头11，第一镜头11前端设置有第一光源12，所述第二相机13设置于移动滑台3另一侧，其中第二相机13连接第二镜头 14，第二镜头14前端设置有第二光源15，所述第一镜头11和第二镜头 14倾斜并彼此靠近，其中第一镜头11和第二镜头14所在直线分别与竖线之间的夹角范围为0～45°。

如图1～2所示，优选的，所述第一镜头11所在直线与竖线之间的夹角为30°，所述第二镜头14所在直线与竖线之间的夹角为30°。由于双远心镜头外扩较大，当两个远心镜头碰在一起会产生盲区，为了防止盲区的出现，将相机、镜头和光源衔接为一个整体倾斜拍照，通过相机与镜头见的转接机构补偿倾斜拍摄对景深的损失。

如图1～2所示，优选的，所述第一相机10和第二相机13采用Basler 相机，所述第一镜头11和第二镜头14采用远心镜头，所述第一光源12 和第二光源15采用同轴光源。

所述Basler相机为全局曝光，采用全局快门方式曝光时，所有像素在同一时刻曝光，类似于将运动物体冻结了，所以适合拍摄快速运动的物体，由于被测板件处于高速运动状态因此使用全局曝光，全局曝光相机则可以将高速旋转的物体瞬间冻结，不会产生畸变，影响成像质量。

Basler相机采用CCD芯片：CCD的优点是灵敏度高，噪音小，信噪比大。

Basler相机的分辨率：由于网线接口与CCD芯片的限制，分辨率最高达到500W。

所述远心镜头主要是为纠正传统工业镜头视差而设计，它可以在一定的物距范围内，使得到的图像放大倍率不会变化，这对被测物不在同一物面上的情况是非常重要的应用，远心镜头由于其特有的平行光路设计一直为对镜头畸变要求很高的机器视觉应用场合所青睐。

所述同轴光源(漫射同轴灯，金属平面漫反射照明光源)提供了比传统光源更均匀的照明，因此提高了机器视觉的准确性和重现性。同轴光源主要用于检测反光强度很厉害的平面物体，比如玻璃。同轴光源能够凸显物体表面不平整，克服表面反光造成的干扰，主要用于检测物体平整光滑表面的碰伤、划伤、裂纹和异物。同轴光源最适宜用于反射度极高的物体，如金属、玻璃、胶片、晶片等表面的划伤检测；为防止反光对采集系统的干扰采用同轴光源减少反光的影响，并采用无级控制光源亮度。同轴光源由于作用过程中需要半透半反射玻璃，因此当同轴光在物体与镜头之间作用时，可能会导致观测目标边缘变虚，不够锐利，在使用过程中对目标边缘要求高的可根据需要选用辅助光源如条形光源，同时半透半反射玻璃将不可避免的造成光亮损失，因此需要采用高亮的同轴光源，高亮同轴光源具有比普通同轴光更高的光亮程度，尽可能排除外界光照影响。对于被测板件具有多种颜色(银色，绿色，黄色)，可以配备多种备选的光源颜色，以满足需求，颜色可以配有红，绿，蓝，白四种光源颜色。

实施例4

如图1～2所示，裂纹扩展测量系统，包括运动控制系统、图像采集系统和数据处理工作站1，其中运动控制系统包括龙门架横梁2、移动滑台3、丝杠导轨4、伺服电机5、同步触发器6和PLC控制系统7，所述移动滑台3设置于两个龙门架横梁2上端中心位置，其中移动滑台 3设有丝杠导轨4，所述丝杠导轨4与伺服电机5连接，其中伺服电机5 连接PLC控制系统7，所述PLC控制系统7连接数据处理工作站1，所述图像采集系统设置于移动滑台3上，其中图像采集系统分别连接同步触发器6和数据处理工作站1。

如图1～2所示，优选的，所述图像采集系统包括第一图像采集设备和第二图像采集设备，其中第一图像采集设备包括第一相机10、第一镜头11和第一光源12，第二图像采集设备包括第二相机13、第二镜头14和第二光源15，所述第一相机10设置于移动滑台3一侧，其中第一相机10连接第一镜头11，第一镜头11前端设置有第一光源12，所述第二相机13设置于移动滑台3另一侧，其中第二相机13连接第二镜头 14，第二镜头14前端设置有第二光源15，所述第一镜头11和第二镜头 14倾斜并彼此靠近，其中第一镜头11和第二镜头14所在直线分别与竖线之间的夹角范围为0～45°。

如图1～2所示，优选的，所述第一镜头11所在直线与竖线之间的夹角为30°，所述第二镜头14所在直线与竖线之间的夹角为30°。

如图1～2所示，优选的，所述第一相机10和第二相机13采用Basler 相机，所述第一镜头11和第二镜头14采用远心镜头，所述第一光源12 和第二光源15采用同轴光源。

如图1所示，优选的，还包括循环数采集相机8，所述循环数采集相机8分别连接同步触发器6和数据处理工作站1。本申请通过循环数采集相机视觉读取循环数，采用进口相机保证对循环数的成像质量，进而保证对循环数的准确识别，采用网线接口，保证在较长距离传输过程中具有较小的损失，由于循环数是在显示器上，使用相机采集图像时将不可避免的产生摩尔波纹，由于摩尔波纹的随机性，本实用新型将在实际过程中观察摩尔波纹的严重程度采取不同的措施消除影响。如果波纹较轻不影响处理，则忽略影响；如果波纹影响程度一般，将通过改变物距的方式消除影响；如果波纹较为严重，则可以增加低通滤滤镜消除影响。

如图1所示，优选的，所述第一相机10、第二相机13和循环数采集相机8分别与数据处理工作站1通过网线连接。

实施例5

如图1～2所示，裂纹扩展测量系统，包括运动控制系统、图像采集系统和数据处理工作站1，其中运动控制系统包括龙门架横梁2、移动滑台3、丝杠导轨4、伺服电机5、同步触发器6和PLC控制系统7，所述移动滑台3设置于两个龙门架横梁2上端中心位置，其中移动滑台 3设有丝杠导轨4，所述丝杠导轨4与伺服电机5连接，其中伺服电机5 连接PLC控制系统7，所述PLC控制系统7连接数据处理工作站1，所述图像采集系统设置于移动滑台3上，其中图像采集系统分别连接同步触发器6和数据处理工作站1。

如图1～2所示，优选的，所述图像采集系统包括第一图像采集设备和第二图像采集设备，其中第一图像采集设备包括第一相机10、第一镜头11和第一光源12，第二图像采集设备包括第二相机13、第二镜头14和第二光源15，所述第一相机10设置于移动滑台3一侧，其中第一相机10连接第一镜头11，第一镜头11前端设置有第一光源12，所述第二相机13设置于移动滑台3另一侧，其中第二相机13连接第二镜头 14，第二镜头14前端设置有第二光源15，所述第一镜头11和第二镜头 14倾斜并彼此靠近，其中第一镜头11和第二镜头14所在直线分别与竖线之间的夹角范围为0～45°。

如图1～2所示，优选的，所述第一镜头11所在直线与竖线之间的夹角为30°，所述第二镜头14所在直线与竖线之间的夹角为30°。

如图1～2所示，优选的，所述第一相机10和第二相机13采用Basler 相机，所述第一镜头11和第二镜头14采用远心镜头，所述第一光源12 和第二光源15采用同轴光源。

如图1所示，优选的，还包括循环数采集相机8，所述循环数采集相机8分别连接同步触发器6和数据处理工作站1。

如图1所示，优选的，所述第一相机10、第二相机13和循环数采集相机8分别与数据处理工作站1通过网线连接。

如图1所示，优选的，还包括伺服驱动器9，所述伺服驱动器9设置于伺服电机5和PLC控制系统7之间，其中伺服驱动器9分别于伺服电机5和PLC控制系统7连接。

所述伺服驱动器又称为“伺服控制器”、“伺服放大器”，是用来控制伺服电机的一种控制器，其作用类似于变频器作用于普通交流马达，属于伺服系统的一部分，主要应用于高精度的定位系统，一般是通过位置、速度和力矩三种方式对伺服马达进行控制，实现高精度的传动系统定位，目前是传动技术的高端产品。

实施例6

如图1～2所示，裂纹扩展测量系统，包括运动控制系统、图像采集系统和数据处理工作站1，其中运动控制系统包括龙门架横梁2、移动滑台3、丝杠导轨4、伺服电机5、同步触发器6和PLC控制系统7，所述移动滑台3设置于两个龙门架横梁2上端中心位置，其中移动滑台 3设有丝杠导轨4，所述丝杠导轨4与伺服电机5连接，其中伺服电机5 连接PLC控制系统7，所述PLC控制系统7连接数据处理工作站1，所述图像采集系统设置于移动滑台3上，其中图像采集系统分别连接同步触发器6和数据处理工作站1。

如图1～2所示，优选的，所述图像采集系统包括第一图像采集设备和第二图像采集设备，其中第一图像采集设备包括第一相机10、第一镜头11和第一光源12，第二图像采集设备包括第二相机13、第二镜头14和第二光源15，所述第一相机10设置于移动滑台3一侧，其中第一相机10连接第一镜头11，第一镜头11前端设置有第一光源12，所述第二相机13设置于移动滑台3另一侧，其中第二相机13连接第二镜头 14，第二镜头14前端设置有第二光源15，所述第一镜头11和第二镜头 14倾斜并彼此靠近，其中第一镜头11和第二镜头14所在直线分别与竖线之间的夹角范围为0～45°。

如图1～2所示，优选的，所述第一镜头11所在直线与竖线之间的夹角为30°，所述第二镜头14所在直线与竖线之间的夹角为30°。

如图1～2所示，优选的，所述第一相机10和第二相机13采用Basler 相机，所述第一镜头11和第二镜头14采用远心镜头，所述第一光源12 和第二光源15采用同轴光源。

如图1所示，优选的，还包括循环数采集相机8，所述循环数采集相机8分别连接同步触发器6和数据处理工作站1。

如图1所示，优选的，所述第一相机10、第二相机13和循环数采集相机8分别与数据处理工作站1通过网线连接。

如图1所示，优选的，还包括伺服驱动器9，所述伺服驱动器9设置于伺服电机5和PLC控制系统7之间，其中伺服驱动器9分别于伺服电机5和PLC控制系统7连接。

优选的，所述移动滑台3设有光栅尺，所述光栅尺连接数据处理工作站1。为保证在运行过程中的精度，可以使用光栅尺和数据处理工作站构成闭环反馈，以实现更高精度的要求，在实际实验中，伺服驱动器及伺服电机已经能达到所需要的精度，则本着节约资源的理念，不使用光栅尺，但会在硬件上预留光栅尺的接口(如果选用光栅尺，则光栅尺精度需要高于伺服电机精度)。

根据各个部件的要求，将配备5V，12V，24V等常规的直流开关电源，并配有稳压电源，保证供电系统的可靠性。在插座方面采用PDU 插座，普通的插座一般为2-3年，插拔4500-5000左右，而PDU插座采用超级导通金属材料——锡(磷)青铜，具有良好耐磨性与导电性，满负载通电一小时，温升只有20度，远低于国家标准的45度，有效阻止元件发热，热插拔10000以上，使用寿命高达10年，是普通插座的5 倍以上。

实施例7

如图1～2所示，裂纹扩展测量系统，包括运动控制系统、图像采集系统和数据处理工作站1，其中运动控制系统包括龙门架横梁2、移动滑台3、丝杠导轨4、伺服电机5、同步触发器6和PLC控制系统7，所述移动滑台3设置于两个龙门架横梁2上端中心位置，其中移动滑台 3设有丝杠导轨4，所述丝杠导轨4与伺服电机5连接，其中伺服电机5 连接PLC控制系统7，所述PLC控制系统7连接数据处理工作站1，所述图像采集系统设置于移动滑台3上，其中图像采集系统分别连接同步触发器6和数据处理工作站1。

如图1～2所示，优选的，所述图像采集系统包括第一图像采集设备和第二图像采集设备，其中第一图像采集设备包括第一相机10、第一镜头11和第一光源12，第二图像采集设备包括第二相机13、第二镜头14和第二光源15，所述第一相机10设置于移动滑台3一侧，其中第一相机10连接第一镜头11，第一镜头11前端设置有第一光源12，所述第二相机13设置于移动滑台3另一侧，其中第二相机13连接第二镜头 14，第二镜头14前端设置有第二光源15，所述第一镜头11和第二镜头 14倾斜并彼此靠近，其中第一镜头11和第二镜头14所在直线分别与竖线之间的夹角范围为0～45°。

如图1～2所示，优选的，所述第一镜头11所在直线与竖线之间的夹角为30°，所述第二镜头14所在直线与竖线之间的夹角为30°。

如图1～2所示，优选的，所述第一相机10和第二相机13采用Basler 相机，所述第一镜头11和第二镜头14采用远心镜头，所述第一光源12 和第二光源15采用同轴光源。

如图1所示，优选的，还包括循环数采集相机8，所述循环数采集相机8分别连接同步触发器6和数据处理工作站1。

如图1所示，优选的，所述第一相机10、第二相机13和循环数采集相机8分别与数据处理工作站1通过网线连接。

如图1所示，优选的，还包括伺服驱动器9，所述伺服驱动器9设置于伺服电机5和PLC控制系统7之间，其中伺服驱动器9分别于伺服电机5和PLC控制系统7连接。

优选的，所述移动滑台3设有光栅尺，所述光栅尺连接数据处理工作站1。

优选的，所述数据处理工作站1包括标定系统、裂纹检测与测量系统、循环数识别系统、数据耦合系统和数据库系统，其中标定系统、裂纹检测与测量系统、循环数识别系统、数据耦合系统和数据库系统协同合作完成裂纹扩展的测量。

所述数据处理工作站采用HP惠普，HP Z440-SC034工作站，千兆网卡Intel1350-T4具有4口网口可以满足3枚相机在满分辨率情况下传输要求，三星显示器U28E590D是4K显示器清晰度高。

标定系统：整个系统在工作前，需要进行手动标定得到左右两侧相机像素尺寸与物理尺寸的转换关系，采用的双远心镜头基变小，因此成像不需要畸变矫正，标定系统主要完成物理尺寸与像素大小的转换，使用标准的线纹尺完成此项工作，标准的线纹尺精度0.001mm刻度为0.1mm。在标定时，在线纹尺下方放置一白色背景以突出线纹尺的刻度线(或采用背光的打光方式凸显线纹尺刻度线)，影长矫正因子的算法将采用亚像素进行处理，在具有较好硬件的情况下，亚像素将在一定程度上对单个像素进行再次细分，提高最终的测量精度。

裂纹检测与测量系统：在获取实时图像后对图像进行处理。首先需要对图形进行去噪，由于大部分噪声，如由敏感元件，传输通道等引起的噪声多半是随机的，它们对某一像素点的影响都可以看作是孤立的，因此，和邻近各像素点相比，被噪声影响的像素点的灰度值将有显著的不同。根据这个原理，采用中值滤波的方法对图形进行处理。图像分割是裂纹检测的关键步骤，为满足处理速度初步选为直方图阈值分割法获取阈值，将小于阈值的区域显示为白色，大于阈值的区域显示为黑色。经过阈值分割后的二值图像中可能存在凹洞，毛刺和断线等缺陷。尤其是当采集的图像包含噪声的情况下，会对后续的细化，提取边缘特征等操作产生影响。故必须采取措施消除。这里采用数学形态学的方法对二值图像进行修补，以消除图像中的缺陷和噪声。在数学形态学处理的过程中，结构元素的形状和大小直接影响处理的结果。不同形状的结构元素对噪声的及缺陷的敏感程度不同，当仅采用一种形状的结构元素不能达到满意效果时，可以采用多种形状的结构元素对整个图像进行运算。结构元素的大小对图像处理效果也有影响。一般来说，小尺寸的结构元素去噪能力较弱，但对边缘细节的保护较好；大尺寸的结构元素则相反。在经过膨胀与腐蚀操作后，需要进行细化操作。图像细化是指在保留图像几何形状的前提下，尽量减少图像所包含的信息。图像细化的结果被形象的称为图像的骨架，即把输入具有一定宽度的图像轮廓用逐次去掉边缘的方法最终变为宽度仅为一个像素宽度的骨架。当裂纹检测完成后需要显示出整体裂纹的图像，根据前述测量系统的机械精度远高于测量精度要求，因此采用直接拼接的方式既保证了裂纹检测精度又提升裂纹拼接效率。

获得裂纹骨架后，可以通过对图像行列进行遍历扫描来依次判断裂纹区域点相邻情况，如果裂纹边缘的像素只有一个坐标变化，称为单向相邻，裂纹长度增加d_p；如果裂纹边缘像素的两个坐标值都变化，则成为双向相邻，裂纹长度增加然后累加得到最终的裂纹长度(根据实际情况可能更改裂纹长度计算方式，以满足裂纹长度计量方式的可操作性)，其中像素间距离为每一个方格代表一个像素点。对于裂纹，首先计算得到以像素单位逻辑表示的长度l(像素),然后通过确定的CCD影像长度矫正因子Scale(毫米/像素)，将其转换为实际的裂纹长度L(mm)。

循环数识别系统：对于循环数的采集，通过OCR字符识别循环数并记录，采集循环数的相机与采集裂纹图像的相机(第一相机和第二相机)是通过同步触发器在同一时刻给予的采集信号，其信号传输速度为光速，因此可以保证拍摄时刻的一直性。OCR识系统核心算法拟采用支持向量机进行学习与分类，获取识别结果，机器学习算法分为两步：训练与检测。训练阶段：a.获取高清循环数图像，b.进行阈值处理，c.形态学操作，d.获取对象骨架，e.构造OCR支持向量机训练。检测阶段：a.获取高清循环数图像，b.图像预处理，c.单个字符分割， d.检测，e.输出检测结果。

数据耦合系统：根据技术要求，需要对裂纹长度与循环数进行耦合，采用队列的处理方式对数据进行耦合，系统一共有多个线程(根据实际情况进行增加或删除)，相机依次打开，同时进行拍摄时刻保证一致，将第一相机图像，第二相机图像，以及循环数图像放入三个不同的队列中，在检测时保证各个队列至少包含一张图像，从各个队列提取一张图像进行处理，分别获得左侧裂纹长度，右侧裂纹长度以及循环数大小，将这三个数据存入n行3列的数组中。此时，数据可用于绘制裂纹扩展曲线图，并且数据会存入数据库中，方便后续查看。数据耦合系统的重点在于保证三个相机拍摄时刻的一致性，从理论上来讲，相机采集的帧速率位10FPS，则一张图像与一张图像的间隔位 100ms，通过硬件触发相机每100ms采集一次，三个相机同时接收到采集命令进行采集，三者采集的时间差远远小于100ms，因此使用同步触发保证具有一致性，不会影响数据的获取。

数据库系统：数据库系统将录入裂纹总长度与循环数信息以及时间信息，方便查询先前的测试结果与测试数据，同时数据库系统包含数据分析功能，数据分析功能将查询的裂纹数据信息绘制成折线图，横轴为循环数，纵轴为裂纹长度，折线图可以清晰的呈现出裂纹长度随着循环数载荷的变化程度，在查询数据时通过限定裂纹与循环数的获取时的时间来界定数据。

本实用新型的工作原理如下：

本申请龙门架横梁2安装有移动滑台3，并且移动滑台3下方依次悬挂相机、镜头和光源，移动滑台3通过丝杠导轨4与伺服电机5 相连，伺服电机5实现高精度低速运行，同步触发器6输出同步触发信号给3个相机(第一相机10、第二相机13及循环数采集相机8)，保证同一时刻获取到裂纹图像与循环数图像，相机与数据处理工作1 通过网线传输信号，对采集到的图像采用算法处理获取裂纹长度，循环数，判断裂纹是否超出相机的单一视场以确定伺服电5是否运动，并将获取的裂纹长度信息，循环数信息以时间为标记存入数据库系统中，方便后续查看。数据处理工作站1采用通信方式与PLC控制系统7进行信息传递，数据处理工作站1发出指令传达到PLC控制系统7，PLC控制系统7输出一定量的脉冲信号以及位置信号给予伺服驱动器9，进而伺服驱动器9输出信号给予伺服电机5，伺服电机5 低速运行，通过丝杠导轨4带动移动滑台3移动，完成相机移动进而实现裂纹跟踪。

所述包含光栅尺的工作原理如下：运动控制系统主要负责对相机进行高精度移动，当裂纹长度超过一定门限(超出视场前的预设值)，通过数据处理工作站1通讯发送移动指令给PLC控制系统7，PLC 控制系统7输出控制信号经过伺服驱动器9，进而伺服驱动器9输出信号给予伺服电机5，伺服电机5低速运行，通过丝杠导轨4带动移动滑台3移动，驱动X轴移动滑台3移动一定距离，移动滑台3上附有光栅读数头，当移动平台在移动时光栅读数头会发出脉冲，PLC 控制系统7上的计数器模块将记录脉冲个数，在移动滑台3完成移动后，通过数据处理工作站1与PLC控制系统7间的通讯将脉冲个数发送给数据处理工作站1，获取精确的移动距离，在相机运动过程中，各个相机停止拍摄。

本实用新型图像采集系统的镜头采用双远心镜头，解决了物距变化带来的成像模糊问题，改善了成像质量，并且将两个相机倾斜放置，避免双远心镜头造成的成像盲区，并在镜头与相机之间加入转接角补偿损失的景深；本实用新型采用移动滑台对裂纹进行跟踪，当裂纹超出视场时，移动滑台带动相机移动一定距离满足对裂纹的测量；本实用新型设计合理、精确度高，可以达到0.1mm的检测精度，实验数据真实记录裂纹扩展情况。

上面结合附图对本实用新型优选实施方式作了详细说明，但是本实用新型不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下做出各种变化。

不脱离本实用新型的构思和范围可以做出许多其他改变和改型。应当理解，本实用新型不限于特定的实施方式，本实用新型的范围由所附权利要求限定。

Claims (9)

1.裂纹扩展测量系统，其特征在于：包括运动控制系统、图像采集系统和数据处理工作站，其中运动控制系统包括龙门架横梁、移动滑台、丝杠导轨、伺服电机、同步触发器和PLC控制系统，所述移动滑台设置于两个龙门架横梁上端中心位置，其中移动滑台设有丝杠导轨，所述丝杠导轨与伺服电机连接，其中伺服电机连接PLC控制系统，所述PLC控制系统连接数据处理工作站，所述图像采集系统设置于移动滑台上，其中图像采集系统分别连接同步触发器和数据处理工作站。

2.根据权利要求1所述的裂纹扩展测量系统，其特征在于：所述图像采集系统包括第一图像采集设备和第二图像采集设备，其中第一图像采集设备包括第一相机、第一镜头和第一光源，第二图像采集设备包括第二相机、第二镜头和第二光源，所述第一相机设置于移动滑台一侧，其中第一相机连接第一镜头，第一镜头前端设置有第一光源，所述第二相机设置于移动滑台另一侧，其中第二相机连接第二镜头，第二镜头前端设置有第二光源，所述第一镜头和第二镜头倾斜并彼此靠近，其中第一镜头和第二镜头所在直线分别与竖线之间的夹角范围为0~45°。

3.根据权利要求2所述的裂纹扩展测量系统，其特征在于：所述第一镜头所在直线与竖线之间的夹角为30°，所述第二镜头所在直线与竖线之间的夹角为30°。

4.根据权利要求3所述的裂纹扩展测量系统，其特征在于：所述第一相机和第二相机采用Basler相机，所述第一镜头和第二镜头采用远心镜头，所述第一光源和第二光源采用同轴光源。

5.根据权利要求4所述的裂纹扩展测量系统，其特征在于：还包括循环数采集相机，所述循环数采集相机分别连接同步触发器和数据处理工作站。

6.根据权利要求5所述的裂纹扩展测量系统，其特征在于：所述第一相机、第二相机和循环数采集相机分别与数据处理工作站通过网线连接。

7.根据权利要求6所述的裂纹扩展测量系统，其特征在于：还包括伺服驱动器，所述伺服驱动器设置于伺服电机和PLC控制系统之间，其中伺服驱动器分别于伺服电机和PLC控制系统连接。

8.根据权利要求1所述的裂纹扩展测量系统，其特征在于：所述移动滑台设有光栅尺，所述光栅尺连接数据处理工作站。

9.根据权利要求1~8任一项所述的裂纹扩展测量系统，其特征在于：所述数据处理工作站包括标定系统、裂纹检测与测量系统、循环数识别系统、数据耦合系统和数据库系统，其中标定系统、裂纹检测与测量系统、循环数识别系统、数据耦合系统和数据库系统协同合作完成裂纹扩展的测量。