本发明专利技术提供的一种裂纹扩展实时监测装置及方法，包括加载装置、白光光源、定焦远心镜头、CCD相机、CCD相机调节支架和计算机。加载装置上安放试件，定焦远心镜头安装在CCD相机前端，CCD相机固定在CCD相机调节支架上，且其通过数据线与计算机连接，白光光源固定在定焦远心镜头的前上方，所述计算机安装有图像采集系统和DIC软件。本发明专利技术提供的一种裂纹扩展实时监测装置及方法，利用数字图像相关法对裂纹扩展前后两幅散斑图像的相关系数进行计算，进而通过相关系数的大小判别发生裂纹扩展的区域，裂纹测量精度高，可有效识别人工目测难以识别的微裂纹，提高试验结果的准确性和可靠性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于裂纹监测
，具体涉及一种用于损伤容限试验的裂纹扩展实时监测装置及方法。
技术介绍
随着损伤容限技术在飞机结构设计和评定中的深入应用，损伤容限试验技术的受重视程度越来越高。在飞机研制阶段，为获得材料和结构的裂纹扩展特性，往往需要进行大量的损伤容限试验。试验过程中，需在对试件施加重复性谱载的同时，监控和测量裂纹的扩展方向和长度，而裂纹扩展长度的准确测量是获得裂纹扩展率等性能参数的重要前提。目前，损伤容限试验多借助标尺或预制标尺的手段，采用人工目测的方法对试件的裂纹扩展情况进行定期监测。人工目测方法虽然技术复杂度低、易于实现，但该方法主观性大、精度和效率低，且难以实现裂纹扩展的实时监测。
技术实现思路
本专利技术所要解决的是现有裂纹监测装置精度和效率低的技术问题，提供一种基于数字图像相关法（DIC）的裂纹扩展实时监测装置及方法。为了解决本专利技术的技术问题，本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种裂纹扩展实时监测装置，包括加载装置1、白光光源3、定焦远心镜头4、CCD相机5、CCD相机调节支架6和计算机7，所述加载装置1上安放试件2，所述定焦远心镜头4安装在所述CCD相机5前端，所述CCD相机5固定在所述CCD相机调节支架6上，所述CCD相机5通过数据线与计算机7连接；所述白光光源3固定在所述定焦远心镜头4的前上方。优选地，所述计算机7安装有图像采集系统和数字图像相关（DIC）软件。一种裂纹扩展实时监测装置的监测方法，包括以下步骤：步骤一：在试件2表面制作黑白相间的随机斑点图样。步骤二：在试验现场，布置裂纹监测系统。步骤三：打开图像采集系统，并进行调试，调整CCD相机5角度，保证定焦远心镜头4轴线与被测试件2表面垂直；调整CCD相机5与试件2距离，保证试件2表面待测区域成像清晰且图像处于景深中间位置；调整白光光源3的位置及亮度，保证试件2表面光线均匀、明暗适中。步骤四：试验开始前，采用CCD相机5拍摄试件表面待测区域散斑图像并保存至计算机7，所述计算机7中预存一个相关系数阈值。步骤五：试验过程中，通过设置图像采集间隔定期自动拍摄试件2表面的散斑图像并保存至计算机7，图像采集时需确保试件2处于拉伸状态，即裂纹处于张开状态。步骤六：采用数字图像相关法对比分析试验过程中拍摄的散斑图像与试验前拍摄的散斑图像，通过整像素匹配搜索，计算待测区域不同位置处的标准化协方差相关系数，筛选出相关系数低于阈值的区域，该区域即为裂纹扩展区域。步骤七：根据镜头放大倍数、CCD芯片尺寸和图像分辨率，建立像素值与物理尺寸间的比例关系，将裂纹扩展长度的像素尺度转换至试件2的物理尺度。优选地，所述步骤四中和步骤六的阈值为0.5~0.8，阈值大小可根据散斑图像的质量进行适当调整。与现有技术相比，本专利技术获得的有益效果是：本专利技术公开的一种裂纹扩展实时监测装置及方法，可实现裂纹实时监测，裂纹长度测量时不需要暂停试验设备，提高试验效率，节省试验时间；利用数字图像相关法对裂纹扩展前后两幅散斑图像的相关系数进行计算，通过相关系数的大小判别发生裂纹扩展的区域，裂纹测量精度高，可有效识别人工目测难以识别的微裂纹，提高试验结果的准确性和可靠性。本专利技术公开的一种裂纹扩展实时监测装置及方法，适用于裂纹扩展长度和扩展方向的测量，属于损伤容限（裂纹扩展）试验范畴，不需求解位移场和应变场，降低计算复杂度，提高图像处理速度，以满足实时监测的需要，仅根据相关系数的大小便可判别裂纹发生位置、测量裂纹扩展长度。附图说明图1为裂纹扩展实时监测装置示意图。附图标记：1、加载装置；2、试件；3、白光光源；4、定焦远心镜头；5、CCD相机；6、CCD相机调节支架；7、计算机。具体实施方案下面结合附图，对实施例进行详细说明。参见附图1，一种裂纹扩展实时监测装置，包括加载装置1、白光光源3、定焦远心镜头4、CCD相机5、CCD相机调节支架6和计算机7，所述加载装置1上安放试件2，所述定焦远心镜头4安装在所述CCD相机5前端，所述CCD相机5固定在所述CCD相机调节支架6上，所述CCD相机5通过数据线与计算机7连接；所述白光光源3固定在所述定焦远心镜头4的前上方；所述计算机7安装有图像采集系统和数字图像相关（DIC）软件。一种基于数字图像相关法的裂纹扩展实时监测装置，其特点是利用数字图像相关法对裂纹扩展前后两幅散斑图像的相关系数进行计算，进而通过相关系数的大小判别发生裂纹扩展的区域（路径）。由于通常损伤容限试验所施加的谱载相对于结构极限载荷是小载荷，试件的大部分区域属于小变形范畴，该区域的相关系数较高。而裂纹区域存在较大的相对位移，裂纹扩展前后散斑图像差异较大，相关系数也急剧下降。因此，采用基于DIC法的相关系数来监测裂纹扩展具有较高的可靠度和灵敏度。一种裂纹扩展实时监测装置的监测方法，包括以下步骤：步骤一：在试件2表面制作黑白相间的随机斑点图样。步骤二：在试验现场，布置裂纹监测系统。步骤三：打开图像采集系统，并进行调试，调整CCD相机5角度，保证定焦远心镜头4轴线与被测试件2表面垂直；调整CCD相机5与试件2距离，保证试件2表面待测区域成像清晰且图像处于景深中间位置；调整白光光源3的位置及亮度，保证试件2表面光线均匀、明暗适中。步骤四：试验开始前，采用CCD相机5拍摄试件表面待测区域散斑图像并保存至计算机7，所述计算机7中预存一个相关系数阈值。步骤五：试验过程中，通过设置图像采集间隔定期自动拍摄试件2表面的散斑图像并保存至计算机7，图像采集时需确保试件2处于拉伸状态，即裂纹处于张开状态。步骤六：采用数字图像相关法对比分析试验过程中拍摄的散斑图像与试验前拍摄的散斑图像，通过整像素匹配搜索，计算待测区域不同位置处的标准化协方差相关系数，筛选出相关系数低于阈值的区域，该区域即为裂纹扩展区域。步骤七：根据镜头放大倍数、CCD芯片尺寸和图像分辨率，建立像素值与物理尺寸间的比例关系，将裂纹扩展长度的像素尺度转换至试件2的物理尺度。进一步地，所述步骤四中和步骤六的阈值为0.5~0.8，阈值大小可根据散斑图像的质量进行适当调整。通过上述装置和方法可实现裂纹实时监测，裂纹长度测量时不需要暂停试验设备，提高试验效率，节省试验时间；利用数字图像相关法对裂纹扩展前后两幅散斑图像的相关系数进行计算，通过相关系数的大小判别发生裂纹扩展的区域，裂纹测量精度高，可有效识别人工目测难以识别的微裂纹，提高试验结果的准确性和可靠性。一种裂纹扩展实时监测装置及方法，适用于裂纹扩展长度和扩展方向的测量，属于损伤容限（裂纹扩展）试验范畴，不需求解位移场和应变场，降低计算复杂度，提高图像处理速度，以满足实时监测的需要，仅根据相关系数的大小便可判别裂纹发生位置、测量裂纹扩展长度。以上列举的仅是本专利技术的具体实施例之一。显然，本专利技术不限于以上实施例，还可以有许多类似的改形。本领域的普通技术人员能从本专利技术公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本专利技术所要保护的范围。本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种裂纹扩展实时监测装置，其特征在于：包括加载装置（1）、白光光源（3）、定焦远心镜头（4）、CCD相机（5）、CCD相机调节支架（6）和计算机（7），所述加载装置（1）上安放试件（2），所述定焦远心镜头（4）安装在所述CCD相机（5）前端，所述CCD相机（5）固定在所述CCD相机调节支架（6）上，所述CCD相机（5）通过数据线与计算机（7）连接；所述白光光源（3）固定在所述定焦远心镜头（4）的前上方，所述计算机（7）安装有图像采集系统和数字图像相关软件。
【技术特征摘要】
1. 一种裂纹扩展实时监测装置，其特征在于：包括加载装置（1）、白光光源（3）、定焦远心镜头（4）、CCD相机（5）、CCD相机调节支架（6）和计算机（7），所述加载装置（1）上安放试件（2），所述定焦远心镜头（4）安装在所述CCD相机（5）前端，所述CCD相机（5）固定在所述CCD相机调节支架（6）上，所述CCD相机（5）通过数据线与计算机（7）连接；所述白光光源（3）固定在所述定焦远心镜头（4）的前上方，所述计算机（7）安装有图像采集系统和数字图像相关软件。2.如权利要求1所述的一种裂纹扩展实时监测装置的监测方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一：在试件（2）表面制作黑白相间的随机斑点图样；步骤二：在试验现场，布置裂纹监测系统；步骤三：打开图像采集系统，并进行调试，调整CCD相机（5）角度，保证定焦远心镜头（4）轴线与被测试件（2）表面垂直；调整CCD相机（5）与试件（2）距离，保证试件（2）表面待测区域成...
【专利技术属性】
技术研发人员：秦利军，李朝光，杜兴刚，王红飞，彭志军，朱亲强，汤庆辉，朱翔，王学强，吕万韬，王震，姜亚娟，余凌晶，胡博海，
申请(专利权)人：江西洪都航空工业集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：江西;36
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