(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210861425.6 (22)申请日 2022.07.20 (71)申请人 浙江工业大 学 地址 310014 浙江省杭州市拱 墅区潮王路 18号 (72)发明人 高红俐　赏鸿斌　单晓锋　詹京松　 黄心畏　林志远　 (74)专利代理 机构 浙江千克知识产权代理有限 公司 33246 专利代理师 冷红梅 (51)Int.Cl. G01N 3/32(2006.01) G01N 3/02(2006.01) G01N 21/84(2006.01) (54)发明名称 混合图像处理的双显微疲劳裂纹和尖端变 形场测量方法 (57)摘要 一种混合图像处理的双显微疲劳裂纹和尖 端变形场测量方法， 包括以下步骤： 步骤1： 疲劳 裂纹扩展试验前准备工作； 步骤2： 采集 设定数量 Q&P钢紧凑拉伸CT试件两面的显微裂纹图像和散 斑图像； 步骤3： 得到疲劳短裂纹扩展速率； 步骤 4： 得到裂纹尖端 位移场的数据； 步骤5： 结合虚拟 引伸计技术分析疲劳短裂纹在不同长度的闭合 效应演化规律； 步骤6： 结合显微裂纹图像， 分析 不同长度下、 一个载荷循环内裂纹闭合过程中裂 纹形态的演变规律； 步骤 7： 结合采集到的散斑图 像， 分析不同长度下、 一个载荷循环内裂纹闭合 过程中裂纹尖端应变场的演变规律。 本发明解决 了QP钢裂纹闭合过程中疲 劳短裂纹尖端区域小、 变形梯度大、 材 料各向异性强等测量问题。 权利要求书2页 说明书4页 附图1页 CN 115235924 A 2022.10.25 CN 115235924 A 1.一种混合图像处理的双显微疲劳裂纹和尖端变形场测量方法， 其特征在于， 所述方 法包括以下步骤： 步骤1： 疲劳裂纹扩展试验前准备工作； 步骤2： 进行疲劳裂纹扩展试验， 采用双显微相机在不同裂纹长度下同步采集Q&P钢紧 凑拉伸CT试件两面的显微裂纹图像和散斑图像各5 0张； 步骤3： 采用DIP技术对拍摄到的显微裂纹图像， 进行QP钢疲劳短裂纹扩展形态及裂纹 长度识别和 测量， 得到疲劳 短裂纹扩展速率； 步骤4： 采用显微DIC技术对拍摄到的散斑图像， 进行疲劳短裂纹尖端位移场的分析， 得 到裂纹尖端位移场的数据； 步骤5： 根据步骤4所得的数据结合虚拟引伸计技术分析疲劳短裂纹在不同长度的闭合 效应演化 规律； 步骤6： 根据步骤5结果结合采集到的显微裂纹图像， 分析不同长度下、 一个载荷循环内 裂纹闭合过程中裂纹形态的演变规 律； 步骤7： 根据步骤5的结果结合采集到的散斑图像， 分析不同长度 下、 一个载荷循环内裂 纹闭合过程中裂纹尖端应 变场的演变规 律。 2.如权利要求1所述的混合图像处理的双显微疲劳裂纹和尖端变形场测量方法， 其特 征在于， 所述步骤1中， 试验前准备工作包括系统调试， 相机标定， 试件制备， 用张氏标定法 对相机进行标定， 由于散斑图像中ROI的置信度要求， 所以需要制备显微散斑， CT试件一侧 打磨成漫反射效果的光面， 一面制备显微散斑， 把试件安装疲劳试验机上， 并在两边安装双 显微相机， 每 个相机搭配一个镜 头。 3.如权利要求2所述的混合图像处理的双显微疲劳裂纹和尖端变形场测量方法， 其特 征在于， 所述步骤1中， 拍摄显微裂纹图像的相机， 分辨率5472 ×3648pixel， 横向视场应控 制在2mm， 横向视场需略大于疲劳短裂纹的长度， 并对拍摄图像进行矫正， 记录图像空间分 辨率， 图像空间分辨率要求在0.35μm/pixel,拍摄显微散斑图像的相机， 分辨率4096 × 3000pixel， 视场控制在4mm ×2mm， 便于后续DIC分析， 并对拍摄图像进行矫正， 记录图像空 间分辨率， 图像空间分辨 率要求在1 μm/pixel。 4.如权利要求1～3之一所述的混合图像处理的双显微疲劳裂纹和尖端变形场测量方 法， 其特征在于， 所述步骤2中， 用显微相机采集散斑图像并矫正， 作为参考图像， 设定试验 载荷和频率等进行疲劳扩展试验， 对采集到的图像， 进 行保存； 通过双显微摄像相机同步采 集不同裂纹长度下一个载荷循环内的显微裂纹图像和散斑图像各50张， 对采集到的图像， 进行保存； 观 察最大力值下的显微裂纹图像， 当裂纹图像在视场中， 则继续试验； 反之， 裂纹 长度超出视场则停止试验。 5.如权利要求4所述的混合图像处理的双显微疲劳裂纹和尖端变形场测量方法， 其特 征在于， 所述步骤2中， 采集软件接受控制疲劳试验机的控制单元反馈的力值， 当力值等于 设定的采集载荷值时， 触发相机采集。 6.如权利要求1～3之一所述的混合图像处理的双显微疲劳裂纹和尖端变形场测量方 法， 其特征在于， 所述步骤3中， 基于疲劳短裂纹识别 及扩展长度测量算法， 利用最大力值显 微裂纹图像， 计算裂纹长度并分析短裂纹扩展速率。 7.如权利要求1～3之一所述的混合图像处理的双显微疲劳裂纹和尖端变形场测量方权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115235924 A 2法， 其特征在于， 所述步骤3中， 疲劳短裂纹识别及 扩展长度测量算法主要利用高通滤波， 自 适应阈值滤波和裂纹骨架提取来获得裂纹长度。 8.如权利要求1～3之一所述的混合图像处理的双显微疲劳裂纹和尖端变形场测量方 法， 其特征在于， 所述步骤4中， 对拍摄到的散斑图像， 进行图像的矫正， 通过DIC 分析得到位 移场数据， 过程是： 选取两幅散斑图像， 一幅是试件变形前采集的参考图像， 另一幅是试件 变形后的图像， 用互相关函数找到任意一点变化前后的位移， 从而获得裂纹尖端位移场数 据。 9.如权利要求1～3之一所述的混合图像处理的双显微疲劳裂纹和尖端变形场测量方 法， 其特征在于， 所述步骤5中， 在裂纹尖端后 方20 μm,40 μman d 80 μm布置虚拟引伸计， 结合 位移场数据， 测量裂纹尖端后不同距离处的疲劳裂纹张开位移， 获得一个载荷循环中不同 载荷下的裂纹张开 位移， 进一 步分析裂纹闭合对疲劳裂纹扩展的影响； 所述步骤6中， 根据得到的裂纹闭合情况， 结合采集得到的显微裂纹图像， 分析裂纹张 开和闭合时， 同一循环内， 不同载荷下， 疲劳 短裂纹形态的演变。 10.如权利要求1～3之一所述的混合图像处理 的双显微疲劳裂纹和尖端变形场测量方 法， 其特征在于， 所述步骤 7中， 根据短裂纹尖端位移场数据结合裂纹闭合效应演化规律， 通 过对散斑图像进行应变场分析， 得到Q&P钢裂纹闭合过程中疲劳短裂纹尖端变形场演化规 律； 所述步骤7中， 主要过程是通过位移场数据的微分， 可以直接计算出应变场， 为了降低 噪声， 用格林拉格朗日应 变张量来描述应 变， 用局部最小二乘变换技 术来求解应变。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115235924 A 3