一种基于冲击试验的材料微观形变量测量方法及系统

本发明涉及材料微观形变量测量技术领域，特别是涉及一种基于冲击试验的材料微观形变量测量方法及系统。

背景技术：

金属或复合材料在汽车制造、物料运输、海洋工程和航空航天等领域都有着广泛的应用。冲击实验是研究材料动载荷抗力的一种实验，动载荷和静载荷作用不同，由于加载速度快，使材料内的应力骤然提高，变形速度影响了材料的机构性质，所以材料对动载荷作用表现出另一种反应。往往在静载荷下具有很好塑性的材料，在动载荷下会呈现出脆性的性质。因此，对金属样品进行冲击性能的试验研究具有重要的现实意义。

目前，现有的落锤冲击试验中样品截面形变量的测量方法，大都是在冲击结束后通过螺旋测微器等工具进行冲击前与冲击后总形变量的手工测量。但是，这种方法无法对冲击过程中截面局部形变量进行准确测量，误差较大，无法得到截面局部形变量以及形变量与冲击次数的关系。同时，现有的落锤冲击试验中样品截面形变量的测量方法对试验台本身防止二次冲击的装置要求较高，试验台成本也相应提高。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种基于冲击试验的材料微观形变量测量方法及系统，以解决现有的材料微观形变量测量方法测量截面局部形变量误差较大的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种基于冲击试验的材料微观形变量测量方法，包括：

对样品的侧面打点，得到点阵面；

对所述点阵面进行拍摄，获取第一点阵面图片；

对冲击后样品的点阵面进行拍摄，获取第二点阵面图片；

对所述第一点阵面图片进行处理，得到第一有效点阵图；

对所述第一有效点阵图进行计算，得到多个第一点阵直线间距；

对所述第二点阵面图片进行处理，得到第二有效点阵图；

对所述第二有效点阵图进行计算，得到多个第二点阵直线间距；

将所述第一点阵直线间距减去与所述第一点阵直线间距对应的所述第二点阵直线间距，得到多个局部形变量；

将多个所述局部形变量进行累加，得到总形变量。

可选地，所述对样品的侧面打点，得到点阵面，具体包括：

利用紫外打标机在所述样品的侧面打出横纵间距固定的点阵，得到点阵面。

可选地，所述对所述第一点阵面图片进行处理，得到第一有效点阵图，具体包括：

对所述第一点阵面图片进行滤波处理，得到第一点阵面滤波图片；

对所述第一点阵面滤波图片进行二值化处理，得到第一二值化图片；

对所述第一二值化图片进行面积与圆度的筛选，将筛选后得到的区域作为第一有效点；

根据多个所述第一有效点确定第一有效点阵图。

可选地，所述对所述第一有效点阵图进行计算，得到多个第一点阵直线间距，具体包括：

提取所述第一有效点阵图中的第一有效点坐标；

采用最小二乘法对每一行的所述第一有效点坐标进行线性拟合，得到每一行的拟合直线；

利用两平行直线间的距离公式求得相邻拟合直线之间的间距，得到多个所述第一点阵直线间距。

可选地，所述对所述第一二值化图片进行面积与圆度的筛选，将筛选后得到的区域作为第一有效点，具体包括：

对所述第一二值化图片进行开操作，获得第一光滑图片；

提取所述第一光滑图片中白色区域的特征，筛选面积在1500至3500个像素内的且圆度在0.65以上的区域作为第一有效点。

可选地，所述对所述第二点阵面图片进行处理，得到第二有效点阵图，具体包括：

对所述第二点阵面图片进行滤波处理，得到第二点阵面滤波图片；

对所述第二点阵面滤波图片进行二值化处理，得到第二二值化图片；

对所述第二二值化图片进行面积与圆度的筛选，将筛选后得到的区域作为第二有效点；

根据多个所述第二有效点确定第二有效点阵图。

可选地，所述对所述第二有效点阵图进行计算，得到多个第二点阵直线间距，具体包括：

提取所述第二有效点阵图中的第二有效点坐标；

采用最小二乘法对每一行的所述第二有效点坐标进行线性拟合，得到每一行的拟合直线；

计算每一行的所述拟合直线的斜率，得到多个斜率；

将多个所述斜率取平均，获得平均斜率；

将所述平均斜率赋给每一行的所述拟合直线，保持截距不变，得到斜率相同的拟合直线；

利用两平行直线间的距离公式求得斜率相同的相邻拟合直线之间的间距，得到多个所述第二点阵直线间距。

可选地，所述对所述第二二值化图片进行面积与圆度的筛选，将筛选后得到的区域作为第二有效点，具体包括：

对所述第二二值化图片进行开操作，获得第二光滑图片；

提取所述第二光滑图片中白色区域的特征，筛选面积在1500至3500个像素内的且圆度在0.65以上的区域作为第二有效点。

一种基于冲击试验的材料微观形变量测量系统，包括：

打点模块，用于对样品的侧面打点，得到点阵面；

拍摄模块，用于对所述点阵面进行拍摄，获取第一点阵面图片；还用于对冲击后样品的点阵面进行拍摄，获取第二点阵面图片；

图片处理模块，用于对所述第一点阵面图片进行处理，得到第一有效点阵图，对所述第一有效点阵图进行计算，得到多个第一点阵直线间距；还用于对所述第二点阵面图片进行处理，得到第二有效点阵图，对所述第二有效点阵图进行计算，得到多个第二点阵直线间距；

局部形变量计算模块，用于将所述第一点阵直线间距减去与所述第一点阵直线间距对应的所述第二点阵直线间距，得到多个局部形变量；

总形变量计算模块，用于将多个所述局部形变量进行累加，得到总形变量。

可选地，所述拍摄模块为ccd相机。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明通过获取第一点阵面图片和第二点阵面图片，对第一点阵面图片和第二点阵面图片分别进行处理，获取多个第一点阵直线间距和多个第二点阵直线间距，第一点阵直线间距减去对应的第二点阵直线间距，获取点阵每行之间的形变量，得到多个局部形变量；将多个局部形变量进行累加，得到总形变量。通过对图片进行处理，获取样品的局部形变量，代替了现有的材料微观形变量手工测量的方法，提高了局部形变量的测量精度。

附图说明

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，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种基于冲击试验的材料微观形变量测量方法的流程图；

图2为样品侧表面以及打点后点阵的尺寸图；

图3为第一点阵面图片；

图4为第一点阵面滤波图片；

图5为第一有效点阵图；

图6为第一有效点阵图的线性拟合直线图；

图7为本发明一种基于冲击试验的材料微观形变量测量系统的系统框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种基于冲击试验的材料微观形变量测量方法及系统，以解决现有的材料微观形变量测量方法测量截面局部形变量误差较大的问题。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本实施例提供了一种基于冲击试验的材料微观形变量测量方法，通过图像处理对落锤冲击试验中样品的截面形变量进行测量。

图1为本发明一种基于冲击试验的材料微观形变量测量方法的流程图，如图1所示，包括：首先将所用试验材料切割为形状、大小均相同的多个样品。提供一种落锤冲击试验检测装置，通过夹具保证样品的位置固定，与落锤冲击试验检测装置分开安装的高精度ccd相机，确保了冲击前后拍照环境的相同。对所述样品采用如下方法进行形变量测量。

步骤101：对样品的侧面打点，得到点阵面。

所述对样品的侧面打点，得到点阵面，具体包括：

利用紫外打标机在所述样品的侧面打出横纵间距固定的点阵，得到点阵面，即完成了样品的准备，如图2所示，点阵的横间距为0.4cm，纵间距为0.25cm，样品的高为10cm。

步骤102：对所述点阵面进行拍摄，获取第一点阵面图片，如图3所示。

步骤103：对冲击后样品的点阵面进行拍摄，获取第二点阵面图片。

具体的，将样品放到冲击试验机下通过已经相对固定好位置的高精度ccd相机进行拍摄，然后开始对样品进行冲击，按照试验目的在合适的时候停止。停止后在保持与停止前景深基本不变的情况下利用高精度ccd相机再对样品进行拍照。在相同条件下对试样进行拍照，获得冲击前后的点阵面图片。若需要不同冲击次数下形变的数据，则每次停机都需要按照上述要求对样品进行拍照。

步骤104：对所述第一点阵面图片进行处理，得到第一有效点阵图。

对第一有效点阵图进行预处理，采用高斯滤波或中值滤波的方式去除噪点，本发明中采用的是中值滤波，尺度大小在20左右，如图4所示，然后对处理后的图片继续进行自适应的二值化处理。由于实际样品往往存在各种蚀斑，蚀斑难以通过滤波完全去除，因此需要对去除噪点后的图片进行二值化处理，二值化处理后需要再进行面积与圆度的筛选，才能最终获得有效的点阵图。

所述对所述第一点阵面图片进行处理，得到第一有效点阵图，具体包括：

对所述第一点阵面图片进行滤波处理，得到第一点阵面滤波图片；对所述第一点阵面滤波图片进行二值化处理，得到第一二值化图片；对所述第一二值化图片进行面积与圆度的筛选，将筛选后得到的区域作为第一有效点；根据多个所述第一有效点确定第一有效点阵图，如图5所示。

其中，对所述第一二值化图片进行面积与圆度的筛选，将筛选后得到的区域作为第一有效点，具体包括：

对所述第一二值化图片进行开操作，获得第一光滑图片；提取所述第一光滑图片中白色区域的特征，筛选面积在1500至3500个像素内的且圆度在0.65以上的区域作为第一有效点。

先进行开操作，再提取图片中白色区域的特征，删除面积过大、过小以及圆度过小的区域，即一般将面积在1500至3500个像素内的，圆度在0.65以上的区域视为有效点。对保留下来的白色区域提取形心坐标，采用两次冒泡排序法可将形心坐标对应点在点阵中的位置排列好，该实施例中将提取到的横纵坐标分别保存到两个矩阵中，方便接下来的直线拟合与距离计算。

步骤105：对所述第一有效点阵图进行计算，得到多个第一点阵直线间距。

所述对所述第一有效点阵图进行计算，得到多个第一点阵直线间距，具体包括：

提取所述第一有效点阵图中的第一有效点坐标；采用最小二乘法对每一行的所述第一有效点坐标进行线性拟合，得到每一行的拟合直线，如图6所示；利用两平行直线间的距离公式求得相邻拟合直线之间的间距，得到多个所述第一点阵直线间距。

步骤106：对所述第二点阵面图片进行处理，得到第二有效点阵图。

所述对所述第二点阵面图片进行处理，得到第二有效点阵图，具体包括：

对所述第二点阵面图片进行滤波处理，得到第二点阵面滤波图片；对所述第二点阵面滤波图片进行二值化处理，得到第二二值化图片；对所述第二二值化图片进行面积与圆度的筛选，将筛选后得到的区域作为第二有效点；根据多个所述第二有效点确定第二有效点阵图。

其中，对所述第二二值化图片进行面积与圆度的筛选，将筛选后得到的区域作为第二有效点，具体包括：

对所述第二二值化图片进行开操作，获得第二光滑图片；提取所述第二光滑图片中白色区域的特征，筛选面积在1500至3500个像素内的且圆度在0.65以上的区域作为第二有效点。

步骤107：对所述第二有效点阵图进行计算，得到多个第二点阵直线间距。

获得第二有效点阵图后，提取第二有效点阵图中第二有效点坐标，用最小二乘法对每一行的第二有效点的坐标进行直线拟合，得到拟合直线，然后将各拟合直线的斜率取均值，将均值重新赋给各直线，保持截距不变。接着，利用两平行直线间的距离公式求得各斜率相同的相邻拟合直线之间的间距。对冲击前后的有效点阵图采用同样的处理方式，用冲击前的点阵直线间距减去与冲击前的点阵直线间距相对应的冲击后的点阵直线间距即可得到每行点阵之间的形变量，即局部形变量。将各行局部形变量进行累加即可获得总形变量。

所述对所述第二有效点阵图进行计算，得到多个第二点阵直线间距，具体包括：

提取所述第二有效点阵图中的第二有效点坐标；采用最小二乘法对每一行的所述第二有效点坐标进行线性拟合，得到每一行的拟合直线；计算每一行的所述拟合直线的斜率，得到多个斜率；将多个所述斜率取平均，获得平均斜率；将所述平均斜率赋给每一行的所述拟合直线，保持截距不变，得到斜率相同的拟合直线；利用两平行直线间的距离公式求得斜率相同的相邻拟合直线之间的间距，得到多个所述第二点阵直线间距。

步骤108：将所述第一点阵直线间距减去与所述第一点阵直线间距对应的所述第二点阵直线间距，得到多个局部形变量。

步骤109：将多个所述局部形变量进行累加，得到总形变量。

对得到的局部形变量进行作图，以冲击次数为横轴，局部形变量或总形变量为纵轴，便可得到形变量与冲击次数的关系。

采用不同的冲击次数对同样材料的样品进行冲击试验，重复步骤101-109，多次实验后可以得到该材料受冲击次数与形变量之间的关系。

综上所述：本发明提出的利用图像处理对落锤冲击试验中样品的截面形变量测量的方法很好的替代了原来的通过机械工具进行手工测量的方式，减少了工作量，提高了数据获取的精度。

图7为本发明一种基于冲击试验的材料微观形变量测量系统的系统框图，如图7所示，包括：

打点模块201，用于对样品的侧面打点，得到点阵面。

拍摄模块202，用于对所述点阵面进行拍摄，获取第一点阵面图片；还用于对冲击后样品的点阵面进行拍摄，获取第二点阵面图片。可选地，所述拍摄模块202为ccd相机。

图片处理模块203，用于对所述第一点阵面图片进行处理，得到第一有效点阵图，对所述第一有效点阵图进行计算，得到多个第一点阵直线间距；还用于对所述第二点阵面图片进行处理，得到第二有效点阵图，对所述第二有效点阵图进行计算，得到多个第二点阵直线间距。

局部形变量计算模块204，用于将所述第一点阵直线间距减去与所述第一点阵直线间距对应的所述第二点阵直线间距，得到多个局部形变量。

总形变量计算模块205，用于将多个所述局部形变量进行累加，得到总形变量。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。