專利名稱：疲勞裂紋擴展試驗攝像頭自動調(diào)整圖像采集裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種疲勞裂紋擴展試驗攝像頭調(diào)整圖像采集裝置及方法。
背景技術(shù)：
金屬疲勞裂紋擴展試驗是一種通過實時測量試件在設(shè)定交變載荷作用下所產(chǎn)生疲勞裂紋的長度來研究金屬材料疲勞斷裂特性的一種測試方式，目前主要的疲勞裂紋擴展試驗形式是國際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的帶有預(yù)制裂紋的C(T)緊湊拉伸試驗和三點彎曲裂紋擴展試驗，在這種情況下，在設(shè)定交變載荷作用下疲勞裂紋基本沿著預(yù)制裂紋的方向直線延伸，其它的非標(biāo)準(zhǔn)疲勞裂紋擴展試驗也基本上是這種形式，只是試件的形狀和尺寸有所變化。疲勞裂紋的萌生和擴展是一個復(fù)雜而緩慢的非線性演化過程，傳統(tǒng)的顯微鏡法檢測往往全部由人工來完成或大部分環(huán)節(jié)需要人工參與，不僅工作效率低，而且易受到檢測人員主觀因素的影響，不能保證裂紋檢測的效率與精度，已經(jīng)不能滿足試驗的要求。采用機器視覺技術(shù)的裂紋在線檢測方法，可以直觀、精確、實時地完成裂紋的檢測和進一歩的分析處理?；趫D像處理技術(shù)的裂紋在線測量方法通過圖像采集、處理、分析計算，在線測量出裂紋長度尺寸，其中采集到完整、清晰、分辨率高的圖像是圖像法測量系統(tǒng)最基本的ー個環(huán)節(jié)，疲勞裂紋擴展試驗裂紋圖像的采集是一個動態(tài)采集過程，隨著疲勞試驗的進行疲勞裂紋萌生并緩慢擴展，如要在試驗過程中一直采集到具有完整裂紋的試件圖像可采用四種方案第一種采用普通鏡頭和一定尺寸的CCD，在攝像頭固定的情況下可將整個試件圖像投影到CCD上，采集到包含整條裂紋的完整圖像，這種方法最簡單，但采集到的裂紋圖像分辨率低，不能識別細(xì)小裂紋。第二種可采用高分辨率大尺寸的CCD，在攝像頭固定的情況下可將整個試件圖像投影到CXD上，采集到包含整條裂紋的完整圖像，但高分辨率大尺寸的CCD價格非常昂貴，且市場上并不常見。第三種是采用顯微放大鏡頭或微距鏡頭及一定尺寸的高分辨率CCD，在疲勞裂紋擴展過程中攝像頭精確跟蹤疲勞裂紋尖端的情況下采集裂紋圖像，計算試驗過程中不同時刻疲勞裂紋長度。第四種采用顯微放大鏡頭或微距鏡頭和ー 定尺寸的高分辨率CCD，在疲勞裂紋擴展過程中攝像頭跟蹤疲勞裂紋尖端情況下采集裂紋圖像，和第三種方法相比攝像頭只需跟蹤疲勞裂紋尖端使其在所采集的圖像范圍內(nèi)而不需要進行精確的位置控制，不同時刻所采集裂紋圖像的拼接是采用圖像處理的方法通過所開發(fā)的軟件進行拼接的，這種方法在降低了對攝像頭位置控制要求的同時，増加了圖像處理軟件的難度。采用第三種或第四種方法的金屬疲勞裂紋擴展試驗，為采集到完整、清晰、高分辨率的試件裂紋圖像需在試驗開始之前和試驗過程中調(diào)整攝像頭和試件之間的相對位置，攝像頭和試件之間的相對位置調(diào)整包括攝像頭在X、Y、Z三個方向的調(diào)整，攝像頭X軸方向的移動，即平行于試件表面進行的水平運動，攝像頭通過此方向運動可以將裂紋調(diào)整至所采集圖像的合適位置。攝像頭Y軸方向的移動，即攝像頭垂直于試件表面進行的移動，可以用來實現(xiàn)攝像頭的聚焦。攝像頭Z軸方向的移動，可保證攝像頭處在合適的高度位置上。如果試驗者手工進行攝像頭位置調(diào)整的話，ー是很難達到所要求的位置控制精度，ニ是需耗費大量的時間和精力，三是無法自動實現(xiàn)試驗過程中擴展裂紋圖像的精確跟蹤采集，試驗過程中隨著疲勞試驗的進行裂紋尖端不斷延伸，這時為了高精度檢測疲勞裂紋，攝像頭必需自動跟蹤裂紋擴展區(qū)域，因為這種生長是緩慢而微小的，傳統(tǒng)的人工手段很難達到這個精度，并且試驗的時間是比較長的，為幾個小時或幾十個小時，這對于試驗者是不小的負(fù)擔(dān)。由此可見，根據(jù)圖像采集的要求，裂紋擴展試驗系統(tǒng)自動調(diào)整攝像頭和試件之間的相對位置是非常重要的。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服已有疲勞裂紋擴展試驗攝像頭調(diào)整技術(shù)的人工操作、控制精度低、實時性較差、勞動強度大、工作效率低的不足，本發(fā)明提供ー種全自動化操作、控制精度高、實時性良好、減輕勞動強度的疲勞裂紋擴展試驗攝像頭自動調(diào)整圖像采集裝置及方法。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是
一種疲勞裂紋擴展試驗攝像頭調(diào)整裂紋圖像采集系統(tǒng)，包括裂紋圖像成像及采集系統(tǒng)、攝像頭位置調(diào)整系統(tǒng)及計算機處理分析控制系統(tǒng)。其中，裂紋圖像成像及采集系統(tǒng)包括CXD攝像機、鏡頭，光源照明裝置、攝像頭安裝支架和圖像采集卡，CCD攝像機、鏡頭和光源照明裝置安裝在攝像頭安裝支架上組成裂紋圖像成像単元，裂紋圖像成像単元可安裝在試件的一側(cè)用以采集試件ー個表面的圖像或在試件的兩測均安裝有裂紋圖像成像単元采集試件兩個表面的圖像，圖像采集卡與計算機相連；攝像頭位置調(diào)整裝置包括步進電機、攝像頭運動定位云臺、運動控制器和步進電機驅(qū)動器，根據(jù)控制計算機發(fā)來的控制命令驅(qū)動攝像頭運動定位云臺帶動攝像頭到達所要求的位置；計算機處理分析控制系統(tǒng)包括計算機和ARM運動控制器中的攝像頭自動調(diào)整圖像采集模塊，計算機中包括系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置、圖像采集與顯示、圖像處理模塊、攝像頭運動模塊、攝像頭聚焦點捜索模塊及數(shù)據(jù)庫，所述攝像頭自動調(diào)整圖像采集模塊包括控制參數(shù)接受通訊単元、控制算法単元、電機驅(qū)動控制単元和數(shù)據(jù)采集単元。再進ー步，所采用CXD為高速面陣黑白CXD攝像頭，試件裂紋圖像通過ー個或兩個面陣CCD采集，ー個CCD采集試件ー個表面的裂紋圖像；所述攝像頭的鏡頭為顯微變焦放大鏡頭或微距鏡頭；光源采用環(huán)形光源或矩形光源，雙攝像頭拍攝裂紋雙面圖像時定制疲勞裂紋擴展試驗專用光源改變裂縫處LED燈的照明方向或相對裂縫處不安裝LED燈；所述圖像采集卡為多通道，至少兩個通道的高分辨率圖像采集卡，圖像采集卡通過PCI擴展槽與計算機相連。更進一歩，所述攝像頭運動定位云臺可驅(qū)動攝像頭實現(xiàn)在X、Y、Z三方向高精度直線運動，由X軸攝像頭運動機構(gòu)、Y軸攝像頭運動機構(gòu)和Z軸攝像頭運動機構(gòu)、攝像頭運動平臺底座控制箱組成，底座控制箱內(nèi)安裝有ARM運動控制器和步進電機驅(qū)動器；攝像頭X、Y、Z方向的運動均由步進電機驅(qū)動滾珠絲杠導(dǎo)軌機構(gòu)來實現(xiàn)，攝像頭X軸方向的移動可實現(xiàn)試驗過程中裂紋擴展的高精度自動跟蹤，采用高度細(xì)分的步進電機驅(qū)動高精度的滾珠絲杠導(dǎo)軌機構(gòu)來實現(xiàn)，并采用高精度位移傳感器進行移動位移的測量，將此測量值反饋到ARM嵌入式運動控制器內(nèi)，形成對攝像頭X軸移動位移高精度閉環(huán)控制；攝像頭Y軸方向的移動可實現(xiàn)攝像頭的手動和自動聚焦，可為開環(huán)控制，也采用光電編碼器實現(xiàn)驅(qū)動步進電機轉(zhuǎn)動步數(shù)控制，通過Y軸高精度滾珠絲杠導(dǎo)軌機構(gòu)的傳動，實現(xiàn)Y軸方向的移動位移的控制；攝像頭Z軸方向的移動為開環(huán)控制。X、Y、Z攝像頭運動機構(gòu)上均安裝有行程開關(guān)，每個驅(qū)動軸上安裝兩對行程開關(guān)，來實現(xiàn)攝像頭左、右、上、下、前、后移動位置的限制，行程開關(guān)與ARM運動控制器相應(yīng)接ロ相連，ARM運動控制器收到行程開關(guān)發(fā)來的信號后控制步進電機。所述攝像頭云臺Χ、Υ軸運動機構(gòu)可為單攝像頭運動機構(gòu)或雙攝像頭運動機構(gòu)，由X軸步進電機驅(qū)動的滾珠絲杠直線導(dǎo)軌滑塊機構(gòu)、Y軸步進電機驅(qū)動的滾珠絲杠直線導(dǎo)軌滑塊機構(gòu)、攝像頭組件及用來測量攝像頭移動位移的位移傳感器和行程限位開關(guān)組成；單攝像頭運動機構(gòu)由Y軸驅(qū)動步進電機、直線導(dǎo)軌、滑塊機構(gòu)組件和X軸驅(qū)動步進電機、直線導(dǎo)軌、滑塊機構(gòu)組件及攝像頭組件組成，運動實現(xiàn)形式可為Y軸運動機構(gòu)安裝在X軸滑塊機構(gòu)組件上，攝像頭組件安裝在Y軸滑塊機構(gòu)上或X軸運動機構(gòu)安裝在Y軸滑塊機 構(gòu)組件上，攝像頭組件安裝在X軸滑塊機構(gòu)上；雙攝像頭運動機構(gòu)為兩個Y軸運動機構(gòu)安裝在X軸滑塊機構(gòu)組件上，兩個攝像頭組件分別安裝在兩個Y軸滑塊機構(gòu)上。攝像頭運動定位云臺Z軸攝像頭運動機構(gòu)由工作臺、套筒、滑塊、滑塊連接板導(dǎo)桿、滾珠絲杠、驅(qū)動步進電機和光電編碼器、頂端定位盤、行程開關(guān)、攝像頭運動平臺底座控制箱組成，步進電機通過連軸節(jié)與滾珠絲杠相連安裝在底座控制箱上，步進電機驅(qū)動滾珠絲杠轉(zhuǎn)動，滑塊及滑塊連接板隨著滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動沿導(dǎo)桿的方向?qū)崿F(xiàn)垂直方向的運動，從而帶動和滑塊連接板固連的套筒和工作臺一起進行垂直方向的運動，工作臺上安裝有X軸、Y軸攝像頭運動機構(gòu)及安裝在其上的攝像頭安裝支架，這樣攝像頭既可實現(xiàn)Z軸垂直方向的位置調(diào)整；攝像頭定位云臺Χ、Υ、Ζ三方向的運動是通過控制計算機發(fā)送控制命令給ARM運動控制器，運動控制器通過步進電機驅(qū)動器來驅(qū)動步進電機轉(zhuǎn)動來實現(xiàn)的，攝像頭X、Y方向的運動即可實現(xiàn)開環(huán)控制又可實現(xiàn)閉環(huán)位置精確控制；運動控制器為基于ARM的嵌入式運動控制器，內(nèi)嵌有電機運動控制算法軟件及通訊管理軟件，運動控制器可計算機進行通訊傳輸控制命令；運動控制器由ARM微處理器、數(shù)據(jù)采集模塊、電源電路、復(fù)位和時鐘電路、存儲器電路、JTAG仿真調(diào)試接ロ電路、按鍵輸入電路、限位開關(guān)接ロ電路、光電編碼器接ロ電路、串ロ通信電路以及電機控制接ロ電路組成，光電編碼器接ロ電路設(shè)計為可接受三路光電編碼器信號，用來接受攝像頭云臺Y軸、Z軸兩路光電編碼器信號；數(shù)據(jù)采集模塊用來采集攝像頭云臺X軸方向移動位移信號并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，與X軸位移傳感器相連，電機控制接ロ電路與X軸、Y軸、Z軸步進電機驅(qū)動器相連，步進電機驅(qū)動器與所控制的步進電機相連。計算機處理分析控制系統(tǒng)中，圖像處理模塊用于完成裂紋擴展過程中裂紋擴展長度的計算和自動聚焦過程中圖像清晰度的判別；攝像頭聚焦點捜索模塊用以進行焦點捜索方向及距離的計算；運動控制軟件模塊包括攝像頭運動參數(shù)設(shè)置及控制界面模塊和運動參數(shù)通訊模塊，其中運動參數(shù)設(shè)置及控制界面模塊用以設(shè)置攝像頭運動參數(shù)及提供攝像頭手動調(diào)整時的操作界面，運動參數(shù)通訊模塊用以接受裂紋擴展長度或焦點捜索方向及距離或運動參數(shù)設(shè)置及控制界面模塊發(fā)送過來的攝像頭手動調(diào)整距離，并將這些數(shù)據(jù)傳輸給ARM運動控制器運動控制參數(shù)接受通訊模塊，根據(jù)所接受數(shù)據(jù)或由ARM運動控制器中步進電機相應(yīng)閉環(huán)控制算法計算輸出控制量，將該控制量傳遞給步進電機驅(qū)動控制模塊形成閉環(huán)控制，或?qū)?shù)據(jù)直接傳遞給步進電機驅(qū)動控制模塊，電機驅(qū)動控制模塊將相應(yīng)控制信號發(fā)送給步進電機驅(qū)動器控制步進電機完成相應(yīng)運動，ARM運動控制器數(shù)據(jù)采集模塊采集攝像頭X軸位移信號、Z軸和Y軸光電編碼器信號及X軸、Z軸和Y軸限位開關(guān)信號，X軸位移信號、Z軸和Y軸光電編碼器信號傳輸給控制算法模塊根據(jù)相應(yīng)算法形成X軸、Y軸、Z軸閉環(huán)運動控制，限位開關(guān)信號則直接發(fā)送給電機驅(qū)動控制模塊。計算機中的數(shù)據(jù)庫用來保存系統(tǒng)設(shè)置參數(shù)及裂紋試件圖像及長度等實時數(shù)據(jù)。一種疲勞裂紋擴展試驗攝像頭調(diào)整裂紋圖像采集方法，所述采集方法為由計算機發(fā)送攝像頭移動方式及距離的控制信號給攝像頭運動控制器，攝像頭運動控制器根據(jù)所接受命令選擇步進電機控制方式，發(fā)送控制指令控制攝像頭運動定位云臺運動，圖像采集系統(tǒng)實時采集攝像頭位置調(diào)整過程中的圖像并傳輸給計算機，計算機對所采集圖像進行顯示和處理，由試驗者通過計算機屏幕觀測圖像或計算機圖像處理軟件自動判別所采集圖像是否達到要求或設(shè)定采集圖像的位置，如不滿足則繼續(xù)上述過程，金屬疲勞裂紋擴展試驗攝像頭自動調(diào)整圖像采集主要包括試驗驗開始前的攝像頭位置手動粗調(diào) 和精調(diào)圖像采集、攝像頭自動聚焦過程圖像采集及試驗進行過程中疲勞裂紋擴展攝像頭跟蹤定位采集。進ー步，疲勞裂紋擴展攝像頭跟蹤定位采集方法為，系統(tǒng)按所設(shè)置好的圖像采集與顯示參數(shù)對疲勞試驗過程中不斷擴展的裂紋圖像進行實時采集，圖像經(jīng)過軟件處理、分析后計算出裂紋長度并通過計算機實時顯示，疲勞裂紋擴展到達設(shè)定長度后計算機通過數(shù)據(jù)通訊接ロ將裂紋擴展數(shù)據(jù)發(fā)送給攝像頭運動控制器，運動控制器控制攝像頭運動定位云臺移動所要求距離，并精確定位后采集相應(yīng)位置的裂紋圖像，不斷循環(huán)到試驗結(jié)束。再進ー步，所述攝像頭X軸運動位移閉環(huán)控制采用模糊PID控制算法，模糊自適應(yīng)PID控制以攝像頭X軸位移偏差e和它的變化率ec作為輸入，根據(jù)不同時刻的e和ec對PID參數(shù)自整定的要求，用模糊控制規(guī)則在線對PID參數(shù)進行調(diào)整，模糊PID控制器的實現(xiàn)是先找出PID控制器的比例ΛΚΡ、積分Λ K1、微分Λ Kd三個參數(shù)與偏差e和偏差變化率ec之間的模糊關(guān)系，在運行過程中不斷地檢測偏差和偏差變化率，再根據(jù)特定的模糊規(guī)則，對PID的比例ΛΚΡ、積分AK1、微分AKd三個參數(shù)進行整定，PID在獲取新的參數(shù)后，對控制對象輸出控制量；所述攝像頭X軸運動位移模糊PID控制，選取三角形函數(shù)作為其模糊子集隸屬函數(shù)，采用Mamdani方法進行模糊推理，輸出量的反模糊化采用的是“重心法”，PID控制算法選用增量式PID控制算法攝像頭自動聚焦過程圖像采集方法為對安裝好的裂紋試件圖像進行實時采集，通過圖像處理軟件進行處理圖像區(qū)域劃分和圖像清晰度計算，根據(jù)圖像的清晰度和焦點搜素算法得到焦點捜索方向和距離，將焦點捜索方向和距離及由系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置模塊所設(shè)置的焦點捜索初始步長按串ロ通訊協(xié)議組成攝像頭運動控制數(shù)據(jù)包通過RS232串ロ通訊電纜傳輸給ARM運動控制器，控制器控制參數(shù)接受通訊模塊接受此數(shù)據(jù)包并解包并將攝像頭移動距離、方向和步長傳輸給電機驅(qū)動控制模塊，控制步進電機驅(qū)動器驅(qū)動步進電機轉(zhuǎn)動，步進電機轉(zhuǎn)動驅(qū)動CCD運動云臺Y軸絲杠導(dǎo)軌機構(gòu)帶動攝像頭完成Y方向相應(yīng)運動直到搜尋·到系統(tǒng)焦點；
圖像清晰度判斷方法采用改進了的灰度差分法作為圖像的清晰度評價函數(shù)，公式為 F(ろ y) = Yj {(/(X, V) - f(x, >> -I))2+ (/(X, V) -fix-1, y)f};焦點捜索算法采用自適應(yīng)聚焦捜索算法，該算法可同時實現(xiàn)快速、精確、平滑的視頻自動聚焦。自適應(yīng)捜索算法的實現(xiàn)由3個步驟完成第一步初始方向捜索、第二步步長自適應(yīng)調(diào)節(jié)、第三步聚焦判定。攝像頭位置手動粗調(diào)和精調(diào)圖像采集的方法為試驗者通過計算機界面設(shè)置相應(yīng)參數(shù)，操作界面上的動作按鈕進行攝像頭位置的粗調(diào)和精調(diào)。包括X、Z兩個方向圖像位置的調(diào)整和Y方向物距的調(diào)整，粗調(diào)指的是通過設(shè)定攝像頭移動速度值(模糊的)進行攝像頭位置連續(xù)調(diào)整，精調(diào)指的是在界面上設(shè)定攝像 頭移動的精確位移，發(fā)送給運動控制器，運動控制器控制攝像頭運動定位云臺進行X、Y、Z方向運動的閉環(huán)控制。疲勞裂紋擴展試驗攝像頭自動調(diào)整圖像采集的總體工作過程如下首先進行系統(tǒng)安裝、參數(shù)設(shè)置、調(diào)試，系統(tǒng)安裝包括被測試件、載荷控制系統(tǒng)及攝像頭光源等圖像采集系統(tǒng)的安裝，參數(shù)設(shè)置包括鏡頭參數(shù)設(shè)置快門速度、光圈、物距、放大倍數(shù)及圖像采集及顯示參數(shù)設(shè)置，串ロ通訊參數(shù)、焦點初始搜索方向及步長，裂紋跟蹤長度的設(shè)置；進行圖像采集并顯示，觀測圖像位置是否滿足要求，如不滿足要求，進行攝像頭X、Z方向精調(diào)或粗調(diào)，至圖像位置滿足要求，觀察所采集圖像是否清晰，如圖像不清晰，則需調(diào)整攝像頭到試件表面的距離既物距使系統(tǒng)聚焦，采用手動和自動兩種聚焦方法，如采用手動聚焦方法，則需通過參數(shù)設(shè)置和操作相關(guān)動作按鈕進行攝像頭Y方向精調(diào)或粗調(diào)至系統(tǒng)聚焦，如采用自動聚焦方法，則只需點擊界面上自動聚焦按鈕，攝像頭則自動進行運動調(diào)整至系統(tǒng)聚焦。所采集圖像滿足位置和清晰度要求后啟動試驗載荷加載控制系統(tǒng)進行疲勞裂紋擴展試驗，系統(tǒng)按所設(shè)置好的圖像采集與顯示參數(shù)對疲勞試驗過程中不斷擴展的裂紋圖像進行實時采集，通過圖像處理軟件進行疲勞裂紋擴展長度計算，當(dāng)疲勞裂紋擴展到所設(shè)定長度，將此數(shù)據(jù)傳輸給攝像頭運動控制器，控制攝像頭精確跟蹤裂紋擴展區(qū)域，繼續(xù)進行圖像采集、處理、計算裂紋擴展長度等試驗直到裂紋擴展到所要求長度或試驗完成。本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在不僅能實現(xiàn)攝像頭調(diào)整及裂紋圖像采集的自動化，保證疲勞裂紋擴展試驗中攝像頭高精度調(diào)整定位，實時采集裂紋擴展過程中高分辨率裂紋尖端圖像，高精度測量疲勞裂紋長度，而且能提高試驗者工作效率，減少其勞動強度且不用開發(fā)復(fù)雜的圖像拼接算法。此系統(tǒng)可安裝在任何型號的可進行金屬疲勞裂紋擴展試驗的試驗機上,包括電液式低頻疲勞試驗機、電液和電磁式高頻疲勞試驗機及其它的各種疲勞試驗機上，應(yīng)用范圍非常廣泛，如此項技術(shù)推廣開來，預(yù)計可取得巨大的經(jīng)濟效益。


圖I是疲勞裂紋擴展試驗攝像頭自動調(diào)整圖像采集系統(tǒng)原理框圖。圖2是攝像頭自動調(diào)整圖像采集裝置示意圖。圖3A是單攝像頭云臺X、Y軸運動機構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖。圖3B是雙攝像頭云臺X、Y軸運動機構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是ARM攝像頭運動控制器硬件原理框圖。圖5是攝像頭自動調(diào)整圖像采集軟件模塊。
圖6是裂紋擴展攝像頭跟蹤定位圖像采集原理框圖。圖7是攝像頭閉環(huán)運動控制算法原理圖。圖8A是疲勞裂紋擴展試驗攝像頭自動聚焦原理框圖。圖SB是疲勞裂紋擴展試驗攝像頭自動聚焦工作過程流程圖。圖9A是疲勞裂紋擴展試驗攝像頭手動粗調(diào)圖像采集原理框圖。圖9B是疲勞裂紋擴展試驗攝像頭手動精調(diào)圖像采集原理框圖。圖10是疲勞裂紋擴展試驗攝像頭自動調(diào)整圖像采集總體工作過程流程圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進ー步描述。實施例I參照圖I 圖10，一種疲勞裂紋擴展試驗攝像頭自動調(diào)整圖像采集系統(tǒng)，包括被測試件、圖像成像及采集系統(tǒng)，攝像頭位置調(diào)整系統(tǒng)及計算機處理分析控制系統(tǒng)，除此之夕卜，還有為保證疲勞裂紋擴展試驗進行必備的疲勞試驗機和疲勞試驗機載荷控制系統(tǒng)。CCD攝像頭、鏡頭、光源裝置安裝在攝像頭安裝支架上組成圖像成像単元，將帶有預(yù)制裂紋的CT緊湊試件安裝在產(chǎn)生設(shè)定交變載荷的疲勞試驗機上，試件在交變載荷的作用下裂紋不斷擴展，光源裝置所提供的光線照射在試件表面上，試件表面處理為慢反射，均勻反射的光線通過鏡頭投影到CCD靶面上，CCD與數(shù)據(jù)采集卡通過通訊電纜相連，將CCD上所形成的裂紋試件圖像傳輸?shù)綀D像采集卡，圖像采集卡將此模擬圖像轉(zhuǎn)換為計算機可處理的數(shù)字圖像，通過圖像采集卡和計算機之間的通訊電纜將此數(shù)字圖像傳輸?shù)接嬎銠C內(nèi)；攝像頭運動定位平臺、攝像頭運動控制器及安裝在攝像頭運動定位平臺上的攝像頭運動位移測量傳感器組成攝像頭位置調(diào)整系統(tǒng)，可根據(jù)控制計算機發(fā)來的控制命令驅(qū)動攝像頭定位平臺帶動攝像頭到達所要求的位置，采集到試驗所要求的圖像。圖2為疲勞裂紋擴展試驗攝像頭自動調(diào)整圖像采集裝置示意圖，系統(tǒng)包括圖像成像及采集系統(tǒng)，攝像頭位置調(diào)整系統(tǒng)及計算機處理分析控制系統(tǒng)。I為計算機處理分析控制系統(tǒng)顯示屏用來顯示所采集的圖像、試驗數(shù)據(jù)及提供用戶操作界面，2為計算機主機箱，安裝有系統(tǒng)運行所需要的硬件設(shè)備、系統(tǒng)軟件及疲勞裂紋擴展試驗的各種應(yīng)用軟件，3為圖像采集卡，本實例所采用的圖像采集卡為高精度四通道的NI-PCI-1410圖像采集卡，通過計算機主機PCI擴展槽與計算機進行數(shù)據(jù)通訊，將圖像傳輸?shù)接嬎銠C內(nèi)存內(nèi)以便處理，4為攝像頭組件包括CXD攝像頭、鏡頭、光源組件安裝在攝像頭安裝支架7上，3、4、7組成圖像成像及采集系統(tǒng)，CCD攝像頭通過專用電纜并通過端子板與圖像采集卡相連，攝像頭安裝支架7通過插槽和定位螺栓固定在攝像頭運動定位云臺上。攝像頭運動定位云臺可驅(qū)動攝像頭實現(xiàn)在X、Y、Z三方向高精度直線運動，由X軸攝像頭運動機構(gòu)5、Y軸攝像頭運動機構(gòu)6、Ζ軸攝像頭運動機構(gòu)和攝像頭運動平臺底座控制箱11組成，底座控制箱11內(nèi)安裝有ARM運動控制器8和步進電機驅(qū)動器9，Z軸驅(qū)動步進電機10和光電編碼器20也安裝在底座控制箱內(nèi)。攝像頭X軸方向的移動，即平行與試件的表面進行的水平運動，通過此運動攝像頭可以將裂紋調(diào)整至圖像的合適位置，亦可實現(xiàn)試驗過程中裂紋擴展的自動跟蹤，為高精度閉環(huán)控制跟蹤定位，采用高精度位移傳感器進行移動位移的測量，并將此測量值反饋到ARM嵌入式運動控制器內(nèi)，形成對攝像頭移動位移的閉環(huán)控制。攝像頭Y軸方向的移動，即攝像頭垂直試件表面進行的移動，此功能可以實現(xiàn)攝像頭的手動和自動聚焦，對位置精度的要求不是很高，但要求可以較小的步長實現(xiàn)焦距的捜索，可為開環(huán)控制，也可采用光電編碼器實現(xiàn)驅(qū)動步進電機轉(zhuǎn)動步數(shù)控制，通過Y軸高精度滾珠絲杠導(dǎo)軌機構(gòu)的傳動，實現(xiàn)Y軸方向的移動位移的控制。攝像頭Z軸方向的移動，保證攝像頭處在正確的高度位置上，沒有位置的高精度控制要求，一般為開環(huán)控制。攝像頭X、Y、Z方向的運動均由步進電機驅(qū)動滾珠絲杠導(dǎo)軌機構(gòu)來實現(xiàn)，X軸及Y軸是控制攝像頭跟蹤裂紋擴展和聚焦的，由高度細(xì)分的步進電機驅(qū)動高精度的滾珠絲杠導(dǎo)軌機構(gòu)來實現(xiàn)，并安裝有位置測量與反饋裝置可實現(xiàn)閉環(huán)控制，具體結(jié)構(gòu)見圖3，Z軸一般不安裝位置測量與反饋裝置為開環(huán)控制。X、Y、Z攝像頭運動機構(gòu)上均安裝有行程開關(guān)，每個驅(qū)動軸上安裝兩對行程開關(guān)，來實現(xiàn)攝像頭左、右、上、下、前、后移動位置的限制，行程開關(guān)與ARM運動控制器相應(yīng)接ロ相連，ARM運動控制器收到行程開關(guān)發(fā)來的信號后由相應(yīng)子程序控制步進電機進行相應(yīng)動作。 攝像頭運動定位z 臺Z軸攝像頭運動機構(gòu)由工作臺16、套筒18、滑塊15、滑塊連接板14、導(dǎo)桿12、滾珠絲杠13、驅(qū)動步進電機10和光電編碼器20、頂端定位盤17、行程開關(guān)19 (兩對)、攝像頭運動平臺底座控制箱11組成。步進電機10通過連軸節(jié)與滾珠絲杠13相連安裝在底座箱11上,步進電機驅(qū)動滾珠絲杠轉(zhuǎn)動，滑塊15及滑塊連接板14隨著滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動沿導(dǎo)桿12的方向?qū)崿F(xiàn)垂直方向的運動，從而帶動和滑塊連接板14固連的套筒18和工作臺16 —起進行垂直方向的運動，工作臺16上安裝有X軸、Y軸攝像頭運動機構(gòu)及安裝在其上的攝像頭安裝支架7，這樣攝像頭既可實現(xiàn)Z軸垂直方向的位置調(diào)整。圖3為攝像頭z 臺Χ、Υ軸運動機構(gòu)結(jié)構(gòu)不意圖，圖3Α為單攝像頭z 臺Χ、Υ軸運動機構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖，圖3Β為雙攝像頭云臺Χ、Υ軸運動機構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖，主要由X軸步進電機驅(qū)動的滾珠絲杠直線導(dǎo)軌滑塊機構(gòu)、Y軸步進電機驅(qū)動的滾珠絲杠直線導(dǎo)軌滑塊機構(gòu)、攝像頭組件及用來測量攝像頭移動位移的位移傳感器和行程限位開關(guān)組成，具體如下6為試件，5為攝像頭安裝機構(gòu)，7為安裝在攝像頭安裝機構(gòu)5上的攝像頭組件，5和7對于單攝像頭云臺為ー個，對于雙攝像頭云臺為兩個，12為Y軸運動機構(gòu)驅(qū)動步進電機，單攝像頭云臺為ー個，雙攝像頭云臺為兩個，13為Y軸運動機構(gòu)直線導(dǎo)軌,有兩根,2為Y軸絲杠,單攝像頭云臺為ー個,對于雙攝像頭云臺為兩個,4為Y軸滑塊機構(gòu)組件,單攝像頭云臺為ー個,雙攝像頭云臺為兩個，Y軸滑塊機構(gòu)組件4與攝像頭安裝機構(gòu)通過插槽和固定螺栓相連。15為X軸運動機構(gòu)驅(qū)動步進電機，I為X軸絲杠，11為X軸滑塊機構(gòu)組件，上面安裝有Y軸運動機構(gòu)和攝像頭組件，16為雙攝像頭云臺機構(gòu)的絲杠安裝塊組件。除此之外，在X、Y軸運動機構(gòu)結(jié)構(gòu)上均安裝有位移傳感器和行程限位開關(guān)，本說明書只在圖3Α單攝像頭云臺X、Y軸運動機構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖上示意，14為行程限位開關(guān)，X和Y軸運動機構(gòu)均安裝有兩對，對于雙攝像頭云臺X、Y軸運動機構(gòu)，X運動機構(gòu)上安裝有兩對，Y軸運動機構(gòu)上安裝有四對，分別實現(xiàn)前后攝像頭Y方向前后兩端位置的限位。對于單攝像頭運動機構(gòu)安裝有ー個X方向位移傳感器10和ー個Y方向位移傳感器8,對于雙攝像頭運動機構(gòu)安裝有ー個X方向位移傳感器10和兩個Y方向位移傳感器。對于單攝像頭運動機構(gòu)攝像頭連接架5可如圖3Α沿水平方向安裝，攝像頭運動平臺安裝在疲勞試驗機的側(cè)面，攝像頭安裝機構(gòu)也可沿垂直方向安裝，這樣，攝像頭運動平臺安裝在疲勞試驗機的正前方或正后方。攝像頭運動定位云臺的運動是由ARM運動控制器8通過步進電機驅(qū)動器9來驅(qū)動安裝在滾珠絲杠導(dǎo)軌機構(gòu)上的Z軸步進電機9、Y軸步進電機12和X軸步進電機15來實現(xiàn)的，ARM運動控制器的具體結(jié)構(gòu)如圖4所示。圖4為ARM攝像頭運動控制器硬件原理框圖，實線矩形框代表運動控制器組成模塊，虛線矩形框代表與ARM攝像頭運動控制器相連接的裝置。運動控制器主要由ARM微處理器、數(shù)據(jù)采集模塊、電源電路、復(fù)位和時鐘電路、存儲器電路、JTAG仿真調(diào)試接ロ電路、按鍵輸入電路、限位開關(guān)接ロ電路、光電編碼器接ロ電路、串ロ通信電路以及電機控制接ロ電路組成。ARM微處理器本實施例選用32位微處理器ARM7TDMI芯片，光電編碼器接ロ電路設(shè)計為可接受三路光電編碼器信號，通常情況下主要用來接受攝像頭云臺Y軸、Z軸兩路光電編碼器信號。數(shù)據(jù)采集模塊主要用來采集攝像頭云臺X軸方向移動位移信號并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，與X軸位移傳感器相連，電機控制接ロ電路與X軸、Y軸、Z軸步進電機驅(qū)動器相連，步進電機驅(qū)動器與所控制的步進電機相連，電機控制接ロ電路設(shè)計為5路，即可最多控制五個步進電機，如為系統(tǒng)采用單攝像頭，X軸、Y軸運動機構(gòu)形式與圖3Α所示，電機控制接ロ電路連接三個步進電機，如系統(tǒng)采用雙攝像頭，X軸、Y軸運動機構(gòu)形式與圖3Β所示，電機控制接ロ電路連接四個步進電機。計算機處理分析控制系統(tǒng)主要包括計算機和ARM運動控制器中的攝像頭自動調(diào)整圖像采集相關(guān)軟件模塊及數(shù)據(jù)庫，具體組成及相互關(guān)系如圖5所示，計算機中主要包括系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置、圖像采集與顯示、圖像處理、攝像頭運動控制、攝像頭聚焦點捜索模塊及數(shù)據(jù)庫，ARM運動控制器中主要包括控制參數(shù)接受通訊模塊、控制算法模塊、電機驅(qū)動控制模塊和數(shù)據(jù)采集模塊。系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置包括圖像采集與顯示參數(shù)設(shè)置、裂紋跟蹤長度設(shè)置、聚焦點初始搜索步長設(shè)置和RS232串ロ通訊參數(shù)設(shè)置，其中圖像采集與顯示參數(shù)設(shè)置主要包括圖像采集通道，采集時間，顯示方式設(shè)置；圖像處理模塊主要完成裂紋擴展過程中裂紋擴展長度的計算和自動聚焦過程中圖像清晰度的判別；攝像頭聚焦點捜索模塊進行焦點捜索方向及距離的計算；運動控制軟件模塊包括攝像頭運動參數(shù)設(shè)置及控制界面模塊和運動參數(shù)通訊模塊，運動參數(shù)設(shè)置及控制界面模塊主要設(shè)置攝像頭運動參數(shù)及提供攝像頭手動調(diào)整時的操作界面，運動參數(shù)通訊模塊接受裂紋擴展長度或焦點捜索方向及距離或運動參數(shù)設(shè)置及控制界面模塊發(fā)送過來的攝像頭手動調(diào)整距離，并將其通過串ロ通訊傳輸給ARM運動控制器運動控制參數(shù)接受通訊模塊，如所接受數(shù)據(jù)為裂紋擴展攝像頭跟蹤或攝像頭手動精調(diào)數(shù)據(jù)則通過ARM運動控制器中步進電機相應(yīng)閉環(huán)控制算法計算輸出控制量，將其傳遞給步進電機驅(qū)動控制模塊，電機驅(qū)動控制模塊將相應(yīng)控制信號發(fā)送給步進電機驅(qū)動器控制步進電機完成相應(yīng)運動；如所接受數(shù)據(jù)為焦點捜索方向及距離或攝像頭手動粗調(diào)距離則直接將其發(fā)送給電機驅(qū)動控制模塊完成相應(yīng)攝像頭位置調(diào)整。ARM運動控制器數(shù)據(jù)采集模塊主要采集攝像頭X軸位移傳感器信號、Z軸和Y軸光電編碼器信號及X軸、Z軸和Y軸限位開關(guān)信號，X軸位移信號、Z軸和Y軸光電編碼器信號傳輸給控制算法模塊根據(jù)相應(yīng)算法形成X軸、Y軸、Z軸閉環(huán)運動控制，限位開關(guān)信號則直接發(fā)送給電機驅(qū)動控制模塊。數(shù)據(jù)庫用來保存系統(tǒng)設(shè)置參數(shù)、攝像頭參數(shù)及裂紋試件圖像及長度等實時數(shù)據(jù)。 實施例2
參照圖I 圖10，一種疲勞裂紋擴展試驗攝像頭自動調(diào)整圖像采集方法系統(tǒng)由計算機發(fā)送攝像頭移動方式及距離控制信號給攝像頭運動控制器，攝像頭運動控制器根據(jù)所接受命令選擇步進電機控制方式，發(fā)送控制指令控制攝像頭運動定位云臺運動，如為裂紋擴展攝像頭跟蹤定位圖像采集，攝像頭位置調(diào)整是通過ARM運動控制器進行移動位移閉環(huán)控制進行的，位置調(diào)整結(jié)束后，系統(tǒng)繼續(xù)進行圖像采集、處理、裂紋長度計算等任務(wù)，具體實現(xiàn)方法如圖6，圖7所示；如為攝像頭自動聚焦過程圖像采集則由計算機圖像處理軟件自動判別所采集圖像是否達到要求，控制攝像頭進行位置調(diào)整和圖像采集，具體實現(xiàn)方法如圖8所示；如為攝像頭位置手動粗調(diào)和精調(diào)圖像采集則由試驗者通過計算機屏幕觀測圖像是否達到位置要求，如沒達到位置要求則由試驗者手動操作攝像頭運動控制按鈕控制攝像頭進行位置調(diào)整和圖像采集，具體實現(xiàn)方法如圖9所示。疲勞裂紋擴展試驗攝像頭自動調(diào)整圖像采集總體工作過程如圖10所示。圖6為裂紋擴展攝像頭跟蹤定位圖像采集原理框圖，系統(tǒng)包括計算機和ARM運動控制器內(nèi)相關(guān)程序軟件模塊及系統(tǒng)運行所需要的相關(guān)硬件裝置。計算機內(nèi)程序軟件模塊包 括系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置、圖像采集與顯示、圖像處理裂紋長度計算、攝像頭運動參數(shù)通訊傳輸模塊及數(shù)據(jù)庫；ARM運動控制器中主要包括控制參數(shù)接受通訊模塊、控制算法模塊、電機驅(qū)動控制模塊和數(shù)據(jù)采集模塊。相關(guān)硬件裝置包括計算機、ARM運動控制器、步進電機驅(qū)動器、X軸步進電機、CCD運動云臺X軸絲杠導(dǎo)軌機構(gòu)、高精度位移傳感器、攝像頭和圖像采集卡。工作原理如下系統(tǒng)按所設(shè)置好的圖像采集與顯示參數(shù)對疲勞試驗過程中不斷擴展的裂紋圖像進行實時采集，通過圖像處理軟件進行疲勞裂紋擴展長度計算，當(dāng)疲勞裂紋擴展到所設(shè)定長度，將此數(shù)據(jù)傳輸給攝像頭運動參數(shù)通訊傳輸模塊，按串ロ通訊協(xié)議組成攝像頭運動控制數(shù)據(jù)包通過RS232串ロ通訊電纜傳輸給ARM運動控制器，控制器控制參數(shù)接受通訊模塊接受此數(shù)據(jù)包解包并將攝像頭移動距離信號傳輸給控制算法模塊，控制算法模塊根據(jù)攝像頭需移動距離及數(shù)據(jù)采集模塊所采集的攝像頭移動距離根據(jù)控制算法得出控制信號值，控制步進電機驅(qū)動器驅(qū)動步進電機轉(zhuǎn)動，步進電機轉(zhuǎn)動驅(qū)動CCD運動云臺X軸絲杠導(dǎo)軌機構(gòu)帶動攝像頭完成相應(yīng)運動，直到到達所要求位置，完成裂紋跟蹤，繼續(xù)進行圖像采集、處理、計算裂紋擴展長度等試驗。攝像頭X軸運動位移閉環(huán)控制采用模糊PID控制算法，算法原理框圖如圖7所示，模糊自適應(yīng)PID控制以攝像頭X軸位移偏差e和它的變化率ec作為輸入，根據(jù)不同時刻的e和ec對PID參數(shù)自整定的要求，用模糊控制規(guī)則在線對PID參數(shù)進行調(diào)整，模糊PID控制器的實現(xiàn)是先找出PID控制器的比例ΛΚΡ、積分Λ K1、微分Λ Kd三個參數(shù)與偏差e和偏差變化率ec之間的模糊關(guān)系，在運行過程中不斷地檢測偏差和偏差變化率，再根據(jù)特定的模糊規(guī)則，對PID的比例ΛΚΡ、積分AK1、微分AKd三個參數(shù)進行整定，PID在獲取新的參數(shù)后，對控制對象輸出控制量。所述攝像頭X軸運動位移模糊PID控制實現(xiàn)過程為計算當(dāng)前時刻的速度偏差e (k)和速度偏差變化率ec (k)，經(jīng)過量化和模糊化后，作為模糊控制器的輸入信號，經(jīng)過模糊控制規(guī)則進行模糊推理，查詢模糊矩陣表，輸出模糊參數(shù)，反模糊化后得到精確的PID參 數(shù)，采用獲得的PID參數(shù)進行控制量的計算，將其變換后，作為PWM控制器的設(shè)定值，寫入PWM寄存器，產(chǎn)生相應(yīng)的PWM控制信號，經(jīng)過驅(qū)動電路作用于步進電機，使其達到期望的運動速度。
所述攝像頭X軸運動位移模糊PID控制，選取三角形函數(shù)作為其模糊子集隸屬函數(shù)，采用Mamdani方法進行模糊推理，輸出量的反模糊化采用的是“重心法”，PID控制算法選用增量式PID控制算法。攝像頭自動聚焦工作原理框圖和聚焦過程流程圖如圖8所示，圖8A為疲勞裂紋擴展試驗攝像頭自動聚焦原理框圖，系統(tǒng)包括計算機和ARM運動控制器內(nèi)相關(guān)程序軟件模塊及系統(tǒng)運行所需要的相關(guān)硬件裝置。計算機內(nèi)程序軟件模塊包括系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置、圖像采集與顯示、處理圖像區(qū)域劃分、圖像清晰度計算、攝像頭聚焦點捜索及攝像頭運動參數(shù)通訊傳輸模塊;ARM運動控制器中主要包括控制參數(shù)接受通訊模塊、電機驅(qū)動控制模塊。相關(guān)硬件裝置包括計算機、ARM運動控制器、步進電機驅(qū)動器、Y軸步進電機、CXD運動云臺Y軸絲杠導(dǎo)軌機構(gòu)、攝像頭和圖像采集卡。工作原理如下對安裝好的帶有預(yù)制裂紋的試件圖像進行實時采集，通過圖像處理軟件進行處理圖像區(qū)域劃分和圖像清晰度計算，根據(jù)圖像的清晰度和焦點搜素算法得到焦點捜索方向和距離，將焦點捜索方向和距離及由系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置模塊所設(shè)置的焦點捜索初始步長按串ロ通訊協(xié)議組成攝像頭運動控制數(shù)據(jù)包通過RS232串ロ通訊電纜傳輸給ARM運動控制器，控制器控制參數(shù)接受通訊模塊接受此數(shù)據(jù)包并解包 并將攝像頭移動距離、方向和步長傳輸給電機驅(qū)動控制模塊，控制步進電機驅(qū)動器驅(qū)動步進電機轉(zhuǎn)動，步進電機轉(zhuǎn)動驅(qū)動CCD運動云臺Y軸絲杠導(dǎo)軌機構(gòu)帶動攝像頭完成Y方向相應(yīng)運動直到搜尋到系統(tǒng)焦點。試驗所注重的是居于圖像中部的疲勞裂紋，因此選擇圖像中部的長方體為聚焦窗ロ。圖像清晰度判斷方法采用改進了的灰度差分法作為圖像的清晰度評價函數(shù)，公式為
F(x,y) = Σ {(/(x，ァ)—/O，V—I))2 + (/<X タ)-/0—Iy))2}焦點捜索算法采用自適應(yīng)聚焦捜索算法，該算法可同時實現(xiàn)快速、精確、平滑的視頻自動聚焦。自適應(yīng)捜索算法的實現(xiàn)由3個步驟完成第一步初始方向捜索、第二步步長自適應(yīng)調(diào)節(jié)、第三步聚焦判定。第一步初始方向捜索就是為了確保鏡頭是朝著聚焦位置的方向移動。在鏡頭朝著聚焦位置的方向移動過程中，算法的第二步步長自適應(yīng)調(diào)節(jié)就會實時得改變鏡頭移動的步長。最后一步聚焦判定就是判斷聚焦位置是否已經(jīng)達到進而停止聚焦捜索。下面是算法的詳細(xì)實現(xiàn)方法。整個搜索算法的關(guān)鍵就是初始方向的確定。雖圖像清晰度評價函數(shù)曲線具有單峰性，但是噪聲和干擾的存在可能會發(fā)生局部極值點現(xiàn)象。因此自適應(yīng)算法初始方向的確定是采用三點比較法來實現(xiàn)的步長自適應(yīng)調(diào)節(jié)為了在搜索進行的過程中，保持圖像聚焦的平滑性，將圖像清晰度值歸ー化之后將清晰度曲線劃分成3個不同區(qū)域，平滑區(qū)域為清晰度值小于O. 2的區(qū)域，聚焦區(qū)域為清晰度值大于O. 6的區(qū)域，其余區(qū)域為爬坡區(qū)域，在不同捜索區(qū)域通過步長自適應(yīng)機制設(shè)定不同的捜索步長。聚焦判定機制采用清晰度值由増大變?yōu)闇p小連續(xù)兩次減少來判定聚焦點并在反方向上以基本步長進行焦點捜索，將清晰度最大值Smax以及與其對應(yīng)的鏡頭位置Pmax作為聚焦點。圖SB為疲勞裂紋擴展試驗攝像頭自動聚焦工作過程流程圖，疲勞裂紋擴展試驗攝像頭自動聚焦工作過程如下首先進行系統(tǒng)安裝、參數(shù)設(shè)置、調(diào)試，系統(tǒng)安裝包括被測試件及攝像頭光源等圖像采集的安裝，參數(shù)設(shè)置主要包括鏡頭參數(shù)設(shè)置快門速度、光圈、物距、放大倍數(shù)、圖像采集及顯示參數(shù)及串ロ通訊參數(shù)，在設(shè)定參數(shù)下進行系統(tǒng)調(diào)試至正常エ作狀態(tài)；設(shè)置焦點初始搜索方向及步長，點擊自動聚焦按鈕，開始焦點自動搜索過程，首先Y軸電機移動到搜索起始位置，一般為距離試件表面最遠(yuǎn)點，圖像采集系統(tǒng)采集并顯示圖像，圖像處理模塊計算圖像清晰度，并采用此數(shù)據(jù)為判斷依據(jù)，根據(jù)改進自適應(yīng)焦點搜素算法法判斷其是否為聚焦點，是聚焦點，則攝像頭聚焦過程結(jié)束，如不是聚焦點，計算機運動控制軟件將焦點搜素算法計算出來的捜索方向及運動步長發(fā)送給運動控制器，攝像頭運動控制器接受命令發(fā)送控制指令給Y軸步進電機驅(qū)動器，步進電機驅(qū)動器驅(qū)動Y軸電機轉(zhuǎn)動，步進電機帶動攝像頭云臺Y軸絲杠轉(zhuǎn)動，Y軸絲杠導(dǎo)軌滑塊帶動攝像頭運動到相應(yīng)位置，圖像采集、顯示、處理、判斷.........，重復(fù)上述過程直到系統(tǒng)聚焦。攝像頭位置手動粗調(diào)和精調(diào)圖像采集的方法為試驗者通過計算機界面設(shè)置相應(yīng)參數(shù)，操作界面上的動作按鈕進行攝像頭位置的粗調(diào)和精調(diào)。包括X、Z兩個方向圖像位置的調(diào)整和Y方向物距的調(diào)整，粗調(diào)指的是通過設(shè)定攝像頭移動速度值(模糊的)進行攝像頭 位置連續(xù)調(diào)整，精調(diào)指的是在界面上設(shè)定攝像頭移動的精確位移，發(fā)送給運動控制器，運動控制器控制攝像頭運動定位云臺進行X、Y方向運動的閉環(huán)控制。圖9A為疲勞裂紋擴展試驗攝像頭手動粗調(diào)圖像采集原理框圖，系統(tǒng)包括計算機和ARM運動控制器內(nèi)相關(guān)程序軟件模塊及系統(tǒng)運行所需要的相關(guān)硬件裝置。計算機內(nèi)程序軟件模塊包括系統(tǒng)圖像采集與顯示、攝像頭運動參數(shù)設(shè)置及操作、攝像頭運動參數(shù)通訊傳輸模塊;ARM運動控制器中主要包括控制參數(shù)接受通訊模塊、電機驅(qū)動控制模塊。相關(guān)硬件裝置包括計算機、ARM運動控制器、步進電機驅(qū)動器、步進電機、CXD運動云臺、攝像頭和圖像采集卡。工作原理如下操作者通過點擊運動參數(shù)設(shè)置及操作模塊界面相動作按鈕選擇下列參數(shù)所要調(diào)整的攝像頭，X、Y、Z軸，方向(上、下、前、后、左、右)，攝像頭移動速度，并將這些參數(shù)傳遞給運動參數(shù)通訊傳輸模塊按串ロ通訊協(xié)議組成攝像頭運動控制數(shù)據(jù)包通過RS232串ロ通訊電纜傳輸給ARM運動控制器，控制器控制參數(shù)接受通訊模塊接受此數(shù)據(jù)包并解包，并將相關(guān)數(shù)據(jù)傳輸給電機驅(qū)動控制模塊，控制步進電機驅(qū)動器驅(qū)動步進電機轉(zhuǎn)動，步進電機轉(zhuǎn)動驅(qū)動(XD運動云臺運動帶動攝像頭完成相應(yīng)運動圖9Β為疲勞裂紋擴展試驗攝像頭手動精調(diào)圖像采集原理框圖，系統(tǒng)包括計算機和ARM運動控制器內(nèi)相關(guān)程序軟件模塊及系統(tǒng)運行所需要的相關(guān)硬件裝置。計算機內(nèi)程序軟件模塊包括系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置、圖像采集與顯示、攝像頭運動參數(shù)設(shè)置及操作、攝像頭運動參數(shù)通訊傳輸模塊；ARM運動控制器中主要包括控制參數(shù)接受通訊模塊、控制算法模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、電機驅(qū)動控制模塊。相關(guān)硬件裝置包括計算機、ARM運動控制器、步進電機驅(qū)動器、步進電機、CXD運動云臺、CXD運動云臺位置反饋裝置(為光電編碼器或位移傳感器)、攝像頭和圖像采集卡。工作原理如下操作者通過點擊運動參數(shù)設(shè)置及操作模塊界面相動作按鈕選擇下列參數(shù)所要調(diào)整的攝像頭，X、Y、Z軸，方向(上、下、前、后、左、右)，攝像頭移動精確位移，并將這些參數(shù)傳遞給運動參數(shù)通訊傳輸模塊按串ロ通訊協(xié)議組成攝像頭運動控制數(shù)據(jù)包通過RS232串ロ通訊電纜傳輸給ARM運動控制器，控制器控制參數(shù)接受通訊模塊接受此數(shù)據(jù)包并解包并將攝像頭移動距離及方向信號傳輸給控制算法模塊，控制算法模塊根據(jù)攝像頭需移動距離及數(shù)據(jù)采集模塊所采集的攝像頭移動距離根據(jù)相應(yīng)控制算法得出控制信號值，控制步進電機驅(qū)動器驅(qū)動步進電機轉(zhuǎn)動，步進電機轉(zhuǎn)動驅(qū)動CCD運動云臺帶動攝像頭完成相應(yīng)運動，直到到達所要求位置。圖10為疲勞裂紋擴展試驗攝像頭自動調(diào)整圖像采集總體工作過程流程圖，如圖所示，系統(tǒng)總體工作過程為首先進行系統(tǒng)安裝、參數(shù)設(shè)置、調(diào)試，系統(tǒng)安裝包括被測試件、載荷控制系統(tǒng)及攝像頭光源等圖像采集系統(tǒng)的安裝，參數(shù)設(shè)置主要包括鏡頭參數(shù)設(shè)置快門速度、光圈、物距、放大倍數(shù)及圖像采集及顯示參數(shù)設(shè)置，串ロ通訊參數(shù)、焦點初始搜索方向及步長，裂紋跟蹤長度的設(shè)置。進行圖像采集并顯示，觀測圖像位置是否滿足要求，如不滿足要求，進行攝像頭X、Z方向精調(diào)或粗調(diào)，至圖像位置滿足要求，觀察所采集圖像是否清晰，如圖像不清晰，則需調(diào)整攝像頭到試件表面的距離既物距使系統(tǒng)聚焦，可采用手動和自動兩種聚焦方法，如采用手動聚焦方法，則需通過參數(shù)設(shè)置和操作相關(guān)動作按鈕進行攝像頭Y方向精調(diào)或粗調(diào)至系統(tǒng)聚焦，如采用自動聚焦方法，則只需點擊界面上自動聚焦按鈕，攝像頭則自動進行運動調(diào)整至系統(tǒng)聚焦。所采集圖像滿足位置和清晰度要求后啟動試驗載 荷加載控制系統(tǒng)進行疲勞裂紋擴展試驗，系統(tǒng)按所設(shè)置好的圖像采集與顯示參數(shù)對疲勞試驗過程中不斷擴展的裂紋圖像進行實時采集，通過圖像處理軟件進行疲勞裂紋擴展長度計算，當(dāng)疲勞裂紋擴展到所設(shè)定長度，將此數(shù)據(jù)傳輸給攝像頭運動控制器，控制攝像頭精確跟蹤裂紋擴展區(qū)域，繼續(xù)進行圖像采集、處理、計算裂紋擴展長度等試驗直到裂紋擴展到所要求長度或試驗完成。
權(quán)利要求
1.一種疲勞裂紋擴展試驗攝像頭自動調(diào)整裂紋圖像采集系統(tǒng)，其特征在于包括裂紋圖像成像及采集系統(tǒng)、攝像頭位置調(diào)整系統(tǒng)及計算機處理分析控制系統(tǒng)；其中， 裂紋圖像成像及采集系統(tǒng)包括CCD攝像機、鏡頭，光源照明裝置、攝像頭安裝支架和圖像采集卡，CCD攝像機、鏡頭和光源照明裝置安裝在攝像頭安裝支架上組成裂紋圖像成像單元，裂紋圖像成像単元可安裝在試件的一側(cè)用以采集試件ー個表面的圖像或在試件的兩測均安裝有裂紋圖像成像単元采集試件兩個表面的圖像，圖像采集卡與計算機相連； 攝像頭位置調(diào)整裝置包括步進電機、攝像頭運動定位云臺、運動控制器和步進電機驅(qū)動器，根據(jù)控制計算機發(fā)來的控制命令驅(qū)動攝像頭定位云臺帶動攝像頭到達所要求的位置； 計算機處理分析控制系統(tǒng)包括計算機和ARM運動控制器中的攝像頭自動調(diào)整圖像采集模塊，計算機中包括系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置、圖像采集與顯示、圖像處理模塊、攝像頭運動模塊、攝像頭聚焦點捜索模塊及數(shù)據(jù)庫，所述攝像頭自動調(diào)整圖像采集模塊包括控制參數(shù)接受通訊単元、控制算法単元、電機驅(qū)動控制単元和數(shù)據(jù)采集単元。
2.如權(quán)利要求I所述的疲勞裂紋擴展試驗攝像頭調(diào)整裂紋圖像采集系統(tǒng)，其特征在于所采用CXD為高速面陣黑白CXD攝像頭，試件裂紋圖像通過ー個或兩個面陣CXD采集，ー個CCD采集試件ー個表面的裂紋圖像；所述攝像頭的鏡頭為定焦鏡頭、顯微變焦放大鏡頭或微距鏡頭；光源采用環(huán)形光源或矩形光源，雙攝像頭拍攝裂紋雙面圖像時定制疲勞裂紋擴展試驗專用光源改變裂縫處LED燈的照明方向或相對裂縫處不安裝LED燈； 所述圖像采集卡為多通道，至少兩個通道的高分辨率圖像采集卡，圖像采集卡通過PCI擴展槽與計算機相連。
3.如權(quán)利要求I所述的疲勞裂紋擴展試驗攝像頭調(diào)整裂紋圖像采集系統(tǒng)，其特征在于所述攝像頭運動定位云臺驅(qū)動攝像頭實現(xiàn)在X、Y、Z三方向高精度直線運動，由X軸攝像頭運動機構(gòu)、Y軸攝像頭運動機構(gòu)和Z軸攝像頭運動機構(gòu)、攝像頭運動平臺底座控制箱組成，底座控制箱內(nèi)安裝有ARM運動控制器和步進電機驅(qū)動器； 攝像頭x、y、z方向的運動均由步進電機驅(qū)動滾珠絲杠導(dǎo)軌機構(gòu)來實現(xiàn),攝像頭X軸方向的移動可實現(xiàn)試驗過程中裂紋擴展的高精度自動跟蹤，采用高度細(xì)分的步進電機驅(qū)動高精度的滾珠絲杠導(dǎo)軌機構(gòu)來實現(xiàn)，并采用高精度位移傳感器進行移動位移的測量，將此測量值反饋到ARM嵌入式運動控制器內(nèi)，形成對攝像頭X軸移動位移高精度閉環(huán)控制；攝像頭Y軸方向的移動可實現(xiàn)攝像頭的手動和自動聚焦，可為開環(huán)控制，也可采用光電編碼器實現(xiàn)驅(qū)動步進電機轉(zhuǎn)動步數(shù)控制，通過Y軸高精度滾珠絲杠導(dǎo)軌機構(gòu)的傳動，實現(xiàn)Y軸方向的移動位移的控制；攝像頭Z軸方向的移動為開環(huán)控制； X、Y、Z攝像頭運動機構(gòu)上均安裝有行程開關(guān)，每個驅(qū)動軸上安裝兩對行程開關(guān)，來實現(xiàn)攝像頭左、右、上、下、前、后移動位置的限制，行程開關(guān)與ARM運動控制器相應(yīng)接ロ相連，ARM運動控制器收到行程開關(guān)發(fā)來的信號后控制步進電機。
4.如權(quán)利要求3所述的疲勞裂紋擴展試驗攝像頭調(diào)整裂紋圖像采集系統(tǒng)，其特征在于所述攝像頭云臺X、Y軸運動機構(gòu)為單攝像頭運動機構(gòu)或雙攝像頭運動機構(gòu)，由X軸步進電機驅(qū)動的滾珠絲杠直線導(dǎo)軌滑塊機構(gòu)、Y軸步進電機驅(qū)動的滾珠絲杠直線導(dǎo)軌滑塊機構(gòu)、攝像頭組件及用來測量攝像頭移動位移的位移傳感器和行程限位開關(guān)組成； 單攝像頭運動機構(gòu)由Y軸驅(qū)動步進電機、直線導(dǎo)軌、滑塊機構(gòu)組件和X軸驅(qū)動步進電機、直線導(dǎo)軌、滑塊機構(gòu)組件及攝像頭組件組成，Y軸運動機構(gòu)安裝在X軸滑塊機構(gòu)組件上，攝像頭組件安裝在Y軸滑塊機構(gòu)上或X軸運動機構(gòu)安裝在Y軸滑塊機構(gòu)組件上，攝像頭組件安裝在X軸滑塊機構(gòu)上；雙攝像頭運動機構(gòu)為兩個Y軸運動機構(gòu)安裝在X軸滑塊機構(gòu)組件上，兩個攝像頭組件分別安裝在兩個Y軸滑塊機構(gòu)上； 攝像頭運動定位云臺Z軸攝像頭運動機構(gòu)由工作臺、套筒、滑塊、滑塊連接板導(dǎo)桿、滾珠絲杠、驅(qū)動步進電機和光電編碼器、頂端定位盤、行程開關(guān)、攝像頭運動平臺底座箱組成，步進電機通過連軸節(jié)與滾珠絲杠相連安裝在底座箱上，步進電機驅(qū)動滾珠絲杠轉(zhuǎn)動，滑塊及滑塊連接板隨著滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動沿導(dǎo)桿的方向?qū)崿F(xiàn)垂直方向的運動，從而帶動和滑塊連接板固連的套筒和工作臺一起進行垂直方向的運動，工作臺上安裝有X軸、Y軸攝像頭運動機構(gòu)及安裝在其上的攝像頭安裝支架，這樣攝像頭既可實現(xiàn)Z軸垂直方向的位置調(diào)整。
5.如權(quán)利要求3所述的疲勞裂紋擴展試驗攝像頭調(diào)整裂紋圖像采集系統(tǒng)，其特征在于所述攝像頭運動定位云臺X、Y、Z三方向的運動是通過控制計算機發(fā)送控制命令給ARM運動控制器，運動控制器通過步進電機驅(qū)動器來驅(qū)動步進電機轉(zhuǎn)動來實現(xiàn)的，攝像頭X、Y方向的運動即可實現(xiàn)開環(huán)控制又可實現(xiàn)閉環(huán)位置精確控制； 運動控制器為基于ARM技術(shù)的嵌入式運動控制器，內(nèi)嵌有電機運動控制算法軟件及通訊管理軟件，運動控制器和計算機進行通訊傳輸控制命令；運動控制器由ARM微處理器、數(shù)據(jù)采集模塊、電源電路、復(fù)位和時鐘電路、存儲器電路、JTAG仿真調(diào)試接ロ電路、按鍵輸入電路、限位開關(guān)接ロ電路、光電編碼器接ロ電路、串ロ通信電路以及電機控制接ロ電路組成，光電編碼器接ロ電路設(shè)計為可接受三路光電編碼器信號，用來接受攝像頭云臺Y軸、Z軸兩路光電編碼器信號；數(shù)據(jù)采集模塊用來采集攝像頭云臺X軸方向移動位移信號并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，與X軸位移傳感器相連，電機控制接ロ電路與X軸、Y軸、Z軸步進電機驅(qū)動器相連，步進電機驅(qū)動器與所控制的步進電機相連。
6.如權(quán)利要求I所述的疲勞裂紋擴展試驗攝像頭調(diào)整裂紋圖像采集系統(tǒng)，其特征在于所述計算機處理分析控制系統(tǒng)中，圖像處理模塊用于完成裂紋擴展過程中裂紋擴展長度的計算和自動聚焦過程中圖像清晰度的判別；攝像頭聚焦點捜索模塊用以進行焦點捜索方向及距離的計算；運動控制軟件模塊包括攝像頭運動參數(shù)設(shè)置及控制界面模塊和運動參數(shù)通訊模塊，其中運動參數(shù)設(shè)置及控制界面模塊用以設(shè)置攝像頭運動參數(shù)及提供攝像頭手動調(diào)整時的操作界面，運動參數(shù)通訊模塊用以接受裂紋擴展長度或焦點捜索方向及距離或運動參數(shù)設(shè)置及控制界面模塊發(fā)送過來的攝像頭手動調(diào)整距離，并將這些數(shù)據(jù)傳輸給ARM運動控制器運動控制參數(shù)接受通訊模塊，根據(jù)所接受數(shù)據(jù)或由ARM運動控制器中步進電機相應(yīng)閉環(huán)控制算法計算輸出控制量，將該控制量傳遞給步進電機驅(qū)動控制模塊形成閉環(huán)控制，或?qū)?shù)據(jù)直接傳遞給步進電機驅(qū)動控制模塊，電機驅(qū)動控制模塊將相應(yīng)控制信號發(fā)送給步進電機驅(qū)動器控制步進電機完成相應(yīng)運動，ARM運動控制器數(shù)據(jù)采集模塊采集攝像頭X軸位移信號、Z軸和Y軸光電編碼器信號及X軸、Z軸和Y軸限位開關(guān)信號，X軸位移信號、Z軸和Y軸光電編碼器信號傳輸給控制算法模塊根據(jù)相應(yīng)算法形成X軸、Y軸、Z軸閉環(huán)運動控制，限位開關(guān)信號則直接發(fā)送給電機驅(qū)動控制模塊，所述數(shù)據(jù)庫用來保存系統(tǒng)設(shè)置參數(shù)及裂紋試件圖像及長度等實時數(shù)據(jù)。
7.—種如權(quán)利要求I所述的疲勞裂紋擴展試驗攝像頭調(diào)整裂紋圖像采集系統(tǒng)實現(xiàn)的采集方法，其特征在干由計算機發(fā)送攝像頭移動方式及距離的控制信號給攝像頭運動控制器，攝像頭運動控制器根據(jù)所接受命令選擇步進電機控制方式，發(fā)送控制指令控制攝像頭運動定位云臺運動，圖像采集系統(tǒng)實時采集攝像頭位置調(diào)整過程中的圖像并傳輸給計算機，計算機對所采集圖像進行顯示和處理，由試驗者通過計算機屏幕觀測圖像或計算機圖像處理軟件自動判別所采集圖像是否達到要求或設(shè)定采集圖像的位置，如不滿足則繼續(xù)上述過程，金屬疲勞裂紋擴展試驗攝像頭自動調(diào)整圖像采集方式包括實驗開始前的攝像頭位置手動粗調(diào)和精調(diào)圖像采集、攝像頭自動聚焦過程圖像采集及試驗進行過程中疲勞裂紋擴展攝像頭跟蹤定位米集。
8.如權(quán)利要求7所述的采集方法，其特征在于所述疲勞裂紋擴展攝像頭跟蹤定位采集過程如下系統(tǒng)按所設(shè)置好的圖像采集與顯示參數(shù)對疲勞試驗過程中不斷擴展的裂紋圖像進行實時采集，裂紋圖像經(jīng)過軟件處理、分析后計算出裂紋長度并通過計算機實時顯示，疲勞裂紋擴展到達設(shè)定長度后計算機通過數(shù)據(jù)通訊接ロ將裂紋擴展數(shù)據(jù)發(fā)送給攝像頭運動控制器，運動控制器控制攝像頭運動定位云臺移動所要求距離，并精確定位后采集相應(yīng)位置的裂紋圖像，不斷循環(huán)到試驗結(jié)束。
9.如權(quán)利要求8所述的采集方法，其特征在于疲勞裂紋擴展攝像頭跟蹤定位過程如下所述攝像頭X軸運動位移閉環(huán)控制采用模糊PID控制算法，模糊自適應(yīng)PID控制以攝像頭X軸位移偏差e和它的變化率ec作為輸入，根據(jù)不同時刻的e和ec對PID參數(shù)自整定的要求，用模糊控制規(guī)則在線對PID參數(shù)進行調(diào)整，模糊PID控制器的實現(xiàn)是先找出PID控制器的比例ΛΚΡ、積分Λ K1、微分Λ Kd三個參數(shù)與偏差e和偏差變化率ec之間的模糊關(guān)系，在運行過程中不斷地檢測偏差和偏差變化率，再根據(jù)特定的模糊規(guī)則，對PID的比例ΛΚΡ、積分AK1、微分AKd三個參數(shù)進行整定，PID在獲取新的參數(shù)后，對控制對象輸出控制量； 所述攝像頭X軸運動位移模糊PID控制，選取三角形函數(shù)作為其模糊子集隸屬函數(shù)，采用Mamdani方法進行模糊推理，輸出量的反模糊化采用的是“重心法”，PID控制算法選用增量式PID控制算法。
10.如權(quán)利要求7所述的采集方法，其特征在于攝像頭自動聚焦過程圖像采集過程如下對安裝好的帶有預(yù)制裂紋的試件圖像進行實時采集，通過圖像處理軟件進行處理圖像區(qū)域劃分和圖像清晰度計算，通過圖像處理軟件進行處理圖像區(qū)域劃分和圖像清晰度計算，根據(jù)圖像的清晰度和焦點搜素算法得到焦點捜索方向和距離，將焦點捜索方向和距離及由系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置模塊所設(shè)置的焦點捜索初始步長按串ロ通訊協(xié)議組成攝像頭運動控制數(shù)據(jù)包通過RS232串ロ通訊電纜傳輸給ARM運動控制器，控制器控制參數(shù)接受通訊模塊接受此數(shù)據(jù)包解包并將攝像頭移動距離、方向和步長傳輸給電機驅(qū)動控制模塊，控制步進電機驅(qū)動器驅(qū)動步進電機轉(zhuǎn)動，步進電機轉(zhuǎn)動驅(qū)動CCD運動云臺Y軸絲杠導(dǎo)軌機構(gòu)帶動攝像頭完成Y方向相應(yīng)運動直到搜尋到系統(tǒng)焦點； 圖像清晰度判斷方法采用改進了的灰度差分法作為圖像的清晰度評價函數(shù)，公式為f(x, ν)=Σ {(/(^ y)—/O，ヌ—O)2 + (/ο,ァ)-/0 -1，V))2}； .Y，.V 焦點捜索算法采用自適應(yīng)聚焦捜索算法，該算法可同時實現(xiàn)快速、精確、平滑的視頻自動聚焦。自適應(yīng)搜索算法的實現(xiàn)由3個步驟完成第一步初始方向捜索、第二步步長自適應(yīng)調(diào)節(jié)、第三步聚焦判定。
11.如權(quán)利要求7所述的攝采集方法，其特征在于像頭位置手動粗調(diào)和精調(diào)圖像過程如下試驗者通過計算機界面設(shè)置相應(yīng)參數(shù)，操作界面上的動作按鈕進行攝像頭位置的粗調(diào)和精調(diào)。包括X、Z兩個方向圖像位置的調(diào)整和Y方向物距的調(diào)整，粗調(diào)指的是通過設(shè)定攝像頭移動速度值(模糊的)進行攝像頭位置連續(xù)調(diào)整，精調(diào)指的是在界面上設(shè)定攝像頭移動的精確位移，發(fā)送給運動控制器，運動控制器控制攝像頭運動定位云臺進行X、Y方向運動的閉環(huán)控制。
12.如權(quán)利要求7所述的采集方法，其特征在于疲勞裂紋擴展試驗攝像頭自動跟蹤圖像采集過程如下首先進行系統(tǒng)安裝、參數(shù)設(shè)置、調(diào)試，系統(tǒng)安裝包括被測試件、載荷控制系統(tǒng)及攝像頭光源等圖像采集系統(tǒng)的安裝，參數(shù)設(shè)置包括鏡頭參數(shù)設(shè)置快門速度、光圈、物距、放大倍數(shù)及圖像采集及顯示參數(shù)設(shè)置，串ロ通訊參數(shù)、焦點初始搜索方向及步長，裂紋跟蹤長度的設(shè)置；進行圖像采集并顯示，觀測圖像位置是否滿足要求，如不滿足要求，進行攝像頭X、Z方向精調(diào)或粗調(diào)，至圖像位置滿足要求，觀察所采集圖像是否清晰，如圖像不清晰，則需調(diào)整攝像頭到試件表面的距離既物距使系統(tǒng)聚焦，采用手動和自動兩種聚焦方法，如采用手動聚焦方法，則需通過參數(shù)設(shè)置和操作相關(guān)動作按鈕進行攝像頭Y方向精調(diào)或粗調(diào)至系統(tǒng)聚焦，如采用自動聚焦方法，則只需點擊界面上自動聚焦按鈕，攝像頭則自動進行運動調(diào)整至系統(tǒng)聚焦。所采集圖像滿足位置和清晰度要求后啟動試驗載荷加載控制系統(tǒng)進行疲勞裂紋擴展試驗，系統(tǒng)按所設(shè)置好的圖像采集與顯示參數(shù)對疲勞試驗過程中不斷擴展的裂紋圖像進行實時采集，通過圖像處理軟件進行疲勞裂紋擴展長度計算，當(dāng)疲勞裂紋擴展到所設(shè)定長度，將此數(shù)據(jù)傳輸給攝像頭運動控制器，控制攝像頭精確跟蹤裂紋擴展區(qū)域，繼續(xù)進行圖像采集、處理、計算裂紋擴展長度等試驗直到裂紋擴展到所要求長度或試驗完成。
全文摘要
一種疲勞裂紋擴展試驗攝像頭自動調(diào)整裂紋圖像采集系統(tǒng)，包括裂紋圖像成像及采集系統(tǒng)、攝像頭位置調(diào)整系統(tǒng)及計算機處理分析控制系統(tǒng)；其中，裂紋圖像成像及采集系統(tǒng)包括CCD攝像機、鏡頭，光源照明裝置、攝像頭安裝支架和圖像采集卡，CCD攝像機、鏡頭和光源照明裝置安裝在攝像頭安裝支架上組成裂紋圖像成像單元，圖像采集卡與計算機相連；攝像頭位置調(diào)整裝置包括步進電機、攝像頭運動定位云臺、運動控制器和步進電機驅(qū)動器；計算機處理分析控制系統(tǒng)包括計算機和ARM運動控制器中的攝像頭自動調(diào)整圖像采集模塊。以及一種疲勞裂紋擴展試驗攝像頭自動調(diào)整裂紋圖像采集方法。本發(fā)明全自動化操作、控制精度高、實時性良好、減輕勞動強度。
文檔編號H04N5/225GK102692347SQ20121014151
公開日2012年9月26日 申請日期2012年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月8日
發(fā)明者周寅, 裘信國, 鐘建飛, 錢華榮, 陳蓓, 高紅俐 申請人:浙江工業(yè)大學(xué)