基于图像处理技术CTOD试验装置的研制

　　通过基于CMOS的工业数字摄像机，获取CTOD试验裂纹尖端扩张区的实时图像，利用 VB开发的图像处理程序，实时处理和显示裂纹尖端图像，清晰直观地监测裂纹的扩展，实现对裂纹尖端张开位移的可视化分析与研究。该系统简化了试验操作程序，减小了试验系统误差和偶然误差，降低了对试件的要求，提高了试件的复用率，实现教学试验的低成本运行，提高试验教学效果。

　　裂纹尖端张开位移CTOD(crack　tip　openingdisplacement)是弹塑性断裂力学的一个重要参量，反映试验材料或焊接接头的抗开裂性能[1]，按照BS7448规范[2]规定，板厚超过50mm的焊接接头必须做CTOD试验，CTOD断裂韧性指标在焊接结构的安全评估方面应用广泛，因此很有必要在材料、材控专业的教学中增加CTOD试验。

　　CTOD试验常用的测量方法是采用位移传感器，先测量裂纹嘴的张开位移，再换算出CTOD值。但是由于位移传感器的布置、装夹等方面的原因，需要对试件进行专门处理，给CTOD试验带来了不便，而且难以直接测量CTOD值。

　　为了能让学生形象地理解材料的抗开裂性能，并节约试验耗材，利用图像采集技术取代传统的位移传感器，直接采集裂纹尖端区的位移图像信息，让学生观察裂纹扩展的动态信息，应用图像处理软件对CTOD试验中裂纹尖端区的图像信息进行处理，直接获得相关试验数据，试验利用单个试样可多次演示开裂前裂纹张开位移，也可以进行裂纹开裂后的CTOD测试，试验结果精确直观，试验过程快捷经济。

　　1系统总体结构及硬件实现

　　试验系统是在现有液压万能试验机的基础上，加载基于CMOS图像传感器的工业数字摄像机组成。主要由CTOD主体试验、数字图像采集、数据传输及存储、PC机实时图像处理及显示四部分组成，其总体结构框图见图1。

　　裂纹尖端扩张区数字图像的采集是通过高分辨率工业数字摄像机实现的。考虑到对图像质量及清晰度 的 要 求，选 用 维 视 图 像 公 司 生 产 的MV-500UM-USB2.0接口黑白工业数字摄像机。该相机体积小、结构简单、集成度高、功耗低、价格低廉，省去了图像采集卡，简化了连接电缆，使产品易用性大大提高。最高分辨率2　592×1　944，像素尺寸2.2μm×2.2μm，信噪比>42dB。通过通用可编程接口对摄像机进行控制，图像采集控制程序施加外部信号触发采集或连续采集，实现裂纹尖端扩张区图像信息的实时采集。通过计算机编程控制曝光时间、亮度、增益等参数，保证所得图像信息的质量及分辨率。

　　通过可编程通用接口对固件程序和驱动程序进行优化处理，所搭建的系统能快速稳定地完成图像的采集、传输及处理工作，并易于使用，便于操作。