專利名稱：一種水泥基材料收縮與開裂性能檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及材料檢測領(lǐng)域，具體涉及一種對水泥基材料收縮開裂性能進(jìn)行檢 測的裝置。
背景技術(shù)：
水泥生產(chǎn)技術(shù)以及混凝土配制技術(shù)中，水泥基材料的收縮、開裂現(xiàn)象會嚴(yán)重影響 材料的體積穩(wěn)定性和耐久性能，也是國內(nèi)外學(xué)者研究的熱點。盡管相關(guān)的測試方法很多，如 利用基于長度、體積變化的接觸式方法，基于傳感器及光學(xué)原理的非接觸式方法進(jìn)行收縮 性能的測量，但是現(xiàn)有測試方法各有優(yōu)缺點接觸式方法設(shè)備簡單，但精度較低、易受操作 人員主觀因素影響；非接觸式方法在精度上具有優(yōu)勢，但存在實際操作過程較為復(fù)雜、成本 高等問題，而且兩種方法都只是適用于不同階段收縮的測量。隨著技術(shù)進(jìn)步，水泥混凝土傳 統(tǒng)的測試、評價手段得到了進(jìn)一步完善，較多全新的、或者交叉學(xué)科中的研究方法也在水泥 混凝土的測試、監(jiān)測及評價中得到了充分的應(yīng)用，數(shù)字圖像處理技術(shù)就是應(yīng)用較為成功的 一種技術(shù)，如利用數(shù)字圖像分析軟件中的頻率直方圖功能對混凝土待測區(qū)域中的氣孔進(jìn)行 分類測試，來評價混凝土結(jié)構(gòu)中的孔結(jié)構(gòu)特征；利用背散射電子圖像(BSEI)分析技術(shù)對拋 光后的試樣斷面進(jìn)行圖像分析，對未水化水泥熟料進(jìn)行觀察，根據(jù)每幅圖像中所有表示未 水化水泥相的像素值，進(jìn)行水化程度的測試。耿飛利用Delphi語言編寫了“裂縫圖片分析軟件”，進(jìn)行混凝土塑性裂縫特征的 觀察與評價(東南大學(xué)碩士學(xué)位論文)，但由于該軟件主要是針對裂縫特征的觀察和評價， 在精度上存在很大的缺陷(由于取像工具的限制，其圖像分辨率為640X480Pixels，實際 精度為毫米級)，如果用來進(jìn)行收縮測量的話，其精度是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種能夠基于數(shù)字圖像處理技術(shù)對水泥基材料收縮 與開裂性能進(jìn)行檢測以及評價的裝置。本實用新型提供的一種水泥基材料收縮與開裂性能檢測裝置，主要由一圖像采集 裝置和由圖像處理模塊、結(jié)果顯示模塊及通信模塊組成的信號處理裝置組成；其中所述圖像采集裝置包括一支承架、一設(shè)于支承架頂端的橫向位移控制桿、一與橫 向位移控制桿相連接的縱向位移控制桿、一位于橫向位移控制桿和縱向位移控制桿上的位 移調(diào)控器及一設(shè)于縱向位移控制桿下端的夾具和取像設(shè)備；所述信號處理裝置中，圖像處理模塊包括圖像預(yù)處理單元、圖像增強(qiáng)單元及圖像 分析單元，其中圖像預(yù)處理單元完成圖像的灰度轉(zhuǎn)換、有效區(qū)域的選擇和剪切；圖像增強(qiáng)單元依次通過平滑處理去除實際成像過程中因成像設(shè)備和環(huán)境所造成 的圖像失真，通過銳化處理使圖像灰度反差增強(qiáng)并形成完整的邊界，通過灰度形態(tài)學(xué)操作 對邊界及邊界所包圍的圖像進(jìn)行特征突出處理，使待研究對象在黑白圖像中以與背景圖像完全相反的顏色呈現(xiàn)，并與背景圖像剝離；圖像分析單元完成特征提取以及裂縫寬度和收縮值的計算。以上所述水泥基材料收縮與開裂性能檢測裝置中，所述圖像處理模塊功能是通過 MATLAB語言形成的圖像處理軟件在計算機(jī)中運載而實現(xiàn)。以上所述水泥基材料收縮與開裂性能檢測裝置中，針對收縮性能檢測，所述圖像 增強(qiáng)單元中，還包括插值縮放處理提高圖像的分辨率；圖像分析單元依據(jù)經(jīng)插值縮放處理 后的圖將進(jìn)行特征提取與計算。以上所述水泥基材料收縮與開裂性能檢測裝置中，所述信號處理裝置中還包括評 價模塊，完成圖像處理模塊的計算結(jié)果與評價模塊中裝載的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)之間的比較，并給出 評價意見，通過顯示模塊輸出。以上所述水泥基材料收縮與開裂性能檢測裝置中，所述圖像采集裝置中，夾具上 裝設(shè)分辨率為700萬以上像素的取像設(shè)備，取像設(shè)備與圖像采集模塊信號連接。取像設(shè)備 為基于CXD或CMOS原理的數(shù)碼相機(jī)或攝像機(jī)。以上所述水泥基材料收縮與開裂性能檢測裝置中，所述圖像采集裝置中，位移調(diào) 控器設(shè)有水平內(nèi)嵌孔、豎直內(nèi)嵌孔和螺釘，橫向位移控制桿通過水平內(nèi)嵌孔穿過位移調(diào)控 器，并由螺釘固定；縱向位移控制桿通過豎直內(nèi)嵌孔穿過位移調(diào)控器，并由螺釘固定。以上所述水泥基材料收縮與開裂性能檢測裝置中，所述圖像采集裝置中還包含一 設(shè)于支承架下部用于放置待測材料的樣品承放板。采用以上方案，本實用新型基于圖像處理技術(shù)的水泥基材料收縮與開裂性能檢 測裝置，其中圖像采集裝置能實時采集和傳輸圖像，經(jīng)過信號處理裝置的預(yù)處理和增強(qiáng)模 塊進(jìn)行圖像處理，運算量減少，圖像分辨率提高，可以實現(xiàn)對材料收縮和開裂兩種性能的檢 測。結(jié)構(gòu)方面，本實用新型設(shè)計合理，布局緊湊，能很好地完成檢測全過程。本實用新型具有 適用范圍廣(適用于凈漿、砂漿、混凝土)、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、可視化分析、多通道、精度高(20μπι)、 經(jīng)濟(jì)性好、可全程評價收縮與開裂性能的優(yōu)點。

圖1-1 為本實用新型中圖像采集裝置整體結(jié)構(gòu)示意圖。圖1-2 為本實用新型中圖像采集裝置支承架構(gòu)示意圖。圖1-3 為本實用新型中圖像采集裝置樣品承放板。圖l-4a 為本實用新型中圖像采集裝置橫向位移控制桿分解圖。圖l-4b(A)為本實用新型中圖像采集裝置橫向位移控制桿與滑槽連接示意圖之 左視圖。圖l-4b(B)為本實用新型中圖像采集裝置橫向位移控制桿與滑槽連接示意圖之 正視圖。圖1-5(A)為本實用新型中圖像采集裝置位移調(diào)控器結(jié)構(gòu)左視圖。圖1-5(B)為本實用新型中圖像采集裝置位移調(diào)控器結(jié)構(gòu)俯視圖。圖1-5(C)為本實用新型中圖像采集裝置位移調(diào)控器結(jié)構(gòu)正視圖。圖1-6 為本實用新型中圖像采集裝置縱向位移控制桿。圖1-7(A)為本實用新型中圖像采集裝置取像設(shè)備夾具結(jié)構(gòu)示意圖之左視圖。[0029]圖1-7(B)為本實用新型中圖像采集裝置取像設(shè)備夾具結(jié)構(gòu)示意圖之俯視圖。圖1-7(C)為本實用新型中圖像采集裝置取像設(shè)備夾具結(jié)構(gòu)示意圖之右視圖。圖1-7(D)為本實用新型中圖像采集裝置取像設(shè)備夾具結(jié)構(gòu)示意圖之正視圖。圖2為本實用新型基于數(shù)字圖像處理的水泥基材料收縮開裂性能檢測系統(tǒng)基本 組成圖。圖3為本實用新型中圖像處理模塊構(gòu)成圖。圖4為本實用新型中所用的檢測流程圖。圖5為使用本實用新型對裂縫檢測實例曲線圖。
具體實施方式
本實用新型采用數(shù)字圖像處理技術(shù)，利用相關(guān)裝置采集、傳輸、處理、分析數(shù)字圖 像，針對材料計算收縮、開裂的特征，描述收縮、開裂發(fā)展的趨勢，并針對水泥混凝土的組成 形式，對原材料影響其收縮與開裂發(fā)展的程度及趨勢進(jìn)行評價，從而得到材料收縮與開裂 性能的檢測和評價結(jié)果。本實用新型基于數(shù)字圖像處理的水泥基材料收縮開裂性能檢測系統(tǒng)，主要包括一 圖像采集裝置和一信號處理裝置；其中，圖像采集裝置主要實現(xiàn)對待測材料的取像與傳輸， 信號處理裝置完成對圖像的處理、計算和輸出，其主要由圖像處理模塊、結(jié)果顯示模塊及通 信模塊組成(如圖2所示)，并具體通過一計算機(jī)執(zhí)行。其中，圖像采集裝置采集到的圖像 通過通信模塊傳輸?shù)接嬎銠C(jī)的圖像處理模塊中，圖像經(jīng)過一系列處理，計算機(jī)通過特征提 取進(jìn)行裂縫寬度計算和收縮性能分析評價，結(jié)果通過結(jié)果顯示模塊輸出。以下對本實用新 型主要構(gòu)成及功能模塊進(jìn)行進(jìn)一步描述。1.圖像采集本實用新型通過圖像采集裝置完成不同時間試樣圖像的采集與傳輸。目前圖像 采集設(shè)備有數(shù)碼相機(jī)(基于CCD或CMOS原理)及攝像機(jī)等。因為計算機(jī)中用圖像分辨率 來描繪圖像的大小等特征，分辨率又與采集設(shè)備的最大像素值密切相關(guān)，其大小直接影響 到圖像的顯示質(zhì)量，因此，為了滿足圖像分析的需要，盡可能地使用高分辨率的圖像采集設(shè) 備。本實用新型中圖像采集使用700萬以上像素CCD數(shù)碼相機(jī)進(jìn)行。對收縮性能的測量來說，所有圖像的采集必須是在相同的采像環(huán)境、研究對象與 圖像采像設(shè)備保持相對位置絕對恒定的前提下進(jìn)行，這樣才能保證研究對象具有相同的基 準(zhǔn)點，測量結(jié)果才更準(zhǔn)確、科學(xué)。因此，根據(jù)水泥基材料的特點，本實用新型設(shè)計如圖1-1至圖1-7所示的圖像采集 裝置。如圖1-1所示，該圖像采集裝置包含支承架1、橫向位移控制桿2、縱向位移控制桿3、 位移調(diào)控器4和取像設(shè)備夾具5。其中，橫向位移控制桿2和縱向位移控制桿3相互垂直架 設(shè)在支承架1上，橫向位移控制桿2和縱向位移控制桿3之間通過位移調(diào)控器4連接，取像 設(shè)備夾具5固定連接在縱向位移控制桿3的最底端。如圖1-2所示，其中支承架1由基座11、立柱12、頂架14構(gòu)成，其中基座11和頂 架14通過與立柱12焊接而組成了支承架1 ；在頂架14的任意相對兩邊框的中部開設(shè)有滑 槽13。如圖l-4a和圖l_4b (A)、圖l_4b⑶所示，橫向位移控制桿2設(shè)一個位移控制桿 24，在位移控制桿24的兩端上設(shè)有螺紋23，橫向位移控制桿2還設(shè)有與螺紋23相互螺接的多個螺母21和多個墊片22 ；在本實施例中所述的螺母21、墊片22為4對，其中的螺母21、 墊片22中的兩對分別置于位移控制桿24兩端的螺紋23上，在滑槽13的內(nèi)側(cè)，螺母21、墊 片22與螺紋23螺接，位移控制桿24穿入支承架1的滑槽13，另外的兩對螺母21、墊片22 從滑槽13外側(cè)將控制桿固定住。如圖1-5 (A)、圖1-5 (B)和圖1_5(C)所示，為本實用新型位移調(diào)控器結(jié)構(gòu)示意圖， 位移調(diào)控器4設(shè)水平內(nèi)嵌孔41、豎直內(nèi)嵌孔42和螺釘43，橫向位移控制桿2 (如圖1_1所 示)通過水平內(nèi)嵌孔41穿過圖1-5(C)中的位移調(diào)控器4，并由螺釘43固定(圖1-5(C)所 示)，以防位移調(diào)控器發(fā)生旋轉(zhuǎn)；縱向位移控制桿3 (如圖1-1所示)通過圖1-5 (B)中豎直 內(nèi)嵌孔42穿過位移調(diào)控器4 (如圖1-5 (C)所示)，并通過擰緊或旋松螺釘43 (圖1_5 (A)所 示)，來調(diào)節(jié)豎直方向的位移大小。如圖1-6所示，為本實用新型縱向位移控制桿3的示意圖，縱向位移控制桿3設(shè)有 安全螺釘31和鋼柱32。安全螺釘31設(shè)在縱向位移控制桿3的鋼柱32頂部，這樣在實驗過 程中，即便由于操作失誤而將圖5B中的螺絲釘43過分松開，也會由于螺釘31的存在，不會 出現(xiàn)縱向位移控制桿整體下落的現(xiàn)象，從而避免了損壞取像設(shè)備和試樣的可能。如圖1-7 (A)、圖1-7 (B)、圖1-7(C)和圖1_7(D)所示，為本實用新型取像設(shè)備夾具 結(jié)構(gòu)示意圖，取像設(shè)備夾具5設(shè)有多個螺釘51和夾槽52，夾槽52置于取像設(shè)備夾具5內(nèi) (如圖1-7 (D)所示)，三個螺釘51把取像設(shè)備固定在夾槽52中(如圖1-7 (B)所示)；取 像設(shè)備夾具5通過焊接與縱向位移控制桿3的鋼柱32底端連接在一起；如圖1-3所示，本實用新型還包含樣品承放板6，樣品承放板6為一鋼板62，在鋼 板62的四周設(shè)有卡槽61，樣品承放板6通過卡槽61與支承架1中的立柱12相嵌在一起， 并置于基座11之上，樣品則放在鋼板62上。通過以上組合形成本實用新型的圖像采集裝置，用于調(diào)整數(shù)碼相機(jī)與樣品之間的 相對位置以能采集到清晰的圖像。工作時，待檢樣品(如棱柱狀水泥條或其它尺寸樣品) 放置在樣品承放板6上，數(shù)碼相機(jī)通過螺釘51安裝在取像設(shè)備夾具5后，首先松開圖l_4a 中的各個螺母21，并移動橫向位移控制桿2至試樣的正上方位置，擰緊各螺母21以保持試 樣與取像設(shè)備在水平方向位置的相對穩(wěn)定；再松開圖1-5 (B)中的螺釘43，上下調(diào)節(jié)縱向位 移控制桿3，使數(shù)碼相機(jī)獲得合適的取景深度，然后再擰緊上述螺釘43，以保持試樣與數(shù)碼 相機(jī)在豎直方向位置的相對穩(wěn)定，這樣使得調(diào)整數(shù)碼相機(jī)與樣品保持穩(wěn)定的相對位置，便 于數(shù)碼相機(jī)依據(jù)設(shè)定的實驗條件，在不同時間段對試樣進(jìn)行圖像的采集，以完成不同齡期 收縮開裂性能測試。2.信號傳輸通過通信模塊進(jìn)行信號傳輸，包括圖像的傳輸和數(shù)據(jù)的傳輸。圖像傳輸在取像設(shè) 備(數(shù)碼相機(jī))與圖像處理模塊之間進(jìn)行，傳輸?shù)姆绞娇梢詾殡娎|線、移動存儲設(shè)備；數(shù)據(jù) 傳輸在圖像處理模塊和結(jié)果顯示模塊之間進(jìn)行，可采用現(xiàn)有的二進(jìn)制編碼方式傳輸。3.圖像處理利用圖像處理模塊完成對傳輸來的圖像的系列處理。利用計算機(jī)進(jìn)行圖像處理的軟件很多，如Photoshop、Corel Draw、Scion Image 等，但每種軟件不可能做到面面俱到，都有其自身的側(cè)重點，如Photoshop主要偏重于對圖 像視覺效果的處理，涉及到特殊領(lǐng)域時，這些軟件就鞭長莫及了。本實用新型圖像處理模塊是將針對水泥基材料的收縮、開裂特征，利用MATLAB語言形成圖像處理軟件在計算機(jī)中運 載而實現(xiàn)。圖像處理模塊包括圖像預(yù)處理單元、圖像增強(qiáng)單元及圖像分析單元等；參見圖3 所示，圖像處理過程包括圖像預(yù)處理、圖像增強(qiáng)及特征提取幾個主要步驟。1)圖像預(yù)處理通過圖像預(yù)處理單元完成。針對收縮測量圖像，主要是將圖像采集裝置采集并傳 輸?shù)接嬎銠C(jī)的圖像進(jìn)行灰度轉(zhuǎn)換(將真彩圖像轉(zhuǎn)換為灰度圖像)、剪切(有效區(qū)域的選擇) 等操作。對收縮測量來講，就是選擇包括基準(zhǔn)點在內(nèi)的合適區(qū)域，以突出基準(zhǔn)點、減小圖像 處理過程的數(shù)據(jù)運算量為主要目的；其中圖像剪切將一定范圍內(nèi)涵蓋基準(zhǔn)點的區(qū)域從原圖像中分離出來，以減小圖像處 理分析時的數(shù)據(jù)運算量?；叶绒D(zhuǎn)換是通過消除圖像的色調(diào)和飽和度信息，但同時保持圖像的亮度來把真 彩圖像轉(zhuǎn)化為灰度圖像，便于后面的處理。計算機(jī)自動調(diào)整會對圖像進(jìn)行自動選擇閾值調(diào) 整圖像。2)圖像增強(qiáng)通過圖像增強(qiáng)單元完成。圖像增強(qiáng)技術(shù)是不考慮圖像降質(zhì)的原因，衰減不需要的 指標(biāo)，而只對感興趣的特征進(jìn)行突出，如突出目標(biāo)物輪廓、去除各類噪聲等。其目的是提高 所研究特征在圖像中的清晰度。增強(qiáng)功能中需進(jìn)行平滑、銳化、灰度形態(tài)學(xué)、插值縮放等操 作。圖像的平滑處理也即是去噪聲處理，主要是為了去除實際成像過程中，因成像設(shè) 備和環(huán)境所造成的圖像失真，提取有用信息。采用高斯低通濾波、維納濾波及均值濾波來實 現(xiàn)線性平滑。銳化的作用是使灰度反差增強(qiáng)，因為邊緣和輪廓都位于灰度突變的地方。主要采 用銳化功能對基準(zhǔn)點的邊緣和細(xì)節(jié)進(jìn)行加強(qiáng)，以形成完整的邊界，達(dá)到將基準(zhǔn)點從圖像中 分離出來的目的。對研究特征進(jìn)行邊界檢測操作之后，就需要對邊界及邊界所包圍的圖像進(jìn)行特征 突出處理，使待研究對象在黑白圖像中以與背景圖像完全相反的顏色呈現(xiàn)，達(dá)到與背景圖 像剝離的效果，以突出所研究的特征，也即是灰度形態(tài)學(xué)處理。改變圖像大小有兩種方式，一種是在不改變圖像分辨率的前提下，增加圖像的顯 示尺寸，另一種是不改變圖像顯示尺寸的條件下，變化其分辨率。利用插值縮放相關(guān)函數(shù)則 可以實現(xiàn)后者的目標(biāo)，而且該功能是最為關(guān)鍵的一項，因為即便利用目前市場上配置較高 的數(shù)碼相機(jī)，所采集的圖像分辨率依然無法達(dá)到收縮性能測試中的高精度要求，利用插值 縮放功能則可以在不降低圖像質(zhì)量的前提下增加圖像的分辨率，為收縮性能的測量提供保 證。圖像經(jīng)平滑、銳化、灰度形態(tài)學(xué)三步處理后，X軸方向最大像素值為1662. 75，兩基 準(zhǔn)點之間距離已知為22cm，因此其分辨率為220000微米/1662. 75像素，為132. 5微米/像 素，也即是每改變一個像素就會帶來132. 5微米的變化，因此，其最高精度為132. 5微米，這 對于收縮的測量來說是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。利用插值縮放功能中的nearest算法(運算量最小的 常規(guī)算法)進(jìn)行32倍放大后，其最大像素為53192. 5，分辨率為220000微米/53192. 5像 素，即為4. 14微米/像素，也即是最高精度可達(dá)4. 14微米，綜合考慮實際操作中的各種不可避免的誤差，利用該軟件進(jìn)行收縮測量時可以達(dá)到10微米的精度。而如果單純利用提高 采像設(shè)備的性能則無法實現(xiàn)這樣高的精度，因此，本實用新型與其它用于收縮裂縫測量的 設(shè)備相比，其對采像設(shè)備的依賴性不大。運用插值縮放功能大大提高了圖像的分辨率，也增加了計算機(jī)的運算量。市場上 流行的IG內(nèi)存、雙核CPU的配置完全可以滿足32倍放大的要求，尤其是計算機(jī)性能更新如 此快的今天，2G內(nèi)存已經(jīng)在市場上得到一定程度的應(yīng)用，4核甚至8核的CPU也投放市場， 因此，在這種條件下，精度可以隨著計算機(jī)性能的更新得到進(jìn)一步的提高。計算機(jī)不僅是圖像采集、預(yù)處理、特征提取、測量精度等的顯示平臺，而且也是不 同模塊之間相互連接的橋梁，是中樞神經(jīng)系統(tǒng)，其性能的高低直接影響到圖像分析處理的 精度與速度。目前市場上商用計算機(jī)的更新?lián)Q代速度非常快，其性能也得到了很大的提高， 顯示設(shè)備從CRT發(fā)展到了液晶，CPU從單核發(fā)展到了雙核，甚至多核，這都大大提升了圖像 處理的速度與精度，也為圖像處理提供了很好的平臺。在數(shù)字圖像處理和分析過程中會涉及到大量的數(shù)據(jù)運算，因此軟件運行的速度和 精度與計算機(jī)的配置高低有直接的關(guān)系。為了取得較好的處理效果，最低計算機(jī)配置為 Intel Core 2CPU、IG以上內(nèi)存、512M以上硬盤空間、32-位OpenGL顯示卡，若高于上述配 置，則可取得更好的處理效果。對于裂縫圖像，需將圖像采集裝置采集并傳輸?shù)接嬎銠C(jī)的圖像采用二值化處理， 包括與以上相同的圖像預(yù)處理、以及圖像增強(qiáng)中的平滑、銳化、灰度形態(tài)學(xué)處理，使背景為 白色，裂縫為黑色。3)特征提取特征提取通過圖像分析單元完成。特征提取就是要對研究對象的特征進(jìn)行測量， 如收縮、開裂特征及其它性能。圖像分析單元中，“收縮測量”功能的實現(xiàn)主要是基于測量試樣上兩基準(zhǔn)點之間的 距離的變化(收縮值)。具體操作過程將試樣上兩基準(zhǔn)點分析編號為A、B, t代表齡期， K、Bt代表t齡期時基準(zhǔn)點在軟件中X軸方向上的像素值。利用插值放大工具將不同齡期 時待測試樣的圖形放大到合適的倍數(shù)，將針形的鼠標(biāo)指針放在圖像中A點，記錄此時系統(tǒng) 顯示的該點的像素值A(chǔ)t ；在同樣的放大倍數(shù)下對B點進(jìn)行同樣的操作。t為0時刻的圖像 中兩基準(zhǔn)點之間像素值的差(Btl-Atl)即為初始長度Ltl，代表22mm，以上述為例，初始長度為 53192. 5像素，也即是4. 14微米/像素；同樣可得t為1天時的(B1-A1)為53060. 31像素， 計算可知1天后試樣的長度減小了 132. 19個像素，即有547. 27個微應(yīng)變的收縮產(chǎn)生。收 縮值的計算如式3-1所示ε = (L0-Lt) (式 3-1)式中ε 為收縮值；L0 基準(zhǔn)點之間的初始距離(Pixels)，即Btl-A0 ；Lt :t齡期時基準(zhǔn)點之間的距離(Pixels)，即Bt-At ；圖像處理單元中，“開裂特征”功能實現(xiàn)主要是基于對試樣上出現(xiàn)的裂縫的開裂面 積、裂縫寬度進(jìn)行測量。具體操作過程1、利用圖像采集設(shè)備，采取上述1中的步驟，對成型好的試樣中出現(xiàn)裂縫的區(qū)域進(jìn)行圖像采集；2、利用上述3的步驟，對圖像中的裂縫進(jìn)行二值化處理；3、選擇圖像處理后待測區(qū)域中的裂縫(黑色)，利用圖像處理單元中的“裂縫面積 測量”和“裂縫寬度測量”工具，即可直接進(jìn)行相關(guān)開裂特征值的檢測。裂縫面積測量根據(jù)裂縫區(qū)域包含的像素個數(shù)，再用像素數(shù)目乘以每個像素對應(yīng) 的真實的面積。裂縫寬度測量對裂縫區(qū)域進(jìn)行邊界提取操作，這樣可以得到周長，長近似為周長 的一半，再用面積除以長度，這樣就得到平均寬度。4.分析評價本實用新型中，信號處理裝置中可以增加一個分析評價模塊，根據(jù)前面檢測的收 縮值及初裂時間、裂縫寬度等結(jié)果，結(jié)合基準(zhǔn)的水泥基材料組成形式，評價原材料對收縮、 開裂性能及其發(fā)展趨勢的影響。以收縮值和最大裂縫寬度的大小，初裂時間的早晚等為指標(biāo)，與基準(zhǔn)試樣對比分 析，研究原材料對混凝土收縮與開裂性能的控制能力。將系統(tǒng)計算出的收縮值、最大裂縫寬 度為檢測數(shù)值，與基準(zhǔn)試樣的相關(guān)數(shù)值進(jìn)行比較，檢測數(shù)值越小于基準(zhǔn)試樣的相關(guān)數(shù)值，說 明待測物品具有越強(qiáng)的抗收縮開裂性能。5.結(jié)果輸出與計算機(jī)匹配的顯示器是圖像采集、預(yù)處理、特征提取、測量精度等的顯示平臺， 也可以作為運算以及評價結(jié)果的輸出單元；還可以采用打印機(jī)、USB接口等作為結(jié)果輸出 設(shè)備。下面使用本實用新型進(jìn)行水泥基材料收縮與開裂性能檢測以及評價參見圖4所示，使用本實用新型進(jìn)行水泥基材料收縮與開裂特征的測量流程如 下1)試樣準(zhǔn)備按照GB/T 50080，結(jié)合設(shè)計的實驗方案成型水泥膠砂和混凝土試 樣，并養(yǎng)護(hù)至特定的齡期。2)利用圖像采集裝置，對試樣分別進(jìn)行1、3、7、14、28天齡期的圖像采集，圖像采 集間隔為3幅/樣；采集的圖像即時通過電纜傳輸?shù)接嬎銠C(jī)；3)計算機(jī)對獲取的圖像數(shù)據(jù)依次進(jìn)行圖像預(yù)處理、圖像增強(qiáng)和特征提取；4)計算機(jī)利用內(nèi)置軟件得出裂縫計算數(shù)值和收縮性能計算結(jié)果；5)計算機(jī)輸出檢測結(jié)果。如計算機(jī)中裝有基準(zhǔn)試樣的數(shù)據(jù)，還將進(jìn)行比較分析，輸 出評價結(jié)果。其中，步驟3)所述圖像預(yù)處理包括對圖像依次進(jìn)行尺寸調(diào)整和灰度轉(zhuǎn)換的過程； 所述圖像增強(qiáng)包括分別對預(yù)處理后的圖像進(jìn)行平滑處理、銳化處理、灰度形態(tài)學(xué)、插值縮放 等操作；所述特征提取包括裂縫特征計算和收縮值的計算。收縮值檢測試樣成型尺寸為25X25X275cm(棱柱狀)的水泥膠砂，其中試樣1 不摻減縮劑，試樣2摻入的減縮劑。裂縫特征檢測試樣60X60X7. 5cm混凝土試樣，其中，Ref 基準(zhǔn)試樣，G-I 減縮 劑摻量，G-2 減縮劑2%摻量，G-5 減縮劑5%摻量。操作過程將兩收縮試樣標(biāo)號后一同放置在圖像采集裝置的樣品承放板上，調(diào)整數(shù)碼相機(jī)與樣品之間的相對位置在30cm，開啟數(shù)碼相機(jī)和計算機(jī)，到成型后1天齡期時對 試樣進(jìn)行拍照并將采集的圖像傳輸給計算機(jī)，計算機(jī)記錄并實時顯示圖像。對于收縮性能 測試，按樣品標(biāo)記的基準(zhǔn)點作為測量區(qū)域；對于裂縫性能測試，當(dāng)圖像顯示裂縫出現(xiàn)后，此 時的時間就計為初裂時間(圖5中每條曲線的始點對應(yīng)的時間)。按照圖像處理所需要的 最佳效果的要求，對圖像進(jìn)行預(yù)處理(灰度調(diào)整)、圖像增強(qiáng)(平滑、濾波、插值縮放等)等 一系列圖像調(diào)整操作，并進(jìn)行研究特征(裂縫特征或收縮值)的計算程序，得到不同時間的 收縮值ε和不同時間裂縫寬度。檢測結(jié)果計算得到不同時間試樣收縮值結(jié)果參見表1，不同時間裂縫寬度檢測 結(jié)果見圖5。通過分析表1可知，同齡期中試樣2的收縮值小于試樣1，表明減縮劑的摻入降 低了不同齡期的收縮值，而且這種效果在早期更為明顯(試樣2在1天時收縮值就降低了 44%),后期這種作用有所減弱(如試樣2在28天時收縮值降低了 34% )，說明減縮劑減小 了水泥石不同齡期的收縮值，但這種減小作用在早期更為明顯，后期有一定程度的減弱。通 過對兩試樣的比較說明減縮劑的摻入改善了試樣2的收縮性能及其發(fā)展趨勢。表1摻減縮劑水泥膠砂收縮值計算結(jié)果 分析圖5可知初裂時間基準(zhǔn)試樣在1天時即出現(xiàn)了裂縫，在減縮劑1%、2%摻 量條件下，試樣的初裂時間推遲到了第五天，而5%摻量試樣的初裂時間在第四天出現(xiàn)。最大裂縫寬度與基準(zhǔn)試樣相比，摻SRA-G減縮劑試樣28天齡期時最大寬度 由0. 875mm降低至0. 342mm,降低了 61 %，摻SRA-N減縮劑試樣降低至0. 358mm,降低了 59. 1%。分析通過延遲初裂時間、降低不同齡期最大裂縫寬度，減縮劑的摻入明顯提高了 混凝土對早期收縮開裂的抵抗能力。
權(quán)利要求一種水泥基材料收縮與開裂性能檢測系統(tǒng)，主要由一圖像采集裝置和由圖像處理模塊、結(jié)果顯示模塊及通信模塊組成的信號處理裝置組成；其特征在于所述圖像采集裝置包括一支承架、一設(shè)于支承架頂端的橫向位移控制桿、一與橫向位移控制桿相連接的縱向位移控制桿、一位于橫向位移控制桿和縱向位移控制桿上的位移調(diào)控器及一設(shè)于縱向位移控制桿下端的夾具和取像設(shè)備；所述信號處理裝置中，圖像處理模塊包括圖像預(yù)處理單元、圖像增強(qiáng)單元及圖像分析單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述水泥基材料收縮與開裂性能檢測系統(tǒng)，其特征在于所述圖像 采集裝置中，夾具上裝設(shè)分辨率為700萬以上像素的取像設(shè)備，取像設(shè)備與圖像處理模塊 信號連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述水泥基材料收縮與開裂性能檢測系統(tǒng)，其特征在于取像設(shè)備 為基于CXD或CMOS原理的數(shù)碼相機(jī)或攝像機(jī)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述水泥基材料收縮與開裂性能檢測系統(tǒng)，其特征在于所述圖像 采集裝置中，位移調(diào)控器設(shè)有水平內(nèi)嵌孔、豎直內(nèi)嵌孔和螺釘，橫向位移控制桿通過水平內(nèi) 嵌孔穿過位移調(diào)控器，并由螺釘固定；縱向位移控制桿通過豎直內(nèi)嵌孔穿過位移調(diào)控器，并 由螺釘固定。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述水泥基材料收縮與開裂性能檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述圖像 采集裝置中還包含一設(shè)于支承架下部用于放置待測材料的的樣品承放板。
專利摘要一種水泥基材料收縮與開裂性能檢測裝置，屬于材料檢測領(lǐng)域。主要包括一圖像采集裝置和由圖像采集模塊、圖像處理模塊、結(jié)果顯示模塊及通信模塊組成的信號處理裝置，圖像采集裝置包括支承架、橫向位移控制桿、縱向位移控制桿、位移調(diào)控器及夾具和取像設(shè)備；信號處理裝置的圖像處理模塊中，圖像預(yù)處理單元完成圖像的灰度轉(zhuǎn)換、有效區(qū)域的選擇和剪切；圖像增強(qiáng)單元通過平滑處理、銳化處理、灰度形態(tài)學(xué)操作將研究對象與背景圖像剝離；圖像分析單元完成研究對象的特征提取以及裂縫寬度和收縮值的計算。本實用新型結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、可視化分析、多通道、精度高(20μm)、經(jīng)濟(jì)性好、適用于凈漿、砂漿、混凝土等材料的收縮與開裂性能檢測。
文檔編號G01N21/00GK201637737SQ20092027765
公開日2010年11月17日 申請日期2009年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月2日
發(fā)明者吳浩, 姚燕, 王玲 申請人:中國建筑材料科學(xué)研究總院