[发明专利]钢结构表面锈坑识别、提取与评价设备、方法及存储介质

说明书

本发明公开了一种钢结构表面锈坑识别、提取与评价设备、方法及存储介质，利用锈蚀钢板表面形貌扫描获得三维点云坐标数据，通过坐标变换直接将锈蚀钢板表面形貌数据写入灰度矩阵I；对灰度矩阵依次开展高斯滤波、梯度计算以及分水岭计算获取锈坑标记矩阵L；提取标记矩阵特定元素并返回索引值，利用索引值调取三维点云坐标数据获得各锈坑矩阵C_k与锈坑轮廓矩阵D_k；在锈坑矩阵C_k与轮廓矩阵D_k基础上计算各锈坑的形状与尺寸参数，进行锈坑评价。本发明可广泛用于各类金属腐蚀过程评价与分析以及锈蚀表面危险蚀坑(如深度最大或深径比最大蚀坑)识别及初始裂纹等效，为既有锈损钢结构疲劳寿命预测提供依据，具有重要的工程实用价值。

技术领域

本发明属于土木工程技术领域，具体涉及一种锈蚀钢结构表面锈坑识别、提取与评价设备、方法及存储介质。

背景技术

工程实践表明，许多长期处于工业、海洋大气等腐蚀环境下的钢结构工程(如工业及民用建筑、桥梁、输配电铁塔、电视塔、海上采油平台等)，往往难以通过防护和构造措施避免锈蚀发生。锈蚀不仅造成钢结构有效截面损失，还在其表面形成凹凸不平的锈坑，引起钢材表层局部应力集中，导致其塑性和断裂韧性降低，加速其裂纹萌生与扩展，造成钢结构疲劳性能严重劣化。因此，对既有锈蚀钢结构进行疲劳寿命评估是土木工程领域经常需要解决的关键问题，目前比较普遍的寿命评估方法是将锈蚀钢结构表面蚀坑按一定规则(如锈坑深度、宽度或形状特征等效)等效为初始裂纹，然后结合断裂力学原理开展裂纹扩展分析并计算疲劳寿命。

因此，如何在粗糙不平的锈蚀表面识别、提取锈坑并计算其尺寸与形状参数，成为了锈蚀钢结构疲劳寿命评估的基础。现有技术存在的问题是仅能够判断表面是否锈蚀以及锈蚀区域所占面积比等二维信息，而无法具体给出锈蚀区域内锈坑的深度、宽度以及形状特征等三维信息，因此无法利用上述技术开展锈蚀钢结构疲劳寿命评估。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种钢结构表面锈坑识别、提取与评价设备、方法及存储介质，不仅能够精确判断钢结构表面锈蚀区域、计算锈蚀区域所占面积比等二维信息，还可以快速给出锈蚀区域内全部锈坑的尺寸及形状参数等三维信息。

本发明采用以下技术方案：

一种钢结构表面锈坑识别、提取与评价方法，利用锈蚀钢板表面形貌扫描获得三维点云坐标数据，通过坐标变换直接将锈蚀钢板表面形貌数据写入灰度矩阵I；对灰度矩阵依次开展高斯滤波、梯度计算以及分水岭计算获取锈坑标记矩阵L；提取标记矩阵特定元素并返回索引值，利用索引值调取三维点云坐标数据获得各锈坑矩阵C_k与锈坑轮廓矩阵D_k；在锈坑矩阵C_k与轮廓矩阵D_k基础上计算各锈坑的形状与尺寸参数，进行锈坑评价。

具体的，利用非接触式三维高分辨表面形貌测量技术对除去表面锈蚀产物后的结构表面开展形貌扫描，获取锈蚀表面三维点云坐标数据；读入锈蚀钢板表面形貌扫描获得的三维点云数据，并存储为N行×3列的形貌矩阵A，N行代表扫描点总数，3列分别存储各点的X、Y、Z坐标，X、Y表示锈蚀钢板表面各点的平面位置信息，Z表示锈蚀钢板表面各点相对于基准面的高度值。

具体的，利用形貌矩阵A中X、Y坐标值及扫描步长生成一个涵盖锈蚀钢板扫描区域的格栅矩阵，利用线性插值方法将格栅点(X,Y)位置对应的各点相对于基准面的高度值Z写入，得到灰度矩阵I。

具体的，锈坑标记矩阵L具体为：