(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210378864.1 (22)申请日 2022.04.11 (71)申请人 北京科技大 学顺德研究生院 地址 528399 广东省佛山市顺德区大良致 慧路2号 申请人 北京科技大 学 (72)发明人 孙轩　张崇建　任夏晖　黄冰心　 强文江　 (74)专利代理 机构 广州佳睿知识产权代理事务 所(普通合伙) 44610 专利代理师 李健富 (51)Int.Cl. G01N 3/42(2006.01) G01N 3/44(2006.01) G01N 3/02(2006.01) (54)发明名称 材料断裂韧性压痕法测量系统及方法 (57)摘要 本发明涉及一种材料断裂韧性压痕法测量 系统及方法。 所述系统包括压痕形成模块， 用于 对金相试样施加压力， 使金相试样的表面形成菱 形压痕及裂纹； 摄像模块， 用于拍摄金相试样的 表面的菱形压痕及裂纹， 得到试样图像； 图像处 理模块， 用于识别试样图像中的菱形压痕， 确定 菱形压痕的几何轮廓， 测量菱形压痕边长及对角 线长度； 以及， 用于识别试样图像中的裂纹， 确定 裂纹轮廓， 测量裂纹长度； 断裂韧性确定模块， 用 于根据金相试样所对应材料的类别、 菱形压痕边 长、 菱形压痕对角线长度、 裂纹长度， 以及压痕形 成模块对金相试样所施加压力大小确定该材料 的断裂韧性。 实现材料断裂韧性的规模化、 自动 化和低成本测量。 权利要求书2页 说明书7页 附图6页 CN 114910373 A 2022.08.16 CN 114910373 A 1.一种材 料断裂韧性压痕法测量系统， 其特 征在于， 包括： 压痕形成模块， 用于对布置于预设区域的金相试样施加压力， 使金相试样的表面形成 菱形压痕及沿菱形压痕顶点向外延伸的裂纹； 摄像模块， 用于拍摄金相试样的表面的菱形压痕及裂纹， 得到试样图像； 图像处理模块， 用于识别试样图像 中的菱形压痕， 确定菱形压痕的几何轮廓， 建立几何 轮廓坐标体系并测量菱形压痕边长及 对角线长度； 以及， 用于识别试样图像中的裂纹， 确定 裂纹轮廓， 建立裂纹坐标体系并测量裂纹长度； 断裂韧性确定模块， 用于根据 金相试样所对应材料的类别、 菱形压痕边长、 菱形压痕对 角线长度、 裂纹长度， 以及压痕形成模块对金相试样所施加压力大小确定该材料 的断裂韧 性。 2.根据权利要求1所述的材料断裂韧性压痕法测量系统， 其特征在于： 所述压痕形成模 块为显微硬度计、 纳米压痕仪、 微米压痕仪、 洛氏硬度计中的一种， 所述压痕形成模块的压 头为正四角锥压 头， 对角为13 6， 输出压力载荷为1 μN ‑1000N。 3.根据权利要求1所述的材 料断裂韧性压痕法测量系统， 其特 征在于， 还 包括： 传送模块， 用于将表面形成菱形压痕及裂纹 的金相试样从预设区域转移至摄像模块的 拍摄范围内。 4.根据权利要求1所述的材料断裂韧性压痕法测量系统， 其特征在于： 所述图像处理模 块还用于在识别试样图像中的菱形压痕、 识别试样图像中的裂纹前， 对试样图像进行图像 增强处理。 5.根据权利要求4所述的材料断裂韧性压痕法测量系统， 其特征在于： 所述图像处理模 块还用于在识别试样图像中的裂纹前， 基于菱 形压痕的几何轮廓对图像增强处理后的试样 图像进行分割， 得到包含单个裂纹的局部图像； 所述图像处理模块基于局部图像识别试样 图像中的裂纹。 6.根据权利要求5所述的材料断裂韧性压痕法测量系统， 其特征在于， 所述基于菱形压 痕的几何轮廓对图像增强处理后的试样图像进行分割， 得到包含单个裂纹的局部图像， 包 括： 于图像增强处理后的试样图像上以菱形压痕的几何轮廓的各顶点为坐标， 建立坐标系， 通过调整每 个角度大小， 得到包 含单个裂纹的局部图像。 7.根据权利要求1所述的材 料断裂韧性压痕法测量系统， 其特 征在于， 还 包括： 公式数据库模块， 用于存 储与材料类别对应的材 料断裂韧性计算公式。 8.根据权利要求7所述的材料断裂韧性压痕法测量系统， 其特征在于： 所述断裂韧性确 定模块， 还用于从所述公式数据库模块中获取与金相试样所对应材料的类别的材料断裂韧 性计算公式， 根据材料断裂韧性计算 公式、 菱形压痕边长、 菱 形压痕对角线长度、 裂纹长度， 以及压痕形成模块对金相试样所施加压力大小计算材 料的断裂韧性。 9.一种材 料断裂韧性压痕法测量方法， 其特 征在于， 包括： 对布置于预设区域的金相试样施加压力， 使金相试样的表面形成菱形压痕及沿菱形压 痕顶点向外延伸的裂纹； 拍摄金相试样的表面的菱形压痕及裂纹， 得到试样图像； 识别试样图像中的菱形压痕， 确定菱形压痕的几何轮廓， 建立几何轮廓坐标体系 并测 量菱形压痕边长及对角线长度； 以及， 识别试样图像中的裂纹， 确定裂纹轮廓， 建立裂纹坐权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114910373 A 2标体系并测量裂纹长度； 根据金相试样所对应材料的类别、 菱形压痕边长、 菱形压痕对角线长度、 裂纹长度， 以 及对金相试样所施加压力大小确定该 材料的断裂韧性。 10.根据权利要求9所述的材料断裂韧性压痕法测量方法， 其特征在于： 在识别试样图 像中的菱形压痕、 识别试样图像中的裂纹前， 还 包括对试样图像进行图像增强处 理； 所述识别试样图像中的裂纹包括： 基于菱形压痕的几何轮廓对图像增强处理后的试样 图像进行分割， 得到包 含单个裂纹的局部图像， 基于局部图像识别试样图像中的裂纹。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114910373 A 3