疲劳裂纹扩展试验是通过实时测量试件在所设定交变载荷作用下所产生疲劳裂纹长度来研究材料疲劳断裂特性的一种重要的金属材料疲劳性能测试试验,是能源、航空、航天等重要设备所使用材料必须要进行的试验之一。电磁谐振式疲劳试验系统是基于共振原理的测定金属材料疲劳特性的试验设备,其特点是系统试验频率高、能量消耗低,试验时间短。疲劳裂纹扩展试验不仅需要精确测量裂纹长度,而且要精确控制试验载荷,从而保持试验结果的准确性。目前,谐振式疲劳裂纹扩展试验系统存在的主要问题是：缺乏精确直观的疲劳裂纹长度在线测量手段和裂纹扩展过程中高精度高稳定性试验载荷控制策略。据此,本文提出了基于机器视觉技术的疲劳裂纹在线测量方法及基于裂纹在线测量的试验载荷控制方法,并建立了机器视觉谐振式疲劳裂纹扩展试验系统。论文主要工作如下：1.建立了机器视觉谐振式疲劳裂纹扩展试验系统,系统主要包括试验载荷控制系统和裂纹尺寸在线测量系统。裂纹尺寸在线测量系统包括由高分辨率图像传感器(CCD)、高清显微放大光学镜头、光源、高分辨率图像采集卡组成的图像采集系统,由摄像头云台和摄像头运动控制器组成的摄像头运动控制系统,安装有裂纹图像处理软件模块的计算机系统。试验载控制系统为上下位机分布式结构,下位机为基于DSP和FPGA技术的数字载荷现场控制器,上位机为安装有载荷控制程序的计算机。2.为实现疲劳裂纹扩展过程中试验载荷的精确控制,对谐振式疲劳裂纹扩展试验系统的动态特性进行了研究。以国际标准试件C(T)紧凑拉伸试件和电磁谐振式疲劳试验机代表性主流机型一红山PLG-100系列为研究对象,建立了电磁谐振式疲劳裂纹扩展振动系统的数学模型,采用有限元分析方法建立了C(T)标准试件、主振及激振弹簧刚度计算模型,分析了试件刚度随裂纹长度变化规律,对振动系统固有频率、系统幅频曲线、共振振幅随试件刚度及裂纹长度的变化规律进行了研究,进一步,根据疲劳裂纹在线检测系统测得的不同时刻疲劳裂纹长度数据,对系统固有频率、共振振幅随时间的变化规律进行了研究。3.研究了基于机器视觉技术的疲劳裂纹在线测量方法,在对裂纹图像的形态和灰度分布特征进行分析的基础上,提出了基于模糊逻辑理论的裂纹边缘检测方法和连接方法,得到了裂纹边缘和裂纹扩展顶点的像素级位置,在此基础上,采用亚像素边缘定位技术来进行裂纹扩展顶点精确位置的检测。4.提出了基于裂纹在线测量的试验载荷控制方法,首先研究了基于裂纹在线测量的改进爬山法的系统谐振频率独立跟踪技术,当系统工作在谐振区时试验载荷振幅的模糊控制技术,在此基础上,提出了稳幅谐振频率跟踪和振动载荷联合控制策略,联合控制采用多输入多输出监督式两级模糊控制结构来实现。5.在所建立的试验系统上,进行了系统性能测试实验和疲劳裂纹扩展试验,实验结果表明：机器视觉裂纹长度测量精度可达0.05mm,系统测量精度高、抗干扰能力强、数据稳定可靠准确直观,满足疲劳裂纹扩展试验国际标准的要求；采用本文所提出控制策略的试验载荷控制系统,在裂纹扩展过程中可保持动态载荷波动度在1%的范围内,有效地保证了疲劳裂纹扩展试验结果的可靠性。