XTDIC-CONST系列三維全場(chǎng)應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)

1.1      系統(tǒng)介紹

圖：XTDIC三維全場(chǎng)應(yīng)變測(cè)量分析系統(tǒng)外觀

XTDIC-CONST系列三維全場(chǎng)應(yīng)變測(cè)量分析系統(tǒng)，結(jié)合數(shù)字圖像相關(guān)技術(shù)（DIC）與雙目立體視覺(jué)技術(shù)，通過(guò)追蹤物體表面的散斑圖像，實(shí)現(xiàn)變形過(guò)程中物體表面的三維坐標(biāo)、位移及應(yīng)變的動(dòng)態(tài)測(cè)量，具有便攜，速度快，精度高，易操作等特點(diǎn)。

圖：系統(tǒng)測(cè)量原理及散斑圖像追蹤過(guò)程

系統(tǒng)組成：系統(tǒng)測(cè)量頭（含兩臺(tái)高速工業(yè)相機(jī)、進(jìn)口相機(jī)鏡頭，帶萬(wàn)向手柄可調(diào)節(jié)LED光源，測(cè)成了溫度測(cè)量、激光測(cè)距）、相機(jī)同步控制觸發(fā)控制箱、系統(tǒng)標(biāo)定板、系統(tǒng)可移動(dòng)支撐架、動(dòng)態(tài)采集分析軟件、載荷加壓控制通訊接口、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等組成。

1.1      主要應(yīng)用

XTDIC 三維數(shù)字散斑動(dòng)態(tài)變形測(cè)量分析系統(tǒng)是實(shí)驗(yàn)力學(xué)領(lǐng)域中一種重要的測(cè)試方法，其主要應(yīng)用有：

在材料力學(xué)性能測(cè)量方面：DIC已成功應(yīng)用于各種復(fù)雜材料的力學(xué)性能測(cè)試中。如火箭發(fā)動(dòng)劑固體燃料、橡膠、光纖、壓電薄膜、復(fù)合材料以及木材、巖石、土方等天然材料的力學(xué)性能的檢測(cè)中。值得注意的是，DIC被廣泛應(yīng)用于破壞力學(xué)研究中，包括裂紋尖端應(yīng)變場(chǎng)測(cè)量、裂紋尖端張開位移測(cè)量以及高溫下裂紋尖端應(yīng)變場(chǎng)測(cè)量等。

在細(xì)觀力學(xué)測(cè)量方面：借助于掃描電子顯微鏡(SEM)、掃描隧道電子顯微鏡(STEM)以及原子力顯微鏡(AFM)，DIC被越來(lái)越多地應(yīng)用于細(xì)觀力學(xué)測(cè)量。最近，數(shù)字散斑相關(guān)方法還被應(yīng)用于物體表面粗糙度的測(cè)量中。

在損傷與破壞檢測(cè)方面：DIC被應(yīng)用于多種復(fù)雜材料，如巖石等材料的破壞檢測(cè)中。DIC還被應(yīng)用于一些特殊器件，如陶瓷電容器、電子器件，電子封裝的無(wú)損檢測(cè)研究中。

在生物力學(xué)測(cè)量方面：DIC被應(yīng)用于測(cè)量手術(shù)復(fù)位后肱骨頭在內(nèi)旋轉(zhuǎn)及前屈運(yùn)動(dòng)下大小結(jié)節(jié)的相對(duì)位移量，以及頸椎內(nèi)固定器對(duì)人體頸椎運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)性能的影響等。

對(duì)于大中專院校的研究教學(xué)應(yīng)用：本系統(tǒng)開展各種軟組織、金屬及復(fù)合材料性能測(cè)試、力學(xué)性能測(cè)試分析、有限元分析驗(yàn)證等研究和教學(xué)實(shí)驗(yàn)，具有大至1000%應(yīng)變測(cè)量范圍，并可以實(shí)時(shí)計(jì)算、實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)全場(chǎng)的應(yīng)變變形測(cè)量。在土木工程的相關(guān)研究中，如四點(diǎn)彎試件、半圓弧試件、懸臂梁實(shí)驗(yàn)，對(duì)應(yīng)完整實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，以非接觸式的方式提升研究手段，提高研究能力。亦可為學(xué)生提供可視化的教學(xué)工具，讓學(xué)生的基礎(chǔ)學(xué)習(xí)課程變得直觀和可視，使復(fù)雜問(wèn)題簡(jiǎn)單化、抽象問(wèn)題直觀化、隱蔽問(wèn)題可視化。

1.2  產(chǎn)品技術(shù)優(yōu)勢(shì)

• 系統(tǒng)技術(shù)先進(jìn)：國(guó)內(nèi)首個(gè)自主研發(fā)的數(shù)字圖像相關(guān)法三維變形測(cè)量系統(tǒng)；自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的核心算法，技術(shù)指標(biāo)達(dá)到國(guó)外先進(jìn)水平。
• 系統(tǒng)應(yīng)用范圍廣：可用于機(jī)械、材料、力學(xué)、建筑、土木等多個(gè)學(xué)科的科學(xué)研究與工程測(cè)量中，適用于大部分材料，實(shí)時(shí)獲得被測(cè)物全場(chǎng)三維坐標(biāo)、位移、應(yīng)變數(shù)據(jù)。
• 系統(tǒng)配置靈活：支持百萬(wàn)至千萬(wàn)像素、低速到高速、千兆網(wǎng)、0和Camera Link，CXP等多種相機(jī)接口，系統(tǒng)軟件控制模塊可支持在線同步采集幀率4500 fps（非高速采集存儲(chǔ)后下載再導(dǎo)入模式）。
• 實(shí)時(shí)測(cè)量：可以實(shí)時(shí)進(jìn)行全場(chǎng)應(yīng)變計(jì)算和結(jié)果顯示，而非事后處理。
• 系統(tǒng)兼容性強(qiáng)：同時(shí)兼容單相機(jī)二維測(cè)量和多相機(jī)三維測(cè)量；
• 輔助功能強(qiáng)大：具備圓形標(biāo)志點(diǎn)動(dòng)態(tài)變形、剛體物體運(yùn)動(dòng)軌跡姿態(tài)測(cè)量功能。
• 擴(kuò)展接口豐富：具備萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)接口，可實(shí)時(shí)采集試驗(yàn)機(jī)的力、位移等信號(hào)；具備杯突實(shí)驗(yàn)機(jī)接口，可以測(cè)量材料的FLC曲線；具備體式顯微鏡接口，可以實(shí)現(xiàn)幾個(gè)毫米甚至更微小物體的三維全場(chǎng)變形應(yīng)變檢測(cè)；支持多相機(jī)組同步測(cè)量，可以同步測(cè)量多個(gè)區(qū)域的變形應(yīng)變；系統(tǒng)具備多路A/D輸入、多路D/A輸出、多路開關(guān)量輸入和輸出，并可靈活進(jìn)行擴(kuò)展。
• 產(chǎn)品性能穩(wěn)定：國(guó)內(nèi)外幾十家使用驗(yàn)證，性能穩(wěn)定，包括國(guó)內(nèi)多家軍工用戶（中國(guó)飛行試驗(yàn)研究院、中國(guó)飛機(jī)強(qiáng)度所、復(fù)合材料43研究所、中國(guó)工程物理研究院等），歐美大學(xué)（英國(guó)NEWCASTLE大學(xué)、英國(guó)格拉斯哥大學(xué)、美國(guó)普渡大學(xué)等），國(guó)內(nèi)大學(xué)（哈爾濱工業(yè)大學(xué)、南京航空航天大學(xué)等）。
• 技術(shù)支持：自主研發(fā)，定制開發(fā)靈活；強(qiáng)大的頂尖級(jí)研發(fā)技術(shù)團(tuán)隊(duì)為您提供全面的解決方案和技術(shù)指導(dǎo)，時(shí)刻是您科研開發(fā)的堅(jiān)實(shí)技術(shù)后盾。

1.3  系統(tǒng)功能

（1）基本測(cè)量功能：

• ※測(cè)量幅面：支持50毫米到10米的測(cè)量幅面，可以根據(jù)需求定制測(cè)量幅面。
• ※測(cè)量相機(jī)：支持百萬(wàn)至千萬(wàn)像素、低速到高速、千兆網(wǎng)、0和Camera Link，CXP等多種相機(jī)接口，系統(tǒng)軟件控制模塊可支持在線同步采集幀率4500 fps（非高速采集存儲(chǔ)后下載再導(dǎo)入模式）。
• ※相機(jī)標(biāo)定：支持1-50個(gè)相機(jī)的同時(shí)標(biāo)定，支持外部圖像標(biāo)定。
• ※測(cè)量模式：同時(shí)兼容單相機(jī)二維測(cè)量和多相機(jī)三維測(cè)量。
• ※實(shí)時(shí)計(jì)算：采集圖像的同時(shí)，可以實(shí)時(shí)進(jìn)行三維全場(chǎng)應(yīng)變計(jì)算，具備在線和離線兩種計(jì)算處理模式。
• ※斑紋自動(dòng)分析與實(shí)驗(yàn)規(guī)劃：系統(tǒng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)條件，圖像質(zhì)量，自動(dòng)進(jìn)行散斑圖質(zhì)量分析及步長(zhǎng)面片大小推薦，提升數(shù)據(jù)處理效率和精度；
• 計(jì)算模式：具備自動(dòng)計(jì)算和自定義計(jì)算兩種模式。
• 測(cè)量結(jié)果：全場(chǎng)三維坐標(biāo)、位移、應(yīng)變、軌跡姿態(tài)、速度及加速度等動(dòng)態(tài)變形數(shù)據(jù)、支持溫度場(chǎng)計(jì)算
• 多個(gè)檢測(cè)工程：系統(tǒng)軟件支持多個(gè)檢測(cè)工程的計(jì)算、顯示及分析。
• ※支持基于全局控制點(diǎn)的相機(jī)外參數(shù)動(dòng)態(tài)定向，可有效消除測(cè)量過(guò)程中由于相機(jī)基準(zhǔn)失穩(wěn)帶來(lái)的測(cè)量誤差
• ※可根據(jù)已解算數(shù)據(jù)，以編輯公式形式創(chuàng)建新的自定義數(shù)據(jù)
• ※支持導(dǎo)入CAD模型并進(jìn)行變形模擬顯示
• ※支持系統(tǒng)：支持Win10的64位系統(tǒng)，具備多線程加速計(jì)算功能。

（2）分析報(bào)告功能

• ※18種變形應(yīng)變計(jì)算功能：X、Y、Z、E三維位移；Z值投影；徑向距離、徑向距離差；徑向角、徑向角差；應(yīng)變X、應(yīng)變Y和應(yīng)變XY；主應(yīng)變；最小主應(yīng)變；厚度減薄量；Mises應(yīng)變；Tresca應(yīng)變；剪切角。
• ※支持紅外、近紅外的溫度場(chǎng)解算。
• ※支持位移、速度、加速度，角速度，角加速度的解算。
• 支持DIC計(jì)算結(jié)果和Ansys，ABAQUS的有限元結(jié)果的對(duì)比分析，以色譜圖的形式顯示DIC結(jié)果和有限元計(jì)算結(jié)果的偏差。
• 支持導(dǎo)入CAD模型（step、iges、stl），計(jì)算CAD模型和DIC網(wǎng)格數(shù)據(jù)之間的偏差，以及CAD模型的變形。
• 支持剛性運(yùn)動(dòng)物體的軌跡及姿態(tài)解算，可同時(shí)跟蹤多個(gè)目標(biāo)，并分析不同剛性體間距離角度等變形數(shù)據(jù)。
• 支持視頻引伸計(jì)功能，可以創(chuàng)建多組引伸計(jì)，并自定義標(biāo)距。
• 支持對(duì)變形的時(shí)域分析，分析變形頻率和振幅，并可以輸出UFF文件。
• ※坐標(biāo)轉(zhuǎn)換功能：321轉(zhuǎn)換、參考點(diǎn)擬合、全局點(diǎn)轉(zhuǎn)換、矩陣轉(zhuǎn)換等多種坐標(biāo)轉(zhuǎn)換功能。
• ※元素創(chuàng)建功能：三維點(diǎn)、線、面、圓、槽孔、矩形孔、球、圓柱、圓錐。
• ※分析創(chuàng)建功能：點(diǎn)點(diǎn)距離、點(diǎn)線距離、點(diǎn)面距離、線線夾角、線面夾角、面面夾角；
• ※圖像質(zhì)量分析：包括清晰度分析、亮度分析、對(duì)比度分析、散斑質(zhì)量分析、掃描有效區(qū)域分析；
• ※實(shí)時(shí)輸出：支持散斑計(jì)算結(jié)果的實(shí)時(shí)UDP輸出。
• 數(shù)據(jù)平滑功能：均值，中值，高斯濾波等多種平滑功能。
• 數(shù)據(jù)插值功能：包括狀態(tài)內(nèi)差值和時(shí)間軸差值。
• 材料性能分析：自動(dòng)計(jì)算材料的彈性模量、泊松比、R值和N值等參數(shù)。
• 三維截線功能：可對(duì)三維測(cè)量結(jié)果進(jìn)行直線或圓形截線分析。
• 曲線繪制功能：所有測(cè)量結(jié)果均可以繪制成曲線圖。
• 成形極限分析功能：可繪制和編輯FLD成形極限曲線。
• 視頻創(chuàng)建功能：可將測(cè)量過(guò)程二維圖像或者三維測(cè)量結(jié)果制作成視頻并輸出保存。
• 數(shù)據(jù)輸出功能：測(cè)量結(jié)果及分析結(jié)果輸出成報(bào)表，支持TXT，XLS，DOC文件的輸出。

（3）采集控制功能

• ※采集控制箱可以實(shí)現(xiàn)測(cè)量頭的控制、多個(gè)相機(jī)的同步觸發(fā)、多路模擬量和開關(guān)量數(shù)據(jù)采集、輸入和輸出信號(hào)控制。
• 支持Ring-Buffer采集模式，根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求切換不同的采集頻率，實(shí)現(xiàn)變頻率采集。
• 疲勞采集模塊，自動(dòng)完成疲勞實(shí)驗(yàn)波形曲線（三角波，正弦波）的相位信息的識(shí)別，計(jì)數(shù)，抓取和停止，自動(dòng)識(shí)別疲勞頻率，波峰和波谷，完成疲勞實(shí)驗(yàn)的長(zhǎng)時(shí)間監(jiān)測(cè)。
• 具備TCP/IP接口，支持實(shí)時(shí)監(jiān)控與反饋功能， 可控制外部設(shè)備。
• 相機(jī)同步控制：多相機(jī)外同步觸發(fā)信號(hào)。
• ※外部采集通訊接口：支持外部載荷如微電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)等外部載荷聯(lián)機(jī)采集通訊接口，通過(guò)串口通訊或者模擬量實(shí)時(shí)采集外部的加載力、位移等信號(hào)，并與三維全場(chǎng)應(yīng)變測(cè)量數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)同步，實(shí)現(xiàn)應(yīng)力和應(yīng)變數(shù)據(jù)的融合和統(tǒng)一。
• 光源控制：可以實(shí)現(xiàn)測(cè)量過(guò)程中不同補(bǔ)光需要的LED光源控制。

（4）預(yù)留擴(kuò)展接口：

• ※多測(cè)頭同步檢測(cè)接口：可以支持1~8個(gè)測(cè)頭的多相機(jī)組同步測(cè)量，相機(jī)數(shù)目任意擴(kuò)展，可以同步測(cè)量多個(gè)區(qū)域的變形應(yīng)變，適用于不同實(shí)驗(yàn)條件需求下的變形應(yīng)變測(cè)量。
• ※顯微應(yīng)變測(cè)量：配合雙目體式顯微鏡，系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)微小視場(chǎng)的三維全場(chǎng)變形應(yīng)變檢測(cè)，并可支持掃描電鏡、原子顯微鏡等顯微圖像的應(yīng)變數(shù)據(jù)計(jì)算。
• ※大尺寸變形接口：支持?jǐn)z影測(cè)量靜態(tài)變形系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)變形和局部全場(chǎng)應(yīng)變檢測(cè)數(shù)據(jù)的融合和統(tǒng)一。

1.4  技術(shù)指標(biāo)