XTDIC-CONST系列三維全場應變測量系統

1.1      系統介紹

圖：XTDIC三維全場應變測量分析系統外觀

XTDIC-CONST系列三維全場應變測量分析系統，結合數字圖像相關技術（DIC）與雙目立體視覺技術，通過追蹤物體表面的散斑圖像，實現變形過程中物體表面的三維坐標、位移及應變的動態(tài)測量，具有便攜，速度快，精度高，易操作等特點。

圖：系統測量原理及散斑圖像追蹤過程

系統組成：系統測量頭（含兩臺高速工業(yè)相機、進口相機鏡頭，帶萬向手柄可調節(jié)LED光源，測成了溫度測量、激光測距）、相機同步控制觸發(fā)控制箱、系統標定板、系統可移動支撐架、動態(tài)采集分析軟件、載荷加壓控制通訊接口、計算機系統等組成。

1.1      主要應用

XTDIC 三維數字散斑動態(tài)變形測量分析系統是實驗力學領域中一種重要的測試方法，其主要應用有：

在材料力學性能測量方面：DIC已成功應用于各種復雜材料的力學性能測試中。如火箭發(fā)動劑固體燃料、橡膠、光纖、壓電薄膜、復合材料以及木材、巖石、土方等天然材料的力學性能的檢測中。值得注意的是，DIC被廣泛應用于破壞力學研究中，包括裂紋尖端應變場測量、裂紋尖端張開位移測量以及高溫下裂紋尖端應變場測量等。

在細觀力學測量方面：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被越來越多地應用于細觀力學測量。最近，數字散斑相關方法還被應用于物體表面粗糙度的測量中。

在損傷與破壞檢測方面：DIC被應用于多種復雜材料，如巖石等材料的破壞檢測中。DIC還被應用于一些特殊器件，如陶瓷電容器、電子器件，電子封裝的無損檢測研究中。

在生物力學測量方面：DIC被應用于測量手術復位后肱骨頭在內旋轉及前屈運動下大小結節(jié)的相對位移量，以及頸椎內固定器對人體頸椎運動生物力學性能的影響等。

對于大中專院校的研究教學應用：本系統開展各種軟組織、金屬及復合材料性能測試、力學性能測試分析、有限元分析驗證等研究和教學實驗，具有大至1000%應變測量范圍，并可以實時計算、實現動態(tài)全場的應變變形測量。在土木工程的相關研究中，如四點彎試件、半圓弧試件、懸臂梁實驗，對應完整實驗設計方案，以非接觸式的方式提升研究手段，提高研究能力。亦可為學生提供可視化的教學工具，讓學生的基礎學習課程變得直觀和可視，使復雜問題簡單化、抽象問題直觀化、隱蔽問題可視化。

1.2  產品技術優(yōu)勢

• 系統技術先進：國內首個自主研發(fā)的數字圖像相關法三維變形測量系統；自主知識產權的核心算法，技術指標達到國外先進水平。
• 系統應用范圍廣：可用于機械、材料、力學、建筑、土木等多個學科的科學研究與工程測量中，適用于大部分材料，實時獲得被測物全場三維坐標、位移、應變數據。
• 系統配置靈活：支持百萬至千萬像素、低速到高速、千兆網、0和Camera Link，CXP等多種相機接口，系統軟件控制模塊可支持在線同步采集幀率4500 fps（非高速采集存儲后下載再導入模式）。
• 實時測量：可以實時進行全場應變計算和結果顯示，而非事后處理。
• 系統兼容性強：同時兼容單相機二維測量和多相機三維測量；
• 輔助功能強大：具備圓形標志點動態(tài)變形、剛體物體運動軌跡姿態(tài)測量功能。
• 擴展接口豐富：具備萬能試驗機接口，可實時采集試驗機的力、位移等信號；具備杯突實驗機接口，可以測量材料的FLC曲線；具備體式顯微鏡接口，可以實現幾個毫米甚至更微小物體的三維全場變形應變檢測；支持多相機組同步測量，可以同步測量多個區(qū)域的變形應變；系統具備多路A/D輸入、多路D/A輸出、多路開關量輸入和輸出，并可靈活進行擴展。
• 產品性能穩(wěn)定：國內外幾十家使用驗證，性能穩(wěn)定，包括國內多家軍工用戶（中國飛行試驗研究院、中國飛機強度所、復合材料43研究所、中國工程物理研究院等），歐美大學（英國NEWCASTLE大學、英國格拉斯哥大學、美國普渡大學等），國內大學（哈爾濱工業(yè)大學、南京航空航天大學等）。
• 技術支持：自主研發(fā)，定制開發(fā)靈活；強大的頂尖級研發(fā)技術團隊為您提供全面的解決方案和技術指導，時刻是您科研開發(fā)的堅實技術后盾。

1.3  系統功能

（1）基本測量功能：

• ※測量幅面：支持50毫米到10米的測量幅面，可以根據需求定制測量幅面。
• ※測量相機：支持百萬至千萬像素、低速到高速、千兆網、0和Camera Link，CXP等多種相機接口，系統軟件控制模塊可支持在線同步采集幀率4500 fps（非高速采集存儲后下載再導入模式）。
• ※相機標定：支持1-50個相機的同時標定，支持外部圖像標定。
• ※測量模式：同時兼容單相機二維測量和多相機三維測量。
• ※實時計算：采集圖像的同時，可以實時進行三維全場應變計算，具備在線和離線兩種計算處理模式。
• ※斑紋自動分析與實驗規(guī)劃：系統根據實驗條件，圖像質量，自動進行散斑圖質量分析及步長面片大小推薦，提升數據處理效率和精度；
• 計算模式：具備自動計算和自定義計算兩種模式。
• 測量結果：全場三維坐標、位移、應變、軌跡姿態(tài)、速度及加速度等動態(tài)變形數據、支持溫度場計算
• 多個檢測工程：系統軟件支持多個檢測工程的計算、顯示及分析。
• ※支持基于全局控制點的相機外參數動態(tài)定向，可有效消除測量過程中由于相機基準失穩(wěn)帶來的測量誤差
• ※可根據已解算數據，以編輯公式形式創(chuàng)建新的自定義數據
• ※支持導入CAD模型并進行變形模擬顯示
• ※支持系統：支持Win10的64位系統，具備多線程加速計算功能。

（2）分析報告功能

• ※18種變形應變計算功能：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；應變X、應變Y和應變XY；主應變；最小主應變；厚度減薄量；Mises應變；Tresca應變；剪切角。
• ※支持紅外、近紅外的溫度場解算。
• ※支持位移、速度、加速度，角速度，角加速度的解算。
• 支持DIC計算結果和Ansys，ABAQUS的有限元結果的對比分析，以色譜圖的形式顯示DIC結果和有限元計算結果的偏差。
• 支持導入CAD模型（step、iges、stl），計算CAD模型和DIC網格數據之間的偏差，以及CAD模型的變形。
• 支持剛性運動物體的軌跡及姿態(tài)解算，可同時跟蹤多個目標，并分析不同剛性體間距離角度等變形數據。
• 支持視頻引伸計功能，可以創(chuàng)建多組引伸計，并自定義標距。
• 支持對變形的時域分析，分析變形頻率和振幅，并可以輸出UFF文件。
• ※坐標轉換功能：321轉換、參考點擬合、全局點轉換、矩陣轉換等多種坐標轉換功能。
• ※元素創(chuàng)建功能：三維點、線、面、圓、槽孔、矩形孔、球、圓柱、圓錐。
• ※分析創(chuàng)建功能：點點距離、點線距離、點面距離、線線夾角、線面夾角、面面夾角；
• ※圖像質量分析：包括清晰度分析、亮度分析、對比度分析、散斑質量分析、掃描有效區(qū)域分析；
• ※實時輸出：支持散斑計算結果的實時UDP輸出。
• 數據平滑功能：均值，中值，高斯濾波等多種平滑功能。
• 數據插值功能：包括狀態(tài)內差值和時間軸差值。
• 材料性能分析：自動計算材料的彈性模量、泊松比、R值和N值等參數。
• 三維截線功能：可對三維測量結果進行直線或圓形截線分析。
• 曲線繪制功能：所有測量結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：可將測量過程二維圖像或者三維測量結果制作成視頻并輸出保存。
• 數據輸出功能：測量結果及分析結果輸出成報表，支持TXT，XLS，DOC文件的輸出。

（3）采集控制功能

• ※采集控制箱可以實現測量頭的控制、多個相機的同步觸發(fā)、多路模擬量和開關量數據采集、輸入和輸出信號控制。
• 支持Ring-Buffer采集模式，根據實驗需求切換不同的采集頻率，實現變頻率采集。
• 疲勞采集模塊，自動完成疲勞實驗波形曲線（三角波，正弦波）的相位信息的識別，計數，抓取和停止，自動識別疲勞頻率，波峰和波谷，完成疲勞實驗的長時間監(jiān)測。
• 具備TCP/IP接口，支持實時監(jiān)控與反饋功能， 可控制外部設備。
• 相機同步控制：多相機外同步觸發(fā)信號。
• ※外部采集通訊接口：支持外部載荷如微電子萬能試驗機等外部載荷聯機采集通訊接口，通過串口通訊或者模擬量實時采集外部的加載力、位移等信號，并與三維全場應變測量數據實現同步，實現應力和應變數據的融合和統一。
• 光源控制：可以實現測量過程中不同補光需要的LED光源控制。

（4）預留擴展接口：

• ※多測頭同步檢測接口：可以支持1~8個測頭的多相機組同步測量，相機數目任意擴展，可以同步測量多個區(qū)域的變形應變，適用于不同實驗條件需求下的變形應變測量。
• ※顯微應變測量：配合雙目體式顯微鏡，系統可以實現微小視場的三維全場變形應變檢測，并可支持掃描電鏡、原子顯微鏡等顯微圖像的應變數據計算。
• ※大尺寸變形接口：支持攝影測量靜態(tài)變形系統，實現變形和局部全場應變檢測數據的融合和統一。

1.4  技術指標