非接触式应变测量技巧

*本帖最后由 eehome 于 2013-1-5 10:00 编辑*

本帖最后由 eehome 于 2013-1-5 10:00 编辑

随着光电技术、*技术、计算机视觉技术的发展，数字图像相关性技术不断完善，并在应变测量领域悄然掀起一场革命：传统的接触式应变测量手段正在被非接触应变测量方式所取代。
在传统的应变测量过程中，试件表面的处理工艺、应变片粘贴的位置和方向、应变片的质量、量测点的定位、接线的固定与焊接等因素，都在很大程度上影响着测量结果的准确性。那么，在非接触应变测量过程中，要注意哪些测量环节及*作技巧，从而能得到精确的测量结果呢？

目前的非接触应变测量普遍采用数字图像相关性原理，例美国CSI公司的VIC-3D/2D，就是采用3D/2D的数字图像相关性运算法则，通过对CCD采集到的图像数据进行分析处理，进而得到位移和应变结果，并以动画的形式显示应变过程，使测量者可以方便的了解试件应变的分布及受力情况。采用DIC原理进行非接触测量时，一般要经过下面的步骤：
1、试件表面的处理
试件的表面处理非常简单，只需要做简单喷漆，目的是做标记，以便准确的记录位移。在不同的环境下测量，试件的表面处理，也会有相应的变化。如，测量普通材料的应变时，只需要简单的喷漆做标记，普通的漆就可以；高温环境下测量，要啧耐高温漆，目前国内的耐高温漆大多数集中在1000度以下（当然如果用心去找，也可找到2000度左右的）；测量生物材料的应变时，鉴于其材质，可能不适合喷漆，要采用特殊的方法做标记。
2、试验装置的安装与校正
角架的定位：使试件的高度与角架的高度一至。首先将角架架得比试件稍低一点，然后再用角架本身的高度微调装置进行调整，这样更容易的使试件与角架高度保持一至。
CCD的固定与镜头的选择和安装：在这一部分主要是要注意CCD角度与距离的调整，以及接线的连接。
图像撷取控制软件的设置：这一过程中，可以通过对镜头光圈和焦距的调节，使图像质量达到最佳，数字越小光圈越大，在校准时，会先将光圉调至最大，然后再调整焦距，焦距调整好后，再将光圈调至最小，光圈变大时图像的亮度会变大。环境光线不理想时，为了避免杂讯的产生，一般会加一个比较强的光源，以保证图像的质量，但光源不能太垂直，否则会出现反光。。在调整光源时，可以CCD取像的灰阶分布做依据，可取的分析范围越大，说明特征越好，如果两台CCD的取像一致，说明光源调的好。一切调好后，实验过程中最好不要再移动他们。
固定标准视片：一定要使标准视片的黑点在取像范围内，同时要将标准视片固定好。尽量多角度取像，尽量取三个角度以上，以调整CCD夹角；之后最好在四个角落都各拍一张，进行调整。
分析校正误差：将前面拍的图像输入VIC-3D软件，过滤掉一些误差较大的图像，如果发现误差值平均都较大，则有可能是架设的角度有问题，或是两边的CCD的焦距未调好。
3、取像
如果取像不是很多，时间不是很长，则选用人工拍照；但是若取像较多，时间较长，则可选用VIC-SNAP软件进行设置，让其它每隔一段时间（几秒、几分钟或几小时）拍一张。
4、数据分析
只要将我们要进行分析的图像数据导入VIC-3D分析软件，为了减少计算所用时间，可以选择计算范围（在图像上选择区域时一定选到足够的特征）。一定要选择应变发生较小的区域做对比参照。然后选择正确的相关性公式，从而得到试件的表面形貌、位移及应变，并可以输出应变过程的AVI档案。

deanwell · 2009-4-2 10:49:18

非接触应变测量设备推荐

我公司（北京乔泽科技有限公司，010-65610249）提供非接触式全场应变测量系统，数字图像相关性产品，影像测量系统，形变、振动的检测与分析，大形变、大位移全场测量系统，光测力学实验设备，光学摄影测量系统
随着光电技术、*技术、计算机视觉技术的发展，数字图像相关性应运而生。CSI公司自主研制的非接触式全场应变测量系统——Vic-3D系统和Vic-2D系统，采用先进的3D/2D数字图像相关性运算方法，测量任意的位移和形变，从500微应变至500%以上的应变，样品的尺度在1mm至 10m。样品准备简单，只需喷漆；系统启动在1个小时内可以完成；试验过程中，只需白光照明，不要求激光或其它特殊照明条件，同时可以随时对实验对象进行校正，做实时的模拟输出及数据处理；集成软件*作容易，三维绘图可以方便的插入MS-OFFICE等文档处理软件；整个测量过程是非接触的，不存在机械力交互作用，测量结果准确可靠。此系统目前主要被工业、企业、高校、军事单位和***单位应用在材料测试、碰撞实验、无损检测、振动分析、高速测量项目、有限元算法验证、生物测试等领域。

我公司（北京乔泽科技有限公司，010-65610249）提供激光剪切测量系统，散斑干涉测量系统，2D/3D全场范围内形变、振动及缺陷的测量与分析，远程控制采撷和剪切
美国CSI公司提供的激激光剪切测量系统——Shearwin@NT，是一个专业化软件工具,主要通过自动/人工控制*作,对散斑干涉测量进行记录。任意*作程序的Re-call和Re-do选项为控制解决工业问题时的个体化研究配置和自动化方案提供相应的设备。此系统与传感器结合后，具有远程控制采撷和剪切的优势。主要应用于对3D/2D空间内的应变和变形的测量，振动的分析，以及无损检测。

我公司（北京乔泽科技有限公司，010-65610249）提供摄影频闪测量系统，低速运动的可视化记录，自动化记录、监测与分析工具
美国CSI公司提供的摄影频闪测量系统可用于低速运动的可视化记录。此系统为多种方案所采用，如电动振动机和发动机测试台，它的测量对象可以是大型的亦可是微型的。摄影频闪测量系统非常易于使用，只需较少的投资，就可以改成一个高速照像机。该系统弥补了传统闪频测量仪的不足之外，如可以作为自动化记录、监测和分析工具。摄影频闪测量仪是用于观测和记录频率在50HZ以上的周期性运动的成套系统。根据运动的频率和速率，该系统可以选择CCD照相机或其它照明系统。

xjtuom · 2010-1-22 15:00:54

XJTUDIC三维数字散斑动态应变测量分析系统

三维、快速、高精度、非接触式全场变形和应变测量分析

概述：

    2007年以来，国际上基于数字图像相关法(Digital Image Correlation,DIC)测量全场应变技术，得到了爆炸性发展和应用[参看STRAIN期刊2008年社论]，广泛应用于各个学科的研究，如材料力学、生物力学、断裂力学、微观纳米应变测量、宏观大尺寸变形测量、各种新材料性能测试等。
    欢迎各大学和研究所，基于“XJTUDIC三维数字散斑动态应变测量分析系统”进行跨学科合作研究，合作进行三维全场应变实验。
    XJTUDIC三维数字散斑动态应变测量分析系统是一种光学非接触式三维形变测应变量系统，用于分析、计算、记录变形数据。采用图形化显示测量结果，便于更好地理解和分析被测材料的性能。系统识别测量物体表面结构的数字图像，为图像像素计算坐标，测量工程的第一个图像表示为未变形状态。在被测物体变形过程中或者变形之后，采集连续的图像。系统比较数字图像并计算物体纹理特征的位移和变形。该系统特别适合测量静态和动态载荷下的三维变形，用于分析实际组件的变形和应变。
   如果被测物体具有很少的纹理特征，需要将表面处理成随机散斑纹理，如下图所示，例如在物体表面喷黑色或白色的自喷漆。

随机图案（Stochastic pattern）带有2像素重叠区域的15*15像素面片

    XJTUDIC三维数字散斑动态应变测量分析系统，采用数字图像相关方法DIC（Digital Image Correlation），结合双目立体视觉技术。采用两个高速摄像机，实时采集物体各个变形阶段的散斑图像，利用图像相关算法进行物体表面变形点的立体匹配，并重建出匹配点的三维空间坐标。对位移场数据进行平滑处理和变形信息的可视化分析，从而实现快速、高精度、实时、非接触式的三维应变测量。
数字图像相关（DIC）是一光测力学变形测量方法，DIC又称为DSCM（Digital Speckle Correlation Method）或数字图像散斑相关DISC（Digital Image Speckle Correlation ）。
   数字图像相关DIC的基本原理是通过图像匹配的方法分析试件表面变形前后的散斑图像，来跟踪试件表面上几何点的运动得到位移场，在此基础上计算得到应变场。在DIC算法中，图像匹配时常用图像子区的相关性来表征同图像上两个子区的相似程度，因此该图像子区常称为“相关窗”，而DIC名字中也因此保留了“相关”这个名词。

国际发展：STRAIN期刊编辑社论(点击查看)
应用案例：拉伸试验三维全场应变测量分析(点击查看)

试验分析：XJTUDIC数字散斑系统与电子引申计比对试验

技术分析：数字图像相关技术DIC的发展和应用（点击查看）

系统功能：系统详细功能（1）、系统详细功能（2）

XJTUDIC系统硬件

各种应变计算和分析功能

图拉伸试验三维散斑应变测量状态一

图拉伸试验三维散斑应变测量状态二

图拉伸试验三维散斑应变测量状态三

测量界面-XJTUDIC 三维数字散斑动态变形测量分析系统

电子万能试验机应变测量分析试验环境

功能特点：

由两个工业相机、光源、多功能控制器、计算机等组成。
多路A/D输入、多路D/A输出、多路开关量输入和输出。
可与各种试验机配合使用，同步采集试验机的力、位移、变形等数据。系统也可单独使用。
实现二维、三维全场应变测量和分析。
强大的处理功能：各种分析功能、各种坐标转换功能等。
系统在不同时刻图像中自动分配一一对应的正方形或者矩形的面片,例如15*15像素的面片
简单的试件准备，试件表面只要求随机或规则的图案
大的测量范围：采用同一个设备，既可测量小件也可以测量大件，试件大小从1mm到2000mm，变形的测量范围从0.01%到几个100%
高密度测量点的全场应变测量，三维图形显示测量结果
图形化表示测量结果，对试件性能提供最佳理解
各种坐标转换，如3-2-1坐标转换
测量过程和结果数据报告的生成和输出功能
用默认或者自定义的颜色来表示计算和测量结果的显示
系统具有移动方便，便于运输

应用领域：

应变计算、强度评估、组件尺寸测量、非线性变化的检测

先进材料（CFRP、木材、内含PE的纤维、金属泡沫、橡胶等）

零部件试验（测量位移、应变）

材料试验（杨氏模量、泊松比、弹塑性的参数性能）

生物力学（骨骼、肌肉、血管等）

微观形貌、应变分析（微米级、纳米级）

断裂力学性能

有限元分析（FEA）验证

动力学测量（动态测量、瞬态测量）

三维全场振动分析

高速变形测量

动态应变测量，如疲劳试验

谐振、冲击和噪声激励

蠕变和老化过程的特性分析

成形极限曲线FLC测定

各种各向同性和各向异性材料变形特性

xjtuom · 2010-2-7 14:56:49

应变分析功能---XJTUDIC三维数字散斑动态应变测量分析系统

“XJTUDIC三维数字散斑动态应变测量分析系统”变形应变分析包括：X位移分析、Y位移分析、Z位移分析、总的三维位移分析；Z值投影；径向距离、径向距离差；径向角、径向角差；应变X、应变Y和应变XY；最大主应变；最小主应变；厚度减薄量；Mises应变；Tresca应变；剪切角。

1。应变 X

根据当前状态各个三维点在空间坐标系位置信息与基础状态下对应三维点的位置信息进行比较，通过相邻三维点间的位置变形情况，获得当前状态下的各个三维点的应变X信息。

应变X分析

2。应变 Y
根据当前状态各个三维点在空间坐标系位置信息与基础状态下对应三维点的位置信息进行比较，通过相邻三维点间的位置变形情况，获得当前状态下的各个三维点的应变Y信息。

应变Y分析

3。应变XY
根据当前状态各个三维点在空间坐标系位置信息与基础状态下对应三维点的位置信息进行比较，通过相邻三维点间的位置变形情况，获得当前状态下的各个三维点的应变XY信息。

应变XY分析

4。最大主应变
根据当前状态各个三维点在当前状态下计算所得的应变X、应变Y和应变XY，获得当前状态下的各个三维点的最大主应变信息。

最大主应变分析

5。最小主应变
根据当前状态各个三维点在当前状态下计算所得的应变X、应变Y和应变XY，获得当前状态下的各个三维点的最小主应变信息。

最小主应变

6。厚度减薄量
根据当前状态各个三维点在当前状态下计算所得的最大主应变和最小主应变，获得当前状态下的各个三维点的厚度减薄信息。

厚度减薄量

7。 Mises应变
根据当前状态各个三维点在当前状态下计算所得的最大主应变、最小主应变和厚度减薄信息，获得当前状态下的各个三维点的Mises应变信息。

Mises应变分析

8。 Tresca应变
根据当前状态各个三维点在当前状态下计算所得的最大主应变、最小主应变和厚度减薄信息，获得当前状态下的各个三维点的Tresca应变信息。

Tresca应变分析

9。剪切角
根据当前状态各个三维点在当前状态下计算所得的应变X、应变Y和应变XY，获得当前状态下的各个三维点的剪切角信息。

剪切角分析

10。 FLD曲线
根据各个状态下各个三维点在当前状态下计算所得的最大主应变和最小主应变，绘制测量物体的FLD图。

FLD图

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