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西交大非接觸三維光學(xué)應(yīng)變檢測(cè)系統(tǒng)-光學(xué)儀器

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蘇州西博三維科技有限公司

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XTDIC 系統(tǒng)結(jié)合數(shù)字圖像相關(guān)技術(shù)（DIC）、雙目立體視覺(jué)技術(shù)（StereoVision）以及近景攝影測(cè)量技術(shù)（Photogrammetry），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)變的測(cè)量，具有便攜，速度快，精度高，易操作等特點(diǎn)。
系統(tǒng)主要由測(cè)量頭、采集控制箱、移動(dòng)支撐架、計(jì)算機(jī)、檢測(cè)分析軟件等組成。

詳細(xì)介紹

XTDIC 系統(tǒng)結(jié)合數(shù)字圖像相關(guān)技術(shù)（DIC）、雙目立體視覺(jué)技術(shù)(StereoVision)以及近景攝影測(cè)量技術(shù)(Photogrammetry)，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)變的測(cè)量，具有便攜，速度快，精度高，易操作等特點(diǎn)。

系統(tǒng)主要由測(cè)量頭、采集控制箱、移動(dòng)支撐架、計(jì)算機(jī)、檢測(cè)分析軟件等組成。

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*應(yīng)變場(chǎng)測(cè)量、裂紋*張開(kāi)位移測(cè)量以及高溫下裂紋*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。zui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。

典型應(yīng)用范圍：

應(yīng)變計(jì)算、強(qiáng)度評(píng)估、組件尺寸測(cè)量、非線性變化的檢測(cè)
*材料（CFRP、木材、內(nèi)含PE的纖維、金屬泡沫、橡膠等）
零部件試驗(yàn)（測(cè)量位移、應(yīng)變）
材料試驗(yàn)（楊氏模量、泊松比、彈塑性的參數(shù)性能）
斷裂力學(xué)性能
有限元分析（FEA）驗(yàn)證
動(dòng)力學(xué)測(cè)量（動(dòng)態(tài)測(cè)量、瞬態(tài)測(cè)量）
三維全場(chǎng)振動(dòng)分析
高速變形測(cè)量
動(dòng)態(tài)應(yīng)變測(cè)量，如疲勞試驗(yàn)
諧振、沖擊和噪聲激勵(lì)
蠕變和老化過(guò)程的特性分析
各種各向同性和各向異性材料變形特性

1.1 系統(tǒng)特色

系統(tǒng)技術(shù)*：國(guó)內(nèi)*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*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：支持幾毫米到幾米的測(cè)量幅面；支持百萬(wàn)至千萬(wàn)像素相機(jī)，支持低速到高速相機(jī)，支持千兆網(wǎng)和Camera Link等多種相機(jī)接口；支持任意數(shù)目相機(jī)的同時(shí)標(biāo)定，支持外部圖像標(biāo)定，。
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；兼容32位、64位系統(tǒng)。
輔助功能*：具備圓形標(biāo)志點(diǎn)動(dòng)態(tài)變形測(cè)量功能；具備剛體物體運(yùn)動(dòng)軌跡姿態(tài)測(cè)量功能。
擴(kuò)展接口豐富：具備*試驗(yàn)機(jī)接口，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)微小型物體的三維全場(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(kāi)關(guān)量輸入和輸出，并可靈活進(jìn)行擴(kuò)展。

1.2 系統(tǒng)功能

系統(tǒng)基于數(shù)字圖像相關(guān)法、雙目立體視覺(jué)及近景攝影測(cè)量技術(shù)，通過(guò)相機(jī)拍攝的被測(cè)物變形過(guò)程中的散斑圖像，快速檢測(cè)被測(cè)物的全場(chǎng)三維坐標(biāo)、位移、應(yīng)變數(shù)據(jù)，測(cè)量結(jié)果三維彩色顯示。系統(tǒng)的主要功能包括基本測(cè)量功能、分析報(bào)告功能、采集控制功能、系統(tǒng)輔助功能以及系統(tǒng)擴(kuò)展接口等，具體如下：

（1）基本測(cè)量功能：

※測(cè)量幅面：支持幾毫米到幾米的測(cè)量幅面，根據(jù)需求可定制更多測(cè)量幅面。

測(cè)量相機(jī)：支持百萬(wàn)至千萬(wàn)像素相機(jī)，支持低速到高速相機(jī)，支持千兆網(wǎng)和Camera Link等多種相機(jī)接口。

※相機(jī)標(biāo)定：支持1-8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)測(cè)量：采集圖像的同時(shí)，可以實(shí)時(shí)進(jìn)行全場(chǎng)應(yīng)變計(jì)算，而不是事后處理。

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)變數(shù)據(jù)等動(dòng)態(tài)變形數(shù)據(jù)，應(yīng)變模式有工程應(yīng)變、格林應(yīng)變、真實(shí)應(yīng)變等三種。

多工程：系統(tǒng)軟件支持多工程計(jì)算、顯示及分析。

※支持系統(tǒng)：同時(shí)支持32位、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；zui大主應(yīng)變；zui小主應(yīng)變；厚度減薄量；Mises應(yīng)變；Tresca應(yīng)變；剪切角。

※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：可以創(chuàng)建三維點(diǎn)、線、面、圓、槽孔、矩形孔、球、圓柱、圓錐等多種三維元素。

※分析創(chuàng)建功能：可以創(chuàng)建點(diǎn)點(diǎn)距離、點(diǎn)線距離、點(diǎn)面距離、線線夾角、線面夾角、面面夾角等多種分析。

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：自動(dòng)和手動(dòng)兩種數(shù)據(jù)插值模式。

材料性能分析：自動(dòng)計(jì)算材料的彈性模量和泊松比等參數(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。

FLD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

系統(tǒng)控制觸發(fā)和數(shù)據(jù)采集

A/D采集：三路模擬量輸入采集，A/D采集的量程由軟件控制，可選量程：±10V、±5V、±2.5V、0～10V。

多種外部觸發(fā)信號(hào)類型選擇：模擬信號(hào)、TTL電平、光電隔離、差分輸入。模擬信號(hào)電平可選擇：+10V、+5V、0V、-5V、-10V。

相機(jī)同步控制：多相機(jī)外同步觸發(fā)信號(hào)。

LED燈控制：控制LED光源。

（4）擴(kuò)展接口：

※試驗(yàn)機(jī)接口：實(shí)時(shí)采集試驗(yàn)機(jī)的力、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。

※FLC曲線測(cè)量：配合杯突試驗(yàn)機(jī)，參考ISO 12004-2: 2008標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行Nakazima試驗(yàn)可以測(cè)得材料的FLC成形極限曲線。

※多測(cè)頭同步檢測(cè)：支持多相機(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，適用于大型物體或者回轉(zhuǎn)型物體的變形應(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)微小型物體的三維全場(chǎng)變形應(yīng)變檢測(cè)。

※標(biāo)志點(diǎn)動(dòng)態(tài)變形檢測(cè)：具備圓形標(biāo)志點(diǎn)動(dòng)態(tài)變形測(cè)量功能。

※運(yùn)動(dòng)軌跡姿態(tài)檢測(cè)：具備剛體物體運(yùn)動(dòng)軌跡姿態(tài)測(cè)量功能。

1.3 技術(shù)指標(biāo)

	指標(biāo)名稱	技術(shù)指標(biāo)
	核心技術(shù)	工業(yè)近景攝影測(cè)量、數(shù)字圖像相關(guān)法
	測(cè)量結(jié)果	三維坐標(biāo)、全場(chǎng)位移及應(yīng)變
	※測(cè)量幅面	支持4mm-4m范圍的測(cè)量幅面，更多測(cè)量幅面可定制
	測(cè)量相機(jī)	支持百萬(wàn)至千萬(wàn)像素相機(jī)，支持低速到高速相機(jī)，支持千兆網(wǎng)和Camera Link等多種相機(jī)接口
	※相機(jī)標(biāo)定	支持1-8個(gè)相機(jī)的同時(shí)標(biāo)定，支持外部圖像標(biāo)定
	位移測(cè)量精度	≤0.01mm
	應(yīng)變測(cè)量范圍	0.005%-2000%
	應(yīng)變測(cè)量精度	≤0.005%
	測(cè)量模式	兼容二維及三維變形測(cè)量
	※實(shí)時(shí)測(cè)量	采集圖像的同時(shí)，實(shí)時(shí)進(jìn)行全場(chǎng)應(yīng)變計(jì)算
	※多測(cè)頭同步測(cè)量	支持多相機(jī)組同步測(cè)量，相機(jī)數(shù)目任意擴(kuò)展，可同步測(cè)量多個(gè)區(qū)域的變形應(yīng)變
	※動(dòng)態(tài)變形模塊	具備圓形標(biāo)志點(diǎn)動(dòng)態(tài)變形測(cè)量功能
	※軌跡姿態(tài)測(cè)量模塊	具備剛體物體運(yùn)動(dòng)軌跡姿態(tài)測(cè)量功能
	※試驗(yàn)機(jī)接口	實(shí)時(shí)同步采集試驗(yàn)機(jī)的力、位移等信號(hào)
	※FLC接口	配合杯突試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行Nakazima試驗(yàn)，可以測(cè)得材料的FLC成形極限曲線
	※顯微應(yīng)變測(cè)量	配合雙目體式顯微鏡，可實(shí)現(xiàn)微小型物體的三維全場(chǎng)變形應(yīng)變檢測(cè)
	系統(tǒng)兼容性	兼容32位、64位系統(tǒng)