XTDIC-CONST系列三维全场应变测量系统

1.1      系统介绍

图：XTDIC三维全场应变测量分析系统外观

XTDIC-CONST系列三维全场应变测量分析系统，结合数字图像相关技术（DIC）与双目立体视觉技术，通过追踪物体表面的散斑图像，实现变形过程中物体表面的三维坐标、位移及应变的动态测量，具有便携，速度快，精度高，易操作等特点。

图：系统测量原理及散斑图像追踪过程

系统组成：系统测量头（含两台高速工业相机、进口相机镜头，带万向手柄可调节LED光源，测成了温度测量、激光测距）、相机同步控制触发控制箱、系统标定板、系统可移动支撑架、动态采集分析软件、载荷加压控制通讯接口、计算机系统等组成。

1.1      主要应用

XTDIC 三维数字散斑动态变形测量分析系统是实验力学领域中一种重要的测试方法，其主要应用有：

在材料力学性能测量方面：DIC已成功应用于各种复杂材料的力学性能测试中。如火箭发动剂固体燃料、橡胶、光纤、压电薄膜、复合材料以及木材、岩石、土方等天然材料的力学性能的检测中。值得注意的是，DIC被广泛应用于破坏力学研究中，包括裂纹尖端应变场测量、裂纹尖端张开位移测量以及高温下裂纹尖端应变场测量等。

在细观力学测量方面：借助于扫描电子显微镜(SEM)、扫描隧道电子显微镜(STEM)以及原子力显微镜(AFM)，DIC被越来越多地应用于细观力学测量。最近，数字散斑相关方法还被应用于物体表面粗糙度的测量中。

在损伤与破坏检测方面：DIC被应用于多种复杂材料，如岩石等材料的破坏检测中。DIC还被应用于一些特殊器件，如陶瓷电容器、电子器件，电子封装的无损检测研究中。

在生物力学测量方面：DIC被应用于测量手术复位后肱骨头在内旋转及前屈运动下大小结节的相对位移量，以及颈椎内固定器对人体颈椎运动生物力学性能的影响等。

对于大中专院校的研究教学应用：本系统开展各种软组织、金属及复合材料性能测试、力学性能测试分析、有限元分析验证等研究和教学实验，具有大至1000%应变测量范围，并可以实时计算、实现动态全场的应变变形测量。在土木工程的相关研究中，如四点弯试件、半圆弧试件、悬臂梁实验，对应完整实验设计方案，以非接触式的方式提升研究手段，提高研究能力。亦可为学生提供可视化的教学工具，让学生的基础学习课程变得直观和可视，使复杂问题简单化、抽象问题直观化、隐蔽问题可视化。

1.2  产品技术优势

• 系统技术先进：国内首个自主研发的数字图像相关法三维变形测量系统；自主知识产权的核心算法，技术指标达到国外先进水平。
• 系统应用范围广：可用于机械、材料、力学、建筑、土木等多个学科的科学研究与工程测量中，适用于大部分材料，实时获得被测物全场三维坐标、位移、应变数据。
• 系统配置灵活：支持百万至千万像素、低速到高速、千兆网、0和Camera Link，CXP等多种相机接口，系统软件控制模块可支持在线同步采集帧率4500 fps（非高速采集存储后下载再导入模式）。
• 实时测量：可以实时进行全场应变计算和结果显示，而非事后处理。
• 系统兼容性强：同时兼容单相机二维测量和多相机三维测量；
• 辅助功能强大：具备圆形标志点动态变形、刚体物体运动轨迹姿态测量功能。
• 扩展接口丰富：具备万能试验机接口，可实时采集试验机的力、位移等信号；具备杯突实验机接口，可以测量材料的FLC曲线；具备体式显微镜接口，可以实现几个毫米甚至更微小物体的三维全场变形应变检测；支持多相机组同步测量，可以同步测量多个区域的变形应变；系统具备多路A/D输入、多路D/A输出、多路开关量输入和输出，并可灵活进行扩展。
• 产品性能稳定：国内外几十家使用验证，性能稳定，包括国内多家军工用户（中国飞行试验研究院、中国飞机强度所、复合材料43研究所、中国工程物理研究院等），欧美大学（英国NEWCASTLE大学、英国格拉斯哥大学、美国普渡大学等），国内大学（哈尔滨工业大学、南京航空航天大学等）。
• 技术支持：自主研发，定制开发灵活；强大的顶尖级研发技术团队为您提供全面的解决方案和技术指导，时刻是您科研开发的坚实技术后盾。

1.3  系统功能

（1）基本测量功能：

• ※测量幅面：支持50毫米到10米的测量幅面，可以根据需求定制测量幅面。
• ※测量相机：支持百万至千万像素、低速到高速、千兆网、0和Camera Link，CXP等多种相机接口，系统软件控制模块可支持在线同步采集帧率4500 fps（非高速采集存储后下载再导入模式）。
• ※相机标定：支持1-50个相机的同时标定，支持外部图像标定。
• ※测量模式：同时兼容单相机二维测量和多相机三维测量。
• ※实时计算：采集图像的同时，可以实时进行三维全场应变计算，具备在线和离线两种计算处理模式。
• ※斑纹自动分析与实验规划：系统根据实验条件，图像质量，自动进行散斑图质量分析及步长面片大小推荐，提升数据处理效率和精度；
• 计算模式：具备自动计算和自定义计算两种模式。
• 测量结果：全场三维坐标、位移、应变、轨迹姿态、速度及加速度等动态变形数据、支持温度场计算
• 多个检测工程：系统软件支持多个检测工程的计算、显示及分析。
• ※支持基于全局控制点的相机外参数动态定向，可有效消除测量过程中由于相机基准失稳带来的测量误差
• ※可根据已解算数据，以编辑公式形式创建新的自定义数据
• ※支持导入CAD模型并进行变形模拟显示
• ※支持系统：支持Win10的64位系统，具备多线程加速计算功能。

（2）分析报告功能

• ※18种变形应变计算功能：X、Y、Z、E三维位移；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；主应变；最小主应变；厚度减薄量；Mises应变；Tresca应变；剪切角。
• ※支持红外、近红外的温度场解算。
• ※支持位移、速度、加速度，角速度，角加速度的解算。
• 支持DIC计算结果和Ansys，ABAQUS的有限元结果的对比分析，以色谱图的形式显示DIC结果和有限元计算结果的偏差。
• 支持导入CAD模型（step、iges、stl），计算CAD模型和DIC网格数据之间的偏差，以及CAD模型的变形。
• 支持刚性运动物体的轨迹及姿态解算，可同时跟踪多个目标，并分析不同刚性体间距离角度等变形数据。
• 支持视频引伸计功能，可以创建多组引伸计，并自定义标距。
• 支持对变形的时域分析，分析变形频率和振幅，并可以输出UFF文件。
• ※坐标转换功能：321转换、参考点拟合、全局点转换、矩阵转换等多种坐标转换功能。
• ※元素创建功能：三维点、线、面、圆、槽孔、矩形孔、球、圆柱、圆锥。
• ※分析创建功能：点点距离、点线距离、点面距离、线线夹角、线面夹角、面面夹角；
• ※图像质量分析：包括清晰度分析、亮度分析、对比度分析、散斑质量分析、扫描有效区域分析；
• ※实时输出：支持散斑计算结果的实时UDP输出。
• 数据平滑功能：均值，中值，高斯滤波等多种平滑功能。
• 数据插值功能：包括状态内差值和时间轴差值。
• 材料性能分析：自动计算材料的弹性模量、泊松比、R值和N值等参数。
• 三维截线功能：可对三维测量结果进行直线或圆形截线分析。
• 曲线绘制功能：所有测量结果均可以绘制成曲线图。
• 成形极限分析功能：可绘制和编辑FLD成形极限曲线。
• 视频创建功能：可将测量过程二维图像或者三维测量结果制作成视频并输出保存。
• 数据输出功能：测量结果及分析结果输出成报表，支持TXT，XLS，DOC文件的输出。

（3）采集控制功能

• ※采集控制箱可以实现测量头的控制、多个相机的同步触发、多路模拟量和开关量数据采集、输入和输出信号控制。
• 支持Ring-Buffer采集模式，根据实验需求切换不同的采集频率，实现变频率采集。
• 疲劳采集模块，自动完成疲劳实验波形曲线（三角波，正弦波）的相位信息的识别，计数，抓取和停止，自动识别疲劳频率，波峰和波谷，完成疲劳实验的长时间监测。
• 具备TCP/IP接口，支持实时监控与反馈功能， 可控制外部设备。
• 相机同步控制：多相机外同步触发信号。
• ※外部采集通讯接口：支持外部载荷如微电子万能试验机等外部载荷联机采集通讯接口，通过串口通讯或者模拟量实时采集外部的加载力、位移等信号，并与三维全场应变测量数据实现同步，实现应力和应变数据的融合和统一。
• 光源控制：可以实现测量过程中不同补光需要的LED光源控制。

（4）预留扩展接口：

• ※多测头同步检测接口：可以支持1~8个测头的多相机组同步测量，相机数目任意扩展，可以同步测量多个区域的变形应变，适用于不同实验条件需求下的变形应变测量。
• ※显微应变测量：配合双目体式显微镜，系统可以实现微小视场的三维全场变形应变检测，并可支持扫描电镜、原子显微镜等显微图像的应变数据计算。
• ※大尺寸变形接口：支持摄影测量静态变形系统，实现变形和局部全场应变检测数据的融合和统一。

1.4  技术指标