西安交通大学信息机电研究所西安交通大学模具与先进成形技术研究所技术研究特色西安交通大学工业三维摄影测量技术发展路线三维全场变形技术概述面向复杂机械和新型材料运行工况下或现场使用单位简介研究生招生XTDICXTDVCXTRTXTMicroXTDIC 3D控制箱数字散斑全场应变XTDP三维光学测量坐标变换XTDCAL工业近景摄影测量XTSD静态变形XTDA大型飞机风洞大视场高速运动物体动态变形和运动轨迹XTSOXTOMXTOM INSPECTOR三维扫描仪XTFLC板料热成形三维全场应变检测试验机XTSM板料和管材胀形成形试验的三维全场变形检测系统板料成形膜结构双轴双向拉伸试验机双轴四缸电液伺服静态、动态、疲劳试验机双向对称微拉伸试验机(用于光学和电子显微镜)TOMS-汽车模具三维光学快速检测系统专用系统核心技术:复杂工况三维全场动态变形检测技术关键技术产品应用领域系列产品概述三维全尺寸快速检测解决方案:大型复杂工件产品的反求和快速质量检测其他光学体式显微镜测量板料液压胀形试验的三维全场变形检测数据动画演示泡沫铝物体内部变形测量实验板料成形极限FLC快速测定(3D-DIC)飞机风洞模型三维全场应变检测(数字图像相关法)一种基于DIC技术识别焊缝材料参数的新方法高温三维全场应变测量(3000摄氏度以内)高速拉伸变形技术发展路线高速冲击振动模态分析实验---数字散斑应用圆棒试件疲劳实验汽车车桥的静态变形和数字散斑三维全场应变实验木材压缩和弯曲性能试验----全场应变分析型号和配置------XTDIC数字散斑应变测量分析一般测量步骤 XTDIC数字散斑系统计算步骤-----XTDIC数字散斑系统显示和编辑计算结果----XTDIC散斑系统输出功能------XTDIC数字散斑系统大幅面三维全场应变测量视频----XTDIC三维数字散斑动态应变测量分析系统沙土全场变形实验-相似材料钛合金试件压缩变形三维数字散斑试验拉伸试验三维全场应变测量总体功能--XTDIC三维数字散斑动态应变测量分析系统主要功能---XTDIC三维数字散斑动态应变测量分析系统变形分析功能--XTDIC三维数字散斑动态应变测量分析分析曲线功能---XTDIC三维数字散斑动态应变测量报表功能---XTDIC三维数字散斑动态应变测量分析系统截线分析---XTDIC三维数字散斑动态应变测量分析系统等势线分析--XTDIC三维数字散斑动态应变测量分析XTDIC数字散斑系统与电子引申计比对试验XTDIC三维数字散斑动态应变测量分析系统三维全场应变测量分析重型卡车车架和车门全方位静态变形和全场应变检测发动机活塞缸体受力三维静态变形实验相似材料模型变形实验-标志点变形和全场变形两种方法复合材料节点试验---基于XTSD的三维静态变形测量大型结构件大变形三维摄影测量相似材料模型实验-光学三维变形测量变形分析应用大尺寸大变形静态测量某汽车覆盖件冲压全场应变检测步骤和流程汽车覆盖件(长到6米)板料冲压全场应变三维检测板料成形极限FLC试验板料剪切实验装置大型汽车模具制件的实际板料成形三维全场应变检测数字图像相关法(散斑应变)在板料力学性能测试中的应用板料成形网格应变测量实验快速使用说明---XTSM板料成形应变测量分析系统评估模式说明-----XTSM板料成形分析计算模式-XTSM板料成形网格应变分析系统三维点云处理---XTSM板料成形网格应变分析系统网格模式---XTSM板料成形网格应变分析系统XTSM板料成形应变测量分析系统板料成形网格变形分析楼房振动变形实验飞机风洞模型静态变形测量飞机结构件运动特性的动态视觉测量系统动态变形和运动轨迹汽车模具快速质量检测和比对分析路面构造三维扫描及三维坐标获取TOMS汽车模具摄影测量系统实现汽车模具实型数字化检测汽车模具三维光学系统应用于汽车覆盖件回弹的计算三维检测应用比对分析和质量检测焊接过程高温三维全场应变实时检测焊接失稳变形光学非接触三维检测的研究三维全场变形应变系统在焊接学科的研究和应用焊接过程三维全场应变检测实验采用XTSD静态变形系统的焊接过程三维变形检测实验采用XTOM面扫描系统进行焊接变形实验焊接变形试验--光学三维动态变形测量大尺寸无缝焊接管道三维测量和变形分析焊接变形和应变分析船用螺旋桨叶片检测大型飞机三维光学快速测量建模关键技术研究大型水轮机叶片、汽轮机叶片、船舶螺旋桨的快速检测手机零部件三维测量测量实例三维光学测量的应用领域逆向设计应用客车逆向设计快速建模案例轿车、客车、卡车、火车等车辆的组装后产品质量检测大型挖掘机铲斗模型的建模和测量测量实例 测量系统软件界面三维扫描测量实例 逆向和检测汽车模具检测案例 大型泡沫和铸件快速检测其他测量案例行业应用复杂工况三维全场动态变形 检测技术三维全场变形技术概述应变(strain)工业摄影测量光束平差(捆绑调整)自标定方法数字图像相关法(Digital Image Correlatiom,DIC)工业数字近景摄影测量与机器视觉的关系机器视觉(Machine Vision)工业数字近景摄影测量Photogrametry国内外DIC相关研究链接国内外三维检测Strain Measurement by Digital Image Correlation数字散斑全场应变分析工业近景摄影测量静态大尺寸大变形动态变形和运动轨迹三维扫描和建模板料成形网格变形分析焊接变形和应变分析比对分析和质量检测点云处理和三角化相机标定其他综述
汽车车桥的静态变形和数字散斑三维全场应变实验


一、试验目的:检测汽车车桥在加载实验的全局三维变形和局部三维全场应变

1. 载荷作用下,汽车车桥表面关键点的位移、变形测量。(采用XTSD三维光学静态变形测量分析系统)

2. 载荷作用下,汽车车桥表面局部区域的位移、应变测量。(采用XTDIC三维数字散斑动态应变测量分析系统)
要解决的问题(位移传感器和应变片):

传统方法一般采用位移传感器来测量变形,采用应变片测量应变,存在以下问题:

1.位移传感器一般是一维,无法测量三维位移和变形。要测量较多点的变形,需要安装众多的位移传感器,使用非常麻烦,精度不高。

2.应变片能够测量一维应变,无法测量三维应变。较难测量三维全场应变测量。

二、实验器材:

1. 汽车车桥制件;

2. 四通道加载实验系统;

3. XTDIC三维数字散斑动态应变测量分析系统

4. XTSD三维光学静态变形测量分析系统

5. 自喷漆、标志点、标准尺、计算机,电缆线等。


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XTDIC三维数字散斑全场应变测量分析系统   XTSD三维光学静态变形测量分析系统


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汽车车桥

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实验现场(车桥正面三维全场应变测量)

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实验现场(车桥下面三维全场应变测量)


三、测量准备

1. 布置和粘贴标志点,用于表面关键点的位移、变形测量,如下图所示。


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布置标志点

标志点包括:环状的编码标志点和圆形的非编码标志点,均可用于载荷作用下车桥表面变形的跟踪和位移计算。标尺用于确定标志点对应的实际空间三维坐标。

2. 利用哑光自喷漆在车桥表面制备散斑特征(如下图所示),以用于局部位移、应变的测量和计算。


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散斑特征

3. 实验加载方案。利用四通道实验机控制系统,采用负载控制方式,分28级对车桥制件进行加载,加载路径如下图所示。

四、图像采集

1. 标志点图像采集。采用千万像素级的单反相机,在车桥加载后的不同阶段,快速地从不同方位拍摄照片,以用于表面标志点的静态变形计算。

2. 散斑图像采集。利用散斑测量系统的测量头、控制箱、计算机、软件控制模块进行车桥表面散斑图像的采集。测量头由两个高频LED灯和两个工业CCD相机组成,见下图。采集速度:每秒1帧。


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测量头


五、数据处理

1. 对于采集的标志点图像,采用XTSD三维光学静态变形测量系统进行处理。

2. 对于采集的散斑图像,采用XTDIC 三维数字散斑应变测量分析系统处理。

两个系统的软件如下图所示。


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XTSM三维光学静态变形测量系统


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XTDIC 三维数字散斑应变测量分析系统


六、实验结果

静态变形测量

试验机载荷为1吨,4吨,6吨,8吨,10吨,12吨,16吨,40吨时车桥表面标志点变形测量结果,利用OpenGL三维显示。

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载荷为1吨时

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载荷为4吨时

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载荷为6吨时

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载荷为16吨时

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载荷为40吨时

七、散斑实时变形测量


采用散斑方法对车桥制件侧面和底面两块小区域进行了测量,下面将分别阐述测量结果。


   图片48.jpg图片49.jpg
           (a) 侧面测量区               (b)底面测量区


侧面测量结果

实验条件:连续加载1~40吨; 加载时间:120秒;加载到40吨时维持

1. 加载过程,测量区位移分布色谱图:(采集速度每秒1帧)

2. 测量区平均位移—时间曲线:

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E方向位移

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X方向位移—时间曲线
Y方向位移—时间曲线

Z方向位移—时间曲线


3. 测量区平均应变—时间曲线:
(最大主)应变—时间曲线


八、底面测量结果

实验条件:连续加载1~40吨; 加载时间:120秒。

1. 加载过程中测量区位移分布色谱图:(采集速度每秒1帧)

2. 测量区平均位移—时间曲线:
E方向位移
X方向位移

Y方向位移

Z方向位移


3. 测量区平均应变—时间曲线:(最大主)应变—时间曲线

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16t时EpsilonX应变场

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16t时EpsilonX应变场二维投影

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40t时EpsilonX应变场

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40t时EpsilonX应变场二维投影

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工件曲面的三维重建(散斑测量结果为三维实际工件的外形变形情况)

九、结果说明

1. 静态变形测量结果能非常直观地显示:被测车桥在不同加载阶段,表面点的三维坐标和位移变化;测量结果能以报表形式导出。

2. 加载条件相同时,两次散斑测量得到的平均位移变化基本一致,最大位移小于3.5mm。

3. 散斑测量得到的应变较小,最大应变小于0.1%。

4. 通过设置颜色条最值,可以灵活显示车桥表面的位移场和应变场。


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