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
钛合金试件压缩变形三维数字散斑试验

图 1 散斑测量系统的软硬件组成

如图 1所示,散斑测量系统硬件组成有相机(一个或多个),LED光源以及固定装置组成,在本次压缩实验中,测量系统的软件为西安交通大学自主研发的XTDIC——三维数字散斑应变测量分析系统,系统界面如图 2所示,可以支持单相机下的散斑应变测量和多相机下的散斑应变测量,并有极强的应变后期分析功能可以满足各种应变分析的需要。

图 2 XTDIC软件界面

2、压缩实验说明

图 3试件(实验前)

如图 3所示,对于氧化处理的钛合金试件,高5mm,直径3mm。使用万能材料试验机进行压缩,同时使用散斑图像相关方法测量试件在变形过程中各个状态下的应变场信息。

图 4试件(实验结束,发生断裂)

如图 4所示,当实验结束时,试件已经发生了断裂,使用散斑图像相关的方法可以获得在裂纹产生的过程中,试件的应变场的变化情况,对于研究试件的力学性能等有很好的研究价值。


3 压缩实验测量


3.1 散斑图像相关方法简介
通过相机获取各个压缩状态下的图像信息,根据XTDIC进行测量区域选择,根据测量区域,在各个变形状态下进行散斑相关,获取每个测量区域中的相关窗口的变形情况。如图 5所示,根据基础状态中的测量区域内各个相关窗口内的散斑信息,在各个变形状态中获取相关窗口的位置及变形情况,从而建立各个变形状态下的变形场信息,计算试件的应变场数据。

(a)基础状态(未发生变形时)

(b)变形状态(压力7902.252N,压缩量0.485mm)

5 散斑相关区域的相关窗口计算

3.2 三维重建及应变场信息显示

图 6 三维重建变形点

对散斑图像进行三维重建,单相机二维测量重建为三维平面,多相机三维测量重建为被测物体三维形貌,将每个相关窗口重建为三维变形点,如图 6所示。并根据散斑图像相关结果计算应变场,使用云图形式直观显示应变场信息,如图 7所示。

图 7 应变场信息

4 变形分析和结果输出
4.1 变形应变分析

图 8 变形应变分析类型

如图 8所示,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。


4.2 变形相关曲线

软件可以实时获取各个状态下的试验机数据,并可以根据试验机以及应变情况绘制变形相关曲线,数据类型包括:试验机数据(力、位移、小变形、时间)、变形信息(位移X、位移Y、位移Z、总位移、径向距离差、径向角差)、应变信息(应变X、应变Y、应变XY、最大主应变、最小主应变、Mises应变、Tresca应变、厚度减薄量和剪切角)。任意两种数据类型均可进行相关曲线绘制。如图 9所示,为力和最大主应变的相关曲线。

图 9 力-最大主应变相关曲线

4.3 截线

                    (a)基础状态;                                               (b)压缩状态;                             (c)压缩状态下,截线位置应变信息

图 10 直线截线应变分析

截线为在被测物体的三维变形应变信息中通过增加截面,获得截面与被测物体相交处的变形和应变信息。截线包括:直线截线和圆形截线。直线截线为平面与被测物体相交的截线。圆形截线为使用圆柱体与被测物体相交所获得的截线。并可根据截线绘制截线上的变形和应变信息。变形和应变信息可以为:变形信息(位移X、位移Y、位移Z、总位移、径向距离、径向距离差、径向角和径向角差)、应变信息(应变X、应变Y、应变XY、最大主应变、最小主应变、Mises应变、Tresca应变、厚度减薄量和剪切角)。如图 10所示,为试件对角线位置在压缩状态下的变形情况。

4.4 数据输出

图 11 变形工程信息

如图 11所示,根据所选择的工程信息类型,导出指定工程状态下的工程信息。工程信息可以包括:试验机数据(力、位移、小变形、时间)、变形信息(位移X、位移Y、位移Z、总位移、径向距离差、径向角差)、应变信息(应变X、应变Y、应变XY、最大主应变、最小主应变、Mises应变、Tresca应变、厚度减薄量和剪切角)。

12 状态变形信息(变形点变形数据)

图 13状态变形信息(变形云图)

如图 12和图 13所示,根据所选择的状态信息类型,导出指定状态下的状态信息。状态信息可以包括:变形信息(位移X、位移Y、位移Z、总位移、径向距离、径向距离差、径向角和径向角差)、应变信息(应变X、应变Y、应变XY、最大主应变、最小主应变、Mises应变、Tresca应变、厚度减薄量和剪切角)。并导出相应的三维变形云图。

图 14 点对变形信息

如图 14所示,根据所选择的点对,导出指定状态下的点对信息。点对信息包括:坐标信息、点距信息和点对应变信息。并根据点对应变信息绘制点对应变曲线。

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