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
一般测量步骤 XTDIC数字散斑系统


软件界面

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1)工程浏览窗口


2)三维视图:可视化计算结果(三维信息、位移和应变信息等)


3)操作模式切换(从左到右:采集模式和分析模式)


4)选择要显示的计算结果


5)颜色条


6)信息浏览标签:


记录工程相关信息记录截线相关信息记录状态点相关信息记录点对相关信息


7)显示左相机图像的标签(选定状态)


8)显示右相机图像的标签(选定状态)


9)曲线视图标签:输出各种曲线


10)状态指示栏:显示当前操作命令和进度


XTDIC系统


XTDIC系统是一种光学非接触式三维变形测量系统,可用于物体表面形貌、位移以及应变的测量和分析,测量结果直观显示,易于理解。


该系统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,利用数字图像相关算法实现物体表面变形点的匹配,根据各点的视差数据和预先标定得到的相机参数重建物面计算点的三维坐标;并通过比较每一变形状态测量区域内各点的三维坐标的变化得到物面的位移场,进一步计算得到物面应变场。


提示:


测量工程中的第一幅图像表示物体的未变形状态。如果被测物体表面仅有很少的特征,例如一个均匀表面,需要对被测物体进行处理,以形成随机散斑特征,如下图所示。


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   随机散斑特征(Stochastic pattern)


系统特别适合于测量静态和动态载荷下的三维变形和应变。系统的大部分功能由软件控制,包括测量、计算、显示和报告功能,可通过下拉菜单、热键或者对话框来实现。


测量的基本原理


首先,利用相机采集试件在变形过程中的表面图像。对于二维测量工程,把试件置于相机视场,调整距离、光照和焦距,使图像清晰、光照均匀即可;对于三维测量工程,除了上述要求,还需要在测量之前对相机进行标定,以确定相机的方位、为三维重建做准备。


接着,在软件中新建一个测量工程,开启相机进行图像采集。


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1-2    15*15个像素的面片(相邻面片有两个像素的重叠)


然后,对采集的图像数据进行处理。第一步,设置面片大小,并标记计算区域,图 1-2是在参考状态中定义的15*15个像素大小的面片(相邻面片有两个像素的重叠)。第二步,创建了种子点;第三步,进行散斑匹配,根据面片中的散斑灰度分布信息来识别和跟踪面片;第四步,进行三维重建,根据标定和散斑匹配的计算结果重建出试件表面的三维形貌、位移和应变。


1- 3显示了在6个变形状态(状态-1到状态-6),左右相机图像中的面片(15*15像素)对应关系。状态-1是变形前的参考状态,状态-6是最终变形后的状态。图中,白色虚线表示未变形时面片,绿色实线表示变形后的面片,面片的二维图像坐标根据面片的顶点和中心确定。


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(a) 状态-1


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   (b) 状态-2


状态3, 左图像 状态3, 右图像
状态4, 左图像 状态4, 右图像
状态5, 左图像 状态5, 右图像


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   (c) 状态-6
1 -3 不同变形状态左右像机图像中的面片关系


计算得到的数据经过平滑、插值等处理后,以三维视图的形式显示,进一步还可以对计算结果进行编辑,生成截线、曲线及报告等。


一般测量步骤


试件准备好以后,一般测量步骤如下:


1)新建一个工程。如下图所示,点击“文件”——>“新建”弹出工程定义对话框,见下图,在此定义工程基础目录和名称。本系统可以建立两种类型的工程:双目三维工程和单目二维工程。


图片24.jpg图片25.jpg


2)开启相机。点击 图标开启相机。


3)设置工程参数。击“控制”——>“参数设置”弹出参数设置对话框,包括面片参数、二维测量工程参数和匹配搜索阀值设置。


4)开启LED光照灯。点击“控制”->“摄像机”->“白光”开启LED灯,或点击控制区按钮 。


5)设置相机控制参数。在软件控制区窗口,可以调节摄像机的快门、增益,设置采集方式、采样数、单幅图像采集时间,控制白光、激光和采集的开启和关闭。在相机开启的情况下,调节效果会在二维图像窗口实时显示。


6)对系统进行标定,如果已经标定可以跳过这一步。


7)开始采集图像。在摄像机已经开启,工程建立后,点击窗口的 按钮或点击“控制”—> “摄像机”—> “开始采集”开始采集被测物体变形过程图像。


8)计算。计算包括4个步骤:标记计算区域、添加种子点、散斑匹配计算和三维重建。


9)分析。通过下列工具条(如图 3 14(a)),选择计算结果以三维色谱图的形式显示(包括:三维重建得到的三维信息,变形计算获得的位移场、应变场信息,如图 3 14(b)、图 3 15、图 3 16所示)。同时,点击“分析”->“绘制曲线”可以绘制各种曲线,如截线曲线、点对曲线、位移载荷曲线,位移和应变曲线等,见图 3 13、图 3 17。


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(a)                   (b)
   绘制曲线


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(a)                       (b)
   重建的三维空间坐标


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   位移场         图   应变场
   

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(a)                 (b)
   

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(c)                  (d)
各种曲线输出


高级测量


对于数据量很大或者部分图片识别效果不太好的工程,我们可以只选择一部分感兴趣的图片重新建立一个或几个工程进行计算。点击“文件”—> “导入”,导入相机参数和多个状态图像,如图 3 18所示,然后,根据导入的相机参数和图片新建一个工程进行计算。


图片33.jpg

导入多个状态图像


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全部视频演示----XTDIC三维数字散斑系统


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