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
某汽车覆盖件冲压全场应变检测步骤和流程
板料成形过程中的变形较为复杂,包含弹性变形、塑性变形、弹塑性变形等。其中,塑性变形会使得钣金件内部材料发生流动,从而造成钣金件厚度分布不一致,并且会产生应力集中。在厚度变薄的区域及应力集中的区域,产生破裂的概率就会加大,因而最终影响钣金零件的使用寿命等(成形性能受到影响)。为此,在钣金零件成形后,都需要对其表面的厚度及应力集中等进行测量。应力是指单位面积上力的大小,由于钣金件在成形过程中,表面某一点处力的大小很难直接测量得到(大部分钣金零件都是经冲压成形),所以无法直接测量得到钣金件表面的应力分布。
在工程实际中,是通过测量钣金件表面的应变而间接获得应力场,因为根据广义胡克定律,对于给定的材料,其应力应变曲线是唯一的,也就是说每一个应变值都对应唯一的应力值,反之亦然。因此,可以通过测量钣金件表面的应变来测量钣金件表面的应力,而钣金件表面应变值的测量要容易的多。网格分析法是一种简单、高效的测量钣金件表面应变的方法,其测量流程包括:网格制备、网格尺寸测量、应变计算。其中网格制备及应变计算都比较成熟,关键之处在于网格尺寸的测量。
(1)测量对象

实验中,制件材料为不锈钢304,材料厚度为0.7mm。网板大小为:500mm×250mm,网格节点间距为2mm,整个网板包含节点数目大概为31000左右。制备一个网板大小的网格所需时间大概为2分钟左右。该打标机适合于制备尺寸比较大的试件。打印的图案比较清晰,即使成形后也易于识别。在板料上制备好网格以后,进行冲压成形试验。

冲压成形制件
(2)测量过程 由于被测量试件尺寸比较大,总共制备了14块与网板大小一致的网格。因此需要多次测量,然后将多次测量结果拼合起来。在本例中,总共测量了14次,每次测量一个网板大小的网格,测量过程中保证相邻的网格之间有公共编码标志点,用来将14个网格的坐标归一。如图 7 24所示,第二块网格与第一块网格之间设置了公共的拼接点,这样单块网格计算完成后,可以通过公共拼接点将坐标系统一起来。
分块拼接
具体测量过程如下:
第一步,测量第一块网格,在待测量区域周围放置一些编码标志点及比例尺,然后用数码相机,按照6.3.2节所讲述的方法从不同的站位拍摄了30张像片,如下图所示。这些数据是后期计算的原始数据。
冲压实验拍摄的像片(第一块网格)
第二步,将采集的像片导入XTSM系统软件中,进行图像的识别。紧接着,对这些图像进行定向、匹配、重建、捆绑调整等操作,计算得到网格节点的三维坐标,如下图所示。表 显示了部分非编码点的三维坐标,其中非编码点的标号(ID值)是软件自动给分配的。
计算得到点阵网格节点三维坐标
第三步,网格连接,按照6.3.4节网格连接的原理,将相邻的4个网格节点依次连接起来形成四边形网格,如下图所示。
连接相邻网格节点形成四边形网格
第四步,应变计算,根据同一网格在变形前后网格尺寸的变化,套用应变计算公式计算出网格节点的各种应变值及表面厚度减薄率等
最大主应变计算结果(工程应变)
第五步,测量第二块网格,保留用于拼接用的公共编码标志点,将比例尺及多余的编码标志点放置在第二块网格周围,然后用数码相机,从不同的站位拍摄了40张像片,如图所示。
冲压实验拍摄的像片(第二块网格)
第六步,将采集的第二块网格像片导入XTSM系统软件中,进行图像的识别。紧接着,对这些图像进行定向,计算得到网格编码标志点的三维坐标,然后指定公共编码标志点,将第二块拼接至第一个块,如图所示。
拼接对话框
第二块网格编码标志点拼接至第一块网格
第七步,重建拼接后的第二块网格。并计算应变
第二块网格最大主应变
第八步, 重复第五-七步,直至所有网格测量完毕。
(3)测量结果分析 下图分别是钣金件表面得到的最大主应变、最小主应变、厚度减薄率、成形极限曲线图(FLD)。通过应变值及厚度应变分布色温图可以直观地看出危险区域的具体位置,结合FLC曲线,则可以判定材料的性能是否满足冲压的要求,可以指导冲压工艺流程的调整、模具的调试等,从而缩短新产品开发的周期。图显示了部分网格节点的三维坐标及对应的应变值。该实例再一次说明了本文方法的有效性。
最大主应变
 最小主应变
厚度减薄率
成形极限曲线图(FLD)
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