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
技术研究特色

技术研究特色


数字图像相关法和工业三维摄影测量、三维全场变形应变及轮廓坐标快速检测、机械和材料的变形应变力学性能是众多行业和学科的研究和应用基础!也是国际上近五年的研究热点,在多学科爆炸性推广和应用!


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三维全场应变变形


成形极限

体积内变形

静态变形

板料成形

显微应变

三维扫描

摄影测量

点云比对

标定

实时

点云处理


在三维光学检测系统的系列化、专用化、可定制性等方面取得了多项创新成果!在多视场三维快速重建和全场测量集成控制技术研究取得突破性进展!出口欧美发达国家10多所大学用于复合材料、生物力学、土木工程等学科研究!在国内的航空航天军工、汽车、模具、机械、材料等行业的100多单位推广应用!科技成果技术鉴定表明:系列化三维检测装置填补国内空白,达到国际先进水平!


本研究为国际上近5年的研究热点,涉及机械、材料、力学、机器视觉、工业近景摄影测量、数字图像相关法等多学科交叉。随着中国制造业快速发展,航空航天军工、汽车、重型机械等行业中大量采用大型复杂工件(几米~几十米)和各种新型复合材料,迫切需要快速方便并适合生产现场使用的三维轮廓外形尺寸和变形应变检测方法。


传统的三坐标测量设备(如三坐标机、全站仪、激光跟踪仪等)和变形应变检测方法(如应变片、位移、加速度传感器等),效率低测量范围小,较难实现三维全场或全尺寸检测,无法满足各向异性复合材料的全场力学性能检测。


在国家863计划项目支持下,采用工业摄影测量和数字散斑等方法,通过多种工业像机拍摄的多幅二维序列图像,快速解算出被测物体的三维坐标、变形和应变数据。主要研究内容包括:工业三维摄影测量、数字图像相关法三维全场应变分析、相机自标定技术、复杂曲面轮廓点云获取、海量点云处理、点云与CAD数模比对检测、大尺寸静态变形测量、动态变形测量、板料成形网格应变检测。




技术特点与创新:

(1)解决了大型复杂工件生产现场和应用现场快速检测难题;

(2)可用于中小型工件和微纳米尺度的相关检测,以及材料力学性能的详细分析;

(3)可满足低速到高速的振动冲击和模态分析要求;

(4)具有适用面广、三维全场检测、快速灵活方便优点;

(5)能够与各种有限元数值模拟软件配合使用,用于本构模型建立和模拟仿真验证。

(6)基于多项专利技术自主研制了八个系列系统(国际上只有2个类似系统);


研制了国内第一套实用化的多视场成像系统快速自标定技术、数字散斑三维全场应变检测系统、大尺寸静态变形检测系统、工业三维摄影测量系统等,为材料力学研究提供了宏观和微观的三维全场变形和应变分析方法;


研发了国内第一套实用化的工业三维摄影测量系统,并与研制的光学面扫描系统集成,消除了多次扫描拼接产生的累计误差,实现了整体测量精度控制。


获得多项授权国家发明专利,主持制定国家标准,发表30多篇SCI/EI收录论文。


研制八个系列系统,在航空航天军工、汽车、模具等行业100多单位推广应用。


出口欧美发达国家10多所大学用于复合材料、生物力学、土木工程等科学研究。


为机械、材料、力学等多个行业和多个学科的发展提供了快速方便的三维全尺寸测量方法和材料力学性能评价手段。


在多学科多行业进行了开创性的应用。实现了宏观到微观的三维全场外形、变形、应变快速检测分析技术。


三维全场应变和三维变形快速测量分析三维数字图像相关法(DIC)全场应变测量、欢迎各大学跨学科合作研究合作进行三维全场应变实验


材料力学、断裂力学、土木工程、生物力学、微观纳米、复合材料






2007年以来,国际上基于数字图像相关法(Digital Image Correlation,DIC)测量全场应变技术,得到了爆炸性发展和应用,广泛应用于各个学科的研究,如材料力学、生物力学、断裂力学、微观纳米应变测量、宏观大尺寸变形测量、各种新材料性能测试等。


欢迎各大学和研究所,基于数字图像相关法XTDIC三维数字散斑动态应变测量分析系统”进行跨学科合作研究,合作进行三维全场应变实验。


随着各种数值模拟软件的普及,三维全场应变变形的测量需求越来越迫切。各种数值模拟的结果与实际情况存在偏差,迫切需要实际测量的变形和应变数值进行校正。


采用三维全场应变变形测量技术可以代替传统的应变片和位移传感器,三维全场应变变形测量技术不但使用简单方便,快速实现三维变形和应变测量,而且可以完成应变片和位移传感器无法实现测量工作。可广泛应用在板料网格应变测量、材料力学试验、生物力学试验、模具检验、大变形等领域。


XTDIC散斑动态应变三维全场应变快速测量材料力学性能;

XTSD静态变形测量   适合大尺寸(<100m)大变形测量;

XTDA动态变形测量   快速测量动态三维运动轨迹和姿态;

XTSM板料应变测量   网格应变法测量板料成形的三维应变;



关键技术和特色

突破一系列工业三维摄影测量技术实现了系列化的测量分析系统。实现了多相机快速标定、三维重建、点云处理、变形分析等技术。研制了八个系统,用于三维坐标测量、点云采集、三维静态和动态变形、全场应变测量分析、板料成形应变分析。拥有多项发明专利,国际上只有1个单位具有该系列技术。

多相机多幅面的相机柔性自标定技术。解决了传统标定方法需要高精度标定块,实现了快速、方便、高精度相机标定,是工业三维摄影测量的基础和核心。


随着中国制造业的快速发展,汽车、飞机、船舶、军工等行业中普遍加工大型复杂工件。目前对于中小型工件(长度小于1米)的三维测量,基本能满足检测和反求要求。而对于大型的工件(工件长度为1米~100米),如汽车大型模具和覆盖件、装焊后的大型设备、水轮机叶片、大型结构件、飞机工件和模具、船舶部件等,由于很难将其搬到台式三座标测量机进行测量,目前主要采用激光跟踪仪、经纬仪、模板模线等对工件的一些关键点进行测量。这些测量设备检测速度慢、存在繁琐的移站问题、价格高,且无法进行全尺寸检测,只能测量工件关键点三维坐标。所以对于大中型复杂工件的三维检测,是国内企业迫切需要解决的问题,严重制约了中国大型制造业的技术水平。


研制的系列工业三维全尺寸轮廓和全场变形应变系统


西安交通大学先进制造技术研究所,前身为创办于1952年的锻压教研室,是全国最早的锻压专业之一,拥有100多人的教职工和研究生。与信息机电研究所进行跨学科研究,综合了计算机信息技术、机电控制、图像处理、工业摄影测量、材料成形、模具技术、材料力学等多学科,研制了系列化的八个三维摄影测量系统,用于三维全场应变测量分析、动态和静态变形测量、板料网格应变测量、三维面扫描、反求设计与逆向工程、三维全尺寸检测。


系统

功能

XTDIC三维数字散斑动态应变测量分析系统
技术原理:三维数字图像相关法DIC
测量幅面:几毫米~几十米
应变测量范围:0.01%~500%
测量频率:1Hz~50000Hz
用途:各种材料的力学性能测试、数值模拟分析

XTFLC 板料成形极限曲线测量系统
1)每个试验可以获得更多的数据,一组试验可以得到大量的数据, 例如:断裂极限曲线、各种应变的极限曲线、板材外部和中间的结果;
2)高精度测量,高精度的材料数据,测试结果接近生产;.
3)快速得到结果、成本低廉的试验;
4)无需进行断裂试样结果评估补偿。

XTDVC 体积内三维全场应变测量系统
XTDVC 系统处理的是体成像设备所获得的同一物体内部在变形前后的两幅体层图像,结合DVC(Digital Volume Correlation)方法,通过分析变形前后的3D体图像获得变形信息,实现变形前后物体内部的三维坐标、位移、应变的测量,具有便携,速度快,精度高,易操作等特点。

XTSD三维光学静态变形测量分析系统
技术原理:基于三维工业摄影测量技术,测量多个静态变形状态的标志点三维坐标
测量幅面:几毫米~几十米
测量精度:0.01毫米~0.5毫米
用途:特别适合测量大尺寸工件的三维变形测量。

XTDA三维光学动态变形测量系统
技术原理:多目立体视觉技术,测量标志点动态的三维坐标和运动轨迹
测量幅面:几毫米~几十米
测量精度:0.01毫米~0.5毫米

XTSM板料成形应变测量分析系统
技术原理:采用网格应变和工业摄影测量技术,在板料上事先腐蚀网格,计算板料成形后的三维全场应变。
测量幅面:几毫米~几米
应变测量范围:0.1%~300%
用途:板料性能测试、几米长的汽车覆盖件板料成形分析

XTMicro显微数字图形相关法全场应变测量分析系统
“XTDIC三维数字散斑动态应变测量分析系统”基础上,发展出四种显微数字图形相关法全场应变测量分析系统
1. 基于单光路光学显微镜的二维全场应变测量
2. 基于体式显微镜的三维全场应变测量
3. 基于电子显微镜的二维全场应变测量
4. 基于电子显微镜的三维全场应变测量

XTRT 三维数字散斑实时跟踪测量分析系统
通过双相机(或单相机)对散斑和标志点进行实时跟踪,从而获得散斑和标志点的位置坐标,通过比对跟踪点位移和跟踪点点间距的变化,获取测量物体实时的变形情况,可以用于替代引伸计和其它一些需要实时获取变形信息的场合。

XTOM三维扫描仪
技术原理:外差多频相移技术,快速获得复杂曲面轮廓的密集点云,与XJTUDP摄影测量系统配合使用,实现全自动拼接,并消除多视扫描拼接累计误差。
测量幅面:几毫米~几十米
测量精度:0.03mm(单幅扫描)
用途:反求逆向工程、三维全尺寸检测

XTDP三维光学摄影测量系统
技术原理:三维工业近景摄影测量技术
测量幅面:几毫米~几十米
测量精度:01mm(4米长)
用途:便携式光学三坐标,一次测量全部标志点的三维坐标。可单独使用,或与面扫描集成使用。

XTSO小型三维扫描系统
技术原理:三维面扫描
测量幅面:几毫米~几百毫米
测量精度:优于0.01mm
用途:针对小型工件的逆向扫描和三维全尺寸快速检测。

XTOM INSPECTOR 点云处理与比对检测系统
海量扫描点云预处理,包括拼接、重叠面融合、降噪等,点云与CAD数模的三维全尺寸比对检测。

XTCAL 多相机多幅面的相机柔性自标定系统
可以完成多种视场的相机标定,可以完成1mm~10000mm视场的相机标定,实现可控的高精度相机标定



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