XJTUDIC三維數(shù)字散斑動態(tài)應(yīng)變測量分析系統(tǒng) 三維、快速、高、非接觸式變形和應(yīng)變測量分析
概述： 2007年以來，國際上基于數(shù)字圖像相關(guān)法(Dial Image Correlation,DIC)測量應(yīng)變技術(shù)，得到了性發(fā)展和應(yīng)用[參看STRAIN期刊2008年社論]，廣泛應(yīng)用于各個(gè)學(xué)科的研究，如材料力學(xué)、生物力學(xué)、斷裂力學(xué)、微觀納米應(yīng)變測量、宏觀大尺寸變形測量、各種新材料性能測試等。
歡迎各大學(xué)和研究所，基于“XJTUDIC三維數(shù)字散斑動態(tài)應(yīng)變測量分析系統(tǒng)”進(jìn)行跨學(xué)科合作研究，合作進(jìn)行三維應(yīng)變實(shí)驗(yàn)。
XJTUDIC三維數(shù)字散斑動態(tài)應(yīng)變測量分析系統(tǒng)是一種光學(xué)非接觸式三維形變測應(yīng)變量系統(tǒng)，用于分析、計(jì)算、記錄變形數(shù)據(jù)。采用圖形化顯示測量結(jié)果，便于更好地理解和分析被測材料的性能。系統(tǒng)識別測量物體表面結(jié)構(gòu)的數(shù)字圖像，為圖像像素計(jì)算坐標(biāo)，測量工程的個(gè)圖像表示為未變形狀態(tài)。在被測物體變形過程中或者變形之后，采集連續(xù)的圖像。系統(tǒng)比較數(shù)字圖像并計(jì)算物體紋理特征的位移和變形。該系統(tǒng)適合測量靜態(tài)和動態(tài)載荷下的三維變形，用于分析實(shí)際組件的變形和應(yīng)變。
如果被測物體具有很少的紋理特征，需要將表面處理成隨機(jī)散斑紋理，如下圖所示，例如在物體表面噴黑色或白色的自噴漆。
隨機(jī)圖案（Stochastic pattern） 帶有2像素重疊區(qū)域的15*15像素面片 XJTUDIC三維數(shù)字散斑動態(tài)應(yīng)變測量分析系統(tǒng)，采用數(shù)字圖像相關(guān)方法DIC（Dial Image Correlation），結(jié)合雙目立體視覺技術(shù)。采用兩個(gè)攝像機(jī)，實(shí)時(shí)采集物體各個(gè)變形階段的散斑圖像，利用圖像相關(guān)算法進(jìn)行物體表面變形點(diǎn)的立體匹配，并重建出匹配點(diǎn)的三維空間坐標(biāo)。對位移場數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑處理和變形信息的可視化分析，從而實(shí)現(xiàn)快速、高、實(shí)時(shí)、非接觸式的三維應(yīng)變測量。
數(shù)字圖像相關(guān)（DIC）是一光測力學(xué)變形測量方法，DIC又稱為DSCM（Dial Speckle Correlation Method）或數(shù)字圖像散斑相關(guān)DISC（Dial Image Speckle Correlation ）。
數(shù)字圖像相關(guān)DIC的基本原理是通過圖像匹配的方法分析試件表面變形前后的散斑圖像，來跟蹤試件表面上幾何點(diǎn)的運(yùn)動得到位移場，在此基礎(chǔ)上計(jì)算得到應(yīng)變場。在DIC算法中，圖像匹配時(shí)常用圖像子區(qū)的相關(guān)性來表征同圖像上兩個(gè)子區(qū)的相似程度，因此該圖像子區(qū)常稱為“相關(guān)窗”，而DIC名字中也因此保留了“相關(guān)”這個(gè)名詞。
系統(tǒng)資料：簡介---XJTUDIC三維數(shù)字散斑動態(tài)變形測量分析系統(tǒng)(點(diǎn)擊查看)
國際發(fā)展：STRAIN期刊編輯社論(點(diǎn)擊查看)
應(yīng)用：拉伸試驗(yàn)三維應(yīng)變測量分析(點(diǎn)擊查看) 試驗(yàn)分析：XJTUDIC數(shù)字散斑系統(tǒng)與電子引申計(jì)比對試驗(yàn) 技術(shù)分析：數(shù)字圖像相關(guān)技術(shù)DIC的發(fā)展和應(yīng)用（點(diǎn)擊查看） 系統(tǒng)功能：總體功能、主要功能、變形分析、應(yīng)變分析、分析曲線、報(bào)表功能、截線分析、等勢線（點(diǎn)擊查看）
總體功能 |
主要功能 |
變形分析 |
應(yīng)變分析 |
分析曲線 |
報(bào)表 |
截線分析 |
等勢線分析 |
XJTUDIC系統(tǒng)硬件 各種應(yīng)變計(jì)算和分析功能
電子試驗(yàn)機(jī)應(yīng)變測量分析試驗(yàn)環(huán)境 功能特點(diǎn)： - 由兩個(gè)工業(yè)相機(jī)、光源、多功能控制器、計(jì)算機(jī)等組成。
- 多路A/D輸入、多路D/A輸出、多路開關(guān)量輸入和輸出。
- 可與各種試驗(yàn)機(jī)配合使用，同步采集試驗(yàn)機(jī)的力、位移、變形等數(shù)據(jù)。系統(tǒng)也可單獨(dú)使用。
- 實(shí)現(xiàn)二維、三維應(yīng)變測量和分析。
- 強(qiáng)大的處理功能：各種分析功能、各種坐標(biāo)轉(zhuǎn)換功能等。
- 系統(tǒng)在不同時(shí)刻圖像中自動分配一一對應(yīng)的正方形或者矩形的面片,例如15*15像素的面片
- 簡單的試件準(zhǔn)備，試件表面只要求隨機(jī)或規(guī)則的圖案
- 大的測量范圍：采用同一個(gè)設(shè)備，既可測量小件也可以測量大件，試件大小從1mm到2000mm，變形的測量范圍從0.01%到幾個(gè)100%
- 高密度測量點(diǎn)的應(yīng)變測量，三維圖形顯示測量結(jié)果
- 圖形化表示測量結(jié)果，對試件性能提供理解
- 各種坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，如3-2-1坐標(biāo)轉(zhuǎn)換
- 測量過程和結(jié)果數(shù)據(jù)的生成和輸出功能
- 用默認(rèn)或者自定義的顏色來表示計(jì)算和測量結(jié)果的顯示
- 系統(tǒng)具有移動方便，便于運(yùn)輸
應(yīng)用領(lǐng)域： - 應(yīng)變計(jì)算、強(qiáng)度評估、組件尺寸測量、非線性變化的檢測
- 材料（CFRP、木材、 內(nèi)含PE的纖維、金屬泡沫、橡膠等）
- 部件試驗(yàn)（測量位移、應(yīng)變）
- 材料試驗(yàn)（ 楊氏模量、泊松比、彈塑性的參數(shù)性能）
- 生物力學(xué)（骨骼、肌肉、血管等）
- 微觀形貌、應(yīng)變分析（、納米級）
- 斷裂力學(xué)性能
- 有限元分析（FEA）驗(yàn)證
- 動力學(xué)測量（動態(tài)測量、瞬態(tài)測量）
- 三維振動分析
- 變形測量
- 動態(tài)應(yīng)變測量，如疲勞試驗(yàn)
- 諧振、沖擊和噪聲激勵(lì)
- 蠕變和老化過程的特性分析
- 成形限曲線FLC測定
- 各種各向同性和各向異性材料變形特性
一般指標(biāo)：
| 測量面積 | 測量范圍可變：幾毫米～幾米，典型尺寸為32×24×24 mm至4000×3750×3750 mm | | 測量靈敏度 | 位移：可達(dá)視場的1/100000，取決于測量條件。（當(dāng)視場為100mm時(shí)約為1μm） 應(yīng)變：典型值為0.01％ | | 測量范圍 | 數(shù)倍100％應(yīng)變 | | 測量輸出 | 表面外形，每個(gè)表面點(diǎn)的三維位移、應(yīng)變 | | 相機(jī)分辨率 | 有多種選擇，100萬像素～1100萬像素 | | 幀頻 | 10Hz~1000Hz | | 標(biāo)定板 | 尺寸從32×24mm至4000×3750mm，可根據(jù)用戶要求提供其他尺寸 | | 控制單元 | 計(jì)算機(jī)控制單元，集成的模擬數(shù)據(jù)采集與記錄輸入單元：多路A/D、D/A、開關(guān)量輸入輸出數(shù)據(jù)采集通道，相機(jī)同步控制電源&plun;0.05V~&plun;10V。 | | 照明單元 | 采用LED冷光源均勻照射被測物表面，以測量。 |
用途： XJTUDIC 三維數(shù)字散斑動態(tài)變形測量分析系統(tǒng) 用于三維變形場測量，成為實(shí)驗(yàn)力學(xué)領(lǐng)域中一種重要的測試方法，其主要應(yīng)用有： 可用于振動測量、動態(tài)應(yīng)變測量、變形測量、斷裂力學(xué)、沖擊激勵(lì)及動態(tài)材料試驗(yàn)中測量材料特性參數(shù)等。系統(tǒng)的靈活的設(shè)計(jì)使應(yīng)用范圍廣泛，包括從微電子或生物力學(xué)的顯微研究至航天、航空、汽車、艦船及鐵路工業(yè)領(lǐng)域的大尺寸部件測量。
1) 在材料力學(xué)性能測量方面：可應(yīng)用于各種復(fù)雜材料的力學(xué)性能測試中。如火箭發(fā)動劑固體燃料、橡膠、光纖、壓電薄膜、復(fù)合材料以及木材、巖石、土方等天然材料的力學(xué)性能的檢測中。 廣泛應(yīng)用于破壞力學(xué)研究中，包括裂紋應(yīng)變場測量、裂紋張開位移測量以及高溫下裂紋應(yīng)變場測量等。
2) 在細(xì)觀力學(xué)測量方面：借助于掃描電子顯微鏡(SEM)、掃描隧道電子顯微鏡(STEM)以及原子力顯微鏡(AFM)，越來越多地應(yīng)用于細(xì)觀力學(xué)測量。
3) 在損傷與破壞檢測方面：可應(yīng)用于多種復(fù)雜材料，如巖石、材料的破壞檢測中。應(yīng)用于一些器件，如陶瓷電容器、電子器件，電子封裝的檢測研究中。
4) 在生物力學(xué)測量方面：應(yīng)用于測量復(fù)位后肱骨頭在內(nèi)旋轉(zhuǎn)及前屈運(yùn)動下大小結(jié)節(jié)的相對位移量，以及頸椎內(nèi)固定器對人體頸椎運(yùn)動生物力學(xué)性能的影響等。 | 
