DIC多相机协同方案在复杂结构360°全景形貌与变形场检测中的应用研究

双目视觉DIC测量方法,是目前最重要、适用范围最广的光学实验力学方法。双目视觉DIC方法在复杂环境下的工程测量中,已得到成功的应用和广泛的认可。但是双目视觉DIC在测量诸如圆柱、球体等大曲率试件时,测量的精确度不够高且达不到全周测量的需求。

采用新拓三维XTDIC三维全场应变测量系统多测量头方案,将大曲率试件分割成若干小区域的离散化测量方法,即可解决大曲率试件全周360°测试难题。通过更多的不同视角的相机场记录物体表面图像,充分利用相机分辨率,从而得到全场的三维图像变形结果。

DIC测量与数模检测比对

新拓三维DIC软件可将散斑网格与数模进行对齐,可以方便地观测局部在整体模型中的位置和变化趋势;通过与数模进行比对,观测被测物变化过程中,试样表面相对数模(作为基准)的位姿变化和变形情况。

圆柱结构件 360°全周变形测量

大曲率物体不同方向力学性质可能完全不同,因此单纯对物体某一表面的测量,并不能代表物体全场的实际变化。将一定曲率的圆柱结构件展开,根据试件本身的尺寸特征, 采用DIC多测头360°全周变形测量方案,保证测量区域完整性。

XTDIC三维全场应变测量系统多测头方案,调节横梁和相机的位置,使每个测量头系统的有效测试区域达到全周的 1/4。每个相机均与硬触发控制器相连,保证多组图片采集的同步性。

试验过程中,对圆柱结构件试件施加荷载,XTDIC系统多测头相机同步采集数据,直至测试结束。DIC技术可测量圆柱结构试件360°全周所有X/Y/Z轴的数据,无需使用大量的单轴加速度计或昂贵的双轴、三轴加速度计;DIC软件自动生成全场位移和变形信息。

XTDIC三维全场应变测量系统多测头方案,能够对圆柱结构件的水平/竖向位移、倾斜、变形等实现高精度、高频率、连续全周期的有效测量,形成完整的变形监测参数数据。

另外,通过XTDIC系统的数模比对功能,观测结构变化过程中,工件表面的位姿变化和变形情况,可视化分析与原始数模比对偏差X、Y、Z、E数据,有助于分析结构动态变形数据和结构的动力响应特性,实现构件变形的全场、动态、实时测量。

针对圆柱试验的大曲率测量问题和工程实验需要,采用新拓三维XTDIC多测头方案进行360°全周变形监测,能够有效监测圆柱体试件表面任意位置的变形及破坏形态;

另外,通过XTDIC系统数模比对功能,分析试件在载荷变化过程中的位姿变化和三维位移及变形数据。实验结果有助于结构力学响应分析和变形控制,为科研人员及工程师提供正确的模型修正参考。

关于多相机三维数字图像相关

由于相机分辨率会限制视场范围,双目DIC测量难以监测到全部区域。如大曲率圆柱物体,无法同时被两个相机视图完全覆盖,且不同方向力学性质可能完全不同,因此单纯对物体某一表面的测量,并不能代表物体全场的实际变化。

1、两个相机的夹角过大,观测部分易受试件本身的遮挡,产生视觉盲点;

2、两个相机的夹角过小,离面的分辨率将降低;

3、通过改变镜头配置增大测量区域,导致变形的空间分辨率降低;

4、镜头的景深有限,在远离测量中心部位易出现散焦现象。

新拓三维多相机三维数字图像相关法,采用多组测量头,通过提前标定在统一坐标或校准对齐,逐帧对齐的方式实现三维空间的坐标统一。在实验现场,可根据具体工况条件选择最有利方式进行多测量头标定和测量,比如现场环境存在振动,测量头之间始终不能做到刚性连接,需选择逐帧去动态校准。同时针对一些特殊的工况,现场不能搭建多组测量头时,可以采用反射镜方案来实现三维空间测量。

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