DIC光测技术学习报告1

DIC光测技术学习报告DIC(DigitalImageCorrelation)技术，即数字图像相关技术，可用于测量物体表面变形，有无需与材料样件接触、适用于任何刚度材料的变形测试、全程跟踪试样变形、量程大、测试适应性小、有利于验证理论对变形场分析的有效性等特点。DIC技术的应用领域十分广泛，可以为机械试验提供2D、3D空间内全视野的形貌、位移和应变数据测量。总的来讲，DIC技术有以下四大优点：1、全场测量：突破传统应变片只能测量单一方向应变，没有测量点数限制2、非接触：不需要粘贴应变片3、易学易用：DIC技术在室内室外均可使用，只需白光照明，不需激光或特殊照明条件，软件操作容易，算法最精准和快速可产生3D云图，系统很容易上手4、测量范围广泛：应变量测范围从几十个微应变到2000%，测量对象可以从毫米级到几十米。DIC测量系统的最新特点有以下几点：1、振动测量：通过相位同步技术使用低速系统大测量高速振动2、模态测量：时域转频域分析3、显微测量：拥有专利技术的光学失真校正4、体应变测量软件：提供软件分析实现真正意义的有限元对比5、多系统阵列：满足超大物体及测量环境的限制6、远程控制：真正意义为DIC图像采集提供便利DIC技术对比的是被测物体表面的灰阶特征。灰阶影像上，每一像素依亮暗的不同，分成0-255的数值。当被测物体表面产生位移时，其上的特征点也会随着移动。分析时，在参考影像内取一字方格，此方格就像一片应变规，其内包括一些斑点特征，只要在变形后的影像中找出对应的子方格，也就是格内的特征点与原方格一模一样的子方格，再比较此变形后影像中的子方格与变形前影像中具同样斑点特征的子方格，在三维方向的位移，就可得知被测物体表面该子方格的位移。子方格内特征点随时间变化情况如图1所示。图1试验过程中所选影像子方格随时间变化情况变形会带动表面斑点的移动，观察斑点特征的移动距离，即可间接得到物体表面的受力位移或受热位移。DIC测试系统主要包括光源、CCD探测器、图像采集器、数字图像处理软件四部分。在测试机前，试样表面要经过散斑处理，散斑的形状和位置随试样变形发生变化，数字图像相关分析方法可以精确追踪到试样表面每一个像素点的变形情况，实时变形的试样表面图像由CCD镜头的像素阵列信号记录并存储到图像数字采集卡，进而转存电脑实现软件的处理分析，该原理图如图2所示。图2DIC测试原理DIC测试技术方便又快速，不限制被测试样的大小，均只需几个步骤就完成全场三维的变形测量，具体步骤如下：1.准备试样，将试样表面喷上哑光漆，待用；2.架好相机支架，安装连接架，在连接架上安装镜头架，在安装的同时，通过调整支架各个部分的水平仪保持仪器水平，从而确保试验结果的准确性；3.打开镜头盖，将镜头与计算机相连（连接成功后，镜头后方指示灯显示为绿色），在计算机上打开VIC-snap软件，选择PGRI选项，弹出两个窗口，即显示镜头所采集的试样实时形态；4.调整镜头，保证试样所需测试范围在两个镜头所包含的范围内，并通过调焦使试样显示清晰，即软件能分辨出试样表面像素点从而进行计算；5.将软件的两个镜头实时显示窗口中的标定十字对中，即通过试样表面漆点的分布特点使两个窗口中标定十字对应在试样同一位置上；6.选择合适的标定板进行标定，即以不同的角度和方向摆设标定板拍摄图片，所摄图片经软件处理得到此时设备的试验误差值，如误差值小于0.1，则可开始试验；7.进行试验，即MTS试验机进行试验的同时，VIC-3D光测设备开始拍摄，取得试验过程中试样变形影像；8.将试验过程中的图片通过软件处理，得到试验过程中相应力学参量；9.输出结果。总的来讲，DIC测试实只需简单四步即可完成应变测量，步骤如下图所示：散斑制作标定相机变形测量图像相关图3DIC测试技术四个步骤最新Vic-SnapApp将会改变建立图像相关试验的方式，手机或平板电脑将成为设置相机的利器。双指缩放图像；十字准星帮助您调整相机位置；控制曝光来获得良好的图片；轻触屏幕即可获得校正图片。此App与大多数iOS和Android设备兼容。现已在AppStore和Googleplay上架。图4手机显示界面在试验过程中需要精确控制试验开始时间与VIC-3D光测系统开始时间，保证二者一致，从而确保光测系统获取试样表面特征点变形的实时性。DIC实验测试过程中经常遇到的几大问题如下：1.特征点不明显，这是由于喷漆不当造成的，给试样喷漆时应注意尽量使各个漆点之间形态不同，从而易于计算机区分；2.试样反光，无法测量，相对来说，金属试样更容易反光，但几何形状为板条状的试样反光情况相对于漏斗试样要明显降低；3.光测试验过程中CCD镜头等设备的小幅振动将对试验结果造成误差，故应将设备支架放于平稳处，并且试验过程中要求实验人员减少走动；4.试验环境对光测设备存在一定影响，故在光测试验进行时，应尽量避免高温、热浪等使试验结果产生误差；5.若试验进行前未将仪器调整至平衡，则累计的误差将使得试验结果偏差较大，故需在实验前将仪器所有水平仪调整至平衡位置。DIC测试技术可以解决的问题主要有：静态动态载荷，弯曲和平面都可测量，高温低温潮湿及真空环境，测量范围涉及到金属材料、复合材料、聚合物、木材、泡沫、玻璃、生物体，测量长度范围从0.8MM-50米，应变范围从几十个微应变-2000%，应变不受刚体位移影响，室内、室外都可以应用、不使用激光。VIC-3D软件系统的操作主要包含以下几个步骤：1、添加散斑图片2、选取划分区域3、添加校正板进行标定4、分析VIC-2D软件系统与VIC-3D软件系统的操作步骤大致相同，区别在于用VIC-2D软件系统进行计算分析时可以不用标定直接进行分析。附件：光侧例子附件实例1：PA66聚合物光侧实验:PA66聚合物拉伸试验进行的同时，运用VIC-3D光测系统对试验过程进行光学测试，采集数据传入计算机，通过相应软件进行分析计算，得到试验过程中试样表面的轴向应变分布云图。VIC-3D光测系统实时测量情况图1所示。图1VIC-3D系统测试实况初始时两种漏斗构型试样表面的应变分布云图如图2-图3所示，此时试样未发生形变，轴向应变为零。图2R=10mm试样初始表面应变云图图3R=5mm试样初始表面应变云图随着拉伸试验的进行，试样发生变形，试样表面的应变云图也随之变化。拉伸试验结束后，经过软件分析计算得到两种漏斗试样破断时表面的轴向应变分布云图，如图4-图5所示。图4R=10mm漏斗破断表面应变云图图5R=5mm漏斗破断表面应变云图实例2：焊接样件材料非均匀性测量图6焊接样件测量图图7焊接样件图8焊接样件细部图9焊接样件全场应变