圆柱体试件如何实现360°测量?

在材料力学测试、复杂构件检测等领域,试件的全表面变形测量一直是行业痛点——传统DIC(数字图像相关)测量多采用单相机或双目相机布局,仅能实现试件单面测量,存在明显测量盲区,无法完整捕捉复杂试件的全域变形特征,难以满足高精度、全方位的测量需求。
为破解这一行业局限,CorrelimageDIC依托核心技术研发,推出8相机同步采集DIC测量方案,通过多相机协同工作,实现试件360°全表面无死角测量,为复杂构件的全场变形分析提供可靠技术支撑。本文将围绕该技术的应用展开,详细介绍其实现方式、实验过程及应用效果。
首先简单介绍DIC测量的基本原理:DIC技术作为一种光学非接触式测量方法,通过捕捉试件变形前后的表面散斑图像,分析散斑的空间迁移,进而重构试件表面的全场位移与应变场分布,具有非接触、高精度、全场测量的显著优势,广泛应用于材料力学行为分析和检测领域。
8相机同步采集DIC技术,在传统DIC原理基础上实现突破:采用8台高分辨率相机环形均匀等角度布设,实现同步曝光,确保8台相机同时捕捉试件不同角度的表面图像,从360°无死角覆盖试件全表面,彻底解决传统单/双目DIC测量的盲区问题。

与传统DIC测量相比,该技术的核心优势的在于“同步性”与“全域性”:8台相机通过统一的同步控制模块,实现帧级高精度同步采集,避免因采集时间差导致的测量误差;环形布设的相机布局,可完整捕捉试件侧面、背面等传统方法难以覆盖的区域,实现真正意义上的全场测量,这也是CorrelimageDIC针对复杂试件测量的核心技术突破。
工程现场实验内容为8相机全周试件单轴压缩实验,技术验证实验,体现 8相机同步采集DIC技术在试件360°全场测量中的可行性与稳定性,实验过程严格遵循标准化流程,具体如下:
选取典型圆柱形全周试件(360测量构件),试件材质为岩石,表面通过喷涂随机散斑的方式制备符合DIC测量要求的散斑图案,确保散斑分布均匀、对比度适中,为后续图像采集和数据解算奠定基础;实验环境控制在在室内无振动、常温的实验室,避免环境因素影响测量精度。

现场实验图

硬件设备采用Correlimage-Multi 8 多相机大范围三维视觉位移应变测量系统,搭配专用同步控制模块、高分辨率相机与镜头,8台相机环形均匀布置在试件周围,确保每台相机的拍摄范围相互衔接,无遗漏区域;同时采用标定板对8台相机进行同步标定,计算相机内参与外参,建立高精度三维坐标系,保障测量精度。

实验启动后,通过同步控制模块,触发8台相机同时启动、同步曝光,对试件全表面进行连续采集,采集频率根据试件变形特性设定,确保完整捕捉试件在测试过程中的全表面变形过程。采集过程中,系统实时监测每台相机的工作状态,确保图像采集的连续性和同步性,避免出现漏拍、错拍等问题。

8相同步采集

采集完成后,对8台相机采集的图像数据进行分析,通过数字图像相关算法,追踪散斑的位移变化,8 台环绕相机完成试件 360° 全表面的位移场和应变场分布曲面完整重建,解决普通双相机视野遮挡、数据缺失的缺陷,精准捕捉单轴荷载下试件隐蔽位置的局部非均匀变形。

本图为 8 相机圆柱试样单轴压缩全场应变可视化结果,左侧三维重构云图完整呈现试件受压后的表面应变分布状态。云图中蓝青色代表低应变弹性区,侧面红黄条带是受压产生的应变集中损伤带。
右下角应变 - 时间曲线清晰划分单轴压缩三阶段:弹性阶段曲线平缓,应变缓慢增长;塑性阶段荷载持续加大,曲线斜率上升,应变集中带持续扩张;临近红色虚线临界破坏点时曲线陡增,应变非线性暴涨,预示试件损伤贯通、即将失稳破坏。

本图为 8 相机圆柱单轴压缩全场位移云图。云图色彩沿试件轴向分层渐变:顶端大面积红黄色代表受压产生的最大位移区域,向下逐步过渡为青、蓝色,底部约束端位移数值最低,完美匹配单轴压缩上下端约束受力边界。
右下角位移 - 数据序列曲线量化展示压缩全过程位移演化规律。加载前期曲线平缓,试件仅产生小幅均匀压缩位移;随加载序列推进,曲线斜率持续增大,压缩位移加速增长;至红色虚线标记临界节点时曲线急剧上扬,位移爆发式提升,直观反映试件临近失稳破坏时整体压缩变形急剧加剧的特征。
本次现场试验验证技术表明,Correlimage-Multi 8 多相机大范围三维视觉位移应变测量系统,成功实现了试件360°全表面无死角测量,彻底解决了传统DIC测量存在的盲区问题,填补了复杂试件全域测量的技术空白。
从应用效果来看,该技术不仅具备高精度、全域性的优势,还大幅提升了测量效率,无需多次调整相机布局,一次性完成试件全表面采集与分析,适用于复杂异形构件、大型结构件等各类试件的全场变形测量,在航空航天、汽车制造、材料科学、土木工程等领域具有广泛的应用前景。
一项成熟技术的落地,从来不是一蹴而就的突破,而是长年累月的迭代深耕。

CorrelimageDIC 多代 DIC 测量技术迭代
回望整个技术发展路径可以清晰看到,四代更迭间,测量覆盖率从最初的 25% 提升至如今的 100%,盲区、遮挡、数据缺失等行业共性难点被逐一破解。面向未来,CorrelimageDIC 仍将保持务实钻研的节奏,持续打磨算法与系统稳定性,优化数据处理效率,为各行业客户提供更可靠、更全面的非接触式 DIC 变形测量支撑,助力行业测试能力稳步进阶。