主题:【原创】视频引伸计用于传统材料力学试验与研究(知识篇)

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music008
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传统接触式引伸计在实际应用中存在很多问题,比如:

  • 最常用的应变片式引伸计具有固定的标距和测量范围,当需要不同的标距和测量范围的时候需要购买不同的引伸计,当然由于是机械接触式,通常属于易损件,用一段时间通常需要更换,当然每个引伸计都需要单独标定。
  • 大部分的接触式引伸计均不能在破坏性试验中跟踪到试样破坏,试验移除引伸计以后的应变通常通过推算获得,这样不够准确。
  • 既然是接触式,打滑(本身刀口不锋利,挂钩式弹簧力度不够,或者人为绑得不够紧)或者安装方式不正确等人为或者机械本身存在的问题是无法避免。
  • 由于传统接触式引伸计局限于测量范围和不抗破坏造成的冲击,所以中途需要人为取下来,这样既不安全同时忘记取下来也会造成引伸计破坏。
  • 传统应变片式引伸计通常采用喇叭口双臂张开方式测量,两个臂与试验的固定点处于弧线运动,当行程较小的时候,比如3毫米以下可以忽略非线性运动造成的误差,但如果行程超过3毫米,弧线运动造成的误差将无法忽略,国产引伸计通常在3毫米以下能满足精度0.5级,但是超过3毫米精度将越来越差。
  • 传统接触式引伸计只能测量接触的部位,假设需要同时测量轴向和径向的变形则同时需要两个引伸计。
  • 对于薄膜或者其他生物材料将不能采用接触式测量,因为接触式第一会破坏试样,第二接触式本身有自重或者作为力反馈单元(全自动引伸计)使试样在机器以外遭受重力造成的外力和反作用力将影响试样的严谨性。


上述问题归根结底主要原因是采用了接触式测量,因为接触式在变形量大或者破坏性的试验中,又或者是极端环境(高低温)下测量接触式都存在局限性和弊端,为此研发非接触式引伸计一直是国内外试验机行业所追求的目标。

非接触式引伸计最初为激光引伸计,但是激光引伸计存在如下局限性和弊端。

  • 试样上通常需要粘贴激光反射条,但是激光反射条容易脱落
  • 测量的局限性同传统接触式引伸计一样,也只能同时测量两个激光反射条的位置,无法做到同时进行轴向和径向的测量,更加无法做整个试样的测量进行有限元分析

随着工业CMOS和工业镜头的价格下探,采用工业相机加镜头方式测量变形变成可能,但是最初开发的视频引伸计如同激光引伸计一样存在诸多问题,最初的视频引伸计同样需要在试样上的标距位置画黑白相间的参考线,因为此视频引伸计是寻找灰度变化最大的区域,既然是画线就存在如下问题:

  • 随着拉伸变形大最初的画线会淡化(如同注水)造成对比度下降从而导致目标丢失,因为视频引伸计是寻找颜色差异最大的两个位置,显然这两个位置随着变形量增大将可能出现在试样上的任何位置,并且有可能是因为光照或者阴影导致的干扰
  • 如果在金属上做试验的话,通常钢筋或者钢板都有一层氧化皮,当画在氧化皮上的标记脱落后跟踪目标随即丢失


鉴于上述视频跟踪灰度差的方法会导致跟踪目标的准确性及其不可靠,容易受到变形量大、光照剧变或者表皮脱落等原因的干扰,采用此视频引伸计的用户基本都放弃了使用。

那么最新的视频引伸计是采用什么原理呢?原理与人脸识别属于同类型的技术,视频引伸计通过跟踪标距位置的特征然后将受力变形后的特征与最初的特征或者上一个特征进行对比寻找相关性(学术上称:数字图像相关性),寻找各个特征移动后的几何中心的方式确定移动距离,也就是通过碎片的移动轨迹找到爆炸中心,此方式能从根本上解决抗干扰问题,即便是表皮脱落除非是一次性全部脱落,当然这种概率及其小,等于是一次性将脸全部蒙住,但是只要像佩戴口罩一样只遮住部分特征始终是能识别跟踪的,因为脸部其他特征都还在,所以此跟踪方式非常可靠。

上海尤沃尔测量系统开发的视频引伸计采用目前国际最先进的数字图像相关技术,基于跟踪材料表面散斑特征的方式跟踪指定位置特征用于测量材料应变数据,该引伸计采用非接触方式测量,在不对材料施加任何外力情况下对材料应变的整个过程进行全程测量,另外由于非接触测量方式结构,整个引伸计无任何易损件且测量精度不会像传统机械接触式引伸计随着使用频率的增加有任何改变,散斑特征式非接触测量因其优异的性能和突出的优点将引领和改变材料力学测试未来的发展方向。

特点:

由于是非接触测量方式,一个视频引伸计可替代传统接触式引伸计根据不同使用环境使用所购买的昂贵的引伸计,比如高温引伸计、低温引伸计

由于是非接触测量方式,不对被测试样施加任何外力,保证试验的严谨性,特别是对薄膜等表面易划伤且破断力低,传统夹持式引伸计无法使用等材料的完美解决方案

不需要任何机械式接触被测试样,测量整个试验过程的变形且中途不需要取引伸计,充分保证试验操作人员的安全

引伸计标距任意设定,引伸计在试样上的摆放位置任意设置

视频引伸计对于钢筋连接件、钢筋和土工布试样不需在试样上做标记可直接测量,检验全过程无耗材

视频引伸计需要新增检验项目时,只需购买升级软件功能包即可实现新的测试方法(某些特定场合需要增加照明和支架,或者更换镜头)

视频引伸计的试验过程可记录,试验结束后过程可追溯,便于发现找出问题。

采用光学原理,无任何机械损耗,一旦标定精度终身不变。


视频引伸计工作视频参考:

视频引伸计用于常温金属拉伸

视频引伸计用于高温金属拉伸

视频引伸计用于弯曲、抗折试验

视频引伸计用于金属棒材拉伸


视频引伸计用于金属薄板拉伸





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看起来非常不错,价格应该也非常贵吧,如果都超过了试验机的价格,人们接受起来会很难吧
视频引伸计
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对于一般客户群体价格是比较难接受,但是价格不算非常贵比全自动引伸计便宜很多,价格相当几个进口epsilon引伸计的价格,但是手动操作的接触式引伸计属于易耗品,操作也繁琐,长期来看视频引伸计更划算,如果用在科研上的话,全自动引伸计远远不如视频引伸计功能灵活强大,这个是它的强项。
沧海青城
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研究或高精测试用这种帮助很大,要求不高的过程测试并不是很划算
视频引伸计
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有什么特殊的,难解决的应变测量项目可以随时咨询
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视频引伸计
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新鲜出炉的弯曲、抗折试验视频,采用视频引伸计可以进行各种灵活的测量是传统接触式引伸计无法做到的
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视频引伸计
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金属棒材拉伸试验:

  • 自动填直径(平行段的平均直径)
  • 自动计算弹模、屈服、最大力总延伸、断裂总延伸,断后伸长率
  • 自动计算断后直径计算断面收缩率
  • 试验完成后可改标距继续重新计算,或者修改其他条件进行测试

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2021/5/18 0:49:45 Last edit by music008
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原文由 上海尤沃尔测量系统(music008) 发表:
金属棒材拉伸试验:

  • 自动填直径(平行段的平均直径)
  • 自动计算弹模、屈服、最大力总延伸、断裂总延伸,断后伸长率
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感谢介绍,对于设备安装后的空间关系不了解,我有个疑问,如果是处于不稳定的空气介质中,是否对测量精度产生较大影响?
316L
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学习了,有几个问题请教一下:
1.视频引伸计精度怎么样?能与接触式引伸计比较一下精度吗?对于一般的金属材料拉伸测试,本身拉伸行程就不大,
接触式的引伸计精度最小0.5级,精度很高。而且性能特征点,Rp0.2之后也不需要,可以取下引伸计,不需要全程跟踪;
2.对于工厂等环境不怎么好的地方,震动较大,接触式的引伸计直接与样品绑定,应变精度还算有保障,
视频引伸计不与样品直接接触,精度怎么样?
3.对于弹性很好的塑料薄膜,拉伸过程中特征点变化很大(类似于人脸图像被拉很长),这种没有划线和贴感应片,
是怎么捕捉特征点的,会不会识别失误?


上海尤沃尔测量系统
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请看下面的解答:

原文由 316L(v3108995) 发表:

学习了,有几个问题请教一下:
1.视频引伸计精度怎么样?能与接触式引伸计比较一下精度吗?对于一般的金属材料拉伸测试,本身拉伸行程就不大,
接触式的引伸计精度最小0.5级,精度很高。而且性能特征点,Rp0.2之后也不需要,可以取下引伸计,不需要全程跟踪;

答:点击看视频引伸计精度检定不全程跟踪如何取得最大力总延伸、断裂总延伸和断后伸长率? 最大力总延伸需要用到引伸计夹持到最大力的时候,断裂总延伸和断后伸长率的计算还是采用传统的手工操作的,也就是用标距点机打点,断后拼接再去量标距点的最终长度计算, 这个过程需要人为操作,费时费力,问题是肉眼误差和人为误差导致每个人做出的结果都不一样。
另外就是断面收缩率也是断后拼接再计算的
再一个就是横向应变的测量,比如金属薄板拉伸,如果按照传统的方式需要再购置横向的引伸计。
不同标距的纵向应变测量需要购买不同标距的引伸计
做低温试验要低温引伸计
做高温试验要高温引伸计

而上面的这些只需要一个视频引伸计就能解决,甚至包括试样的直径、宽度等尺寸测量视频引伸计都能完成。


2.对于工厂等环境不怎么好的地方,震动较大,接触式的引伸计直接与样品绑定,应变精度还算有保障,
视频引伸计不与样品直接接触,精度怎么样?

答:一般实验室都有几台试验机,其他机器拉断试样的振动和噪音本身就是干扰源,视频引伸计肯定要抗干扰才有使用价值,视频引伸计的最大干扰源来自于光,比如拉力机靠窗突然中途阳光照射到试样上或者突然开关灯之类的,这种现象叫曝光过度,也就是突然别人开远光灯导致什么也看不见,市面上大部分视频引伸计不抗光干扰,我们有独特的抗干扰技术。
拿相机拍人脸照片,人移动头像识别也是动的,人脸识别得要人一直站在那一动不动?
另外视频引伸计不存在打滑现象,因为不需要接触


3.对于弹性很好的塑料薄膜,拉伸过程中特征点变化很大(类似于人脸图像被拉很长),这种没有划线和贴感应片,
是怎么捕捉特征点的,会不会识别失误?

答:变形过大(比如变形量1000%)会导致失败,但是我相信怎么也比接触式可靠,对于变形过大的样拉长的时候接触式卡的位置无法保证是原来的位置,这个想也想得到,因为表面是光滑的,另外薄膜也无法用接触式,这样会损坏试样。

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2022/7/22 21:16:26 Last edit by music008
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