主题:【原创】从视频引伸计开发者角度探讨关于视频引伸计的计量

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视频引伸计
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视频引伸计作为一个新兴的应变测量工具已经慢慢进入力学测量领域,早期主要是因为价格过于昂贵,而且普及率不高,国内有机会接触的人就更少。

国内一直缺乏视频引伸计的计量标准,即便是意见稿我也没看出针对视频引伸计有任何特殊的计量方法,可能是都没怎么接触过。

我们研究视频引伸计已经将近十年,接触的都是国外最前沿的视频引伸计开发工程师,最早是在试样上画标记,现在最新的都不用这样操作了,最近看到很多人提及视频引伸计的检定问题,所以写了这个帖子希望能帮助对视频引伸计的计量的理解。

视频引伸计和传统引伸计一样,把视频引伸计跟踪的标距设定为引伸计标定仪微分头的移动杆就好了,根据0.5级精度的要求,绝对误差1.5微米或者0.5%,通常第一个监测点肯定是选绝对误差,比如第一个点0.2毫米(200微米)假设选0.5%的话那么误差不能超过1微米,这种情况当然选1.5微米,那么计量视频引伸计的第一步就静止看视频引伸计的数值波动是否超过了1.5微米,假设波动都超过了这个值那么肯定是第一个点的精度要求超过了,市面上的视频引伸计估计大都检不过,包括进口的。

第二是物距,也就是视频引伸计与引伸计标定仪的摆放距离,因为通常市面上的视频引伸计镜头与单反相机的结构是一样的,物体摆得近那么成像就大,物体摆得远成像就小,成像大自然就清晰(也就是有效像素高)自然精度就高,所以摆放距离必须和实际应用一致,也就是视频引伸计的视野(通常我们用的是轴向区域),也就是在视频引伸计里面看到当前物距下尺子的长度(拿把尺子放在物距位置),否则检定的时候是小视野实际使用又是大视野就属于作弊行为,因为小视野精度高,大视野精度低,当然还有其他的镜头,这个这里不多提及,只说常用的,但是无论任何镜头都是有物距这一说,也就导致视频引伸计里面也有物距和视野的参数。

综上所述,视频引伸计的计量与常规引伸计无异,如果按照标准走的话。

但是实际是视频引伸计和其他引伸计的区别在于软件算法,也就是视频引伸计的大脑,算法是无法简单检定的(就像拉力机只检测个最大力,对于软件求取屈服或者其他结果就不计量了),这里主要针对不做标记的视频引伸计,当然做标记(在试样上画标距线)的视频引伸计还有其他问题,在下面一节提及,这里说的算法主要用于识别设定目标区域(也就是试样标距位置),即便目标变形严重(跟人脸识别类似,虽然是同一人但是每次是有差别的),算法必须要找到正确的几何中心,但是计量的时候微分头杆跟拉伸中的试样是有明显区别的,所以此检定仅仅能说明对于外形不变的物体的测量具备精度,不能说明在测量变化的物体的时候具备同样的精度,唯一的检定方法只能与全自动引伸计得出的数据进行比对,此方法与检定摆锤冲击用标样类似。

通常做标记(在试样上画标距线)的视频引伸存在的问题是物体拉伸或者其他变形导致引伸计的物距产生变化,而视频引伸计是无法知道的,就像同一张照片里面和人一样高的远处的山在视频引伸计测量里高度是一样的,当然还有其他办法解决,仅举例说明为什么计量视频引伸计不能跟传统引伸计一样。

可以看出视频引伸计不能传统方法检验尺子一样的检定,最直接的方式是用标样做比对,也是最准确的。


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h04206010006
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原文由 h04206010006(h04206010006) 发表:
现在视频引伸计最低能是什么价位啊
视频引伸计不属于标准产品,也没有标准产品,看项目难度定价,所谓的标准产品商家也会问清楚你做什么用,然后帮你定制,也就是最便宜的也不一定适合你的项目
h04206010006
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原文由 视频引伸计(music008) 发表:
视频引伸计不属于标准产品,也没有标准产品,看项目难度定价,所谓的标准产品商家也会问清楚你做什么用,然后帮你定制,也就是最便宜的也不一定适合你的项目
比如gbt 228.1之类的产品呢
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原文由 h04206010006(h04206010006) 发表:
比如gbt 228.1之类的产品呢
那要看是加工的标样(哑铃试样)还是母材(钢筋之类的),还有就是取决试样断裂前标距的长度,这个参数决定视野范围,另外就是是否需要求取弹性模量等结果参数,视频引伸计用于金属测量比非金属难度要高,具体取决于实际的项目。
h04206010006
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原文由 视频引伸计(music008) 发表:
那要看是加工的标样(哑铃试样)还是母材(钢筋之类的),还有就是取决试样断裂前标距的长度,这个参数决定视野范围,另外就是是否需要求取弹性模量等结果参数,视频引伸计用于金属测量比非金属难度要高,具体取决于实际的项目。
那看来都是个性化订制的了
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原文由 h04206010006(h04206010006) 发表:
那看来都是个性化订制的了
对的,主要适合科研,试样和要求千奇百怪,另外就是那些常规接触式引伸计不方便测量的应用,比如试验在环境箱、高温炉或者透明溶液里,对于常规金属拉伸试验只有钢厂批量化试验比较划算。
Linconst
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厉害,说的很全,一看就是行业的专业人士。我们视频引伸计是自己开发的,因此对这块的计量问题之前也做过很多的探究,也就这个帖子来补充两句,希望多交流。
(1)如咱们所说,国内缺乏标准来计量,但目前国外有两个标准是可以参考来做视频引伸计校准的,所以实际去执行时可以对视频引伸计做校准。我们已经按标准去做过了,可能是算法问题,没遇到咱们说的达不到1.5μm以内的情况,我们0.3mm以内校准精度1μm以内。0.5级的引伸计标准,国外的视频引伸计确实有些是达不到的,但也有可以的,主要看他们的算法。
(2)物距和视野这块确实存在校准时的物距、视野和实际使用时的物距、视野有偏差的情况,但这个其实不是缺点,正因为视频引伸计的视野可调,才能用同一台机器适应更广的测量要求,至于因此导致的计量校准使用哪种视野的问题,只需要依据用户实际使用的最大视野进行校准就可以了,不用考虑的那么麻烦,毕竟视野小了,精度肯定是更好的。
(3)至于咱们考虑的校准使用的是微分头杆,和实际变形的试样不一致,建议咱们其实无需考虑,因为电子引伸计校准时,也是使用的不变形的微分头杆,同样有这个问题。也就是说,标准上就不要求计量校准变形试样下的精准度,而且你想测变形试样下的精准度,首先得有确定的变形基准做参考,目前来看,行业没有这种参考基准。按照咱们说的,拿全自动引伸计做对比来参考的话,因为全自动引伸计也是通过不变形试样计量校准得来的精准度,最终视频引伸计和全自动引伸计两个测量的变形试样位移值有差值,咱们也无法说明哪个更准确。而且从理论上来说,如果视频引伸计的算法比较好,视频引伸计得到的值理应更准确。当然,我们也在金属拉伸实验中,用视频引伸计对比过全自动引伸计,会有差异,最大26%的应变偏差大部分在0.1%-0.2%,非常小,可以说两者基本是一致的。
(4)最后,视频引伸计不建议咱们用标样做比对来替代校准。标准样件本身的偏差范围就比我们要测试的范围大很多,就算用标准样测得的断裂应变、弹性模量等数据在范围内,也无法定量说明视频引伸计的精度,只能定性说明视频引伸计偏差很小,但具体多小,是否满足标准,这种方法是测试不出来的。
视频引伸计
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原文由 Linconst(Ins_81afc6ed) 发表:
总算有人能提出针对性的讨论,先根据您的论点阐述我的观点。

1)精度问题取决于视野对应的像素数量和算法能达到的亚像素等级,特别是光路,这个不深入讨论了,精度高那么视野就小,小视野精度1微米或者更高不是什么问题,但是不具备实用性,通常使用的都是大视野,大视野通常的问题是数据波动大,因为同样面积视野对应的像素少,造成不确定性大。

2)这里的物距仅仅讨论的是精度检定问题,所以物距跟视频引伸计声称的精度要对得上。

3)对于第三点讨论的问题,我估计您针对的是画标距线那种引伸计,也就是跟踪灰度对比度的,这种确实和传统引伸计跟踪不变的位置类似,我这里说的是DIC算法的那种,也就是不做标记或者标记仅仅是增加特征而非标距线,也就是类似于人脸识别,更具备实用性,因为画标距线操作起来繁琐,另外就是对于变形大的材料标距线会变淡或者随试样表皮脱落。视频引伸计理论是更精确,但是涉及到检定就必须量化,也就是检定的时候具备可操作性,视频引伸计跟踪的是标距位置的中间值或者平均值,而夹持式引伸计仅仅是单个接触点,这就是为什么双侧引伸计比单侧引伸计更精确,因为双侧可以取平均值。但是精度高理论终究是理论,目前我认为最合适的检定方法就是跟夹持式引伸计一起做试验比对,目前没看到更合适的可执行性的方法。

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2021/5/12 16:16:30 Last edit by music008
夜豹
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《GB/T 12160-2019 金属材料 单轴试验用引伸计系统的标定》附录F 视频引伸计
有讲到用常用的机械标定方法来设置 视频引伸计
视频引伸计
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原文由 夜豹(liangking) 发表:
《GB/T 12160-2019 金属材料 单轴试验用引伸计系统的标定》附录F 视频引伸计
有讲到用常用的机械标定方法来设置 视频引伸计


视频引伸计技术本身分为好几种,最早的就边缘算法,也就是做标记(通常黑白挨着的两条横线或者类似能产生高对比度的标记,颜色对比度大的地方被认为是边缘,也就是采用边缘算法,这是十多年前的技术),这种固然是能采用机械标定法,因为原理是一样的,但是这种做法最大的问题是不抗干扰而且繁琐,既然是找对比度大的位置,那么随便一个强光就能导致对比度改变或者目标丢失,实验室开灯关灯数值都能变化几微米,标准里面也讲了操作这种引伸计通常还不能穿亮光的衣服(见标准GB/T 12160,第38页描述)。实际情况是采用边缘算法的视频引伸计即便采用跟常规引伸计一样的机械标定法很多精度都达不到,因为环境光骤变会导致数值突变,也就是在标定过程中人靠近或者站远一点数值都会发生改变,这种引伸计只能在黑暗的环境下才能基本保证数值的稳定性。

另外一种是采用DIC技术 (全场应变视频引伸计),DIC技术对于大部分材料不需要做标记跟踪材料表面的自然纹路(见标准GB/T 12160,第40页G.4的描述),标准已经引入了与常规引伸计对比的方法,这个方法是国际标准ISO 9513-2012年就已经提出了的。
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