视频引伸计技术原理及研发历程介绍

2022年10月20日，新拓三维正式对外发布高精度视频引伸计XTDIC-VG系列新品，下面由新拓视频引伸计产品经理柏晓春，向大家揭密新拓视频引伸计有那些创新、功能和应用。

当前我们正处在中国制造2025的进程中，中国制造取得了举世瞩目的成就，受政策支持影响，近几年我国不断投入研发高新材料，对材料测试需求攀升的同时也提出了更多更高的要求。比如钢厂钢筋高吞吐量对自动化测试的需求、材料卡材料库的准确建立、医疗健康/老龄化等对骨骼关节、心血管材料的可靠性验证；新工艺/金属/塑料/生物组织、新能源电池/电机/储能系统都需要可靠的测试数据支持以加快推广、还有大量热塑性聚合物等循环利用的材料也需要可靠的测试方案。

拉伸测试作为表征金属材料强度、塑性和刚度的常见手段，具有操作简单、成本低等优点，在工业及科研中均大量使用，配合试验机的引伸计是获取应变的重要设备。

引伸计本质就是测量两点的变形。

其测量技术从手动向自动，接触式向非接触的发展已成趋势。

手动电子式引伸计。一个标距一种规格，接触式打滑或者柔性材料难以夹持，测量断裂前需要摘除仪器，逐步出现的自动引伸计解决了人为中断摘除引伸计的问题，但其本质上还是接触式引伸计。第一代非接触式视觉，以灰度差追踪边缘特征，稳定性较低。新一代DIC数字图像相关法以亚像素追踪，精度高、任意标距测量，鲁棒性高。

提到DIC技术我想先介绍一下我们公司

新拓三维是一家致力于先进三维光学测量技术研究、系列测量设备应用研发及技术方案提供的国家高新技术企业，也是深圳首批“专精特新”企业。在三维全场应变测量领域，新拓三维是研究较早、应用领域较广泛、技术与服务能力较为成熟的企业，其产品遍布全场应变、特征跟踪、材料仪器等多个领域，项目技术曾获得国家技术发明二等奖，陕西省科学技术奖一等奖。

新拓三维在全场应变领域的产品分布主要是以下三个方向：

CONST三维全场应变测量系统和MICRO三维显微应变测量系统已成为不同尺度变形应变测量的一个有力工具；STROBE三维动态测量系统是运动工况下高速变化等场景提供测量范围内的三维全场应变及位移测量技术与方案；在材料仪器方向，在原有FLC三维板材成型极限测量系统的基础上研制的XTDIC-VG视频引伸计，为用户材料力学性能测试提供了更大的灵活性，并在广泛的应用中提供了最佳的可用精度。

视频引伸计应该是怎么样的呢，我们也试着给视频引伸计下了一个基本定义

新拓三维认为，视频引伸计应该是基于视觉技术的新一代非接触测量方式，它通过捕捉样本在加载过程的连续图像，实时跟踪标记对象，解算目标的坐标、位移、应变等多种类型数据并输出测量结果、生成作业报告。视频引伸计可与试验机设备进行数据通讯，测量值通过数字或模拟接口从视频引伸计传输到试验机，然后试验机可以 像其他应变传感器或应变计一样记录和后处理每个测量值。

这么好的产品，使用起来是否方便、快捷呢？

新拓视频引伸计拥有先进、可配置和直观的用户界面，让操作更为便捷。其日常使用非常简单的，仅有4步，大家看蓝色标识的4578步：分别是试样标记、试样夹持、采集计算、分析保存。首次使用则需要多加4个步骤，主要是首次使用的系统连接、位置调节、相机标定和测量配置等，当然一次调试好之后就不用再操作了。

引伸计是干什么的大家知道了，一个重要的问题是：为什么要选择新拓三维视频引伸计呢？

目前确实有上市的同类产品，常见的以2D为主，新拓三维视频引伸计是单相机2.5D，双目3D，我们研发的2.5D和3D的优势到底在哪里呢？

大家知道，以工业相机为主的视觉检测技术，其基本光学模型是小孔成像和光线直线传播。2D的引伸计需要正对试件测量，完全对正基本是不可能的，我们研发的2.5D通过标定算法通过建立测量基准面可以在相机相对试件倾斜的位置上仍然可以同时测量轴向和横向应变。

其次在拉伸过程中因为机械结构间隙、工艺水平等不可避免出离面位移，远心镜头的2D方案只能解决平移的里面位移，但是实际的离面过程往往是三维的。我们也同时有相应的3D产品来完美解决这个问题。

单相机2.5D，双目3D有这么多优势，新拓三维是怎么实现的呢？

大家看下面视图就是2.5D原理示意图

标定一直是光学视觉测量系统的难点和核心，当前的2D引伸计基本以两点比例尺作为标定数据，难以校正全场畸变，尤其是标距由视野边沿变形穿越镜头中心再到边沿，难以全场保持高精度。我们自研全场畸变校正、全参数相机标定及优化算法，通过特制的多点编码标尺全方位进行标定，提高全视野的测量精度，精确校正全场畸变，精度可达0.01px。在解决了3D测量无法高速跟踪计算问题的同时，又创新性的推出2D测量可以斜对试件进行测试的新技术，极大的降低了操作难度和人为影响，提高了测试效率和数据稳定性。

新拓三维视频引伸计的另外一个优势是通过自研拼接算法实现大视野高精度方案。

常见的引伸计视野普遍较小，通过的大视野做法就是通过更换短焦镜头扩大视野，可以理解为精度换幅面，增大幅面的同时降低了精度，很难达到大视野0.5级精度

我们通过自研拼接算法，特征接力破解拼接台阶难题，解决>600mm视野的0.5级精度测量难点。同时提供材料测试镜头和常规镜头的视野拼接，兼具更高精度低应变测量的需求。

单轴测量时，普通试验机因人为操作河大程度上引入试件夹持不正，两侧受力不均的情况。此时精度和引伸计创建位置关系很大，这都会导致数据一致性无法保证。新拓三维推出了平均引伸计功能，通过多组引伸计平均取值能够有效解决试件两侧，一边拉伸一边压缩的情况。

得益于算法、多组点对平均等技术领域积累，新拓视频引伸计在精度方面拥有更优益的表现，

XTDIC-VG60/120的精度达到了JJG 762-2007引伸计计量检定规程0.2级要求。

新拓三维视频引伸计技术原理：
https://www.xtop3d.cn/product_VG.html