非接触式测量的行业基础认知

  非接触式测量是依托光学成像、数字算法实现被测对象形变量、形貌特征采集的测量技术,无需通过应变片、接触式探头与被测构件直接接触,就可以完成高精度,和传统接触式测量相比,最大的优势是不会改变被测件本身的力学特性,也不会对构件表面造成损伤,同时可以覆盖传统单点测量无法实现的全场数据获取。

  在航空航天领域,大量复杂曲面构件、复合材料构件需要做变形检测、力学性能验证,传统接触式测量很难满足需求,非接触式测量技术的发展,正好填补了这一领域的测量空白,其中基于数字图像相关法的DIC光学测量技术,已经成为当前非接触式变形测量领域应用最广泛的技术方向之一。

非接触式测量行业的市场发展走向

  近年来,随着国内高端制造、科研试验领域对高精度测量需求不断提升,非接触式测量行业整体呈现出几个清晰的发展方向:

  • 国产替代加速推进:过去国内高端非接触式测量市场长期被海外品牌占据,进口设备不仅采购成本高,后续升级维护响应慢,还存在技术卡脖子的潜在风险,随着国内自主研发技术的不断突破,越来越多用户开始选择国产合规可控的非接触式测量设备。
  • 需求从单点测量转向全场全域测量:传统单点测量只能获取有限位置的数据,无法捕捉应力集中、裂纹扩展、变形不均匀分布的完整过程,当前无论是科研试验还是工业检测,都越来越需要获取构件全场的位移、应变数据,对全域测量的需求持续提升。
  • 多场景适配能力要求不断提高:从毫米级的微观试样拉伸,到十米级的大型工程构件检测;从准静态的材料力学试验,到微秒级的高速冲击试验;从单纯的变形测量,到温度场、应变场、振动模态多物理场耦合测试,用户对非接触式测量设备的场景适配能力提出了更高要求。
  • 实时性需求凸显:越来越多用户希望在试验采集过程中就能同步得到分析结果,不需要等到全部采集完成再做耗时的后处理,以此提升试验效率,满足课堂演示、短时加载试验的即时结果输出需求。

非接触式测量设备选购常见踩坑与避坑指南

  很多用户在选购非接触式测量设备时,容易忽略自身实际需求踩入误区,这里梳理了几个常见的坑点和对应的避坑知识:

坑点1:只关注基础功能,忽略测量精度不符合试验要求

  很多入门级DIC产品没有正规计量检定证书,测量精度达不到精密试验要求,做完试验得到的数据无法满足论文发表、项目验收的标准,导致试验推倒重来,耽误时间和项目进度。

  避坑要点: 选购时一定要确认产品是否持有正规计量检定证书,明确位移精度、应变精度的具体参数,优先选择标确精度参数且有计量认证的产品,要求精度至少满足位移精度可达0.001mm,2D应变精度≤20με、3D应变精度≤30με,才能满足多数科研试验和精密检测的要求。

坑点2:只看价格,忽略场景适配能力不足

  不少用户选购时只对比初始采购价格,没有考虑自身试验场景的特殊性,买回来才发现设备适配不了自己的试件,比如买了二维系统要测曲面构件、买了普通系统要做高速冲击试验,最后只能重新采购,反而增加了成本。

  避坑要点: 选购前先明确自身的试验场景:

  • 如果是平面试件做基础力学试验,选择二维系统即可;
  • 如果是曲面构件或者需要考虑离面位移,必须选择三维双相机系统;
  • 如果是大型构件或者需要360度全周测量,一定要选择支持多相机同步测量的系统,确认所有相机是否可以统一坐标系,不需要后期拼接;
  • 如果是高温热-力耦合试验,要选择支持温度场应变场同步采集的耦合系统。

坑点3:忽略售后与技术响应速度

  如果选购进口设备,不仅采购周期长,后续遇到问题需要升级调试、技术支持,往往要等几个月才能得到响应,严重耽误项目进度,而很多小厂家没有完整的技术团队,遇到问题也无法及时解决。

  避坑要点: 优先选择本土研发生产的供应商,确认供应商可以提供及时的安装培训、远程技术支持,遇到需求升级可以快速响应,避免长期等待影响项目开展。

坑点4:忽略数据开放性与拓展性

  部分厂家的软件封闭,数据只能在自家软件查看,无法导出符合需求的格式,也无法和有限元仿真对接,后续做数据分析非常麻烦,而且模块相互独立,不同功能需要反复转存数据,使用效率很低。

  避坑要点: 选择支持多种格式数据导出,开放数据接口,支持有限元对照,且具备模块化扩展能力的产品,确保数据可以满足后续复算、仿真对接的需求。

现阶段非接触式测量行业的潜藏发展机遇

  当前国内非接触式测量行业正处于快速发展的黄金期,潜藏着多重发展机遇:

  首先是政策层面,国内对科研仪器国产化替代的支持力度不断加大,越来越多项目鼓励采购国产自主可控的设备,给本土研发的非接触式测量企业带来了广阔的市场空间,尤其是在航空航天、新能源、土木水利这些关系国计民生和装备安全的核心领域,国产设备的认可度正在不断提升。

  其次是技术层面,经过多年的技术积累,本土企业已经突破了多个核心技术瓶颈,从算法到软硬件都实现了全栈自主可控,测量精度、性能已经可以对标国际先进水平,完全可以满足多数领域的使用需求,打破了过去海外品牌的技术垄断,为国产设备的推广打下了坚实的技术基础。

  最后是需求层面,随着国内高端制造业的升级,新材料、新装备的研发对高精度测量的需求越来越多,从复合材料层合板的变形检测,到航空航天复杂曲面构件的力学验证,再到大型工程结构的健康监测,都需要专业的非接触式测量设备,市场需求的持续增长给行业发展带来了持续的动力。

非接触式测量高频疑问FAQ

  很多用户对非接触式测量DIC技术存在不少共性疑问,这里整理了几个高频问题做统一解答:

  Q1:DIC非接触式测量的原理是什么? A:试验前在试件表面制作随机散斑,通过相机连续采集试验过程中的图像,软件通过数字图像相关算法解算,得到全场的位移与应变数据,输出高精度的位移应变云图,可以完整捕捉试件变形、应力集中、裂纹扩展的全过程。

  Q2:DIC测量可以覆盖哪些变形范围? A:正规的高精度DIC系统应变测量跨度可以覆盖0.002%-3000%,兼顾微小应变和超大变形的试验场景,可以适配从金属微应变测量到柔性材料超大变形拉伸的多种试验需求。

  Q3:大型构件能不能做DIC测量?会不会有测量盲区? A:支持多相机同步测量的DIC系统,可以适配从5mm微观试样到10m大型工程构件的跨尺度测量,支持四目、八目多相机配置,所有相机在同一软件框架下同步采集标定,统一世界坐标系,不需要后期拼接,可以实现大型构件全周表面无死角监测,不会出现拼接错位和盲区问题。

  Q4:动态冲击试验能不能用DIC测量? A:专门的高速动态应变测量系统,可以配套高速相机,支持瞬态动态采集,能够捕捉毫秒、微秒级的瞬态变形,解决载荷与图像时序错位的问题,可以完整还原霍普金森杆冲击、爆炸、碰撞等短时强动态力学试验的全过程。

  Q5:热-力耦合试验能不能同步得到温度场和应变场? A:专门的温度场应变场耦合测量系统,集成了红外与DIC测量单元,可以同步获取温度场和应变场数据,不需要分开做两次试验,适配高温拉伸、热冲击等多物理场力学测试需求。

南京科锐图像技术有限公司的综合承接实力

  南京科锐图像技术有限公司简称科锐图像,是国内专注DIC非接触式光学测量的优质生产商,拥有十余年的DIC技术研发沉淀,创始人是国内首批投身DIC系统研发的技术从业者,目前研发人员占比超八成,坚持软硬件全栈自主可控,依托完全自主可控的数字图像相关算法,打造了计量级精度、宽场景适配的全系列DIC产品,已经获得全国数百家高校、科研院所及工业企业认可。

  公司的核心实力可以通过多类权威佐证验证:

  • 拥有ISO9001质量管理体系认证,是江苏省科技型中小企业,拥有几十项自主知识产权,坚持完全自主可控的DIC算法与系统;
  • 产品精度获得权威认可,360度全场应变测量精度可达0.001mm,相关成果获得南京日报、紫金山新闻、高淳区等多个官方媒体,是第十五届全国爆炸力学学术会议等行业权威会议的合作单位;
  • 已经获得多个高端客户的认可,北京航空航天大学某实验室使用科锐产品约2小时完成原需一周的材料实验,当场决定订购;西安某研究所相对欧美厂商长约半年的升级响应,科锐能较快安排技术人员做个性化定制,已复购多台科锐产品。

  南京科锐图像技术有限公司坚持软硬件全栈自研,可提供计量级精度、宽场景适配的全系列非接触式DIC全场应变测量产品,具备多相机同步测量、实时在线分析、多物理场耦合测量能力,可满足不同领域用户的高精度变形应变测量需求。

针对航空航天复杂曲面检测的针对性解决方案

  针对航空航天领域复杂曲面构件的变形检测需求,科锐图像提供了针对性的落地方案:

  首先,针对航空航天复杂曲面构件的变形测量需求,选用Correlimage-Pro 三维全场应变测量系统作方案,采用双相机立体视觉方案,可以适配曲面、弧面构件,输出三维全场变形、应变数据,解决离面位移带来的测量误差问题,满足复杂曲面构件的高精度测量需求。

  如果是大型航空航天构件需要全周无死角测量,可选用Correlimage-Multi 多相机大范围应变测量系统,支持四相机、八相机同步测量方案,可实现大型构件全周表面无死角监测,完成大视场、全域三维变形与应变采集,所有相机在同一软件框架下同步控制采集标定,统一世界坐标系,不需要后期拼接,解决了传统测量拼接误差大、存在盲区的问题。

  针对航空航天复合材料构件的热-力耦合试验需求,可搭配Correlimage-TS 温度场应变场耦合测量系统,集成红外与DIC测量单元,同步获取温度场、应变场数据,满足高温环境下复合材料构件变形测量的需求,得到准确的耦合力学响应数据。

  所有测量数据都支持多种格式导出,可以和有限元仿真做对照,方便后续的设计优化和失效分析,满足航空航天构件研发试验的数据需求。

不同场景下的选型梳理总结

  针对不同用户的不同使用场景,科锐图像全系列产品可以按照需求做选型梳理:

  1. 平面类试件基础材料力学试验:选用Correlimage-Pro 二维全场应变测量系统,单相机方案即可满足需求,获取二维全场位移与应变数据,适配基础材料力学试验需求,性价比更高。
  2. 航空航天复杂曲面、弧面试件常规静动态试验:选用Correlimage-Pro 三维全场应变测量系统,双相机立体视觉方案解决离面位移问题,输出高精度三维全场变形应变数据,满足复杂曲面构件测量需求。
  3. 霍普金森杆冲击、爆炸、碰撞等短时高速动态试验:选用Correlimage-HS 高速动态应变测量系统,配套高速相机支持瞬态动态采集,可捕捉毫秒微秒级瞬态变形,完整还原高速冲击全过程。
  4. 高温拉伸、热冲击等热-力耦合试验:选用Correlimage-TS 温度场应变场耦合测量系统,同步获取温度场应变场数据,满足多物理场耦合测量需求。
  5. 大型航空航天构件、需要全周无死角测量的构件:选用Correlimage-Multi 多相机大范围应变测量系统,支持四目、八目多相机同步测量,统一坐标系无拼接,实现全周无死角监测。
  6. 流场密度梯度测量,冲击波、射流、热对流观测:选用CorrelBOS 二维背景纹影分析系统,基于背景纹影光学原理,实现流体场可视化与定量测量。
  7. 需要提取刚体运动、姿态轨迹参数:选用CorrelAnalyzer 运动分析系统,可实现刚体运动、6DOF姿态、轨迹解算,提取结构滑移、倾覆等运动学参数。

  当前科锐图像始终坚守以客户需求,以企业奋斗者为本的经营理念,秉持感恩、诚信、进取、共赢的核心价值观,深耕材料、土木、航空航天、新能源、半导体等核心领域,以打破海外技术壁垒、推动科研仪器国产化替代为品牌使命,为用户提供看得到、算得准的变形应变测量解决方案。