西安交通大學信息機電研究所西安交通大學模具與先進成形技術研究所地址陜西省西安市咸寧西路28號西安交通大學機械工程學院郵編71049電話0298264583，029864360電子郵件XJTUOM263NET網站WXJTUOMCO傳真298264583，02982640XTMICRO數字散斑三維變形測量分析系統V821使用手冊目錄1系統介紹111系統概述112應用領域113系統特征214一般測量步驟22硬件連接321硬件構成322體式顯微鏡3221安裝步驟3222調節與操作523運動控制器7231面板結構7232運動控制器與系列電動位移臺、電旋臺的連接924散斑控制箱925硬件連接圖123軟件安裝與啟動1331軟件安裝1332相機IP設置1533軟件基礎功能介紹18331軟件視圖18332視圖編輯19333系統模式204測量步驟2341試件準備2342工程創建2443系統標定27431標定原理27432采集設置27433標定過程29434高級操作3244圖像采集3345工程計算34451創建散斑域34452創建種子點37453執行計算38454顯示與編輯405數據分析4251截線42511直線截線42512圓弧截線45513截線點編輯4852元素49521元素的創建49522元素的編輯6053分析62531分析的創建62532分析的編輯656數據輸出6861文檔輸出6862視頻輸出6963報告輸出71631輸出報告71632輸出數據72633輸出工程數據731系統介紹11系統概述XJTUMICRO系統是一種微觀的光學非接觸式三維變形測量系統，可用于微小物體表面形貌、位移以及應變的測量和分析，測量結果直觀顯示，易于理解。該系統通過光學顯微鏡，獲取材料變形過程的序列二維顯微圖像，采用顯微雙目立體視覺和單目多視角攝影測量方法，實現多幅二維顯微圖像的立體匹配和三維重建。基于數字圖像相關法，實現被測物體表面散亂圖案在變形過程序列圖像中的自動識別和跟蹤，從而獲得每個變形狀態全場“相關窗”的三維坐標和形貌，進而解算出被測物體在各變形狀態微觀尺度的三維全場位移場和應變場。圖11XJTUMICRO系統12應用領域材料試驗強度評估非線性變化檢測蠕變和老化過程分析測定成形極限曲線驗證有限元模型測定材料特性均勻和非均勻材料變形過程中的行為分析應變計算13系統特征可用于二維、三維全場變形的測量測量范圍從4MM到10MM；應變測量范圍從005到500作為一種新型光測方法，非接觸式測量物體表面的形貌、位移和應變計算結果可視化，有利于更直觀地分析材料的變形特性選擇方形或矩形圖像子區作為圖像匹配的最小單位，即面片（例如7575像素大小的方形子區）坐標轉換采用321坐標系轉換方法自動生成計算及測量結果報告系統操作直觀，試件準備方便表格11系統指標系統XTMICRO12M30GTR教學型XTMICRO2M20GRS科研型相機參數130萬像素，幀頻30FPS200萬像素，幀頻20FPS測量范圍幾十平方毫米MM2幾個平方毫米MM2視頻采集幀頻30FPS20FPS應變測量范圍005（最小500005（最小500應變測量精度最高為005最高為00514一般測量步驟確定測量范圍。在測量之前，保證被測物體所有變形狀態均在測量范圍之內。如果試件表面特征太少，在試件表面利用噴涂制作散斑特征圖案。創建一個新的測量工程（二維或者三維）并定義工程參數。進行系統相機標定。設置圖像采集參數，如相機幀頻、快門速度、采集次數等，進行應變過程中圖像采集。工程計算。包括面片匹配、三維重建、位移及應變計算等。選擇結果顯示內容（最大主應變、最小主應變、位移、厚度減量等）。數據后處理及數據分析。生成報表（創建并輸出報告）。2硬件連接21硬件構成平行光路體式顯微鏡運動控制器（與電動位移臺配合使用）顯微三維全場應變檢測系統（含2臺工業相機、1臺散斑控制箱，一套顯微標定板）1臺高性能計算機顯微鏡專業LED主光等和背光燈各一個XTMICRO三維數字散斑軟件圖21XTMICRO系統硬件構成22體式顯微鏡221安裝步驟圖22顯示各個組件的安裝順序，圖中數字表示安裝步驟。安裝前，確認所有部件都沒有灰塵和污物，不要劃傷任何部件或玻璃表面。圖22顯微鏡機架一組裝雙目觀察頭圖231將物鏡旋入變倍體的下方，擰緊。組裝后的變倍體如圖中的。2將雙目頭裝配到平行光變倍體時,雙目頭的下沿后方要卡在變倍體上的兩凸臺內，并且變倍體上的定位螺釘要對中雙目頭上方的螺孔長槽內，再用隨機附帶的內六角扳手把螺絲釘緊固。圖23（二）安裝目鏡圖24將機架上的觀察組固定螺釘放松，把雙目變倍鏡體插入機架上的托架孔中，再將雙目觀察組固定螺釘擰緊。拆除平行光雙目變倍鏡體上的防護蓋，將2個10倍可調目鏡插入目鏡管中，直插到端面靠上。裝好后如所示。目鏡上有個黑色橡塑眼罩，觀察時可防止目鏡和眼睛之間的外來光線進入。若帶眼鏡時，可將眼罩向外折疊使用，它們能防止眼鏡接觸和刮擦目鏡。圖24（三）連接電源線圖251在連接電源線之前，將主開關撥到“O”斷開狀態。2把電源線插頭安全地插入到顯微鏡的電源插座上，確保接觸良好。3把電源線插頭安全地插到供電電源插座上，確保接觸良好。當檢驗需用玻璃臺板時，可用玻璃臺板與原處的塑料臺板互換，即可。本顯微鏡上、下燈均使用LED燈照明。允許使用供電電壓100V240V。圖25222調節與操作（一）雙目觀察筒圖26調節瞳間距圖26由于每個個人的瞳孔間距是不同的，所以每次換人觀察時，一般都要作此調整。雙手分別抓住兩個鏡筒左右移動，調整瞳孔間距至兩眼所見的視場合完全重合。調節屈光度圖271將左右目鏡的屈光度調節環都對到0位置。每次換人觀察時都要作出調整，因為各人的視力不同2在載物臺上圓板上放一個易于觀察的樣品。3將變焦旋鈕轉到最高放大倍率5或64或10位置，調節調焦旋鈕對樣品聚焦。4將變焦旋鈕轉到最低倍率08倍位置，以左眼透過目鏡凝視，調左目鏡上的屈光度調節環對樣品聚焦，然后以右眼透過右目鏡凝視，調右目鏡上的屈光度調節環對樣品聚焦。5重復步驟3和4，直至影像準確位于焦點上，即使改變放大倍率也不影響觀察對象的清晰度。工作距離為78毫米。選配2物鏡時，需要將雙目觀察組的托架降低。圖27調節調焦旋鈕張力圖281先用調焦旋鈕將滑板調到較低位置，防止調節中因張力過松，出現變焦顯微鏡鏡體突然落下。2用雙手抓左右調焦旋鈕，固定住左旋鈕，轉動右旋鈕，根據右旋鈕的旋轉張力或上升，或下降。3燈光亮度調節下方照明用下面的右手旋鈕，上方照明用下面的左手旋鈕。燈光亮度根據自己需要調節。圖2823運動控制器231面板結構運動控制器控制面板結構如圖16所示圖29運動控制器前面板1電源開關。2液晶顯示屏由上至下分別顯示X、Y、Z、T軸的當前坐標值，速度值，及速度設定、位移量設定、運行方向設定，以及狀態提示。3鍵盤啟動/停止鍵手動方式時有效。按下此鍵顯示屏上顯示XYZT軸時，在鍵盤上按某個軸，液晶屏上某個軸顯示被選中，顯示與輸出為相應軸的狀態。運行鍵手動方式時有效。按下此鍵則步進電機按設定位移量運行，按一次走一個位移量值。歸零鍵手動方式時有效。按下此鍵則步進電機返回到機械零點。（加鍵）手動方式時有效。當處在設定值狀態時，按下此鍵，閃爍位數值增加一位從09循環。設置鍵手動方式時有效。按下此鍵顯示處在設定狀態，相應位閃爍，此時可按、鍵調整相應坐標軸的參數。再配合選軸鍵選擇各個軸，那么所有軸的參數都可設定。點動鍵手動方式時有效。按一次,電移臺走固定脈沖數100個，連續按此鍵，可直接走到需要的位置。（左移鍵）手動方式時有效。有兩種功能A按下此鍵步進電機按照設定的脈沖數反向運行；B當處在設定值狀態時，按下此鍵，位數可左移。（減鍵）手動方式時有效。當處在設定值狀態時，按下此鍵，閃爍位數值減小一位從90循環。（右移鍵）手動方式時有效。有兩種功能A按下此鍵步進電機按照設定的脈沖數正向運行；B當處在設定值狀態時，按下此鍵，位數可右移。同動鍵按下此鍵，顯示“T”同動選擇，再按此鍵或按“”鍵回到單動界面；按“”鍵選擇同動，轉換到同動界面。運動控制器后面板圖210運動控制器后面板1X軸電動位移臺接口。2Y軸電動位移臺接口。3USB通訊接口。4撥碼開關（用于設置細分數），撥碼開關指示表設置細分數請按照下面撥碼開關指示表設置撥碼開關，得到想要的細分數細分數撥碼開關1撥碼開關21ONON2OFFON4ONOFF8OFFOFF5電源插座。6Z軸電動位移臺接口。7RS232異步串行通訊接口。232運動控制器與系列電動位移臺、電旋臺的連接在確認運動控制器的電源處于關閉狀態下之后，將電纜插頭分別插入電移臺和控制器的連接插坐內，然后旋緊固定螺釘。此后可打開電源開關進行例行操作。嚴禁在電源開啟狀態下進行連接操作下表列出了WNSC600運動控制器與電動位移臺、電旋臺之間的9針控制線接線表。表格21控制器電移臺接口信息表引腳信號名1電源正端（5V）。2零位開關，也做遠端限位開關（低電平有效）。3近端限位開關（低電平有效）。4電源地。5光電開關輸出（低電平有效）。6運動A相繞組正端（A）。7運動A相繞組負端（A）。8運動B相繞組正端（B）。9運動B相繞組負端（B）。24散斑控制箱圖211XJTUMICRO控制箱正面按鈕圖212XJTUMICRO系統控制箱后面板表51插接口名稱插件類型功能針腳定義1激光器控制航空插件GX123P激光器的電源開關控制（系統配置支持時）針腳1中間1個激光器開關控制針腳2左右2個激光器開關控制針腳35V2A/D采集航空插件GX124P三路模擬量輸入采集針腳1A/D采集，端口號AI0針腳2A/D采集，端口號AI1針腳3A/D采集，端口號AI2針腳4模擬地AGND3相機同步控制航空插件GX125P多相機外同步觸發信號針腳1相機1外同步觸發信號地針腳2相機2外同步觸發信號地針腳3相機3外同步觸發信號地針腳4相機4外同步觸發信號地針腳5外同步觸發信號的5V4LED燈控制航空插件GX164P系統光源開關控制針腳1右LED開關電源的正30V針腳2地針腳3左LED開關電源的正30V針腳4地5開關量I/O輸出航空插件GX167P開關量I/O輸出針腳1開關量輸出DO0針腳2DO0地針腳3開關量輸出DO1針腳4DO1地針腳5開關量輸出DO2針腳6DO2地針腳7備用6開關量I/O輸入航空插件GX168P開關量I/O輸入針腳1開關量輸入DI0針腳2DI0的外部地針腳3開關量輸入DI1針腳4DI1的外部地針腳5開關量輸入DI2針腳6DI2的外部地針腳5開關量輸入DI3針腳6DI3的外部地7雙端差分A/D輸入航空插件GX166P雙端差分A/D輸入針腳1一路差分1（正端）AI6針腳2一路差分2（負端）AI14（與AGND接幾十或幾百K歐姆電阻；針腳3二路差分1（正端）AI7針腳4二路差分2（負端）AI15（管腳3735）與AGND接幾十或幾百K歐姆電阻；針腳5備用針腳6地，場設備與2831共用模擬地AGND8D/A輸出航空插件GX165PD/A輸出針腳1D/A輸出AO0針腳2D/A輸出AO1針腳3D/A輸出AO2針腳4D/A輸出AO3針腳5模擬地AGND9機箱電源10相機電源GX162P相機電源針腳1電源12V針腳2地電源負極11外部觸發GX122P連接外部觸發信號，控制箱接收到外部觸發信號不停采集圖像小二針腳插座（直徑12MM）針腳1信號正針腳2信號負12主機連接標準USB接口控制箱和主機通訊連接線標準USB接口25硬件連接圖圖213XTMICRO系統硬件連接圖3軟件安裝與啟動31軟件安裝測量軟件安裝雙擊SETUPEXE安裝文件，您可按照WINDOWS系統的提示逐一完成系統的安裝。在安裝過程中會彈出如圖31所示對話框，可以選擇自定義的安裝目錄，為保證電腦運行速度，系統安裝時不要選擇安裝在C盤。點擊“下一步”繼續安裝。圖31選擇安裝方式圖32自定義安裝目錄由于軟件正常工作時需要用到MICROSOFTNET40數據包，繼續安裝過程中，程序會進行自動檢測，如果本地的計算機上已有版本一致或者更高極的數據包，則會彈出對話框，你可以選擇“關閉”按鈕忽略此步驟，如果未檢測到，則點擊“繼續”按鈕安裝數據包。一般WIN7以上的版本都帶有此數據包。圖33NET包安裝提示驅動程序安裝軟件繼續安裝過程中，系統會自動彈出加密狗驅動、相機驅動以及控制箱采集卡驅動的安裝提示，初次安裝XTDIC時需要依次按照提示安裝完成，XTDIC卸載時不會卸載這些軟件，再次安裝時軟件可以點擊取消跳過這些步驟。圖34加密購驅動安裝圖35相機驅動安裝提示安裝完畢后，會在電腦桌面上出現系統快捷圖標。即“XTDIC”64位三維數字散斑軟件。在安裝目錄下的SUPPORT文件夾下包含有所有驅動軟件安裝包，如果在軟件使用過程中某個驅動軟件損壞，在該目錄上重啟該驅動的安裝包重新進行卸載安裝。XTDIC需要卸載時，再次執行SETUPEXE安裝文件進行修復安裝或者卸載，彈出如圖36所示界面，根據需要選擇“修復”或者“除去”。圖36軟件的卸載注意啟動軟件之前需要插入硬件加密狗，如果未插入加密狗，會有圖37界面提示圖37未插入加密狗提示32相機IP設置系統軟件安裝中附有相機驅動的安裝提示，如果選擇安裝相機驅動，整個軟件安裝完成之后，桌面會自動出現兩個相機相關軟件PYLONIPCONFIGURATIONTOLL和PYLONVIEWER的圖標。目前本系統所使用的相機為BASLER系列相機，這兩個軟件分別為相機IP查看工具和相機控制軟件。系統控制箱中集成的交換機一端由一根千兆網線連接到電腦的千兆網口或者千兆網卡，相機通過千兆網線連接到交換機，因此是需要讓相機IP與電腦網口的IP在同一個網絡段內，即兩個IP段保持一致。1打開BASLER相機軟件自帶的IP修改軟件“PYLONIPCONFIGURATIONTOOL”，點開后的界面如圖38所示，界面左側顯示與電腦連接的所有相機的名稱及SN號，中間左側紅色方框為BASLER相機的IP，右側紅色方框內為電腦IP。通過交換機與相機相連的電腦，每個相機所對應的網口或網卡IP都是相同的，如下圖。相機IP與對應的網卡IP應遵循如下原則IP的前兩個IP段應相同，如圖中所示，編號為21145892的BASLERACA160020GM相機的IP和網卡IP的格式都是168253XXXXXX。圖38相機IP查看圖39相機IP修改（一）2圖38中，由于編號為21145892的BASLERACA160020GM相機與電腦網卡的IP設置已經符合要求，編號為21158567的BASLERACA160020GM相機的IP與電腦網卡IP不同，因此這里我們修改相機IP，選中編號為21158567的相機并點擊“CHANGECONFIGURATION”3點擊“CHANGECONFIGURATION”，在彈出的界面下進行相機IP設置，同時要勾選中“USEPERSISTENTIP”和“USEDHCP”的選項。設置完成之后，點擊“WRITECONFIGURATION”就能保存相機IP設置的信息。圖310相機IP修改（二）4在彈出的窗口下設置相機的IP，并點擊“OK”。圖311相機IP修改（三）雙擊PYLONVIEWER圖標，可對與本電腦連接好的所有相機進行查看設置。圖312界面左上角硬件區域內選擇某個具體相機，左下方特征區內會顯示該相機的所有參數，可點擊某個具體特征查看并修改。點擊連續采集圖標，可以在打開相機并在顯示區內查看相機幀率和像素大小。圖312相機控制軟件注意如果在該軟件中打開了相機，相機程序被占用，在XTDIC軟件則無法啟動，因此需要在該軟件中關閉相機后再在XTDIC軟件中啟動相機。33軟件基礎功能介紹331軟件視圖軟件啟動之后，會進入軟件主界面，DIC821版本軟件視圖各分區如圖313所示，圖313軟件主界面圖標區功能介紹標準圖標區工程新建，打開，保存圖標，系統模式圖標。工程計算圖標區。視圖控制圖標區。三維顯示控制圖標區。工程導航區顯示已建立和打開的工程和該工程下采集得到的圖像列表；信息區計算模式下顯示已創建的各種計算信息；主視圖區顯示計算得到的三維圖像；左右圖像輸出區控制模式下顯示左右鏡頭的視頻輸出；計算模式下顯示采集得到的圖像，右視圖輸出區同時顯示計算得到的數據信息。對于二維散斑系統，由于只用到一個相機，則視圖像輸出區顯示視頻及圖像，右視圖輸出區主要顯示數據信息。設備控制/工程屬性區選擇“設備”顯示相機和采集控制界面，點擊“屬性”切換到工程下三維圖像點的詳細信息區。在工程導航區和信息區內的樹形列表內會出現鎖圖標為信息的顯示圖標，當該圖標顯示為鎖打開時表示該列表信息顯示，顯示為鎖閉合時表示該列表信息隱藏。鼠標左鍵單擊圖標可控制鎖的閉合和打開。332視圖編輯選擇菜單“視圖”“視圖顯示”，該窗口顯示了軟件中不同區域下所有可顯示的視圖，可以對該視圖是否顯示進行編輯，在框內勾取表示顯示，反之隱藏。編輯完成之后點擊應用，若想恢復到默認值，點擊后按“確認”鍵即可，如圖314示圖314編輯系統窗口333系統模式軟件運行過程中劃分為兩種模式，控制模式與計算模式。控制模式只有控制模式下軟件才能實現對相機的采集控制，輸出區域為相機的視頻輸出；點擊圖標，或者菜單“視圖”“系統模式”“控制模式”進入控制模式，此時計算模式不可用，主菜單只顯示與控制區有關的命令，如圖315示；圖315控制模式界面計算模式計算模式下對采集到的圖片進行分析計算，相機控制區不可用，輸出區域為已采集的圖片和計算分析得到的數據；點擊圖標，或者菜單“視圖”“系統模式”“計算模式”進入，此時控制模式不可用，主菜單只顯示與計算分析有關的命令，如圖316示圖316計算模式界面鼠標功能系統運行中鼠標擁有強大的控制功能，具體如下單擊鼠標左鍵選擇菜單命令，圖標命令；單擊鼠標左鍵切換工程導航區的圖片顯示，控制信息欄視圖顯示，輸出視圖顯示；按下鼠標左鍵并拖動可以調節各視圖窗口大小；單擊鼠標左鍵選擇三維顯示區的圖像點，輸出圖像區的圖像點；創建種子點時按下鍵盤CTRL鍵同時單擊鼠標左鍵選擇散斑域的網格點；創建元素時按下鍵盤CTRL鍵同時單擊鼠標左鍵選擇三維顯示區的圖像點；創建截線時按下鍵盤CTRL鍵同時按下鼠標左鍵拖動繪制截線點；在各個視圖區內單擊鼠標右鍵看查看已有的菜單命令；滑動鼠標滾輪可放大縮小三維顯示區圖像。4測量步驟本章介紹了XTMICRO系統的典型測量過程從試件的準備、測量工程的創建，一直到圖像的采集計算及數據處理的詳細操作過程。41試件準備一般情況下，我們通過在被測試件表面噴涂油漆或者粉末的方式形成散斑特征，且在噴涂之前應確保試件表面沒有任何油脂或油。另外，對于一些表面特征較多的表面，具有天然的表面隨機特征，如巖石表面等，無需對試件進行表面處理就可以使用。選擇何種噴漆或者粉末取決于將要進行的測量任務和測量條件。噴涂的散斑最好能適應300的應變范圍和1500C的高溫。第一步，如果需要，首先噴涂白色或者比較暗淡的基料層；第二步，噴涂黑色隨機散斑。較小的測量范圍比大的測量范圍需要更為精細的散斑。為了檢查噴涂的散斑是否滿足你的測量范圍，這里給出了參考散斑圖案，當使用這種散斑圖案時，要保證相機圖像中的散斑尺寸小于面片尺寸。如ERRORREFERENCESOURCENOTFOUND所示。圖41參考散斑圖案警告噴漆可能含有有毒溶劑，請遵守噴漆罐上的警告，不要吸入噴出來的氣體，一定要在良好的通風條件下使用噴漆；避免噴漆接觸你的皮膚和眼睛；噴出來的漆霧一般具有可燃性，因此，禁止吸煙，遠離火源；在噴漆之前檢查試件表面是否適合噴漆。42工程創建啟動系統軟件，在左側導航工程樹上點擊鼠標右鍵選擇“新建工程”，或者直接在圖標區點擊新建圖標，彈出新建工程界面如所示，圖42新建工程界面參數說明名稱工程名稱，系統會生成一個同名子目錄來保存本工程的所有數據和工程文件。路徑該工程的存放路徑，工程不能保存在C盤。類型選擇創建的工程類型，此處選擇“基本散斑工程”；啟動工程參數初始化設置勾選之后會立即彈出工程參數設置對話框（默認），不勾選單擊“確定”，立即完成工程的創建。圖43工程參數設置工程參數設置是對建立的某一個具體工程的相機資源，測量參數，散斑匹配等參數進行具體設置，便于準確快速的計算出結果。在實際測量時，必須要根據硬件的連接情況輸入相機參數值。在相機列表頁面下點擊鼠標右鍵，選擇“新建”，彈出相機參數設置對話框，圖44相機參數設置在該對話框內輸入相機的詳細參數，對于該界面只需關注以下參數，其他值采用默認值即可狀態選擇ENABLE（即啟用相機）；設備類型在下拉菜單中選擇，根據實際硬件連接情況選擇，顯微系統配備的為“BASLER_GIGE”型號的相機，即BASLER千兆網相機；名稱用戶自定義相機名稱，不可同別的相機名稱重復；設備SN號每個相機唯一的序列標識，查看方法參照32，必須輸入正確，否則無法打開相機；相機幅面寬度/高度顯微系統配備的BASLER相機為1624/1236像素。輸入完成后點擊“確認”按鈕，同理添加第二個相機參數，完成之后會在相機列表里顯示添加成功的相機詳細信息。圖45添加相機列表對于其他的“測量參數”，“散斑計算參數”等頁面，系統都給出了默認值，可以根據試驗現場條件進行修改。待所有參數輸入完成，此時可以點擊上圖“另存模板”按鈕將工程參數信息導出保存，便于在其他工程中導入使用。點擊“確定”按鈕，工程創建完成。系統默認保存此工程參數，再次創建新的工程時，參數不發生變化。此時在工程導航欄下顯示已創建的工程列表，選中工程點擊鼠標右鍵，可以對該工程進行編輯。圖46工程編輯注如果在計算過程中需要修改當前工程的工程參數，有兩種方式1在菜單欄單擊“工程”“工程參數”；2在工程名上單擊鼠標右鍵，在彈出的快捷菜單中單擊“工程參數”。43系統標定431標定原理標定是借助于系統配置的標準標定板，利用一定的算法計算出相機的所有內外部結構參數，依靠這些參數正確的重建出測量點的三維坐標。標定板上按照一定規則分布有編碼點和非編碼點，為了使用方便，XTMICRODIC系統配備的顯微標定板上一般包含多個幅面，在實際標定時根據需要選擇合適的幅面，下圖給出了一個顯微標定板示例。圖47針對不同幅面的標定板根據測量幅面選定需要的標定板，將標定板固定在運動控制器上，試驗光線不足時，可采用顯微鏡專用LED背光板放置在標定板下同時固定在運動控制器上，將運動控制器置于顯微鏡正下方。432采集設置將系統選定在控制模式之下，點擊菜單“控制”“打開相機”在軟件中啟動相機，調節顯微鏡的距離，觀察視頻輸出區圖像輸出，待圖像輸出最清楚時固定好顯微鏡和運動控制器的距離，此時兩者的相對位置不可發生變化。設置相機控制參數。在軟件右側設備窗口，可以對相機的快門、增益進行調解，設置采集方式、采樣數、單幅圖像采集時間，控制白光、激光和采集的開啟和關閉，如所示。在相機開啟的情況下，調節效果會在二維圖像窗口實時顯示。圖48設備控制參數相機控制參數相機列表在工程參數下輸入的相機，打開相機后顯示。指令模式可選當前設備和所有設備，表示對所選設備進行設置。增益攝像頭的增益，兩個相機的增益盡量保持一致。非特殊用途，建議增益均設置為默認值，以減少圖像噪聲；快門相機芯片記錄圖像所需的時間。顯微系統中由于光感不足一搬將快門調節偏大。觸發模式指相機采集時的信號觸發方式。包括軟觸發，硬觸發，連續采集，連續方波。采集控制參數采集模式可選低速采集和高速采集；約束采集幀數選擇TRUE時可以設定一共采集多少張圖像；采集幀數在“約束采集幀數”位TRUE，可以設置的最大采集圖像數目；實時顯示已采集狀態每采集一個狀態，圖片都會在工程區中實時顯示。若不選，則是采集完成之后再顯示所有狀態；開啟采集采樣使用內存緩存先將圖片存入計算機緩存中。圖片的存儲和采集在兩個不同的線程中完成，互補干擾。可提高采集速度。外部控制與拉伸試驗機保持一致，選擇之后，系統根據試驗機的運作自動開始/停止采集；調節好控制參數，在界面中觀察視頻輸出的情況如下圖圖49標定板觀察結果433標定過程點擊工具欄標定圖標，進入標定功能界面。本系統采用多步法進行標定，即依次從多個不同方位采集標定板圖像，然后根據采集的圖像進行標定計算。圖410相機標定界面相機標定界面左側顯示工程參數里的相機列表和采集得到的圖像序列，可以雙擊某個相機進行相機參數查看。需要在界面對標定板參數進行設置，在界面點擊“參數設置”圖411標定板參數設置圖412添加比例尺在界面右上方點擊下拉框旋轉使用的標定板類型并在比例尺欄內點擊鼠標右鍵選擇“添加”輸入標定板上固定的比例尺參數，在界面左側項目參數下需要修改標定板參數，之后點擊“確認”按鈕。標定板的參數設置可以在圖像采集之前，也可在標定圖像采集完成之后。一旦輸入標定板參數，系統自動保存，下次使用同樣的標定板時直接選擇即可。在標定界面點擊“采集”按鈕，標定界面自動顯示左右標定圖像的檢測結果，對編碼點自動識別并顯示，此時選擇左右圖像，滾動鼠標滑輪可以對圖像進行放大縮小操作。圖413標定圖像的標志點檢測顯微系統由于測量物體較小，在標定過程中必須依靠運動控制器來控制標定板移動。運動控制器操作方法參照。標定板的位置放置可以參考分別將標定板在初始位置，平面旋轉（Z軸旋轉）90度，平面旋轉180度，并在這三個位置空間順時針和逆時針旋轉（T軸旋轉）至少10度的位置采集圖像。圖414采集多幅標定圖像注意在運動控制器移動標定板的過程中，始終要保持所有編碼點在圖像采集范圍內，并識別所有的編碼點。至少采集10組圖像。如果某組圖像不符合要求，可以在圖像列表點擊鼠標右鍵進行刪除。標定圖像采集完成之后點“計算”按鈕，在標定結果欄內會顯示標定結果。此時必須點擊“應用”鍵完成標定。如果標定偏差太大，系統會提示標定失敗，必須重新進行標定。圖415標定結果成功提示434高級操作實時標定實時標定即采集圖像的同時進行計算。首先在標定板參數界面的“實時標定”參數設置為“TRUE”，再按照上節方法采集圖片，采集3張圖片時，系統開始自動計算，無法計算出結果時，會有下圖提示，圖416標定結果未計算出提示此時點擊“OK”，繼續采集，一般情況下，5幅圖像即可計算出標定結果。在標定結果區域內自動顯示。此時如果對標定結果滿意，可以點擊“確認”應用結果，也可以繼續采集，每采一副圖像，標定結果區數據會實時更新。導入圖像標定如果圖片不是即時采集，而是導入以有的標定圖片，在標定界面圖像列表單擊右鍵點擊“導入”，彈出導入標定圖像對話框，在界面左側選擇相機，右側鼠標右鍵選擇“導入”，選擇圖像所在路徑，導入相機對應的圖像，然后選擇另外一個相機，依次導入。注意要所有相機逐次導入對應圖像之后，確定已經完成標定參數設置，點擊“計算”即可標定出結果。圖417導入標定圖像界面如果要使用導入圖像標定，必須確保拍攝圖像時到現在系統的相機位置不發生變化，否則標定結果無效。44圖像采集開始采集圖像。在工程建立后，使軟件處于控制模式，打開相機，在設備區根據需要設置采集參數，直接點擊“采集”按鈕，或者選擇菜單“控制”“開始采集”，系統實時采集被測物體變形過程圖像，導航欄工程下顯示已采集的圖像列表，某一組圖像（包括左右相機）稱之為一個狀態，圖像根據采集順序自動編號，默認第一組狀態為基準狀態，也就是計算時的參考狀態。選擇某一組狀態點擊鼠標右鍵，可以進行刪除，設置等操作。圖418狀態的編輯被測物體變形結束時再次選擇菜單“控制”“停止采集”，圖像采集結束，軟件切換到分析模式，選擇某一個狀態，在圖像輸出區可以看到左右相機采集到的圖像及圖像采集時間，此時選中圖像滾動鼠標滑輪，可以放大圖像查看，如圖419所示。圖419圖像采集完成示意45工程計算圖像采集完成后，工程的計算包括3個步驟創建計算區域（散斑域）、添加種子點、執行計算451創建散斑域1）點擊菜單“散斑域”“創建”或者直接單擊工具欄上的圖標，會彈出相機域參數設置，如所示。選中左側的相機，單擊，將一個相機添加到計算使用框中。如果所有相機均參與計算，則單擊。圖420散斑域相機參數設置圖421創建散斑域界面2）根據框選模式的不同，面片選擇的第二步略有不同，根據實際需要的面片形狀選擇框選模式。A自由框選單擊確定之后會彈出創建散斑域對話框，設置好確定的參數或者面片區域類型，按下鼠標左鍵，在視圖區中合適的位置移動鼠標，即會選中相應區域作為面片區域；單擊“確定”完成面片的創建B矩形域按住CTRL鼠標左鍵，在圖片區被測物上拖動出一個矩形；在拖出的矩形區域內部雙擊鼠標左鍵（會出現綠色的面片），單擊“確定”。C任意四邊形域按住CTRL鼠標左鍵，在圖片區被測物上拖動出一個四邊形；對四邊形的形狀和位置進行調整鼠標放在矩形的任一頂點上拖動鼠標可以調整四邊形的形狀，放在四邊形的中心點拖動鼠標可以調整四邊形的位置，放在四邊形中心點對應的黃色點上拖動鼠標，可以調整四邊形的角度；在四邊形區域內部雙擊鼠標左鍵（會出現綠色的面片），單擊“確定”。各圖標說明如下選擇面片區域的形狀，依次分別為矩形、圓形、任意形狀；選取部分的方式，依次分別為全選、全部清除、反向選擇；當一次新建多個面片區域時，互相之間的關系，依次分別為新建一個選區、添加到選區、從選區中減去、求選區的交叉部分；在對話框視圖部分顯示的內容，分別為顯示備選節點、抽樣顯示、顯示被框選面片。尺寸設置說明1單擊參數編輯框右側的可以增大或者減小相應參數。其中前三者X/Y方向的參數可以同時修改或者分別修改，單擊參數右側的圖標，可以切換兩種修改模式表示X/Y方向參數同時修改；表示X/Y方向分別修改；2框選模式為矩形域或者任意四邊形域的時候，工具欄中的圖標不可用，且角度和偏移兩個參數也不可用。3對已有面片進行修改時，可單擊“散斑域”“編輯修改”或者單擊工具欄，彈出編輯修改對話框，面片的修改和編輯參照面片創建第二步。參數名稱參數含義更改影響尺寸面片中心點到邊緣的距離面片尺寸大于默認值時測量點精度提高計算所需時間變長不能很好的反映表面的應變分布步長相鄰面片中心點的距離步長大于默認值測量點密度降低計算所需時間減少步長要小于2尺寸1角度面片旋轉的角度偏移面片平移的距離根據以上提示創建好散斑域后，在界面左下方信息區的散斑域頁面會顯示已創建的散斑域列表，在基準狀態的左圖像上顯示散斑域形狀圖422創建矩形散斑域圖423散斑域編輯452創建種子點點擊菜單“散斑域”“種子點”或者單擊工具欄上，會彈出種子點的創建與修改對話框。此時，按住CTRL鍵，在左圖像區的散斑域上合適的位置單擊鼠標左鍵，系統會自動在右側圖像上找到對應的點已黃色十字標出，并在種子點創建界面顯示種子點信息，種子點成功選取之后圖片區和種子點創建與修改對話框圖424基準狀態添加種子點其他狀態種子點的生成自動連續勾選時表示自動連續計算非基準狀態的種子點。下一狀態不夠選“自動連續”，每單擊一次，計算當前狀態的下一個狀態的種子點。創建其他狀態的種子點時，導航欄和圖像輸出區會自動顯示各個狀態的圖像，種子點創建界面也會提示是否創建成功，所有狀態的種子地識別成功之后，在界面上點擊“創建”按鈕，才能最終完成種子點的創建。圖425創建種子點453執行計算種子點創建成功之后，單擊“工程”“自動計算”或者直接單擊圖標開始計算，自動計算工程中的所有圖片。計算完成之后，工程導航欄和三維顯示區顯示計算結果，在三維顯示區內鼠標單擊選中某個對象時，軟件右側屬性區同步顯示該對象的詳細信息。圖426計算結果注意盡量在連續變形小的區域內選擇種子點，如果變形過程中出現斷裂，斷裂之后只能計算出含有種子點區域內的變形，此時可以在未計算出的區域內再添加一個種子點重新計算。自定義計算單擊“工程”“自定義計算”，會彈出自定義計算對話框，如ERRORREFERENCESOURCENOTFOUND所示。圖427自定義計算界面在自定義計算對話框中可以設置計算步驟，有標志點檢測、相機定向、散斑匹配、散斑重建、應變計算五個過程。可以選擇執行其中一部分計算，但是除了標志點檢測后續計算只能在前期計算已完成的基礎上才能完成。計算區間可以設置需要計算的狀態。計算模式有連續計算和重新計算兩種。連續計算用于已完成工程一部分計算以后，需要繼續計算圖像時，可以選擇連續計算，此時會在已計算出的參考點基礎上繼續進行。散斑域選擇需要計算的散斑域（當前散斑域或者全部散斑域）。實時計算功能本系統支持實時計算，即采集圖像的同時計算并顯示應變結果。實時計算的設置步驟為1首先拍攝變形前的一組狀態設為基準狀態。2在基準狀態上設置散斑域并添加種子點。3點擊圖標計算出第一組狀態結果。4將工程切換到控制模式下，在設備控制界面設置采集參數的“實時計算”項目設置為“TRUE”，啟動被測物體發變形過程，點擊“采集”按鈕，此時系統會一邊采集變形狀態，一邊在三維顯示區內顯示已創建散斑域的變形過程。454顯示與編輯完成工程計算后，軟件能夠以三維彩色視圖的形式將計算結果可視化顯示。色譜欄標明不同應變的顏色范圍，散斑域上的變形根據其顏色直觀顯示。不同計算結果的切換可以通過工具欄上的編輯框或者在3D視圖區單擊鼠標右鍵“應變數據類型”中進行選擇。各個變形數據的含義見下表。圖428應變類別顯示選擇表格41應變類別可視化數據類別可視化數據類別DISP_X位移XSHEAR_ANGLE剪切角DISP_Y位移YEPSILONXY應變XYDISP_Z位移ZEPSILONX應變XDISP_E位移EEPSILONY應變YZONXYZZ坐標MAJOR_STRAIN最大主應變RADIAL徑向距離MINOR_STRAIN最小主應變DIFF_RADIAL徑向距離差THICKNESS_RECUCTION厚度剪薄率RADIAL_ANGLE徑向角MISES_STRAINMISES應變DIFF_RADIAL_ANGLE徑向角差TRESCA_STRAINTRESCA應變應變類型應變包括工程應變、真實應變、格林應變三種類型，可以單擊工具欄上應變圖標，或者在3D視圖區單擊鼠標右鍵“應變數據模式”更改顯示。顯示型式計算得到的每一變形狀態的位移、應變等信息可以以點、網格、曲面的形式顯示，還可以顯示變形的方向、變形場的等勢線、應變方向、局部坐標系。通過單擊工具欄上的圖標修改3D視圖的顯示內容。圖429點、網格、曲面的形式顯示應變色譜欄顯示模式鼠標選中色譜欄上，單擊鼠標右鍵，會彈出一個快捷菜單包括模式、精度顯示、樣式等菜單項。在此，可以更改視圖區顯示內容的模式。表格42內容簡要說明全局色譜欄顯示整個工程的應變（或者位移等）結果，面片域顯示當前狀態的結果局部色譜欄和面片域都顯示當前狀態的結果手動手動設置顯示的最大最小值模式約束約束范圍之內的結果以綠色顯示全精度以小數形式顯示計算結果精度顯示科學計數以科學計數法顯示計算結果漸變漸變色的方式顯示計算結果階梯階梯式顯示計算結果水平色譜欄水平放置樣式垂直色譜欄垂直放置顯示、隱藏是否顯示色譜欄（色譜欄隱藏后，需要重新顯示時，需要在“視圖”“三維特征顯示中”重新設置“顯示色譜欄”）設置色譜欄顯示參數（詳見ERRORREFERENCESOURCENOTFOUND）5數據分析51截線截線是用戶自己創建的分析對象。在已測得的三維點中，如果關心某一條線上的三維信息和應變量，可以創建截線進行特殊的分析。系統可以創建直線截線和圓弧截線。511直線截線點擊菜單“截線”“直線創建”，會彈出直線截線對話框，如圖51所示。圖51直線截線對話框直線截線有四種創建方式，設置好參數之后（參數說明詳見表51），可以根據實際需要選擇1手繪直線在直線截線對話框的類型復選框中選擇“手繪直線”；單擊“繪制”；按住CTRL的同時，在3D視圖區中點下鼠標左鍵移并拖動繪制一條直線；繪制完成之后單擊“創建”按鈕則直線截線創建成功。點擊“創建”按鈕時單擊右邊的倒三角按鈕，可以選則在當前狀態創建或者在所有狀態創建。所有狀態創建（拷貝）指的是將當前狀態下創建的截線位置復制到所有狀態之下。圖52截線創建方式圖53手繪直線截線2與坐標軸平行在類型復選框中選擇X方向、Y方向或則Z方向，在“偏移”中輸入偏移距離，單擊“創建”。圖54與坐標軸平行截線3通過元素創建在“類型”中選擇“元素面”，按住CTRL鍵的同時選擇創建的面元素，在“偏移”中輸入偏移距離，單擊“創建”。圖55元素截線4通過陣列創建多個截線在類型中選擇相應的截線類型，勾選“陣列”，根據參數說明設置陣列參數，單擊創建（注意不同類型截線的創建應遵循該類型下的創建方式，例如手繪直線時需要單擊“繪制”，并且按住CTRL鍵的同時在視圖區中繪制直線）。圖56陣列多個截線創建完成之后的截線如圖57所示圖57直線截線創建成功直線創建對話框中各個參數說明見表51表51直線截線參數參數簡要說明類型創建直線截線的類型，根據類型的不同有三種創建方式大小直線沿該垂直于直線方向延伸的面的大小，該值的絕對值越小，面越大偏移當直線截線類型為X方向、Y方向、Z方向或者元素的時候，與相應方向或者元素的偏移距離間距相鄰截線的距離個數截線的個數陣列方向陣列的方向512圓弧截線點擊“截線”“圓弧創建”，會彈出圓截線的對話框，如圖58所示圖58圓弧截線對話框直線截線有四種創建方式，可以根據實際需要選擇1任意圓在“類型”中選擇“任意圓”；單擊“繪制”；按住CTRL的同時，在3D視圖區中面片域的位置移動鼠標繪制一個圓；單擊創建。圖59任意圓截線2指定三點在“類型”中選擇“指定三點”，按住CTRL的同時，在視圖區中選擇三個點，單擊創建。圖510直線三點圓弧截線3通過元素創建在“類型”中選擇“元素圓”，按住CTRL鍵的同時選擇創建的面元素，單擊“創建”。圖511元素圓弧截線圓截線各參數說明見表52表52圓弧截線參數參數簡要說明類型創建圓截線的類型，根據類型的不同有三種創建方式大小圓沿該法向延伸的圓柱的大小，該值的絕對值越小，圓柱越長切分將圓切分的圓弧數，值越大時，越接近于標準圓點1、點2、點3當圓截線類型為指定三點時，分別顯示每個點的信息半徑顯示圓的半徑513截線點編輯創建的截線只顯示與網格線的交點，將這些點記錄為截線點。（A）圓弧截線點（B）直線截線點圖512截線點顯示截線創建成功之后，會在軟件界面左下角區域內的信息區內顯示。選擇頁面即截線信息區。該信息區內顯示所有已創建的截線以及每一個截線有多少個點。選擇某一個截線，點擊鼠標右鍵會顯示截線編輯信息，可以在該菜單內進行刪除創建，設置截線的顯示隱藏信息，也可以查看截線點信息，以及將截線點信息輸出到TXT文檔。圖513截線信息編輯在菜單中選擇“繪制曲線”，在軟件右下角視圖區選擇“曲線”頁面，會顯示截線點的位移信息。該曲線橫坐標為截線點弦長，縱坐標為該點的位移。跟隨系統的變形數據類型而變化，可以直觀觀察點的變形信息。此時在工程欄內點擊不同狀態，截線區會自動刷新該狀態下的位移信息。圖514截線曲線52元素521元素的創建元素是用戶自己定義的三維對象，主要包括點、線、面、圓、槽孔、矩形孔、球、圓柱、圓錐等。點擊菜單“元素”，可以看到各種元素的子菜單，如圖515所示圖515元素類型選擇各種元素的創建主要是基于工程對象（物體點、網格點、截線點、已創建元素）和軌跡點。對其中用到的三維點和元素，除了編輯點之外，都是通過“CTRL鼠標單擊”的方式在三維空間內進行選擇。下面以點元元素為例，簡述元素創建過程1點擊菜單“元素”“點”“點”，會彈出“點”元素創建對話框如圖516所示。圖516創建點元素2在此，有三種方式可以選擇或者編輯相應的點A通過CTRL鼠標左鍵在工程區中選擇工程點（物體點、網格點、截線點、元素）和軌跡點；B在“點”下拉菜單中選擇其中一類工程點（物體點、網格點、截線點、元素），會彈出“選擇工程對象”對話框，選擇相應的點類型之后，會在列表框中顯示出所有點信息，選中需創建成元素的點，點擊“確定”，如圖517所示；圖517選擇工程對象C在“點”下拉列表框中選擇最后一行（三個坐標），彈出“三維點”對話框，在此對話框中可以輸入點元素的坐標或者單擊“工程點”，選相應的工程點，單擊確定。如圖518所示圖518編輯三維點選中或者編輯好點坐標之后，在“點”對話框的“點”編輯框可以看到相應的點信息，圖519編輯點坐標選擇任一種方式創建點時，元素會在三維顯示區自動顯示并在標簽內顯示元素相關信息，如圖521，在圖中點擊“創建”按鈕則元素創建成功，點擊“關閉”按鈕則放棄創建。注意點擊“創建”按鈕旁邊的小三角按鈕，會出現元素的三種創建方式，包括在當前的狀態下創建和在所有的狀態下創建。所有狀態創建（拷貝）是指將當前狀態下該元素的位置不變的復制到其他所有狀態下，便于觀察在其他狀態下該元素的變化。圖520元素創建方式圖521元素信息注意如果是擬合點、直線、圓等元素的時候，選擇點的時候需要點擊工具欄上的，然后點擊對話框中的“更新”才能擬合出相應元素，如圖522所示。圖522擬合點元素各種元素的創建方法詳見下以下表格表53點元素點點擊CTRL鼠標左鍵創建單個的三維點。標簽內顯示點的三維坐標值。分割點在兩個三維點之間的連線上選擇分割點的比例，生成分割點。交點當被測物上相應的元素已經存在時才可使用，為直線和元素的交點，分為線線交點（兩直線之間的交點），元素為直線，圓柱旋轉軸、圓錐旋轉軸。線與平面交點，元素為平面、圓、槽孔、矩形孔。線與曲面交點，元素為球、圓柱曲面、圓錐曲面。異面直線，交點類型為線線交點，交點位置在兩直線最短距離線段的中心。投影點點在元素上的投影，分為點在線上投影，即點到直線的垂足。點到面上的投影，即點到平面的垂線與平面的交點。點到曲面的投影，球和圓柱為所投影的點到球心或圓柱中心的連線與曲面的交點，圓為圓環上與投影點距離最短的一點，圓錐為投影點到圓錐曲面上距離最短的一點。直線點直線點為直線的端點，可以是起點也可以是終點，在元素屬性中設置，元素包括直線、槽孔對稱軸、矩形孔對稱軸、圓柱旋轉軸、圓錐旋轉周。最佳擬合點選擇點的中心。表54直線元素點點直線指定直線兩端點創建直線。標簽內顯示線的長度及兩端點X,Y,Z方向的距離差。點方向直線選取點和方向直線，方向包括坐標軸方向X、X、Y、Y、Z、Z。線法向，元素為直線方向、槽孔對稱軸、矩形孔對稱軸、圓柱旋轉軸、圓錐旋轉軸。面法向，元素為面法向、圓弧法向。線選取點，創建點到元素的垂線，包括點到線的垂線，線法向元素為直線方向、槽孔對稱軸、矩形孔對稱軸、圓柱旋轉軸、圓錐旋轉軸。點到面的垂線，元素為面法向、圓弧法向。十字交線選取一點后，選取兩方向，根據在該店創建與兩方向垂直的直線，點同元素點選擇，方向包括點向量、X、X、Y、Y、Z、Z、直線向量、平面法向、圓法向、槽孔方向、槽孔法向、矩形孔方向、矩形孔法向、圓柱旋轉軸方向、圓錐旋轉軸方向、編輯點向量。交線兩個平面的交線，平面元素包括平面、圓、槽孔、矩形孔。最佳擬合線根據所選擇的點和擬合偏差創建一條擬合直線。表55平面元素點點點平面通過三個物體點或元素點創建一個平面。標簽內顯示的是該平面X,Y,Z方向的法向量。點法向平面通過一個物體點或元素點以及面法向創建一個平面。坐標軸平行平面根據一個物體點或元素點，再確定一個軸線方向創建一個平面。平行平面根據一個已有平面，通過設置偏移量創建一個平面。視圖方向平面選擇兩點，創建一個為視圖方向的平