數(shù)字圖像相關(guān)DIC技術(shù)是一項(xiàng)非接觸式全場(chǎng)測(cè)量技術(shù)，通過分析物體表面變形前后的數(shù)字圖像，獲取位移、應(yīng)變等力學(xué)參數(shù)?。

機(jī)械臂負(fù)載微小變形映射到機(jī)械臂末端，會(huì)產(chǎn)生較大的末端位置偏差。在機(jī)械臂關(guān)節(jié)及部件中引入DIC數(shù)字圖像相關(guān)技術(shù)，用于結(jié)構(gòu)微變形測(cè)試，并部署了新拓三維DIC系統(tǒng)，完整覆蓋整個(gè)機(jī)械臂表面，并以此實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)全場(chǎng)變形監(jiān)測(cè)。

機(jī)械臂關(guān)節(jié)及結(jié)構(gòu)在載荷下的全場(chǎng)變形監(jiān)測(cè)，新拓三維XTDIC三維全場(chǎng)應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)單次采集可獲取數(shù)百萬(wàn)個(gè)三維坐標(biāo)點(diǎn)，相比傳統(tǒng)應(yīng)變片(約50個(gè)測(cè)點(diǎn))，數(shù)據(jù)量級(jí)實(shí)現(xiàn)幾何級(jí)跨越;通過機(jī)械臂表面的特制散斑圖案，DIC系統(tǒng)高效生成位移/應(yīng)變場(chǎng)云圖，并實(shí)現(xiàn)云圖可視化比對(duì)，精準(zhǔn)捕捉毫米級(jí)異常變形。

對(duì)機(jī)械手臂進(jìn)行靜態(tài)加載，新拓三維XTDIC三維全場(chǎng)應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)，對(duì)機(jī)械臂全伸展時(shí)進(jìn)行全場(chǎng)變形分析，有助于建立補(bǔ)償參數(shù)，校正機(jī)械臂末端位置誤差，有效提高機(jī)械臂末端絕對(duì)定位精度。

實(shí)驗(yàn)分為兩個(gè)工況：

1、通過增減砝碼的方式對(duì)機(jī)械手臂進(jìn)行靜態(tài)加載，加載共分六級(jí)，滿級(jí)加載后再進(jìn)行卸載。

2、通過砝碼的加載卸載，來對(duì)機(jī)械臂進(jìn)行載荷變形分析(全場(chǎng)應(yīng)變測(cè)試分析DIC)。

機(jī)械臂微變形DIC測(cè)量

在機(jī)械臂表面制作散斑，DIC設(shè)備采集高質(zhì)量圖像。設(shè)置兩臺(tái)DIC全場(chǎng)應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)攝像機(jī)的空間定位時(shí)，覆蓋整個(gè)機(jī)械臂及關(guān)節(jié)處關(guān)注區(qū)域，以采集在測(cè)試過程中的全視野范圍內(nèi)變形區(qū)域。

圖1-機(jī)械臂空載

圖2-機(jī)械臂增加砝碼加載過程

圖3-機(jī)械臂進(jìn)一步增多砝碼加載

采用XTDIC三維全場(chǎng)應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)分析不同載荷下結(jié)構(gòu)變形，準(zhǔn)確判斷最大變形點(diǎn)，直觀分析與結(jié)構(gòu)件和關(guān)節(jié)的剛度，有助于提升機(jī)械臂控制系統(tǒng)的精度控制。

載荷變形及抓取變形DIC測(cè)量

工況1：靜載力變形DIC測(cè)試

XTDIC三維全場(chǎng)應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)可測(cè)量點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的應(yīng)變信息，輸出應(yīng)變分布云圖的變化過程，在進(jìn)行機(jī)械臂載荷及提升力下變形測(cè)量時(shí)，DIC軟件生成應(yīng)變變化曲線，反映不同載荷條件下機(jī)械臂的應(yīng)變響應(yīng)。

機(jī)械臂逐級(jí)加大加載重量后，最大變形處為臂關(guān)節(jié)部位，根據(jù)全場(chǎng)應(yīng)變分析得出最大應(yīng)變?yōu)?8993微應(yīng)變。

圖1-應(yīng)變變化曲線

DIC軟件能夠識(shí)別應(yīng)變圖中的最大應(yīng)變點(diǎn)，這些點(diǎn)代表了結(jié)構(gòu)剛度及關(guān)節(jié)的弱點(diǎn)或潛在的失效點(diǎn)。分析最大應(yīng)變點(diǎn)的數(shù)據(jù)，有利于進(jìn)一步分析或與仿真結(jié)果進(jìn)行比較。

圖2-機(jī)械臂關(guān)節(jié)最大應(yīng)變點(diǎn)

下圖為機(jī)械臂在不同載荷過程中的主應(yīng)變的云圖分布情況，圖中從藍(lán)到紅顏色的深淺，代表不同重量加載過程中，機(jī)械臂對(duì)應(yīng)位置應(yīng)變量從低到高。

圖3-空載下應(yīng)變情況

圖4-機(jī)械臂增加砝碼加載應(yīng)變情況

圖5-機(jī)械臂繼續(xù)增加砝碼加載應(yīng)變情況

工況2：動(dòng)載力動(dòng)態(tài)響應(yīng)DIC測(cè)試

工況2主要通過在機(jī)械手臂末端通過砝碼施加載荷力，再瞬間釋放，測(cè)試機(jī)械臂的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。

新拓三維XTDIC三維全場(chǎng)應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)全場(chǎng)位移計(jì)算：基于特征點(diǎn)的跟蹤結(jié)果，DIC軟件計(jì)算出機(jī)械臂表面的全場(chǎng)位移分布，識(shí)別出位移最大的點(diǎn)，這通常是機(jī)械臂在動(dòng)載作用下最大變形的區(qū)域。

機(jī)械臂動(dòng)載最大位移值

DIC軟件具備數(shù)據(jù)可視化功能，可生成位移圖和應(yīng)變圖，直觀展示機(jī)械臂的變形情況。另外，利用DIC軟件可分析X方向、Y方向位移曲線，分析機(jī)械臂負(fù)載部位的位移變形、偏擺位移等，反映機(jī)械臂載荷下的剛度和測(cè)試位移數(shù)值。

圖1-X方向位移曲線

圖2-Y方向位移曲線

當(dāng)機(jī)械臂全伸展時(shí)，由于自重和其他外載作用，其結(jié)構(gòu)變形導(dǎo)致幾何非線性效應(yīng)。機(jī)器人精度控制相關(guān)的結(jié)構(gòu)件和關(guān)節(jié)變形。會(huì)直接影響其控制系統(tǒng)的性能。

新拓三維XTDIC三維全場(chǎng)應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)，通過測(cè)量機(jī)械臂全伸展載荷下的形變、位移、應(yīng)變等參數(shù)，驗(yàn)證機(jī)械臂剛度及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，以便于在機(jī)械臂工具上的相互作用力和扭矩來補(bǔ)償這些影響，并設(shè)計(jì)更好的精度補(bǔ)償算法。