DIC系统能测高温试样吗？

DIC系统可以用于高温环境下的位移和应变测量。

由于相机不需要直接接触试样，DIC适合接触式传感器不便安装、容易受到温度影响，或者需要观察全场变形的高温试验。

但“非接触”不等于“直接对着高温试样拍摄就能获得可靠结果”。

温度升高后，试样表面状态、光线传播路径、散斑附着情况和相机成像条件都会发生变化。

高温DIC的真正难点，往往不是相机能否承受温度，而是能否在整个升温、保温和加载过程中持续获得稳定、清晰、可计算的图像。

高温为什么会影响DIC测量？

1. 热辐射会降低散斑对比度

随着试样温度升高，试样自身产生的热辐射会逐渐增强。

在可见光成像中，可能表现为：

▪ 画面整体变亮；

▪ 局部高亮；

▪ 散斑颜色变化；

▪ 黑白灰度差下降；

▪ 图像过曝。

DIC算法依靠散斑的灰度特征识别同一区域。如果试样表面逐渐发亮，原本清晰的黑白散斑可能变得模糊，导致图像相关性下降。

高温越高，单纯增加普通照明亮度的效果越有限。通常需要结合特定光源、滤光方案、曝光控制和镜头配置，降低热辐射干扰。

2. 热空气扰动会产生虚假位移

试样升温后，周围空气密度会随温度变化。

不同温度空气的折射率存在差异，热空气流动时，会使试样到相机之间的光线传播路径不断变化。

这种现象类似于夏天观察被太阳加热的路面时，远处景物会轻微晃动。

即使试样没有发生真实变形，热空气扰动也可能使图像中的散斑位置发生波动，形成虚假位移和应变。

因此，高温试验还需要关注：

▪ 热流方向；

▪ 炉口空气对流；

▪ 加热装置启停；

▪ 光路是否穿过高温梯度区域；

▪ 相机支架是否受热；

▪ 防护窗口是否受热不均。

3. 散斑可能变色、开裂或脱落

常温试验中使用的普通涂料，不一定适合高温环境。

温度升高后，散斑可能出现：

▪ 软化；

▪ 变色；

▪ 碳化；

▪ 开裂；

▪ 脱落；

▪ 与试样不同步变形。

如果散斑没有牢固附着在试样表面，DIC测到的可能是涂层本身的变化，而不是材料真实变形。

高温散斑需要根据试样材质、目标温度、升温速度、保温时间和气氛条件选择。

能够短时间承受某一温度，并不代表可以在该温度下长时间保持稳定。

对于高温蠕变和高温疲劳，还需要重点验证散斑在持续加热过程中的附着性和灰度稳定性。

4. 试样表面可能氧化或反光

金属试样在高温下可能氧化、变色或形成氧化层。

部分材料升温后，表面反射特性会发生明显变化，原本均匀的光照可能形成局部高亮区域。

高温炉内部的发热元件、观察窗口和金属内壁也可能产生反光。

一旦局部出现过曝，散斑特征就会被覆盖。即使没有完全过曝，表面亮度随时间变化，也会影响图像灰度的一致性。

因此，高温DIC需要在试验前进行完整升温成像测试，而不能只在常温状态下确认散斑清晰。

5. 观察窗口可能引入额外误差

许多高温DIC试验需要通过高温炉观察窗口拍摄试样。

观察窗口可以隔离热量、保护相机，但也可能产生：

▪ 玻璃受热变形；

▪ 内外温差导致折射变化；

▪ 表面附着烟尘；

▪ 窗口倾斜造成畸变；

▪ 多层玻璃产生重影；

▪ 两台相机光路不同。

对于双目三维DIC，窗口引起的不同方向折射还可能影响三维重建。

如果系统需要透过窗口标定，标定状态应尽量接近实际试验状态。窗口位置、材料或角度发生变化后，原有标定关系可能不再适用。

高温下测到的都是机械应变吗？

不一定。

试样升温时，即使没有施加机械载荷，也会由于热膨胀产生变形。

DIC测得的是试样表面的总位移和总变形，其中可能同时包含：

▪ 热膨胀；

▪ 机械加载变形；

▪ 温度不均引起的翘曲；

▪ 材料相变；

▪ 夹具热变形；

▪ 加热设备自身位移。

如果测试目标是获得机械应变，需要结合温度场、材料热膨胀系数和试验流程，对热变形进行分析。

对于温度分布不均匀的试样，不能简单使用一个平均温度进行统一修正。此时，温度场与应变场同步测量更有助于分析热—力耦合过程。

高温DIC应该怎样布置？

▪ 合理选择测量视野

视野越大，单位长度对应的像素数量通常越少。

如果需要分析局部应变集中，应确保目标区域在图像中具有足够的有效像素，而不是只保证整个试样能够拍进画面。

▪ 控制相机与热源距离

相机需要远离高温辐射区域，并配置必要的隔热、散热和防护结构。

但距离增加后，镜头焦距、视野和照明方式也需要重新匹配，不能只通过把相机放远解决热防护问题。

▪ 避开强烈热流区域

应尽量减少测量光路穿过明显热流的位置。

可以通过调整相机角度、炉口结构、空气隔离方式或加热装置布局，降低空气扰动对成像的影响。

▪ 提前验证散斑

高温散斑不应直接在正式试样上首次使用。

建议使用相同材料试片，按照真实试验的升温速度、目标温度和保温时间进行验证，观察散斑是否变色、脱落或失去对比度。

▪ 同步记录温度、载荷和图像

高温试验中的材料性能通常随温度变化。

只有将DIC图像与载荷、温度和时间信息同步，才能区分热膨胀、机械加载和材料损伤分别带来的变形。

海塞姆如何配置高温DIC方案？

高温DIC并不是在常温系统前增加一个高温炉即可完成。

不同温度范围、加热方式和试样材料，对散斑、照明、滤光、镜头和设备防护的要求并不相同。

海塞姆科技可根据实际高低温材料试验需求，配置相应的二维、单目三维和双目三维视觉应变测量方案，并结合：

▪ 目标温度；

▪ 加热方式；

▪ 保温时间；

▪ 试样尺寸；

▪ 观察窗口；

▪ 测量距离；

▪ 变形速度。

对光学成像、滤光照明、散斑和设备防护进行整体设计。

海塞姆视觉应变测量方案还可结合温度场数据，对试样表面的温度变化和变形过程进行同步分析，为热膨胀、热应力和热—力耦合研究提供实验数据。

针对大尺寸结构或复杂曲面试样，还可以根据测量范围配置多相机测量及点云拼接方案，用于分析不同区域的温度和变形差异。

高温DIC适用于哪些试验？

常见应用包括：

▪ 金属高温拉伸；

▪ 高温蠕变；

▪ 高温疲劳；

▪ 焊接热变形；

▪ 热障涂层测试；

▪ 陶瓷和耐火材料测试；

▪ 复合材料高温变形；

▪ 热膨胀分析；

▪ 高温结构件局部应变测试；

▪ 温度场与应变场耦合分析。

不同试验对温度范围、采样频率、测量视野和空间分辨率的要求差异较大，需要分别配置。

常见问题

▪ 高温DIC相机需要放进高温炉吗？

通常不需要。相机一般布置在高温区域之外，通过炉口或观察窗口采集试样图像，并结合隔热、防护和滤光设计保证成像稳定。

▪ 普通黑白漆可以用于高温散斑吗？

不一定。普通涂料可能在升温后变色、开裂或脱落。散斑材料需要根据试样材质、最高温度、试验时间和气氛进行验证。

▪ 为什么试样静止时仍有位移波动？

常见原因包括热空气扰动、相机支架受热、观察窗口变形、曝光变化和加热设备振动。

▪ 高温DIC只能测二维吗？

不是。根据试样变形形式和系统配置，可以采用二维DIC、单目三维DIC或双目三维DIC。