DIC技术在机械臂测试中的卓越应用

本文围绕数字图像相关DIC技术在机械臂上的应用展开，详细介绍了如何利用该技术对机械臂进行变形测试、监测以及分析，包括静态加载和动载动态响应测试等内容，还阐述了其对提高机械臂末端定位精度和验证结构稳定性的重要作用。

数字图像相关DIC技术是一种极具创新性的非接触式全场测量技术。它的工作原理十分巧妙，通过深入分析物体表面在变形前后的数字图像，能够精准地获取位移、应变等关键力学参数。这一技术为众多领域的研究和应用提供了强大的支持，尤其是在机械臂的性能优化方面，发挥着举足轻重的作用。

在实际应用中，机械臂负载时产生的微小变形虽然看似微不足道，但当这些微小变形映射到机械臂末端时，却会引发较大的末端位置偏差，这对机械臂的精准操作造成了严重影响。为了解决这一问题，科研人员在机械臂关节及部件中引入了DIC数字图像相关技术，专门用于结构微变形测试。同时，部署了新拓三维DIC系统，该系统具有出色的覆盖能力，能够完整地覆盖整个机械臂表面，从而实现对机械臂结构全场变形的有效监测。

为了进一步提高机械臂的性能，研究人员对机械手臂进行了静态加载实验。在实验过程中，使用新拓三维XTDIC三维全场应变测量系统，对机械臂全伸展时的全场变形进行了细致分析。通过这种方式，有助于建立准确的补偿参数，从而校正机械臂末端位置误差，显著提高机械臂末端的绝对定位精度。

本次实验主要分为两个工况：

工况一：采用增减砝码的方式对机械手臂进行静态加载。加载过程共分为六级，在满级加载后再进行卸载操作。通过这种循序渐进的加载和卸载过程，可以全面了解机械臂在不同载荷下的性能变化。

工况二：通过砝码的加载和卸载，对机械臂进行载荷变形分析（全场应变测试分析DIC）。这种分析方式能够深入探究机械臂在不同载荷条件下的应变情况，为后续的优化提供重要依据。

机械臂微变形DIC测量

在进行机械臂微变形测量时，首先在机械臂表面精心制作散斑，这样可以提高DIC设备采集图像的质量。在设置两台DIC全场应变测量系统摄像机的空间定位时，充分考虑到要覆盖整个机械臂及关节处的关注区域，以确保能够采集到测试过程中全视野范围内的变形区域信息。

图2 – 机械臂增加砝码加载过程

图1 – 应变变化曲线

DIC软件在数据分析方面具有强大的功能，它能够准确识别应变图中的最大应变点。这些最大应变点代表了结构刚度及关节的弱点或潜在的失效点。对这些最大应变点的数据进行深入分析，不仅有利于进一步了解机械臂的结构特性，还可以与仿真结果进行比较，从而为机械臂的优化设计提供更可靠的依据。

图3 – 空载下应变情况

图5 – 机械臂继续增加砝码加载应变情况

工况2：动载力动态响应DIC测试

工况2主要是测试机械臂在动载力作用下的动态响应。具体操作是在机械手臂末端通过砝码施加载荷力，然后瞬间释放。通过这种方式，可以模拟机械臂在实际工作中的动态受力情况。

新拓三维XTDIC三维全场应变测量系统在全场位移计算方面表现出色。基于特征点的跟踪结果，DIC软件能够精确计算出机械臂表面的全场位移分布，并准确识别出位移最大的点。这些位移最大的点通常是机械臂在动载作用下最大变形的区域，对这些区域的研究有助于进一步优化机械臂的结构设计。

图1 – X方向位移曲线

图2 – Y方向位移曲线

当机械臂全伸展时，由于自重和其他外载的作用，其结构会发生变形，从而导致几何非线性效应。同时，机器人精度控制相关的结构件和关节变形，会直接影响其控制系统的性能。为了解决这些问题，新拓三维XTDIC三维全场应变测量系统发挥了重要作用。它通过精确测量机械臂全伸展载荷下的形变、位移、应变等参数，能够验证机械臂的刚度及结构稳定性。基于这些测量结果，科研人员可以根据机械臂工具上的相互作用力和扭矩来补偿这些影响，并设计出更好的精度补偿算法，从而提高机械臂的整体性能。

本文详细介绍了数字图像相关DIC技术在机械臂变形测试、监测和精度控制方面的应用。通过静态加载和动载动态响应测试等实验，展示了该技术在获取机械臂力学参数、分析变形情况以及提高末端定位精度等方面的重要作用。新拓三维XTDIC三维全场应变测量系统的应用，为验证机械臂刚度及结构稳定性、设计精度补偿算法提供了有力支持，有助于提升机械臂的整体性能。