數字圖像相關DIC技術是一項非接觸式全場測量技術，通過分析物體表面變形前后的數字圖像，獲取位移、應變等力學參數?。

機械臂負載微小變形映射到機械臂末端，會產生較大的末端位置偏差。在機械臂關節及部件中引入DIC數字圖像相關技術，用于結構微變形測試，并部署了新拓三維DIC系統，完整覆蓋整個機械臂表面，并以此實現結構全場變形監測。

機械臂關節及結構在載荷下的全場變形監測，新拓三維XTDIC三維全場應變測量系統單次采集可獲取數百萬個三維坐標點，相比傳統應變片(約50個測點)，數據量級實現幾何級跨越;通過機械臂表面的特制散斑圖案，DIC系統高效生成位移/應變場云圖，并實現云圖可視化比對，精準捕捉毫米級異常變形。

對機械手臂進行靜態加載，新拓三維XTDIC三維全場應變測量系統，對機械臂全伸展時進行全場變形分析，有助于建立補償參數，校正機械臂末端位置誤差，有效提高機械臂末端絕對定位精度。

實驗分為兩個工況：

1、通過增減砝碼的方式對機械手臂進行靜態加載，加載共分六級，滿級加載后再進行卸載。

2、通過砝碼的加載卸載，來對機械臂進行載荷變形分析(全場應變測試分析DIC)。

機械臂微變形DIC測量

在機械臂表面制作散斑，DIC設備采集高質量圖像。設置兩臺DIC全場應變測量系統攝像機的空間定位時，覆蓋整個機械臂及關節處關注區域，以采集在測試過程中的全視野范圍內變形區域。

圖1-機械臂空載

圖2-機械臂增加砝碼加載過程

圖3-機械臂進一步增多砝碼加載

采用XTDIC三維全場應變測量系統分析不同載荷下結構變形，準確判斷最大變形點，直觀分析與結構件和關節的剛度，有助于提升機械臂控制系統的精度控制。

載荷變形及抓取變形DIC測量

工況1：靜載力變形DIC測試

XTDIC三維全場應變測量系統可測量點對點的應變信息，輸出應變分布云圖的變化過程，在進行機械臂載荷及提升力下變形測量時，DIC軟件生成應變變化曲線，反映不同載荷條件下機械臂的應變響應。

機械臂逐級加大加載重量后，最大變形處為臂關節部位，根據全場應變分析得出最大應變為18993微應變。

圖1-應變變化曲線

DIC軟件能夠識別應變圖中的最大應變點，這些點代表了結構剛度及關節的弱點或潛在的失效點。分析最大應變點的數據，有利于進一步分析或與仿真結果進行比較。

圖2-機械臂關節最大應變點

下圖為機械臂在不同載荷過程中的主應變的云圖分布情況，圖中從藍到紅顏色的深淺，代表不同重量加載過程中，機械臂對應位置應變量從低到高。

圖3-空載下應變情況

圖4-機械臂增加砝碼加載應變情況

圖5-機械臂繼續增加砝碼加載應變情況

工況2：動載力動態響應DIC測試

工況2主要通過在機械手臂末端通過砝碼施加載荷力，再瞬間釋放，測試機械臂的動態響應。

新拓三維XTDIC三維全場應變測量系統全場位移計算：基于特征點的跟蹤結果，DIC軟件計算出機械臂表面的全場位移分布，識別出位移最大的點，這通常是機械臂在動載作用下最大變形的區域。

機械臂動載最大位移值　　

DIC軟件具備數據可視化功能，可生成位移圖和應變圖，直觀展示機械臂的變形情況。另外，利用DIC軟件可分析X方向、Y方向位移曲線，分析機械臂負載部位的位移變形、偏擺位移等，反映機械臂載荷下的剛度和測試位移數值。

圖1-X方向位移曲線

圖2-Y方向位移曲線

當機械臂全伸展時，由于自重和其他外載作用，其結構變形導致幾何非線性效應。機器人精度控制相關的結構件和關節變形。會直接影響其控制系統的性能。

新拓三維XTDIC三維全場應變測量系統，通過測量機械臂全伸展載荷下的形變、位移、應變等參數，驗證機械臂剛度及結構穩定性，以便于在機械臂工具上的相互作用力和扭矩來補償這些影響，并設計更好的精度補償算法。