多尺度板料成形应变场三维检测研究

1、博士学位论文多尺度板料成形应变场三维检测研究Research on Three-dimensional Full-field Strain Measurement for Sheet Metal Forming A dissertation submitted toXian Jiaotong Universityin partial fulfillment of the requirementfor the degree ofDoctor of Engineering ScienceByHao Hu(Mechanical Engineering)Supervisor: Prof. Jin Li

2、angJune 2014论文题目：多尺度板料成形应变场三维检测研究学科专业：机械工程申请人：胡浩指导教师：梁晋教授摘 要板料成形过程中和成形后的应变分布是对板料成形性能进行有效评估的前提和基础。为克服传统手工检测等应变测量方法在板料成形分析中暴露出的效率低、精度差等缺陷，并满足大变形、大尺寸、小尺度三种情况下板料成形应变场测量的要求，提出并实现多尺度板料成形应变场的三维检测方法。围绕数字图像相关法、工业近景摄影测量技术以及体式显微视觉测量技术展开研究，拟解决的主要问题包括大变形弱相关图像匹配、多相机全局标定、显微立体视觉光路标定、大尺寸变形测量整体精度控制、三维全场应变重建以及板料成形性能分析

3、等。研究成果对于板料成形性能的评测及分析具有重要的理论和实际意义。本文的主要研究内容和所获成果总结如下：（1）提出板料成形三维应变场的动态检测方法。针对板料成形大挠度塑性变形情况下图像相似程度低，难以进行相关匹配的问题，根据系列变形图像相邻状态变形的连续性，提出一种大变形分步匹配算法；同时为了提高图像匹配的速度，提出一种基于种子点的图像快速、稳定匹配算法。为实现三维应变的准确重建，提出一种基于10参数非线性成像模型的高精度相机自标定方法。实验结果表明：所提出的匹配算法能够有效测量高达649%的变形；所提出的标定方法能够实现多相机内外参数的整体一次性解算，标定结果的重投影误差小于0.05个像素；

4、利用标定结果测量高精度标准尺长度，相对误差小于1/4000，能够满足三维应变测量对相机标定精度的要求。（2）提出大尺寸板料网格应变的自动检测方法。针对大尺寸板料变形分块测量累计误差较大的难题，提出全局关键点与局部细节变形整体解算的大尺寸多分辨率三维网格应变检测方法。为实现网格节点的快速识别，提出一种阀值自适应局部二值化算法；为保证自由拍摄的各幅图像之间同名网格节点的稳健匹配，引入一种基于邻域约束的网格节点快速匹配算法；为克服多视三维重建时多条极线不严格相交的问题，通过在多极线约束下寻求多簇空间射线最佳准交点的方法进行高精度三维重建；为建立大量网格节点之间的拓扑关系，提出一种快速四边形网格生成方

5、法；最后利用全局控制点将多个分块区域的局部测量结果统一到全局坐标系下，以消除传统大尺寸分块测量过程中产生的拼接累积误差。（3）提出一种用于微小尺度变形、应变检测的显微立体视觉测量方法。针对显微立体视觉测量中光路难以准确标定的问题，将透视投影模型、非参数化的光学畸变模型以及光束平差算法相结合，提出一种高精度的显微视觉光路标定方法。深入分析了体式显微视觉的光路结构及成像模型，设计并通过光刻方法制作了显微标定参考物，提出并详细说明了标定的具体步骤。对影响测量精度的主要因素进行分析，提出一种散斑图像光照不均匀的校正方法和一种基于平均灰度梯度的散斑质量评价算法。最后借助于体式显微镜，搭建显微立体视觉小尺

6、度测量装置，并利用高精度四轴位移台对所提出的标定方法进行精度验证。实验结果表明所提出的方法能够有效用于显微视觉复杂光路的标定，标定后位移测量的相对精度优于1%。（4）研究并实现板料成形性能参数的实验测定。重点研究了板料成形性能评估时最为常用的成形极限图（FLD）和塑性应变比（）的测定方法。针对板料成形实验中极限状态难以判断的问题，引入一种利用应变历史曲线来判定极限状态的方法，即利用应变场截面线在颈缩区域内外等间距的建立若干节点，通过分析这些节点的应变变化趋势来判断板料成形的极限状态。在此基础上，借助于自研的图像采集装置和板料成形试验机，研制一套稳定、高效的板料成形极限曲线测定系统。另外，基于本

7、文提出的动态应变测量技术，研究实现一种较为实用的塑性应变比测定方法，并进行了实验验证和分析。在上述理论技术和算法的基础上，通过系列精度实验和实际应用验证了本文方法对于大变形、大尺寸以及小尺度三种情况下三维全场应变测量的可行性、准确性和稳定性。所提出的板料成形应变检测方法，为不同工况下板料成形性能的研究和分析提供一种准确、快速的解决方案。关 键 词：板料成形；应变检测；图像相关法；摄影测量；显微视觉论文类型：应用研究Title: Research on Three-dimensional Full-field Strain Measurement for Sheet Metal FormingS

8、peciality: Mechanical EngineeringApplicant: Hao HuSupervisor: Prof. Jin LiangABSTRACTStrain distribution during and after the sheet metal forming processes plays a principal role in the estimation of its formability. To overcome the various limitations of the traditional strain measurement methods a

9、nd to meet the strain measurement requirements at the harsh conditions of sheet metal stamping, theory and application researches on three-dimensional (3-D) full-fields strain measurement based on digital image correlation, industrial photogrammetry and stereo microscope are deeply and systematicall

10、y carried out in this thesis. The applied key issues which include image matching for large deformation, multi-camera global calibration, stereo microscope calibration, establishment of precise 3-D coordinate control network for large-space measurement and evaluation of sheet metal formability are i

11、nvestigated. Research work and achievements has important theoretical and practical significance for sheet metal deformation measurement. The main research contents and achievements are as belows:(1) A dynamic 3-D full-fields optical method based on digital image correlation is proposed for deformat

12、ion and strain measurement during sheet metal forming. To solve the problem of “weak correlation matching” for the strain measurement of sheet metal at the large deformation situation, a fractionized matching algorithm based on deformation continuity of adjacent image sequences is proposed to provid

13、e a better image matching results. A seed-point based image match method is developed for robust and fast image matching. To improve the accuracy of 3-D strain reconstruction, an accurate camera calibration algorithm is developed based on the 10-parameter distortion model. Experimental results demon

14、strate that the proposed matching strategies can be effectively used to measure the large tensile deformation up to 649%, the proposed calibration algorithm has a considerable accuracy with a re-projection error less than 0.05pixels and the calibrated four-camera videogrammetric system can achieve a

15、 relative accuracy of 1/4000 on length measurement, which can satisfy the precision requirement of the vision measurement within large field-of-view.(2) A circular grid pattern based 3-D strain measurement method is proposed for strain determination of the large-scale sheet metal forming. In order t

16、o improve the overall spatial measurement accuracy and efficiency, a multi-block strain measurement with the conception of multi-resolution grid is presented to establish a high-precision measuring control network for eliminating the error accumulation of the multi-block strain measurement. A circul

17、ar grid pattern that can be detected automatically is designed and an adaptive local binarization algorithm is proposed to detect the grid quickly and efficiently. A fast matching algorithm under neighborhood constraint is introduced to reliably pick out the homologous image grids. Then accuracy 3D

18、reconstruction based on multi-view constraint is implemented. After the topology of the grid nodes is built with a quadrilateral mesh generation algorithm, the strain can be caculated according to the changes of the grid sizes. Finally, all the local measuring results are transformed to global coord

19、inate system and the error accumulation can be eliminated effectively.(3) A stereo microscope vision method is developed for deformation and strain measurement at the micro scale. An accurate calibration method for stereo microscope measurement is proposed by combining the projection model, the non-

20、parametric distortion model and the bundle adjustment algorithm. A calibration target is designed and made using the lithography method. The distortion correction fields is obtained based on the non-parametric distortion model, resulting in a complete micro imaging model. Then, the calibration calcu

21、lation is performed by using the bundle adjustment algorithm. Finally, the factors that affect the measurement accuracy are analysed and the two methods for image brightness correction and quality evaluation are presented and verified separately. To validate the performance of the proposed method, a

22、 stereo microscope setup is developed. By using an electronically controlled displacement setup, experiments for microscopic calibration and displacement measurement are conducted. Experimental results show that the focal length and the relative orientation parameters of the internal optics of the s

23、etup can be obtained, and the displacement measurement accuracy is better than 1%.(4) Determination of sheet metal forming parameters is discussed and implemented using experimental method. In contrast to the standardized evaluation method described in the standard ISO 12004-2, a time dependent meth

24、od for forming limit diagram (FLD) determination is used by creating sections in the measured strain fields and detecting the critical deformation stage (the onset of necking) according to the strain history. With our self-developed image acquisition instrument and a sheet metal bulging setup, a FLD

25、 experimental determination system is developed. And a practical method to determine plastic strain ratio (value) of sheet metal is proposed based on the above-mentioned dynamic strain measurement and the test for plastic strain ratio determination is conducted to validate the performance of this me

26、thod.(5) A series of experiments are carried out to confirm the accuracy, effectiveness and reliability of the proposed methods and systems. Experimental results indicate that the algorithm and system developed in this paper is effective and reliable at large-deformation, large-scale, micro-scale an

27、d high-temperature welding situations, and provides an accurate and fast solution for evaluation and analysis of the sheet metal formability.KEY WORDS: Sheet metal forming; Strain measurement; DIC; Photogrammetry; Stereo microscopeTYPE OF DISSERTATION: Applied Research目 录1 绪论11.1 课题背景与项目来源11.1.1 课题背

28、景11.1.2 项目来源11.2 板料成形应变测量方法的研究现状21.2.1 常用应变测量方法概述21.2.2 网格应变分析方法31.2.3 基于数字图像相关法的应变测量方法51.3 现有研究的主要问题及本文拟解决的关键问题81.3.1 现有研究的主要问题81.3.2 本文拟解决的关键问题91.4 本文的主要研究内容、目的意义及技术路线91.4.1 主要研究内容91.4.2 研究目的及意义91.4.3 研究技术路线101.5 章节安排112 大变形三维全场应变动态检测122.1 引言122.2 三维全场应变动态检测122.2.1 检测流程122.2.2 双目视觉技术132.2.3 数字图像相关

29、法142.2.4 三维全场变形应变重建162.3 大变形弱相关图像的匹配172.3.1 种子点快速匹配182.3.2 弱相关图像分步匹配192.3.3 快速迭代计算192.4 高精度双/多目相机标定212.4.1 相机成像模型212.4.2 镜头畸变模型222.4.3 基于摄影测量的相机自标定232.4.4 大视场多相机全局标定252.5 验证实验272.5.1 大变形匹配实验272.5.2 双目相机标定实验302.5.3 四目相机标定实验322.6 本章小结353 大尺寸板料成形三维应变场检测363.1 引言363.2 大尺寸三维网格应变检测363.2.1 摄影测量的基本原理363.2.2

30、摄影测量三维网格应变检测373.2.3 大尺寸多分辨率三维网格应变检测383.3 网格制备及编码点布置393.3.1 网格制备393.3.2 编码点布置及图像采集413.4 网格节点的高精度三维重建423.4.1 网格节点和编码标志点的自动检测423.4.2 网格节点的快速、稳健匹配473.4.3 多极线高精度三维重建503.5 密集网格拓扑关系建立543.6 多块局部数据拼接553.7 本章小结564 微小尺度三维变形场动态检测574.1 引言574.2 显微立体视觉系统的成像模型574.2.1 体式显微视觉结构574.2.2 针孔成像模型584.2.3 畸变校正和完整成像模型584.3 高

31、精度显微立体视觉光路标定604.4 DIC应变测量的误差分析634.4.1 主要影响因素634.4.2 散斑图像光照不均匀校正654.4.3 散斑图像的质量评价664.5 显微立体视觉光路标定实验704.6 本章小结765 板料成形性能参数的实验测定775.1 引言775.2 板料成形性能参数775.2.1 成形性能参数分类775.2.2 成形极限图785.2.3 塑性应变比785.3 成形极限图的测定795.3.1 极限状态的判定795.3.2 应变路径的获取方式815.3.3 FLD实验系统的开发825.4 塑性应变比的计算845.4.1 计算方程推导845.4.2 塑性应变比测定实验85

32、5.5 本章小结876 板料成形三维变形应变测量实验与应用886.1 引言886.2 精度测试及验证分析886.2.1 双目三维动态应变检测实验886.2.2 网格应变测量精度对比实验906.2.3 显微应变检测试验926.3 应用实验与分析946.3.1 板料FLD测定实验946.3.2 汽车覆盖件全方位应变检测986.3.3 微胀形实验1006.4 薄板焊接高温变形测量1026.4.1 实验方案1026.4.2 实验结果1036.5 本章小结1047 结论与展望1057.1 结论1057.2 创新点1067.3 展望106参考文献108致 谢115攻读学位期间取得的研究成果116声明CON

33、TENTS1 Preface11.1 Research Background and Project Source11.1.1 Research Background11.1.2 Project Source11.2 Review of Recent Development at Home and Abroad2 1.2.1 Review of Strain Measurement Method21.2.2 Circular Grid based Strain Measurement31.2.3 Digital speckle based Strain Measurement51.3 The

34、Main Problems of Existing Research and the Key Problems to be Solved81.3.1 The Main Problems of Existing Research81.3.2 The Key Problems to be Solved91.4 The Main Research Contents, Purpose, Significance and Technology Flow91.4.1 The Main Research Contents91.4.2 The Purpose and Significance91.4.3 Th

35、e Technology Flow101.5 The Chapter Arrangement112 Dynamic Strain Measurement for Sheet Metal Large-deformation122.1 Preface122.2 Dynamic Strain Fields Measurement Scheme122.2.1 Measurement Processes and Principles122.2.2 Principle of Binocular Stereovision132.2.3 Principle of DIC142.2.4 Reconstructi

36、on of 3D Displacement and Strain162.3 Weak Correlation Image Matching Scheme172.3.1 Seed Point Matching182.3.2 Fractionized Matching192.3.3 Fast Iterative Calculation192.4 Accurate Muti-camera Calibration212.4.1 Camera Imaging Model212.4.2 Lens Distortions222.4.3 Photogrammetry based Camera Calibrat

37、ion232.4.4 Global Calibration for Muti-camera System252.5 Experiments272.5.1 Large deformation testing272.5.2 Binocular Vision System Calibration Experiment302.5.3 The Four-camera Videogrammetric System Calibration Experiment322.6 Brief Summary353 Grid based Strain Measurement for Large-scale Sheet

38、Metal Forming363.1 Preface363.2 The Measuring Principle and Process363.2.1 The Principle of Photogrammetry363.2.2 Circular Grid Strain Measurement Based on Photogrammetry373.2.3 Multi-resolution Strain Measurement for Large-scale Sheet Metal Forming383.3 Circular Grid Preparation and Coded Target Ar

39、rangement393.3.1 Circular Grid Preparation393.3.2 Coded Target Arrangement413.4 The 3D Reconstruction of the Grid Nodes423.4.1 Detection of Grid Nodes and Targets423.4.2 Grid Nodes Robust Matching473.4.3 Muti-epipolar Reconstruction503.5 Establishment of the Topological Relation among the Grid Nodes

40、543.6 Global Registration for Multi-block Measuring Area553.7 Brief Summary564 Small-scale Strain Measurement based on Stereo Microscope574.1 Preface574.2 The Imaging Model of the Stereo Microscope574.2.1 The Optical Structure of the Stereo Microscope574.2.2 Projection Model584.2.3 Distortion and Co

41、mplete Imaging Model584.3 Microscopic Imaging System Calibration604.4 The Factors Affecting the Measurement Accuracy634.4.1 The Main Factors634.4.2 The Uneven Illumination Correction654.4.3 The Optimal Subset Size Selection664.5 Calibration Experiment704.6 Brief Summary765 Experimental Determination

42、 of the Formability Parameters of Sheet Metal775.1 Preface775.2 The Formability Parameters775.2.1 Review of the Testing Methods775.2.2 Forming Limit Diagram785.2.3 Plastic Strain Ratio785.3 Forming Limit Diagram Measurement795.3.1 Forming Limit Determination795.3.2 The Forming Methods815.3.3 Develop

43、ment of the FLD Experimental System825.4 Plastic Strain Ratio Calculation845.4.1 The Calculation Process845.4.2 Validation Experiment855.5 Brief Summary876 Experiment and Application886.1 Preface886.2 The Accuracy Verification Experiments886.2.1 The Speckle based Strain Measurement886.2.2 The Grid b

44、ased Strain Measurement906.2.3 The Microscopic Strain Measurement926.3 Application and Analysis946.3.1 The FLD Measurement Experiment946.3.2 The Automotive Panel Deformation Measurement Experiment986.3.3 The Microscopic Bulging Experiment1006.4 Deformation Measurement during Sheet Metal Welding Proc

45、esses1026.4.1 Experimental Procedure1026.4.2 Experimental Results1036.5 Brief Summary1047 Conclusions and Suggestions1057.1 Conclusions1057.2 Innovation Points1067.3 Suggestions106References108Acknowledgements115Achievements116Declaration1 绪论1.1 课题背景与项目来源1.1.1 课题背景板料成形是一种非常重要的材料加工技术，在航空、航天、汽车、船舶等国民经

46、济部门被广泛应用。其中，汽车制造业是板料制件最大的需求行业，汽车中冲压钣金件占其零件总数的75%以上。另外，钣金件也是构成航空航天产品外形、结构和内装的主要零件，以飞机为例，钣金零件约占其零件总数的50%以上1。并伴随着汽车、航空、航天等制造行业的快速发展，板料制件的市场需求会不断增长。最初的板料制件形状相对简单，能工巧匠通过反复实践掌握板料的成形性能，并不断修正模具即可获得合适的成形工艺。然而，现代社会对生产效率的要求越来越高，各种复杂的新材料、新工艺、新结构被广泛应用到生产实际中，使得基于人工经验的冲压成形工艺无法满足生产的需要，迫切需要科学的研究方法来获知和评估板料的成形性能，以便制定措

47、施修正模具、优化成形工艺、提高板料制件的生产效率和成功率等。成形性能是板料对各种成形工艺的适应能力或难易程度，是板料制件从设计之初到冲压成形，再到成形后的质量检测，始终要考虑的一项重要参考依据。评定板料成形性能的参数中多数都与应变密切相关，如塑性应变比和以极限应变构成的成形极限图2,3( Forming Limit Diagram, FLD)等。然而，无论要获得板料的塑性应变比、FLD，还是对板料成形性能进行准确评估和有效分析，其前提和基础都要准确测量板料成形过程中或成形后的应变。1.1.2 项目来源应变测量是板料成形性能分析和评估的基础。国际标准ISO 12004-1(2):2008和国标G

48、B/T 24171中给出的板料成形极限曲线的测定方法，就是直接根据应变结果进行计算的。然而，目前国内很多科研单位及企业由于缺乏新技术的支撑，现有的应变测量手段和设备还不能满足标准中的规定和实际测量的要求。国外已出现了商业化的三维光学应变测量设备，但价格昂贵且技术保密，国内的很多高校、研究所及企业无法承担如此高昂的费用。而国内在这方面的研究与国外差距较大，多数研究仍处于实验室阶段或者是面向某个具体问题的专门研究，成型的产品未见报道。近几年，随着摄影测量技术、图像处理技术、软件算法、计算机硬件及图像采集设备的快速发展，新方法、新技术及新应用不断涌现。在此背景下，针对板料成形三维应变场的测量急需，十

49、分有必要深入开展三维视觉检测理论和方法的研究，并在关键技术、测量精度、测量效率以及稳定性等方面实现进一步的改进和发展，最终形成具有自主知识产权的板料成形应变测量及分析系统，以满足国内日益增加的应用需求，打破国外对先进变形、应变检测技术的封锁和垄断。本课题来自国家自然科学基金（大型飞机风洞试验的三维视频动态变形测量方法和实验研究，50975219），国家自然科学基金（微观尺度材料三维位移场与应变场的快速精密测量方法的研究，51275389），并得到苏州应用基础研究计划的资助（全场三维变形光学测量系统开发与研制，SYG201014）。1.2 板料成形应变测量方法的研究现状1.2.1 常用应变测量方

50、法概述常用的应变测量方法按照测量方式的不同可分为两类：接触式和非接触式。接触式应变测量方法主要有引伸计、电阻应变片以及机械式网格法等。非接触式应变测量方法指各种光学测量方法，包括：数字全息技术、电子散斑干涉术、云纹干涉法、数字图像相关法和三维光学网格法等，根据测量原理进行划分，数字全息技术、电子散斑干涉术、云纹干涉法又属于光学干涉法；而三维光学网格法和数字图像相关法则属于光学非干涉法。1) 引伸计和应变片引伸计、电阻应变片技术上比较成熟，具有测量精度高、结果稳定、操作方便等优点，但是这类方法有很大的局限性，如不能用于微小试件、柔软物件的测量以及大变形情况下的应变测量；对于大型结构件需要多点测量

51、的情况，引伸计不能使用，而粘贴应变片又非常的复杂费时。另外，由于引伸计、应变片测量时需与被测物接触，因此不可避免的会在一定程度上影响被测件的性能。2) 机械式网格法网格分析法是一种在板料表面印制规则的方形网格或圆形阵列，通过测量对比这些图案在变形前后形状参数来确定板料表面的应变的方法。机械式网格分析法就是使用工业软尺或工具显微镜等器械以手工方式测量出变形后的网格尺寸，通过与变形前的网格尺寸进行对比来确定钣件表面的应变大小4。这种方法的优点是原理简单、操作方便，不足之处是精度和效率均较低、测量范围有限，被测件尺寸不能太大。3) 数字全息技术数字全息技术是1967年由Goodman5提出的，该技术

52、利用CCD等数字光学元器件来代替传统的光学全息干板来获取全息图像6,7。与传统的光学全息方法相比，数字全息技术不仅有传统全息技术的特点，而且具有自动化程度高、图像获取迅速、测量精度高以及不受光学系统非线性特征的影响等优点。但是由于目前数字全息技术所采用的光电元器件的尺寸为厘米级，分辨率为每毫米几百线，与传统的光学全息干板每毫米几千线的高分辨率相比相差甚远，限制了数字全息法测量对象的尺寸大小。4) 电子散斑技术电子散斑技术8-12也是一种发展较早的光学测量方法，该方法是在全息技术的基础上发展起来的，它使用电视摄像管代替全息照相干板获取散斑图像，与全息技术相比的优势在于：它不需要高分辨率底片，能够

53、直接反应物面变形和位移信息。电子散斑技术可以采用单光束或者双光束，其中单光束照明的电子散斑技术对离面位移比较敏感却对面内位移不敏感，与全息干涉类似。为了测量面内位移，则必须采用双平行光束照明光路。5) 云纹干涉法云纹干涉法是1979年由Weissman等13发明的，这种方法将云纹法和全息干涉法进行结合，在保留了云纹法优点的基础上提高了测量灵敏度。与云纹法不同的是，云纹干涉法使用光波干涉与光栅衍射代替了低频栅线的结合叠加。因为采用了高密度衍射光栅作为试件栅，使得这种方法的测量灵敏度与全息干涉法和散斑干涉法相同，可以达到光波波长量级。6) 数字图像相关法数字图像相关法14-16（Digital I

54、mage Correlation Method, DIC）是一种通过对变形前后采集的两幅物体表面的散斑图像进行相关计算，来求取物体表面变形场和应变场的测量方法。与其它的光学测量方法相比，数字图像相关法具有光路简单、对测量环境要求低等优点。所使用的光源可以是激光也可以是白光，物体表面的散斑可以是人工散乱斑点，也可以是被测量物的天然纹理。二维DIC 使用一个相机，可以测量平面物体的面内位移及应变，三维 DIC将立体视觉技术与DIC相结合，可以测量任意形状物体的三维位移及表面应变。7) 三维网格应变分析法三维网格应变分析法17以单个数码相机或者工业CCD相机从不同方位拍摄被测物的两幅或多幅网格图像，

55、首先利用网格点的特征进行多幅图像间的同名网格节点的匹配，然后采用摄影测量技术对被测物表面的网格进行三维重建，最后根据变形前后网格的尺寸变化，计算得到被测物表面的应变。由于这种方法可以实现三维网格尺寸测量，因此测量结果更加精确，并可用于大尺寸板件成形的变形和应变检测。综上所述，由于板料成形是一个大挠度、大变形的复杂塑性变形过程，效率不高、量程有限的应变片等接触式测量方法在这种情况下显然无法实施。而数字全息技术、电子散斑技术、云纹干涉法三种光学干涉技术对测量环境要求较高，且光路复杂，通常被用在条件良好的实验室里。因此，本文对板料成形三维应变场检测的研究将重点围绕数字图像相关法和三维网格应变分析法展

56、开。1.2.2 网格应变分析方法网格应变分析方法是研究板料成形表面应变的常用方法，基本原理是在板料表面印制规则的方形网格或圆形阵列，通过测量对比这些图案在变形前后形状尺寸，来测定板料表面的应变。因此，如何快速准确获得网格变形前后的形状参数是网格应变测量方法的关键。传统的检测方法通常采用工业软尺或工具显微镜（见图 11）直接对变形前后网格的参数进行读数和对比来获得应变，但这种方法由于依赖于人眼观测，因此测量精度较低、且效率不高。随着图像采集技术的发展，光学二维网格应变测量方法被提出，其原理是采用一个数码相机（CCD 相机）进行图像的捕捉，通过机械平台或手持操作的方式找到最清晰的网格图像，再利用数字图像识别技术自动处理计算单个圆形的变形参数从而获取应变数据。如美国ASAME公司研制的GPA网格应变测量系统18（图 12）。这种方法克服了人工读数的操作，减轻了劳动强度，但每次只能检测一个网格，因此效率不高，并且不能表达三维空间和全场应变分布信息。1989年，J.H. Vogel和D. Lee19首先将三维视觉测量技术引入到板料成形应变测量中，初步实现了板料成形应变检测的三维化和全场化技术，即三维网格应变分析法。国外在这方面的研究起步较早，各种三维网格应变分析技术被提出并迅速发展20-25，概括起来可分为基于三维标定块的网格应变测量技