Digital Image Correlation mit dem videoxtens und laserxtens

Transkript

1 Prüfen mit Verstand Digital Image Correlation mit dem videoxtens und laserxtens Dehnungen und Stauchungen farblich sichtbar machen Oliver Spinka, Messphysik Materials Testing GmbH DIC Digital Image Correlation

2 DIC Überblick Was ist Digital Image Correlation? Die Digitale Bildkorrelation (engl.: Digital Image Correlation, kurz: DIC) ist ein optisches berührungsloses Verfahren zur Messung der Deformationen auf Probenoberflächen. Während des Belastungsvorganges wird mit einer Digitalkamera eine Serie von Bildern der mit einem Muster versehenen Probe aufgenommen Die X- und Y-Verschiebungen kleiner Teilbereiche (Facetten) werden von Bild zu Bild mittels des sog. Korrelationsalgorithmus berechnet. t t DIC Digital Image Correlation 2 t

3 DIC Überblick Wie entstehen die Farbkarten? Anhand der Verschiebungswerte einer Vielzahl dieser Facetten können lokale Dehnungen εx, εy, εxy mittels Constant Strain Triangles (einfachstes finites 2D-Element) berechnet werden Zu jedem Bildpunkt kann also ein Dehnungswert berechnet und somit ein Farbwert zugewiesen werden. Dies ergibt die bekannten Farbkarte (Strainmaps) DIC Digital Image Correlation 3

4 DIC Überblick Ein kurzer Ausblick DIC ist in den letzten Jahren erwachsen geworden und entwickelt sich nun rasch zu einem wichtigen und vielseitigen Werkzeug in der zerstörenden Materialprüfung DIC hat noch (fast) keinen Einzug in die Normung gefunden. ASTM arbeitet jedoch bereits an der Ausarbeitung von Standards für die Kalibrierung von DIC Systemen zunächst für 2D-Applikationen. 2D-Systeme decken ca. 80% aller Anwendungen im ein- oder zweiachsigen Zugversuch, Druckversuch bzw. Biegeversuch ab. DIC Digital Image Correlation 4

5 DIC mit videoxtens und laserxtens Einfache Bedienung Test Rerun Synchronisation mit allen Messkanälen Höhere Auflösung mit Arraysystemen Ohne Markierung (mit laserxtens) DIC Digital Image Correlation 5

6 Nützung der bestehenden Messköpfe Kein zeitaufwendiges Positionieren des Statives, der Beleuchtungseinheit, Einrichten und Kalibrieren der Kamera notwendig Die Messköpfe von videoxtens und laserxtens sind für die Messaufgabe optimiert und jederzeit auch für DIC einsatzbereit DIC Digital Image Correlation 6

7 Voll integriert in testxpert Nur eine Software zu bedienen Der Start des Versuchs startet auch die Aufzeichnung der Bilder Messwerte und Bilder werden optimal synchronisiert Daten, Bilder und Einstellungen werden gemeinsam verwaltet DIC Digital Image Correlation 7

8 Einfache Bedienung durch Workflow Geführte Bedienung Schritt für Schritt In wenigen Schritten zum Ziel Übersichtlich, intuitiv Verhindert Fehlbedienung DIC Digital Image Correlation 8

9 Maske definieren Masken bestimmen den auszuwertenden Bildbereich Eine oder mehrere Masken Einfach bis komplex Festlegung der Genauigkeit durch Veränderung der Größe der Facetten DIC Digital Image Correlation 9

10 Analysieren Darstellung und Konfiguration verschiedener Strainmaps Axiale u. Transversale Verschiebungen Axiale u. Transversale lokale Dehnungen Scherdehnungen Maximale und Minimale Normaldehnungen Äquivalente Von-Mises-Dehnung Poissonzahl Anlegen von Analysewerkzeugen Punkte Messlängen Schnittlinien virtuelle DMS DIC Digital Image Correlation 10

11 Diagramme Auswahl an unterschiedlichen Diagrammen zur jedem Analysewerkzeug Exportfunktionen Diagramm als Bilddatei Diagramm als Excel-Tabelle Strainmap DIC Digital Image Correlation 11

12 DIC with videoxtens and laserxtens Test Rerun Assignment of DIC readings to testxpert III channels Creation and evaluation of a new specimen based on those DIC readings DIC Digital Image Correlation 12

13 Test Rerun Zuweisung der DIC-Messwerte zu testxpert III Kanälen Anlegen und Auswertung einer neuen Probe mit diesen DIC- Messwerten DIC Digital Image Correlation 13

14 DIC mit laserxtens - KEIN MARKIEREN DER PROBE! In den allermeisten Fällen muss die Probe mit einem fein-körnigen Muster markiert werden (z.b. durch Sprühen und Stempeln) Beim laserxtens markiert das Laserlicht die Probe mit einem Speckle-Muster Keinerlei Probenvorbereitung, keinerlei Einfluss auf die Probe DIC Digital Image Correlation 14

15 DIC mit Array-Systemen videoxtens Array und laserxtens Array verwenden mehrere Kameras zur Steigerung der Genauigkeit Dieser Genauigkeitsvorteil steht auch der DIC zur Verfügung DIC Digital Image Correlation 15

16 Virtuelle Dehnmessstreifen die smarten DMS Dehnmessstreifen sind hochgenaue Messmittel. Allerdings benötigt jeder DMS einen eigenen Messverstärker und ist nur schwierig und zeitaufwendig zu applizieren. Virtuelle Dehnmessstreifen können hingegen einfach mit der Maus innerhalb des Bildausschnittes positioniert und sogar verschoben werden. Beispiel: Iosipescu Test (Scherdehnungsmessung an gekerbten CFK-Prroben) mit 2 virtuellen DMS DIC Digital Image Correlation 16

17 Virtualle Dehnmessstreifen sind sie genau genug? Für Vergleichsversuche wurden Proben mit physikalischen Dehnmessstreifen einer Seite und mit virtuellen DMS auf der gegenüberliegenden Seite im Zugversuch belastet DMS Axial/t DMS Quer/t vdms Axial/t vdms Quer/t DMS-Typ: 1-XY1x-6/120 Size: 6 x 6.5 mm² Strecke in % Prozent in % Unsicherheit, hauptsächlich durch Rauschen: ±70µε Prüfzeit in s DIC Digital Image Correlation 17

18 DIC weist dieselbe Auflösung auf wie der Extensometer, mit dem der Versuch durchgeführt wurde Extensometer Auflösung (kurzer Arbeitsabstand) Auflösung (langer Arbeitsabstand) videoxtens mit Objektiv f=8mm 1.3µm 1.6µm videoxtens mit Objektiv f=16mm 0.7µm 0.9µm videoxtens mit Objektiv f=25mm = videoxtens µm 0.6µm videoxtens mit Objektiv f=50mm 0.25µm 0.35µm videoxtens HP = videoxtens HP 0.15µm 0.15µm videoxtens µm 0.5µm laserxtens Compact HP 0.04µm --- laserxtens HP = laserxtens HP 0.1µm 0.1µm laserxtens Array HP 0.1µm 0.1µm videoxtens AddOn 0.2µm 0.2µm Diese Werte wurden mit typischen Einstellungen erzielt. Einige Einstellungen können zwar eine hohe örtliche Auflösung erzielen, jedoch in einer geringen Signalauflösung resultieren. Die Klasse 0.5 / Klasse 1.0 können daher nicht mit jedweder Parameterkombination garantiert werden. DIC Digital Image Correlation 18

19 Vielen Dank! DIC Digital Image Correlation 19