Digitális képkorreláció

A digitális képkorreláció (DIC) olyan eljárás, amellyel 2D-s vagy 3D-s koordinátákat lehet kiszámítani egyetlen kamera, sztereokamera vagy többkamerás rendszer által rögzített egyedi képekből vagy képsorozatokból. Ha a képfelvételt egy bizonyos időszakon keresztül végzik, az elmozdulások, sebességek és gyorsulások mérési eredményei 2D-ben vagy 3D-ben származtathatók. A 2D-s vagy 3D-s koordináták közötti helyi elmozdulások értelmezésével kiszámíthatók az alakváltozási értékek és az alakváltozási sebességek. A DIC eredményekre jellemző, hogy a próbatestek felületéről származó, több ezer 2D-s vagy 3D-s koordinátán alapuló, teljes mezőt átfogó mérési adatokként állnak rendelkezésre, rendkívül nagy helyi felbontással.

A DIC mérés elvégzéséhez a próbatestek felületét általában megfelelő mintázattal készítik elő. A mintákat például szórófejjel, ecsettel, nyomdai úton stb. lehet felhordani. Amíg a minta a vizsgálat során a próbatest felületével együtt mozog és deformálódik, addig a minta felvitelének technikája alárendelt szerepet játszik.

A vizsgálat elvégzése előtt a DIC rendszert a kívánt látómezőre kell beállítani és kalibrálni. Egykamerás rendszer esetén a lencse torzítási paraméterei és a pixel méretezése van meghatározva. Sztereó vagy többkamerás DIC rendszerek esetén a kamerák egymáshoz képesti tájolását is meg kell határozni. A következőkben ez a cikk csak a sztereó kamerarendszerekre összpontosít, mivel ez a leggyakoribb konfiguráció.

Beállítás után és a vizsgálat megkezdése előtt a bal és a jobb oldali kamerával úgynevezett referenciaképeket vagy referenciafázist rögzítünk. Ezek a rögzített képek az elmozdulás és a nyúlás referenciájaként szolgálnak minden további értékeléshez. A vizsgálat során képrögzítés történik a vizsgálat követelményeitől, azaz a képfelvételi gyakoriságtól, az expozíciós időtől stb. függően.

A bal oldali kamera kezdeti referenciaképére egy, az alkalmazástól függő méretű és távolságú felületelemekből (részhalmazokból) álló mátrixot helyezünk. Ez a mátrix több ezer felületelemből áll. A felületelemeket a 3D-s koordináták kiszámítására használjuk az egyes felületelemek szürkeérték-eloszlásának kiértékelésével és a jobb oldali kamera referenciaképén történő újbóli azonosításával. A bal oldali és a jobb oldali kameraképek felületelemeinek középpontjaiból a DIC érzékelő kalibrációs adatainak segítségével háromszögeléssel 3D-s koordinátákat határozunk meg. A bal és a jobb oldali kamera képein, valamint az összes képen keresztül a megfelelő felületelemek azonosítása a szubpixeles tartományban történik, ami sokkal nagyobb pontosságot eredményez, mint a pixeles skálázás.

A DIC kezdeti eredményei a próbadarabok felszínének 3D-s koordinátái az idő függvényében. A referenciafokozat 3D-s koordinátáiból az összes rögzített szakasz 3D-s koordinátáit kivonva a 3D-s elmozdulási értékeket kapjuk. Ezenkívül az elmozdulási értékek időbeli deriváltjaival 3D-s sebességeket és 3D-s gyorsulásokat számítunk.

Egy helyi síkbeli alakváltozás-tenzor, amely figyelembe veszi a számított 3D-s koordináták közötti relatív elmozdulásokat, az X és Y irányú felületi alakváltozások, valamint az elvi alakváltozások (nagyobb és kisebb alakváltozások) és az alakváltozási sebességek időbeli deriváltjait szolgáltatja.

A DIC ma már széles körben használatos a legtöbb ipari szegmensben, valamint az egyetemeken és kutatóintézetekben végzett kutatás és fejlesztés során. Érintésmentes elvével, valamint a mozgások, deformációk, nyúlások, sebességek és gyorsulások mérésének és értékelésének képességével a DIC sokoldalú eszköz az anyag- és alkatrészvizsgálat területén.

A DIC kiváltja a hagyományos mérőeszközöket, például az elmozdulás-jeladókat, a nyúlásmérő bélyegeket és a gyorsulásmérőket, mivel a próbatest és a mérés előkészítése egyszerűbb.

A rendelkezésre álló digitális kameratechnológia támogatja a nagy felbontású képeket és a nagy sebességű, akár 5 MHz-es képalkotást, ami több alkalmazási területet is megnyit.