カトウ光研株式会社

デジタル画像相関法ソフトウェアDIC Dipp-Strain

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デジタル画像相関法ソフトウェア
ステレオデジタル画像相関法ソフトウェア
「Stereo-DIC Dipp-Strain」

2次元デジタル画像相関法ソフトウェア
「2D-DIC Dipp-Strain」
非接触で画像から材料のひずみ分布を計測
高精度・低価格・シンプル操作の国産デジタル画像相関(DIC)ソフトウェア
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「材料のひずみを画像から計測する」デジタル画像相関法(DIC)ソフトウェア

材料(金属・コンクリート・木材・樹脂など)の表面変化をカメラで撮影し、得られた画像から非接触・非破壊で測定対象のひずみを求める事ができるデジタル画像相関法(DIC)ソフトウェアです。
複雑な光学系や特殊な光源を使わずに測定ができるためシンプルな構成で手軽に導入をご検討いただけます。

「ひずみ」を"面"で計測する手法【デジタル画像相関法DIC】
撮影協力:東京工業大学 宍戸久保研究室 赤松先生
PETの引張試験を実例にデジタル画像相関法のひずみ分布の計測結果と計測の手順を紹介しています
肘サポーターの伸縮を数値化して比較【デジタル画像相関法DIC】
肘サポーターの伸縮をデジタル画像相関法(DIC)で数値化しました
ポリウレタンとコットンの2種類をそれぞれ解析して比較しています。
ステンレスの"ひずみ"を算出する【デジタル画像相関法 DIC】
デジタル画像相関法(DIC)でステンレスのひずみを算出しています。
カメラ2台で撮影を行う "ステレオデジタル画像相関法" で行いました。

「DIC Dipp-Strain」の特長

  • 精度が高いといわれる海外製のデジタル画像相関法(DIC)ソフトと比べて遜色のない、高精度解析を実現しました。
  • 他社製品と比較しても驚きの高速演算で計測時間が短く、快適に運用できます。
  • すでにお持ちのハイスピードカメラを活かして計測環境を整えることも可能です。
  • 直感操作を実現しており、非常にシンプルな構造です。解析操作の動画マニュアルもサービスで付属しており、納品説明を受けずとも、操作に迷うことなく解析結果までたどり着けます。
  • 国産ソフトウェアですので表示言語も用語も日本語で分かりやすいです。
  • カメラ1台で計測する2D版がソフト単体90万円(税抜)
     カメラ2台でステレオ撮影し奥行成分も解析する3成分版のソフト単体価格が180万円(税抜)でのご案内となっております。

デジタル画像相関法(DIC)ソフトウェアの主な用途

引張、圧縮、曲げ、疲労、熱膨張などの各試験

金属、樹脂、CFRPなど複合素材の強度評価

コンクリートや木材の破壊、振動、衝突試験

CAEの解析結果が最適か?実測との比較

デジタル画像相関法(DIC)    ▶撮影から計測までの手順を紹介

テストピース(金属)の引張試験を例に撮影からひずみ算出までの手順を紹介いたします。

ステレオデジタル画像相関法「Stereo-DIC」 *カメラ2台使用

「Stereo-DIC」では、テストピースを2台のカメラで撮影します(ステレオ撮影)
2台のカメラで撮影された動画から、変位とひずみを計測することでテストピースの3次元変位面内ひずみを求めることができます。

1.テストピースの準備
デジタル画像相関法(DIC)では計測するテストピースにスプレーパターン(図3ランダムパターン)を塗布します。
パターンがどのように変位したかを認識するためにランダムパターンが必要になります。ここで重要なのは、精度良く計測ができるように塗布ムラがないようにすることです。

まず全体を艶消しの黒色スプレーで塗りつぶします(図1)次に白色スプレーを使います(図2)このとき、塗りつぶすのではなくキメ細かなランダムパターンを黒地に塗布すると、パターン認識がうまくいき精度の高い計測が行えます。
細かな粒子を噴霧してランダム模様でスペックルパターンを描いてください。
  • テストピース
    テストピース
  • 黒色スプレーで塗りつぶす
    図1 黒色スプレーで塗りつぶす
  • 白色スプレーでランダムパターンを描く
    図2 白色スプレーで
    ランダムパターンを描く
  • ランダムパターンが描かれたテストピース
    図3 ランダムパターンが塗布された
    テストピース
2.ハイスピードカメラ2台を配置(ステレオ撮影)
同期撮影ができる同じハイスピードカメラを2台用意。
カメラのイメージセンサーに投影されるステレオ視の原理を用いて、三次元表面の形状が測定可能になります。
テストピースに塗布されたランダムパターンの変化を撮影、デジタル画像相関法(DIC)で変位分布を算出します。
算出された変位分布は微分されて三次元表面のひずみ分布となります。
ひずみ計測は材質や応力により時間ごとの変位量が変わるので適切な撮影速度(フレームレート)で撮影します。
ステレオデジタル画像相関法_撮影イメージ
「ステレオデジタル画像相関法」撮影イメージ
*引張試験のテストピースを2台のハイスピードカメラで撮影
3.チェッカーボードを使ってキャリブレーションを行う(連続自動抽出機能)
寸法が既知のチェッカーボードをテストピースの位置で撮影します。
チェッカーボードを動かしながら動画を撮影し、画像上で物体座標と画像座標を関係付けます。
デジタル画像相関法(DIC)ソフトウェア「Dipp-Strain」では"連続自動抽出"機能を装備。チェッカーボードの交点を次々と自動で認識してくれるので、キャリブレーションを短時間で簡便に行うことができます。
デジタル画像相関法用チェッカーボード
チェッカーボード
ステレオデジタル画像相関法_キャリブレーション
キャリブレーションの様子
チェッカーボードを動かしてカメラに位置を認識させる
テストピースの位置でチェッカーボードを動かして物体座標と画像座標を関係付けます。
デジタル画像相関法_キャリブレーション画面
ソフトウェアのキャリブレーション画面
チェッカーボード縦横の交点を"連続自動抽出"機能で自動認識。
交点が求まると物体座標と画像座標が関連付けられて2台のカメラ位置を特定できます。
*"連続自動抽出"ソフトウェア「Dipp-Strain」の機能です
4.ハイスピード撮影
ランダムパターンが塗布されたテストピースを2台のカメラで撮影します。
変位前(元の状態)から変位後(引っ張られてテストピースが伸びた状態)までを撮影して輝度パターンが変化している画像を取得します。
ランダムパターンの実写画像
テストピース(実写画像) 元の状態
     テストピース(実写画像) 引っ張った状態
5.デジタル画像相関法(DIC)で計測 ▶結果を表示
2台のハイスピードカメラでランダムパターンが塗布されたテストピースを撮影して動画を保存。
ステレオデジタル画像相関法ソフトウェア「Stereo-DIC Dipp-Strain」で計測します。

ひずみ計測にはテストピース表面の変位座標を求めます。
サブセットと呼ばれる領域を設定し、変形前後でランダムパターンを比較します。
変形前と変形後のサブセットの移動量から変位を求めて、画像全体のひずみ計測が行えます。

計測された座標の変位量から下記項目の結果を表示できます。
「Stereo-DIC Dipp-Strain」出力できる計測結果
  • 微小ひずみ
  • 変形勾配テンソル
  • 対数ひずみ
  • グリーンのひずみ
  • アルマンジのひずみ
  • 2次元変位[Pixel]
  • 3次元変位[mm]
  • 微小ひずみ_主ひずみε1
    微小ひずみ:主ひずみε1
  • 微小ひずみ_主ひずみε2
    微小ひずみ:主ひずみε2
  • 微小ひずみ_主せん断ひずみγxy
    微小ひずみ:せん断ひずみ成分γxy

「2次元デジタル画像相関法2D-DIC」 *カメラ1台使用

「2D-DIC」ではカメラ1台のみで撮影をして物体の面内変位を測定できます。
チェッカーボードが無くてもキャリブレーションが行えるので計測が非常に手軽で低価格で始められます。
まずは「2D-DIC」を導入後、後からソフトウェアを「Stereo-DIC」へバージョンアップできるサービスもあります。

*金属の引張試験、加圧試験、繊維の伸縮評価などシート状材料が計測対象の場合
"3次元表面"の形状、変位、ひずみの測定まで必要ないとされているお客様も多く "2次元"の変位・ひずみで十分な評価をいただいております。

ここではゴムの引張試験を例に「2D-DIC」の計測結果を紹介いたします。

ゴムの引張試験_元の状態
ゴムの引張試験(元の状態)
*ランダムパターンを塗布したもの
ゴムの引張試験_引っ張った状態
ゴムの引張試験(引っ張った状態)


ゴムの引張試験_主ひずみε1
主ひずみε1
ゴムの引張試験_主ひずみε2
主ひずみε2
ゴムの引張試験_主せん断ひずみγxy
主せん断ひずみγXY

マーカーレスでひずみ計測を実現     ▶「シュリーレンDICシステム」

フィルムやガラス、樹脂など透明の計測対象は、シュリーレン法を用いて可視化することで表面にランダムパターンを塗布することなく材料そのままの状態で計測ができます。
フィルムなどの薄膜材料は塗膜により強度が変化してしまったり、材料と一致した変形が塗装面で起きなかったり、ひずみの計測結果へ影響する事が懸念されます。

弊社の有するシュリーレン法の光学ノウハウを用いる事で、フィルムや透明アクリル樹脂などであればマーカーレス(塗布によるパターンを用いることなく)で材料の変位を計測することが可能です。

「シュリーレンDICシステム」でフィルムの引張を計測

透明なフィルムをシュリーレン法で可視化
フィルムの引張
フィルムの引張
 
シュリーレン法_フィルムのムラ
図1シュリーレン法で可視化したフィルム
*フィルム内部の「ムラ」を観測できる
図1はシュリーレン法でフィルムを可視化した画像です。
シュリーレン法は光の屈折を観測して透明な材料の「ムラ」を可視化することができます。

可視化された「ムラ」をランダムパターンとして計測できます。
シュリーレン法で可視化された画像をデジタル画像相関法(DIC)で計測 結果を表示
  • フィルム引張_対数ひずみ_垂直ひずみ成分εy
    微小ひずみ 垂直ひずみ成分εy
  • フィルム引張_対数ひずみ_垂直ひずみ成分εx
    対数ひずみ 垂直ひずみ成分εx
  • フィルム引張_対数ひずみ_主せん断ひずみγ1
    対数ひずみ 主せん断ひずみγ1

「シュリーレンDICシステム」で透明樹脂材料を計測

透明な樹脂材料をシュリーレン法で可視化
透明樹脂材料の加圧
透明な樹脂材料を加圧する
 
シュリーレン法_樹脂のムラ
シュリーレン法で透明樹脂を可視化
*樹脂の「ムラ」を観測できる
シュリーレン法で可視化された画像をデジタル画像相関法(DIC) で計測 結果を表示
  • 樹脂を加圧_微小ひずみ_せん断ひずみ成分γxy
    対数ひずみ せん断ひずみ
  • 樹脂を加圧_対数ひずみ_主せん断ひずみγ1
    対数ひずみ 主せん断ひずみγ1

デジタル画像相関法ソフトウェア    ▶DIC Dipp-Strain 仕様

計算方式
デジタル画像相関法(DIC):粗探索、精密探索
キャリブレーション
▶2次元デジタル画像相関法(2D-DIC):画像距離指定▶ステレオデジタル画像相関法(Stereo-DIC):チェッカーボードを使用
出力項目
微小ひずみ(垂直ひずみ・主ひずみ)、対数ひずみ(垂直ひずみ・主ひずみ)、 グリーンひずみ(垂直ひずみ・主ひずみ)、
アルマンジひずみ(垂直ひずみ・主ひずみ)、二次元変位[pixel]、三次元変位[mm]、動画出力、エリア平均ひずみ時系列グラフ表示、
ラインプロファイルひずみグラフ表示
計測点CSV出力
座標CSV出力:垂直ひずみ成分εx、垂直ひずみ成分εy、せん断ひずみ成分γxy、主ひずみε1、主ひずみε2、主せん断ひずみγ1、
主ひずみ方向θ、変位座標[pixel]、三次元変位[mm]、エリア平均ひずみ時系列CSV出力
対応画像フォーマット
動画:AVI  静止画:JPG、PNG、BMP連番
データフォーマット
プロジェクト形式 CSV形式
動作環境
OS:Windows10 64bit CPU:インテルCore i5 3.0GHz 以上のプロセッサ HDD:10GB バイト以上の空き容量推奨
メモリ:8GB のRAM(16GB 以上を推奨) モニタ:解像度1366×768 以上の画像解像度をサポートするディスプレイ

デジタル画像相関法(DIC) ▶ひずみ計測を行うためのシステム構成例

下記以外にもご予算や要求仕様に応じて最適な構成をご案内いたします。

ステレオデジタル画像相関法「Stereo-DIC」システム構成例

ステレオデジタル画像相関法_構成
ステレオデジタル画像相関法(DIC)システム 最小構成4,000,000円~

◇ステレオデジタル画像相関法ソフトウェア「Stereo-DIC Dipp-Strain」×1ライセンス 1,800,000円

◇ハイスピードカメラk8-USB×2台 1,900,000円

◇チェッカーボード(校正用) 40,000円~160,000円(*サイズによって価格は変わります)

◇周辺機器 光源、PC、カメラレンズ、治具

2次元デジタル画像相関法「2D-DIC」システム構成例

2次元デジタル画像相関法_構成
2次元デジタル画像相関法(DIC)システム 最小構成 2,000,000円~

◇2次元デジタル画像相関法ソフトウェア「2D-DIC Dipp-Strain」×1ライセンス 900,000円

◇ハイスピードカメラk8-USB×1台 950,000円

◇周辺機器 光源、PC、カメラレンズ、治具

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