デジタル画像相関法ソフトウェアDIC Dipp-Strain

テストピース（金属）の引張試験を例に、ステレオデジタル相関法「Stereo-DIC」の撮影からひずみ算出までの手順です。「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）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次元変位と面内のひずみ（strain）を求めることができます。

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02）次に白色スプレーを使い、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（図03）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（図04）

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、画像上の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ソフト「DIC 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、キャリブレーションを短時間で簡便に行えます。

・チェッカーボード：計測したい対象によってサイズを使い分けて使用します（※適切なサイズについてはご相談ください）
・キャリブレーションの様子：テストピースの位置でチェッカーボードを動かしてカメラに位置を認識させます。
・連続抽出機能：チェッカーボードの縦横の交点を”連続抽出機能”で自動認識します。
・カメラ位置を特定：物体座標と画像座標が関連付けられることで、2台のカメラ位置が特定されます。

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。元の状態（変位前）から引っ張った状態（変位後）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。

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。まず、ひずみ計測で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。

「2D-DIC」ではカメラ1台のみで撮影して、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す。また、システム構成もシンプルになるため低価格で始められます。「2D-DIC」を導入後、ソフトウェアの「Stereo-DIC」へバージョンアップも可能です。

※金属の引張試験、加圧試験、繊維の伸縮評価などシート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次元のひずみで十分な評価をいただくことも多くあります。ここでは、実例として”ゴムの引張試験”を例に「2D-DIC」の計測事例を紹介いたします。

フィルム・ガラス・アクリル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、材料表面にランダムパターンを塗布することなく計測ができます。デジタル画像相関法DICを行う上でフィルムなど薄膜材料は、ランダムパターンと材料の変形が一致しないことがあります。塗膜による強度の変化やランダムパターンとの不一致により、計測精度が高くならないことが考えられます。

そこでカトウ光研が提案する「シュリーレンDIC」では、透明材料の密度の差を可視化することができる為、材料そのもののパターンからひずみを計測が可能です。弊社の持つシュリーレン法の光学ノウハウとDICを組み合わせることで、フィルム・ガラス・アクリル樹脂などのひずみをマーカーレス（ランダムパターンを塗布する必要が無い）で計測することができます。

※関連記事：シュリーレン法とは｜密度勾配を可視化する原理を現象動画と合わせて解説【技術コラム】

シュリーレン法は、光の屈折を観測して透明材料”ムラ”を可視化できます。可視化された”ムラ”をDICのランダムパターンとみなして計測していきます。塗布されたランダムパターンとは違い、材料の変形がそのまま”ムラ”の変位として現れるので、精度の高い計測ができます。

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