2D Digital Image Correlation

Gewinnen Sie zusammen mit der Standard-Dehnungsmessung wertvolle Zusatzinformationen über das Probenverhalten!
ZwickRoell Digital Image Correlation macht lokale Dehnungen in 2D über die gesamte Probenfläche sichtbar.

Beschreibung Beispiele Unterschied 2D / 3D Probenvorbereitung Ablauf Analysewerkzeuge Extensometer

Was ist 2D Digital Image Correlation?

Die 2D Digital Image Correlation (Digitale Bildkorrelation) visualisiert Verformungen und Dehnungen über die gesamte, sichtbare Probenoberfläche. Das berührungslose Extensometer videoXtens nimmt während der Prüfung Bilderserien auf, vergleicht Bild für Bild und errechnet die Verschiebungen in einem zuvor definierten Facettenfeld. Jede Facette enthält dabei eine definierte Anzahl von Kamera-Pixeln. Aus diesen Daten werden zweidimensionale, farbliche Strainmaps („Dehnungslandkarten“) erstellt, die eine Analyse des Probenverhaltens auf einen Blick ermöglichen.

DIC - Digital Image Correlation

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Wo wird die Digital Image Correlation eingesetzt?

Das ZwickRoell 2D Digital Image Correlation (gängige Abkürzung: 2D DIC) wird zur Analyse des Probenverhaltens unter Last genutzt. Das Probenverhalten wird in der Software farblich visualisiert und gibt Ihnen Hinweise auf inhomogene lokale Dehnungen und andere Besonderheiten. Diese lokalen Dehnungen werten Sie durch verschiedene Analysewerkzeuge genauer aus, beispielsweise mit virtuellen Messlängen oder virtuellen DMS.

Auch zur Verifizierung der Ergebnisse aus der Live-Dehnungsmessung wird das Digital Image Correlation genutzt. Außerdem werden Fehler im Prüfaufbau schnell sichtbar, zum Beispiel eine ungenaue Ausrichtung der Probe.

Das ZwickRoell 2D DIC ist eine Software-Option zum videoXtens. Die vollflächige Auswertung lässt viel Spielraum bei der Probenform: Auch Bauteile, komplexe Proben mit Aussparungen oder nicht homogene Materialien werden mit der Digital Image Correlation analysiert.

Anwendungsbeispiele zur 2D Digital Image Correlation

Verwendung der kosteneffizienten, virtuellen DMS beim Schubversuch mit gekerbten Probekörpern nach ASTM D 5379 und ASTM D 7078
Open-Hole Tension (OHT) Versuch nach ASTM D 5766 mit Bestimmung der Spannungszustände am Loch
FE-Modell-Validierung: Vergleich des Verschiebungs- und Dehnungsfelds mit der FE-Simulation
Bestimmung von Spannungs-Dehnungs-Kurven (wahre, technische)
Beurteilung des Probenversagens durch Auswertung der Bruchstelle, beispielsweise durch Bestimmung eines lokalen Dehnungsmaximums an der Bruchstelle
Überprüfung der Heterogenität des Materials und Identifikation von lokalem Versagen

Digital Image Correlation im Einsatz bei faserverstärkten Kunststoffen / Composite-Proben — Digital Image Correlation im Einsatz an Composite-Proben

Digital Image Correlation im Einsatz an Composite-Proben

Unterschied zwischen 2D und 3D Digital Image Correlation

Für viele Anwendungen ist kein 3D DIC erforderlich. Eine zweidimensionale Digitale Bildkorrelation ist dann ausreichend, wenn die Messoberfläche plan ist und auch während der Prüfung kein Verdrehen, keine Kippung der Oberfläche und keine wesentliche laterale Probenbewegung erfolgt.

Ein 3D DIC System wird für die 3-dimensionale Vermessung beispielsweise von Bauteilen und Rundproben eingesetzt und erfordert spezielle Hard- und Software. Systeme für 3D Digital Image Correlation werden über ein Modul an die ZwickRoell Prüfmaschine angebunden.

Probenvorbereitung für das 2D DIC

Durch Sprühen wird einfach und schnell ein kontrastreiches Muster auf die Probe aufgebracht.

Für die Live-Dehnungsmessung ist keine zusätzliche Markierung erforderlich. Auf das vorhandene Muster werden per Software virtuelle Messmarken gesetzt.

Video-Extensometer und Digital Image Correlation

Einfach mehr sehen: Die 2D DIC Software-Option von ZwickRoell

Die Option 2D Digital Image Correlation benötigt keine weitere Hardware. Die Software-Option wird einfach mit dem videoXtens kombiniert und erweitert das bereits installierte Dehnungsmesssystem um eine zusätzliche Funktion.

Damit wird mit nur einem Extensometer live die Dehnungsmessung und danach die 2D DIC-Analyse durchgeführt.

Eine hohe Auflösung verbunden mit einem großen Sichtfeld erhalten Sie mit ZwickRoell Array-Systemen. Diese beinhalten mehrere Kameras, beispielsweise das videoXtens 2-150 HP. Damit sehen Sie im 2D DIC-Modus einfach mehr.

Eine Software für alles: testXpert

Die Option 2D Digital Image Correlation ist vollständig in testXpert integriert. Das bedeutet, dass mit einer einzigen Software werden die live-Messung und die 2D DIC-Analyse durchgeführt. Alle Messwerte, Prüfergebnisse und Bilder werden zusammen gespeichert, verwaltet und ausgewertet. Die Dehnungswerte aus der 2D DIC-Analyse lassen sich in der Spannungs-Dehnungskurve anzeigen und auswerten. Das macht die Option leistungsstark.

Messwerte, Prüfergebnisse und Bilder werden zusammen gespeichert, verwaltet und ausgewertet. Sie können alle Messwerte einfach und umfangreich miteinander analysieren. Die Dehnungswerte aus der 2D DIC-Analyse lassen sich in der Spannungs-Dehnungskurve anzeigen und auswerten.
Sie sind schnell und mit wenigen Klicks am Ziel: Durch Vorgabe eines Workflows werden Sie Schritt-für-Schritt vom Einrichten bis hin zur Analyse und Anzeige der Messwerte geleitet.
Einmal erarbeitete Analyseparameter lassen sich in testXpert speichern und immer wieder verwenden.
Zuverlässige Ergebnisse: Die Messwerte aus der Digital Image Correlation sind mit den Messwerten der Prüfmaschine synchronisiert.
Über das Test Re-Run kann für verschiedene Auswertungen jeweils eine neue Probe angelegt werden. So ist die Auswertung jederzeit wieder abrufbar.

Beispiel für den Ablauf einer Digital Image Correlation Analyse

1. Maske(n) und Gitter definieren

Legen Sie den zu analysierenden Bildbereich einfach durch eine Maske fest. Mit Hilfe einer Toolbox an Maskengeometrien wie Kreise oder Polygone können Sie auch unregelmäßige Masken erstellen oder Aussparungen definieren. Auch mehrere Masken sind möglich, für die sich zudem unterschiedliche Auflösungen festlegen lassen.

Für die Festlegung der Facetten und der Auflösung stehen drei hilfreiche Defaulteinstellungen zur Verfügung. Genauso können die Einstellungen individuell gewählt oder angepasst werden. Messungen lassen sich auch auf verschiedenen Ebenen durchführen, die unterschiedliche Abstände zur Prüfachse haben, wie das beispielsweise bei versetzten Proben der Fall ist. Dazu lässt sich individuell der Abstand der Probenebene zur Prüfachse einstellen.

2. Korrelation starten

Mit der Korrelation werden die Verschiebungen und Dehnungen zwischen den Facetten unter Anwendung der in der Maske definierten Parameter berechnet. Für die Korrelation können selektiv Bilder abgewählt werden, beispielsweise Bilder nach Bruch der Probe.

3. Analysieren

Für die Analyse steht Ihnen eine große Auswahl an Analysewerkzeugen und Darstellungen zur Verfügung.

Farbmap und Diagramm werden übersichtlich in einem gemeinsamen Analyse-Layout angezeigt. Die Analysewerkzeuge, beispielsweise Messlängen, lassen sich per Drag auf der Farbmap verschieben, die aktuellen Werte werden simultan im Diagramm angezeigt – ganz ohne Zeitverzögerung! Mit der Zeitleiste rufen Sie jeden beliebigen Prüfungszeitpunkt auf, um die Analysewerkzeuge genau an den wesentlichen Bereichen anzusetzen.

4. Test Re-Run

Über das Test Re-Run werden die Ergebnisse der einzelnen 2D DIC-Analysewerkzeuge in testXpert mit den Messwerten des Live-Versuchs kombiniert. So werden die Dehnungswerte der 2D DIC-Analyse in der Spannungs-Dehnungskurve angezeigt.

Daraus lassen sich auch Materialkennwerte nachträglich neu berechnen.

2D Digital Image Correlation

DIC Analyse-Bereich

2D Digital Image Correlation: Eine Maske definiert den zu analysierenden Bildbereich

2D Digital Image Correlation: Analysewerkezuge

Analysewerkzeuge

Verschiedene Analysewerkzeuge der 2D Digital Image Correlation

Grafische Auswertungen

Zu jedem Analysewerkzeug gibt es eine Auswahl grafischer Auswertungen der digitalen Bildkorrelation

Verschiedene Analysewerkzeuge des 2D Digital Image Correlation (DIC)

Drag & Drop

Alle Analysewerkzeuge des 2D DIC lassen sich per Maus verschieben, die grafische Auswertung erscheint simultan

Schnittlinien Stack

Ausgewählte Zeitschritte werden in einem Diagramm dargestellt, so wird die zeitliche Entwicklung der Schnittlinie sichtbar

Virtuelle DMS

Die virtuellen Dehnungsmessstreifen des 2D DIC lassen sich auch übereinander in verschiedenen Winkeln platzieren

2D Digital Image Correlation (DIC): Einfach analysieren

Analysewerkzeuge

Messpunkte: Diese können Sie an beliebigen Stellen innerhalb einer Strainmap platzieren.
Messlängen oder „virtuelle Extensometer“: Legen Sie zwei Punkte innerhalb der Strainmap fest, zwischen denen die Abstandsänderung ermittelt werden soll.
Schnittlinien: Entlang der Linien werden Dehnungsverläufe visualisiert. Die Schnittlinie verformt sich mit der Probe. Zudem gibt es einen Schnittlinien-Stack, durch den ausgewählte Zeitschritte in einem Diagramm dargestellt werden und so die zeitliche Entwicklung der Schnittlinie sichtbar wird.
Virtuelle Dehnungsmessstreifen (DMS): Für die virtuellen DMS können Sie die Position, die Größe und den Winkel individuell festlegen. Zudem lassen sich mehrere virtuelle DMS in unterschiedlichen Winkeln übereinander platzieren. Beispielsweise lassen sich zwei virtuelle DMS zu einem biaxialen DMS mit 90° zueinander orientierten Messgittern kombinieren. Die virtuellen DMS der Digital Image Correlation können Ihnen viel Zeit und Kosten einsparen.

Grafische Erstellung / Diagramme

Die Analysewerkzeuge lassen sich per Maus auf der Farbmap verschieben, die aktuellen Werte werden simultan im Diagramm angezeigt – ganz ohne Zeitverzögerung! Mit der Zeitleiste rufen Sie jeden beliebigen Prüfungszeitpunkt auf.

Folgende Messwerte können als Strainmaps und in Diagrammen dargestellt werden:

Verschiebungen in X-Richtung
Verschiebungen in Y-Richtung
Lokale Längsdehnungen Ɛ_x
Lokale Querdehnungen Ɛ_y
Lokale Scherdehnungen Ɛ_xy
Maximale Normaldehnungen
Minimale Normaldehnungen
Poissonzahl
Äquivalente Von-Mises-Dehnungen

In allen Strainmaps lassen sich Vector Maps einblenden, die die Hauptdehnungsrichtungen anzeigen.

Exportmöglichkeiten

Für Simulationen oder eine andere Nutzung der Daten außerhalb von testXpert bietet die Option Digital Image Correlation Exportmöglichkeiten:

Export der Einzeldaten in .csv
Export des Videos als .avi
Farbmap / Diagramm exportieren in .bmp

Was ist besonders an der Schnittlinie im 2D Digital Image Correlation?

Mit Hilfe der Schnittlinie werden Dehnungsverläufe entlang oder quer durch die Probe visualisiert. Dabei verformt sich die Schnittlinie mit der Probe. Es handelt sich also nicht um eine auf dem Bild festgesetzte Schnittlinie, sondern hier wird wirklich das Probenverhalten während der Prüfung verfolgt.

Eine besondere Funktion zur Schnittlinie ist das Schnittlinien Stack: Dabei können ausgewählte Zeitschritte in einem Diagramm dargestellt werden. So wird die zeitliche Entwicklung der Schnittlinie sichtbar.

Was macht die virtuellen DMS so effizient?

Virtuelle DMS (Dehnmessstreifen) sind effizient, weil sie eine kostengünstige Alternative zu geklebten DMS sind. Es entfällt der Zeitaufwand für das Aufbringen der DMS. Ein ausgesprochen wirkungsvolles Analysewerkzeug der Digital Image Correlation.

Die virtuellen DMS sind flexibel: Position, Größe und Winkel werden individuell festgelegt. Sie lassen sich auch übereinander platzieren. So wird aus zwei virtuellen DMS ein biaxialer DMS mit 90° zueinander orientierten Messgittern.

Zusätzlich zur lokalen Dehnungsinformation an der Position des DMS ist durch das 2D DIC auch ein Blick auf die ganze Probe möglich.

Was bringen Vector Maps?

Vector Maps zeigen die Hauptdehnungsrichtungen an. Damit sind die Dehnungszustände über den gesamten Auswertungsbereich sichtbar und man erhält schnell ein gutes Gesamtverständnis der Probe.

Die Funktion ist eine wirkungsvolle Erweiterung der Visualisierungsmöglichkeiten innerhalb der digitalen Bildkorrelation.