Digital Image Correlation voor materiaalkarakterisatie
Door Sofie Verstraete
Traditionele methodes om rekken in een materiaal op te meten zijn een extensometer of rekstrookjes. Deze methodes kunnen zeer nauwkeurig en betrouwbaar de rek opmeten op de locatie en in de richting waar deze zijn aangebracht. Om een volledige ‘full-field’ rekmeting uit te voeren kan een meer geavanceerde techniek, Digital Image Correlation (DIC), worden toegepast. Hierbij kan het vervormingspatroon van het volledige sample worden in kaart gebracht. Met deze techniek is het verder ook mogelijk om rekken in transversale richtingen op te meten, waardoor de Poisson-ratio kan worden berekend.
Principe Digital Image Correlation
Digital Image Correlation (DIC) is een contactloze beeldanalyse methode, gebaseerd op digitale grijswaarden. Hiermee kunnen verplaatsingen worden opgemeten in een 2D veld door gebruik te maken van 1 camera, of in een 3D veld door gebruik te maken van een 2e camera. Voor het uitvoeren van een meting in het 2D veld is het van belang dat de camera loodrecht op het sample wordt gericht aangezien hierbij verplaatsingen uit het vlak niet kunnen worden opgemeten.
Het principe van deze meettechniek berust zich op het tracken van een punten die vooraf op het test sample werd aangebracht. Deze punten worden op het te onderzoeken deel van het teststuk aangebracht. Het puntenpatroon zelf moet zo willekeurig mogelijk zijn en ongeveer 50% van het oppervlak bedekken om een nauwkeurige meting uit te voeren.
Tijdens de meting zal het volledige te testen oppervlak in verschillende subsets worden opgedeeld, dewelke elk een uniek punten patroon bevat. Voor het aanbrengen van de verplaatsing wordt eerst een referentie beeld genomen. Binnen dit referentie beeld zal voor elke subset het middelpunt worden gedefinieerd. Tijdens de vervorming worden sequentieel beelden genomen van het sample. Eens de meting ten einde is worden deze beelden telkens vergeleken met het referentie beeld.
Aan elke pixel binnen een subset wordt een numerieke waarde meegegeven in het geheugen, afhankelijk van de grijswaarde. Vervolgens wordt een correlatie algoritme gebruikt om in het vervormde beeld deze zelfde subset terug te vinden.
Eens de subset in het vervormde beeld terug gevonden is worden de locaties van het middelpunten vergeleken. Uit deze verplaatsingen kunnen voor elke subset een verplaatsingsvector worden gedefinieerd. Uit deze verplaatsingsvector kan vervolgens aan de hand van de eindige elementen methode met behulp van 3 punten de lokale rekken worden bepaald.
Toepassingen DIC
Het toepassen van digital image correlation voor een trek test toont vooral z’n meerwaarde bij het gebruik van zachtere materialen. Bij het gebruik van een extensometer in een toepassing waar insnoering optreed zou de fysike aanwezigheid van de extensometer het materiaalgedrag kunnen beinvoeden en zou verder dus ook een foutief resultaat worden bekomen. Door in deze toepassing gebruik te maken van een contactloze meting kan gedurende de volledige test de rek aan het oppervlak van het test sample worden opgemeten.
Naast het gebruik van DIC bij standaard trek- of druk- testen kan deze ook worden toegepast bij andere applicaties. Het spikkel patroon kan worden aangebracht op vele geometrieën wat de toepassingsrange sterk vergroot. Een voorbeeld hiervan is het toepassen op een v-notched (Iosipechu) shear test om te shear rek van een materiaal te bepalen.
