Das Prinzip

Unter dem Begriff der „digitalen Bildkorrelation“ (engl. digital image correlation, DIC) werden optische Systeme zur berührungslosen Erfassung und Analyse von Verschiebungen verstanden. Dabei wird mit hochauflösenden Kameras ein künstlich aufgetragenes, stochastisches Oberflächenmuster optisch verfolgt. Aus den mit zwei Kameras aufgenommenen Einzelbildern werden durch Verfolgung des Oberflächenmusters – ausgehend von einem Referenzbild des unbelasteten Prüfobjekts – Verschiebungen in 2D oder 3D errechnet. Aus diesen Verschiebungswerten können in weiterer Folge vollflächige Dehnungen bzw. Dehnungsraten berechnet und visualisiert werden.

Das System besteht aus zwei High-Speed-Kameras, die mit bis zu 1000 Vollbildern pro Sekunde aufzeichnen können. Durch Reduktion des optischen Bereiches kann die Bildrate noch weiter erhöht werden. Für High-Speed-Messungen steht auch eine eigene Lichtquelle zur Verfügung. Mit der DIC können auch große Verschiebungen (bis in den cm-Bereich) erfasst und analysiert werden. Dies gilt nicht nur für harmonisch angeregte Strukturen, sondern auch für statische oder auch transiente Belastungen (z.B. Schockwellenausbreitung entlang einer Oberfläche nach einer stoßhaften Anregung). Aus dem zeitlichen Verlauf der ermittelten 3D-Verschiebungen lassen sich auch 3D-Geschwindigkeiten und 3D-Beschleunigungen berechnen. Die DIC stellt eine gute Ergänzung zur Vibrometrie dar.

Abbildung: Aufbau der Messeinrichtung

Anwendungen in der Praxis

• Einsatz in der Material- und Bauteilprüfung
• Analyse von Verformungen, Dehnungen und Bewegungen an nicht ebenen Strukturen

Eine Kombination mit weiteren Messsystemen (z.B. Thermografiekamera) ist möglich.

Video: Messung der Verformung eines Bauteils beim Abkühlen

Das folgende Video zeigt einen möglichen Einsatz der DIC. Dabei wird die Verformung eines Bauteils beim Abkühlen untersucht. Dabei handelt es sich um einen Vorversuch um das Messsetup zu prüfen. Der Prüfling wurde auf 85° C aufgeheizt. Nach dem Platzieren des Testobjekts wurde die eigentliche Messung bei einer Oberflächentemperatur von etwa 73 °C gestartet. Dabei wurden alle 15" ein Datensatz (ein Videobild je Kamera und die Oberflächentemperatur) aufgenommen. Der Abkühlvorgang dauerte knapp vier Stunden, es wurden 957 Datensätze erfasst.

Basierend auf der optischen Kalibrierung des Kamerasetups wurden die Verschiebungen entlang der Oberfläche bezogen auf einen definierten Bezugspunkt errechnet. Der zeitliche Verlauf dieser Verschiebungen wurde als animiertes Video exportiert. Das Ergebnis zeigt, dass mit diesem Setup Verschiebungen in x- und y-Richtung sehr gut erfasst werden können. Allerdings ist die gewählte Methode der Positionierung des Prüflings für Deformationsuntersuchungen in z-Richtung weniger gut geeignet.

Lehrveranstaltung

• VU Modalanalyse

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