Co je 3D testování a čím se liší od 3D skenování
Zatímco 3D skenování zachytí tvar a rozměr dílu v jednom okamžiku, 3D testování sleduje jeho chování pod zatížením – posunutí, přetvoření a rozložení napětí v průběhu zkoušky. Výsledkem není jedna síť bodů, ale spojitý záznam pohybu každého bodu na povrchu součásti.
Systémy pracují na principu digitální korelace obrazu (DIC) a fotogrammetrie. Na povrch dílu se nanese stochastický kontrastní (spekle) vzor nebo referenční body a soubor synchronizovaných kamer zaznamenává jejich pohyb. Software z obrazů dopočítá plné pole 3D souřadnic, posunutí a přetvoření s přesností až do submikrometrové oblasti – nezávisle na teplotě vzorku.
Protože kamery měří deformaci ve všech směrech současně, odpadá zdlouhavá a nákladná příprava zkoušky – lepení tenzometrů, montáž extenzometrů, LVDT snímačů nebo akcelerometrů pro nízkofrekvenční aplikace. Podrobněji o metodě u rychlých dějů píšeme v článku Vysokorychlostní DIC systémy ARAMIS.
Parametry systémů v číslech
MPX ROZLIŠENÍ KAMER
TISÍC SNÍMKŮ ZA SEKUNDU
MM ŠÍŘKA OBJEMU
Uvedené hodnoty jsou maxima napříč nabízenými variantami – konkrétní kombinaci rozlišení, snímkování a měřicího objemu volíme podle typu zkoušky. Detailní tabulky variantů najdete na stránkách jednotlivých systémů.
Hlavní přínosy
Spolehlivá rozhodnutí
Získáte reálné chování materiálu a dílu pod zatížením v celé ploše – přímý podklad pro validaci FEM simulací a pro rozhodování ve vývoji.
Úspora času a nákladů
Měření je bezkontaktní, nezávislé na materiálu a teplotě a vzorek nevyžaduje zdlouhavou přípravu. Tenzometry, snímače posunutí (LVDT) i akcelerometry často vůbec nepotřebujete – a místo několika kanálů získáte mnohonásobně víc dat pro vyhodnocení. Pozici „virtuálních“ snímačů lze měnit i dodatečně nad již naměřenými daty.
Přesnost napříč velikostmi
Od zkušebních vzorků o velikosti několika milimetrů po konstrukční celky o velikosti několika metrů – stejnou metodou. Měřit lze s rozlišením v řádu submikrometrů – a nezáleží přitom na tvaru ani teplotě vzorku.
Co dokážeme změřit
3D souřadnice
poloha každého bodu na povrchu součásti v průběhu celé zkoušky
Posunutí a dynamika
posunutí, rychlost a zrychlení, pohyb v 6 stupních volnosti (6DoF)
Přetvoření
major/minor strain a jeho plošné rozložení, ne jen bodové hodnoty
Napětí a kritická místa
rozložení napětí a lokalizace míst, kde díl selže první
Tváření
ztenčení materiálu a tvařitelnost u výlisků, mez tvařitelnosti
Data pro simulaci
modul pružnosti a další materiálové parametry, deformační křivky a křivky mezního přetvoření (FLC) jako vstup do FEM
Vyhodnocení probíhá v softwaru ZEISS INSPECT Correlate se souvislým tokem dat od měření až po protokol. Součástí je optický extenzometr a tenzometr – měřicí místa lze umístit i dodatečně nad již naměřenými daty, bez opakování zkoušky.
Typické aplikace
Charakterizace materiálů
Tahové, tlakové, smykové a ohybové zkoušky, vysokorychlostní a teplotní testy. Určení deformačních křivek, meze kluzu Rp0,2, meze pevnosti Rm, tažnosti, R- a N-hodnoty a křivky mezního přetvoření (FLC) dle ISO 12004.
Testování prototypů a dílů
Analýzy tuhosti a vibrací, únavové a crash testy. Systém měří reálnou geometrii dílu spolu s nelineárním chováním a umožňuje přímé porovnání s FEM daty.
Validace numerických simulací
Naměřená data slouží jako vstup pro výpočty a pro optimalizaci a validaci MKP modelů. Software umožňuje import FE dat z ABAQUS, PAM-STAMP, LS-DYNA, ANSYS i AUTOFORM a jejich zarovnání s měřením.
Jak měření probíhá
01
Návrh zkoušky
podle sledované veličiny a rychlosti děje zvolíme systém, měřicí objem a snímkovací frekvenci. U výlisků řešíme, zda jde o plošnou analýzu tváření, nebo o zkoušku pod zatížením.
02
Příprava vzorku
nanesení stochastického spekle vzoru pro plošné měření, nalepení kruhových referenčních značek pro bodové sledování, u analýzy tváření hexagonální bodová mřížka nanesená před tvářením elektrochemicky nebo laserem.
03
Kalibrace a záznam
kalibrace senzoru trvá jednotky minut. Řídicí jednotka ARAMIS umožňuje synchronní záznam externích signálů (síla, teplota, napětí) přes protokol PTPv2, takže je měření přímo spárováno s daty ze zkušebního stroje.
04
Vyhodnocení a protokol
v ZEISS INSPECT Correlate: plné pole posunutí a přetvoření, řezy, virtuální extenzometry, FLD diagram, export dat a protokol podle šablony.
Zkoušky lze měřit jednorázově jako službu, nebo systém nasadit opakovaně na sérii testů. Několik senzorů lze spojit do jedné sestavy a měřit současně z různých úhlů; jednotlivé projekty se sloučí do společného souřadného systému pomocí fotogrammetrie ZEISS TRITOP.
Systémy ZEISS pro 3D testování
ARAMIS 3D Camera
Vysokorozlišovací optický 3D senzor s pevným, stabilním tělem – pro plošné i bodové měření v průmyslovém prostředí. Rychlá kalibrace, krátké časy nastavení, obsluha bez expertních znalostí.
- varianty 12M (4096 × 3000 px, 25 fps) a SRX (4096 × 3068 px, až 335 fps při plném rozlišení, 2000 fps při 1/6 obrazu)
- měřicí objem 35 × 25 mm až 5100 × 4200 mm
- sledování referenčních bodů na plochách až 5 × 5 m, projektor vzoru do 500 × 500 mm, volitelná dotyková sonda
- řídicí jednotka ARAMIS, synchronizace PTPv2, multisenzorové sestavy
ARAMIS Adjustable
Modulární, individuálně konfigurovatelný systém s nastavitelnými měřicími objemy a pracovními vzdálenostmi. Volba pro výzkumné instituce a univerzity, kde se mění typy zkoušek i velikosti vzorků.
- varianty 12M, 24M (5312 × 4448 px), SRX a High Speed
- High Speed až 200 000 fps při rozlišení 1024 × 1024 px – rázové a crash děje
- měřicí objem od 15 × 15 mm po 5000 × 5000 mm
- plošná i bodová analýza, přestavba sestavy podle zkoušky
ARGUS
Optická analýza tváření plechu ruční kamerou na principu fotogrammetrie. Měří plošné přetvoření, ztenčení a tvařitelnost hotového výlisku a validuje simulace tváření.
- 24 Mpx snímač (6000 × 4000 px), hmotnost těla cca 920 g, přenos snímků přes Wi-Fi
- měřená plocha od 100 × 100 mm po několik metrů (strategie XL), 10 000 až 300 000 měřicích bodů
- rozsah přetvoření 0,5 % až > 300 %, přesnost až 0,2 %
- diagram mezního přetvoření (FLD) a porovnání s křivkou FLC v ZEISS Correlate Pro
Srovnání: který systém pro jakou zkoušku
| ARAMIS 3D Camera | ARAMIS Adjustable | ARGUS | |
|---|---|---|---|
| Princip | DIC, senzor s pevným tělem | DIC, modulární uspořádání kamer | fotogrammetrie, bodová mřížka |
| Co sleduje | posunutí, přetvoření, rychlost, zrychlení, 6DoF v čase | totéž, s volitelnou konfigurací pro daný typ zkoušky | stav přetvoření výlisku po tváření |
| Snímkování | 25 fps (12M) až 2000 fps (SRX) | až 200 000 fps (High Speed) | statické snímkování hotového dílu |
| Měřicí objem | 35 × 25 mm až 5100 × 4200 mm | 15 × 15 mm až 5000 × 5000 mm | 100 × 100 mm až několik metrů |
| Typické nasazení | zkušebna a provoz, opakované zkoušky s rychlým nastavením | výzkum a vývoj, měnící se typy zkoušek a vzorků | lisovna, tool try-out, náběh série, přejímka šarží plechu |
| Hlavní výstup | deformační křivky, plné pole přetvoření, data pro FEM | totéž včetně rázových a vysokorychlostních dějů | major/minor strain, ztenčení, FLD/FLC |
Nevíte, co zvolit? Popište nám zkoušku a díl – navrhneme systém, měřicí objem i metodiku.
Software ZEISS INSPECT Correlate
Všechny systémy sdílejí jedno vyhodnocovací prostředí. Software pracuje na parametrickém konceptu – každý krok vyhodnocení je zpětně sledovatelný a celý postup lze uložit jako šablonu a použít na další měření. Výsledky jsou tak srovnatelné napříč zkouškami, odděleními i závody.
Plné pole dat
posunutí, přetvoření, rychlosti, zrychlení, rotace a úhly z obrazů i videí
Virtuální snímače
extenzometry a tenzometry umístitelné dodatečně nad naměřenými daty
Porovnání se simulací
import FE dat z ABAQUS, LS-DYNA, ANSYS, PAM-STAMP a AutoForm
FLD / FLC
diagram mezního přetvoření včetně bezpečnostní křivky a křivky ztenčení
Opakovatelnost
automatická tvorba sítě a protokoly podle šablony, nezávisle na obsluze
Jeden tok dat
od záznamu zkoušky po protokol bez přepisování mezi programy
ARAMIS přímo ve zkušebně
Propojení se zkušebním strojem
řídicí jednotka ARAMIS spouští vlastní programy měření, ukládá sílu a další externí signály ve stejném okamžiku jako snímky a výsledky předá dál analogově i digitálně
Multisenzorové sestavy
více senzorů ARAMIS měří současně z různých pohledů a s různě velkým polem, vyhodnocení probíhá ve společném souřadném systému
Rozměrné objekty
dynamické zkoušky velkých dílů a konstrukcí, třeba kmitání listů větrných turbín vlivem počasí nebo vzpěr letadlové konstrukce při ohybu
Živý náhled a streamování
výsledky sledujete už během zkoušky a přes ethernet (protokol SCPI) je posíláte do dalšího softwaru; úsporný režim pro dlouhé a únavové testy
Automatizace sérií
rozhraní ARAMIS Kiosk vyhodnocuje tahové zkoušky podle norem rychle, opakovatelně a téměř bez zásahu obsluhy, i u velkých sérií vzorků
Validace výpočtů
naměřené vlastnosti materiálu a chování dílu slouží jako vstup i kontrola simulace; FE data se v ZEISS INSPECT Correlate prostorově zarovnají s měřením
Odvětví a příklady nasazení
Automobilový průmysl
crash a únavové zkoušky, lehké konstrukce, e-mobilita, tváření karosářských dílů
Letectví
zkoušky kompozitních panelů a konstrukčních celků, měření velkých rámů
Elektronika a elektrotechnika
deformace desek plošných spojů a pouzder, tepelné cyklování
Zdravotnická technika
zkoušky implantátů a nástrojů, chování materiálů při zatížení
Energetika
tlakové komponenty, svary, dlouhodobé zatěžovací zkoušky
Stavebnictví
zkoušky nosníků, spojů a stavebních prvků v plné velikosti
Ověřená přesnost a normy
VDI/VDE 2634-1 a 2626
Kvalita a výkon senzorů ARAMIS se ověřují standardizovaným přejímacím postupem podle těchto směrnic. Systémy procházejí pravidelnou kalibrací.
Certifikace DAkkS
Součástí dodávky je certifikační dokumentace podle akreditovaného postupu DAkkS – doložitelná přesnost, ne jen katalogový údaj.
ISO 12004
Určení křivky mezního přetvoření (FLC) probíhá dle ISO 12004. Protokol uvádí metodiku, měřicí objem i podmínky zkoušky – použitelný pro zákazníka i pro audit.
Měření přímo u zákazníka
Systémy jsou mobilní – zkoušky lze provádět přímo ve zkušebně nebo v provozu zákazníka, bez převozu dílu a bez dlouhé přípravy. Senzor se postaví na stativ k testovacímu stavu, zkalibruje se na místě a měří se souběžně se standardním průběhem zkoušky.
Časté otázky
Jak se díl na měření připravuje?
Pro plošné měření se nastříká matný spekle vzor (základ + kontrastní nástřik), pro bodové sledování se nalepí kruhové značky. U analýzy tváření se mřížka nanáší na přístřih ještě před lisováním. Příprava trvá řádově minuty a povrch dílu nepoškozuje.
Jak velký díl lze měřit?
Od vzorků o velikosti jednotek milimetrů po sestavy o velikosti několika metrů. Velké plochy se řeší sledováním referenčních bodů (až 5 × 5 m), spojením více senzorů nebo strategií XL u systému ARGUS.
Nahradí optické měření tenzometry?
Ve většině zkoušek ano – místo několika bodových hodnot dostanete plné pole přetvoření a polohu „snímačů“ můžete měnit i zpětně nad naměřenými daty. Tenzometry zůstávají smysluplné u dlouhodobého monitoringu a v místech, kam kamery nevidí.
Dostanu data použitelná pro simulaci?
Ano. Výstupem jsou 3D souřadnice, posunutí a přetvoření v čase, deformační křivky a materiálové parametry včetně FLC. Data lze přímo porovnat s FE modelem z ABAQUS, LS-DYNA, ANSYS, PAM-STAMP nebo AutoForm.
Máte zájem o 3D testování?
Ozvěte se nám s popisem zkoušky nebo dílu – navrhneme vhodný systém a metodiku měření.