Vysokorychlostní DIC systémy ARAMIS pro crash testy
Když se děj odehraje za pár milisekund – náraz, výbuch airbagu, pád, dopad projektilu – klasické snímače polohy a tenzometry nestíhají a zachytí jen bodovou informaci. Vysokorychlostní digitální korelace obrazu (DIC) dokáže i v takové situaci změřit, jak se deformuje celá plocha součásti, ve třech rozměrech a v čase.
Co je vysokorychlostní kamera
Za vysokorychlostní se obvykle považuje kamera, která nasnímá alespoň 1000 snímků za sekundu (fps). Horní hranice se neustále posouvá – dnešní špičkové kamery zvládnou až několik milionů snímků za sekundu. Většina z nich umí obraz oříznout: menší výřez snímku znamená nižší rozlišení, ale vyšší snímkovou frekvenci.
U vysokorychlostního měření rozhodují dvě vlastnosti:
- Snímková frekvence – čím víc snímků za sekundu, tím jemněji je zachycen průběh deformace nebo pohybu a tím přesněji lze děj vyhodnotit.
- Citlivost čipu na světlo (ISO) – rychlé snímání potřebuje hodně světla, jinak jsou snímky tmavé a bez kontrastu. Citlivější čip vystačí s menším počtem světel, což ocení hlavně materiálové laboratoře, kde se k malému vzorku jen těžko rozmísťuje osvětlení.
Vyšší citlivost navíc dovolí zkrátit expozici. To je zásadní u rázových zkoušek materiálů i crash testů: při dlouhé expozici se rychle se pohybující povrch rozmaže (tzv. pohybová neostrost) a takové snímky už metodou korelace obrazu vyhodnotit nejdou.
Jak vysokorychlostní DIC funguje
DIC (digital image correlation) vychází z fotogrammetrie na krátkou vzdálenost – měří se ze snímků nebo videa, tedy bezkontaktně. Vysokorychlostní DIC systém má v senzoru vysokorychlostní kamery, takže zachytí deformace a posuny i u velmi dynamických dějů.
Na povrch dílu se nanese stochastický kontrastní (spekle) vzor. Dvě nebo více synchronizovaných kamer snímají scénu vysokou snímkovou frekvencí. Software ZEISS INSPECT Correlate pak sleduje pohyb každého úseku vzoru mezi snímky a rekonstruuje plné pole 3D souřadnic, posunutí, přetvoření, rychlostí, zrychlení a rotací.
Protože se měří bezkontaktně a v celé ploše, není nutné dopředu vědět, kde deformace vznikne. Neočekávané špičky přetvoření se zachytí i tehdy, když je simulace předpověděla jinde.
2D, nebo 3D měření se systémem ARAMIS
ARAMIS kombinuje digitální korelaci obrazu se sledováním bodů a z 3D souřadnic v čase odvozuje deformace, posuny, rychlosti, zrychlení, rotace i úhly. Měřit lze dvěma způsoby:
- 2D DIC s jednou kamerou – stačí pro rovinné vzorky a objekty; sleduje posuny v osách X a Y a deformaci v rovině.
- 3D DIC se dvěma kamerami – stereo senzor změří vzorky libovolného tvaru a zachytí posuny i rotace v prostoru. Podmínkou přesných výsledků je pevné uložení obou kamer (ideálně v jednom těle senzoru) a kalibrace stereo sestavy vhodným kalibračním objektem.
Kolik snímků za sekundu je potřeba
- ARAMIS SRX – při plném rozlišení 12 Mpx až 335 fps (interní RAM kamery), při zmenšené výšce obrazu až 2000 fps. Vhodné pro většinu nárazových a únavových zkoušek, kde je současně potřeba vysoké rozlišení i rychlost.
- ARAMIS Adjustable High Speed – rozlišení 1024 × 1024 px, snímkování až 200 000 fps. Pro nejrychlejší děje – balistiku, výbuchy, dopady.
Volba je vždy kompromisem mezi snímkovou frekvencí, rozlišením a velikostí měřené plochy.
Typické aplikace
Crash a nárazové zkoušky
Ze saňových (sled) testů lze v 6 stupních volnosti (6DoF) sledovat pohyb sedaček a crash test figurín – rotační i translační pohyb hlavy, pohyb a rotaci trupu, rychlost hlavy při dopadu na opěrku, pohyb nohou. Při nárazu hlavy do čelního skla se hodnotí, jak vůz chrání chodce.
Nárazové a pádové zkoušky bateriových skříní
U vozidel s elektrickým pohonem se ARAMIS používá k hodnocení deformačního chování bateriových skříní, podvozku a dalších komponent při pádových a pólových nárazových zkouškách.
Airbagy a pasivní bezpečnost
Měření dynamického rozvinutí a interakce airbagu, testy v klimatické komoře, zkoušky zavírání dveří, kapoty a víka kufru.
Letectví a obranný průmysl
Zkoušky nárazu ptáka do čelního skla letadla, rázové zkoušky náběžné hrany křídla (například v rámci letových testů raketoplánu NASA), zkoušky skořepinových konstrukcí a sledování mezních hodnot v reálném čase – zkoušku lze při hrozícím poškození včas zastavit a ušetřit drahý vzorek. V balistice se měří dopad projektilu na ochranné přilby nebo kevlarové vesty.
Vibrace a rotující díly
Analýza kmitání součástí a konstrukcí, například průhybu rotorových listů vrtulníku za provozu.
Materiály při vysoké rychlosti deformace
Zkoušky na Hopkinsonově dělené tyči a další rázové materiálové zkoušky, kde se deformace odehraje za zlomek milisekundy.
Biomechanika
Studie pohybu a deformace živých i umělých tkání – třeba pohybu srdeční chlopně při pumpování.
Co získáte navíc oproti bodovému měření
- plné pole deformace místo několika bodů
- možnost dodatečně umístit „virtuální“ extenzometr nebo tenzometr kamkoli do záběru
- přímé porovnání s FEM daty (ABAQUS, LS-DYNA, ANSYS, PAM-STAMP)
- synchronní záznam síly, zrychlení a teploty přes řídicí jednotku ARAMIS
- analýza posunů, rotací a změn úhlů v intuitivním softwaru ZEISS INSPECT Correlate
Jak vybrat správnou konfiguraci
Vysokorychlostní DIC dává u rychlých a rázových dějů to, co bodové snímače nikdy neposkytnou – spojitý obraz deformace celé součásti. Správná sestava ale závisí na rychlosti děje, velikosti měřené plochy, dostupném světle i rozpočtu. Podle toho se volí mezi ARAMIS SRX a ARAMIS Adjustable High Speed.
Popište nám svou zkoušku – pomůžeme najít konfiguraci, která jí bude odpovídat, nebo měření provedeme za vás. Více o službě najdete na stránce Optické měření pohybu a deformací.
Máte dotaz k optickému měření deformace?
- charakterizace materiálů a deformační křivky
- testy prototypů, únavové a crash testy
- validace FEM simulací naměřenými daty
- měření tváření plechu (FLD/FLC)
Kontaktujte odborníky
- tř. Gen. Píky 2057/3 613 00 Brno Česká republika
