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Digital Image Correlation

Digital Image Correlation (DIC)

Digital Image Correlation (DIC) ist ein nichtinvasives, optisches Messverfahren, mit dem Bewegungen von Oberflächenstrukturen über der Zeit verfolgt werden.

Einsatzgebiete

  • Berührungslose Messung von Oberflächenverformungen in rotierenden Maschinen
  • Messung von Rotorblattverformungen an Windenergieanlagen im Betrieb
  • Spannungsanalyse und Modalanalyse an Maschinenkomponenten

Beschreibung

Ausgehend von einem Referenzbild, wird die Bewegung der Oberfläche über der Zeit relativ zur Referenz bestimmt. Durch Isolation bzw. Elimination der Starrkörperbewegung kann die Dehnung und mit Hilfe von Materialgesetzen die Spannung an der Bauteiloberfläche berechnet werden. Ebenso sind durch den Einsatz von Hochgeschwindigkeitskameras großflächige Schwingungsanalysen an stehenden und rotierenden Bauteilen möglich. 

Grundvoraussetzung für den Einsatz von Digital Image Correlation ist eine zufällige, kontrastreiche, nicht reflektierende Oberflächenstruktur. Erfüllt die natürliche Textur der Oberfläche diese Anforderungen nicht, können künstliche Texturen aufgetragen werden. Die Möglichkeiten reichen von bedruckten Folien, über aufgesprühte Texturen bis hin zu mit Toner benetzten Oberflächen.

Zur Auswertung der Messbilder wird die zufällige Textur der Oberfläche im Referenzbild in Fenster (auch "Subsets" genannt) diskretisiert. Diese Subsets werden anschließend in jedem Bild der Messreihe über ein Korrelationsverfahren zugeordnet. Das Resultat ist ein Vektorfeld, welches jedem Subset eine Verschiebung relativ zur Referenz zuordnet. Durch den Einsatz von Subpixelinterpolation sind Bewegungen im Bild bis 0,01 Pixel detektierbar. 

Das Verfahren funktioniert sowohl mit nur einer Kamera im zweidimensionalen Raum, als auch im dreidimensionalen Raum mit mindestens zwei Kameras. Beim Einsatz einer einzelnen Kamera muss die Blickrichtung der Kamera senkrecht auf die untersuchte Oberfläche sein und es können nur Bewegungen in der Ebene erfasst werden. Zwei Kameras erlauben hingegen die Verfolgung einer Oberfläche im dreidimensionalen Raum. Außerdem entfällt für zwei oder mehr Kameras die Beschränkung der senkrechten Blickrichtung auf die Oberfläche. Selbst relativ spitze Blickwinkel zur Oberfläche sind häufig realisierbar.

Messgrößen

  • Verformung
  • Dehnung
  • Spannungen
  • Dämpfung
  • Frequenzen (FFT)
Bild - Subset im Referenzbild ohne Deformation und zugeordnetes Subset in einem Bild der Messreihe mit Deformation Bild - Subset im Referenzbild ohne Deformation und zugeordnetes Subset in einem Bild der Messreihe mit Deformation Bild - Subset im Referenzbild ohne Deformation und zugeordnetes Subset in einem Bild der Messreihe mit Deformation
Subset im Referenzbild ohne Deformation (links) und zugeordnetes Subset in einem Bild der Messreihe mit Deformation (rechts)
Bild - Zuordnung der Subsets zwischen Referenz und Messbild Bild - Zuordnung der Subsets zwischen Referenz und Messbild Bild - Zuordnung der Subsets zwischen Referenz und Messbild
Zuordnung der Subsets zwischen Referenz und Messbild (links). Vektorfeld zeigt Verschiebung aller Subsets zwischen Referenz und Messbild (Mitte). Anhand von Materialgesetzen wird die Spannung an der Oberfläche berechnet (rechts)
Bild - Anwendung von Digital Image Correlation am Prüfstand für Rotorblattverformungen Bild - Anwendung von Digital Image Correlation am Prüfstand für Rotorblattverformungen Bild - Anwendung von Digital Image Correlation am Prüfstand für Rotorblattverformungen
Anwendung von Digital Image Correlation am Prüfstand für Rotorblattverformungen

ANSPRECHPARTNER

Jan Gößling, M.Sc.
Wissenschaftliche Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter
Adresse
An der Universität 1
30823 Garbsen
Gebäude
Raum
205
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