NIST (National Institute of Standards and Technology) verwendet Vic-3D für die digitale Bildkorrelation (DIC)

NIST is using the Vic-3D digi­tal image cor­re­la­ti­on (DIC) sys­tem to ana­ly­ze stress in brid­ges. By using DIC, they try to under­stand the impact of stres­ses and strains on the metal con­nec­tors of brid­ges in order to avoid dama­ge or failure.


NIST is pre-strai­ning a wide pla­te with digi­tal image cor­re­la­ti­on (DIC) to deter­mi­ne the small-sca­le spe­ci­men sec­tio­n­ing plan:

https://www.nist.gov/video/pre-straining-pipeline-steel-plate


NIST is con­duc­ting a CWP test with digi­tal image cor­re­la­ti­on (DIC) to deter­mi­ne local and remo­te strains used to deter­mi­ne the Ten­si­le Strain Capa­ci­ty of a fla­wed pipe girth-weld:

https://www.nist.gov/video/curved-wide-plate-testing


NIST is making an SE(T) test with digi­tal image cor­re­la­ti­on (DIC) showing the asym­metric strain gra­di­ent of a spe­ci­men not­ched in the heat-affec­ted zone:

https://www.nist.gov/video/single-edge-notch-tension-testing

Abgasrohr

Exhaust1Die Inge­nieu­re der Fir­ma Cum­mins ent­wi­ckeln und tes­ten ihre Moto­ren, um reel­len Bedin­gun­gen der Indus­trie stand­zu­hal­ten, die von mili­tä­ri­sche Ein­sät­zen bis zu gro­ßen Indus­trie­an­la­gen rei­chen. Sie wol­len genaus­tens erfah­ren, wie sich ihre Bau­tei­le unter der Kom­bi­na­ti­on von ther­mi­scher und mecha­ni­scher Belas­tung ver­for­men. Das bedeu­tet, sie müs­sen ihre Tests mit lau­fen­den hei­ßen Moto­ren durchführen.

Auf­grund der kom­ple­xen Span­nungs­fel­der, die unter die­sen Bedin­gun­gen erzeugt wer­den, kön­nen her­kömm­li­che Deh­nungs­mess­strei­fen Cum­mins Anfor­de­run­gen nicht genü­gen. FEM Simu­la­tio­nen  sind durch die unsi­che­ren Rand­be­din­gun­gen eben­falls nur begrenzt mög­lich. Mit dem Vic-3D Sys­tem sind Cum­mins Inge­nieu­re in der Lage detail­lier­te 3‑dimensionale Deh­nungs­mes­sun­gen durch­zu­füh­ren. Die­se Mes­sun­gen wer­den unter reel­len Belas­tungs­be­din­gun­gen vor­ge­nom­men, wäh­rend der Motor läuft. Dar­über hin­aus ist der Auf­bau des Vic-3D Sys­tems ein­fach, mit dem Sys­tem kön­nen sowohl klei­ne Objek­te als auch gro­ße Bau­grup­pen ver­mes­sen werden.

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Paul Glo­eck­ner, lei­ten­der Ent­wick­lungs­in­ge­nieur von Cum­mins, beschreibt die Nütz­lich­keit des Vic-3D Sys­tems wie folgt: “Die­ses Mess­ge­rät erlaubt es uns Unter­su­chun­gen vor­zu­neh­men, die bis­her nicht mög­lich waren. Zusätz­lich konn­ten die Mess­zei­ten der Tests redu­ziert werden.”

 

DIC Versuche an Stahlbeton

Auf der fol­gen­den Inter­net­sei­te stellt die ETH Zürich —  einer unse­rer lang­jäh­ri­gen Kun­den — ihr For­schungs­pro­jekt vor, bei dem die Genau­ig­keit der digi­ta­len Bild­kor­re­la­ti­on im Anwen­dungs­be­reich Stahl­be­ton unter­sucht wird. Zu den Pro­jekt­ver­ant­wort­li­chen gehört Prof. Dr. Wal­ter Kauf­mann und Dr. Jai­me Mata Falcón.

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Deh­nungs­feld­mes­sung bei einem Zugversuch

an einem Beweh­rungs­stab: Bruchphase.

Benutzervideos bei Youtube — Bauwesen

Ravi Ran­a­de

Unter­su­chung eines kon­tru­ier­ten, zement­ar­ti­gen Bal­kens aus Ver­bund­werk­stoff (ECC) unter 4‑Punkt Belas­tung mit DIC.

 

Ravi Ran­a­de

DIC Mes­sung einer recht­ecki­gen Zug­pro­be, her­ge­stellt aus hoch­vo­lu­mi­ger Flug­asche (ECC). Die Belas­tung erfolg­te auf der hori­zon­ta­len Achse.

 


Natio­na­les Insti­tut für Stan­dard und Technologie

Das Natio­na­le Insti­tut für Stan­dard und Tech­no­lo­gie hilft, Belas­tun­gen von Brü­cken fest­zu­stel­len und zu mes­sen. Durch die Ver­wen­dung der digi­ta­len Bild­kor­re­la­ti­on ver­su­chen Sie zu ver­ste­hen, wel­chen Ein­fluss Belas­tun­gen und Deh­nun­gen auf die Beschä­di­gun­gen  (im schlimms­ten Fall führt es zu einem tra­gi­schen Zusam­men­bruch) der Metall­ver­bin­dun­gen von Brü­cken besitzen.

 

Vergleich Dehnungsmessstreifen / Vic-3D

Bei die­ser Unter­su­chung ging es um einen Ver­gleich einer Vic-3D Deh­nungs­mes­sung mit den Ergeb­nis­sen von Deh­nungs­mess­strei­fen. Die aus­ge­wähl­te Acryl-Pro­be befes­tig­te man dafür in einer Zug­prüf­ma­schi­ne. An der Pro­ben­rück­sei­te wur­den die Deh­nungs­mess­strei­fen ange­bracht und mit dem SCAD 500 DMS-Mess­ver­stä­ker ver­bun­den. Die Vor­der­sei­te soll­te für die Bild­kor­re­la­ti­ons­mes­sung ver­wen­det und mit dem benö­tig­ten Speck­le­mus­ter prä­pa­riert wer­den. Zum Ein­satz kamen 5Mpx CMOS Kame­ras mit einem Pre­gius Sen­sor und einer Bild­ra­te von 75fps. Weil der Aus­gang des SCAD 500 mit der DAQ Box des DIC Sys­tems ver­bun­den wur­de, konn­ten die Ergeb­nis­se der Deh­nungs­mes­sung par­al­lel auf­ge­zeich­net und in einem Dia­gramm dar­ge­stellt werden.

X

Strain Gauge Comparison-1  Strain Gauge Comparison-1a

Abbil­dung 1: Vic-3D Mes­sung der Acryl- Probe

 

Strain Gauge Comparison-2

Abbil­dung 2: Mess­ergeb­nis­se — Ver­gleich der Deh­nungs­mess­strei­fen (rote Kur­ve) und Vic-3D  (schwar­ze Kur­ve) [Deh­nung ε in Microstrain]

 

Die Vic-3D Daten ent­spre­chen nahe­zu per­fekt den Ergeb­nis­sen der Deh­nungs­mes­sung. Auch bei nied­ri­gen Belas­tun­gen ist die Dif­fe­renz weni­ger als 25 Microstrain.

Dehnungsmessung — 2D Ermüdungstest

 

In die­sem Bei­trag wer­den die Ergeb­nis­se eines 2D Ermü­dungs­tests an einer dicken Stahl­plat­te mit Ker­be gezeigt. Unter Ver­wen­dung einer 2,3 MP Kame­ra in Kom­bi­na­ti­on mit Vic-2D kann eine hohe Deh­nungs­auf­lö­sung von unge­fähr 5 — 10 Micros­train erreicht werden.

 

Im Video wer­den die Ergeb­nis­se des Ermü­dungs­tests dargestellt.

 

 

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Die Pro­be wur­de einer wech­seln­den Bie­ge­be­las­tung über die Zeit aus­ge­setzt, was die gra­fi­sche Dar­stel­lung veranschaulicht.

z.f.P: Dynamische Anregung eines Yacht-Rumpfes

Die Fir­ma Mari­ne NDE aus Spa­ni­en nutz­te die tech­ni­schen Vor­tei­le unse­res She­aro­gra­fie-Sys­tems für die zer­stö­rungs­freie Unter­su­chung gro­ßer Berei­che. Eine Kom­bi­na­ti­on aus She­aro­gra­fie-Sen­sor und Pie­zos­ha­ker-Sys­tem zur dyna­mi­schen Belas­tung half den Mit­ar­bei­tern, den gro­ßen Yacht-Rumpf zu unter­su­chen (sie­he Bild unten). Die Hül­le aus hoch­ent­wi­ckel­tem Ver­bund­werk­stoff und einer Län­ge von 30,5 m ist Teil einer zukünf­ti­gen Hoch­leis­tungs-Segel­yacht. In drei Arbeits­ta­gen mit nur 240 Mes­sun­gen konn­te die gesam­te Hül­le auf­grund der voll­flä­chi­gen Mes­sung des She­aro­gra­fie-Sen­sors unter­sucht werden.

 

 

Der Yacht-Rumpf besteht aus einer Ver­bund­ma­te­ri­al-Kon­struk­ti­on, bei der ins­be­son­de­re ein Waben­kern den Innen­raum bildet.

Marine NDT1Marine NDT3

 

 

 

 

 

 

Auf der lin­ken Sei­te — Das She­aro­gramm eines detek­tier­ten Anbin­dungs­feh­lers (sie­he rotes Oval). Der gel­be Kreis mit dem X mar­kiert die Posi­ti­on für das Bohr­loch auf der rech­ten Sei­te. Die zer­stö­ren­de Prü­fung bestä­tigt die Mess­ergeb­nis­se des She­aro­gramms. Erkenn­bar ist eine signi­fi­kan­te Ablö­sung zwi­schen der Waben­kern­struk­tur und der Klebefolie.

Verformungsmessung

Die fol­gen­den Vide­os beschäf­ti­gen sich mit der Ver­for­mungs- und Deh­nungs­mes­sung eines metal­li­schen Feder­ele­men­tes, dass mit Vic-3D ver­mes­sen wurde.

Bei der ers­ten Mes­sung wur­de die Ver­for­mung in x‑Richtung betrachtet.

 

Bei der zwei­ten Mes­sung wur­de die Ver­for­mung y‑Richtung aufgenommen.

 

Bei der drit­ten Ver­for­mungs­mes­sung wur­de die z‑Richtung betrachtet.

 

Der letz­te Film zeigt die Ergeb­nis­se der Dehnungsmessung.

Betriebsschwingungsanalyse eines Mobiltelefons während des Vibrationsalarms

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Refe­renz­ko­or­di­na­ten und Kon­tur des Mobiltelefons. 

Die­se Bei­spiel zeigt die Mes­sung und Ana­ly­se der Betriebs­schwin­gungs­for­men und Starr­kör­per­vi­bra­ti­ons­be­we­gung eines Mobil­te­le­fons, das mit sei­nem eige­nen Vibra­ti­ons­alarm ange­regt wird, beschrie­ben. Mit dem berüh­rungs­lo­sen 3D Voll­feld High-Speed-Bild­kor­re­la­ti­ons­s­sy­tem in Kom­bi­na­ti­on mit dem Vic-3D FFT Modul ana­ly­siert man die auf­ge­nom­me­nen Ver­for­mungs­da­ten im Fre­quenz­be­reich mit Hil­fe der Phasentrennungsmethode.

Nokia

 

Die gemes­se­nen Ver­for­mun­gen und Ver­schie­bun­gen wäh­rend des Vibra­ti­ons­alarms wer­den im Ver­gleich zum Refe­renz­zu­stand für jedes Ste­reo­bild­paar aus­ge­wer­tet. In die­sem Bespiel beträgt die Auf­nah­me­zeit etwa 5,5 s mit  1000 FPS, dem­entspre­chend erhält man unge­fähr 5500 Einzelmessungen.

Die fol­gen­de Abbil­dung zeigt die durch­schnitt­li­che Schwin­gungs­am­pli­tu­de U.

Nokia2

Kombination eines Stereomikroskops mit digitaler Bildkorrelation Vic-3D

Anwen­dungs­bei­spiel:  Elek­tro­ni­sche Kom­po­nen­ten sol­len mit einer Kom­bi­na­ti­on aus einem spe­zi­el­len Ste­reo­mi­kro­skop und der Vic-3D digi­ta­len Bild­kor­re­la­ti­on unter­sucht werden.

Stereomikroskop

Bild 1 —  Messaufbau

Das Ste­reom­mi­kro­scop wird auf einen x‑y-z-Mikro­me­ter­tisch mon­tiert (sie­he im Hin­ter­grund)  und die Pro­be an einer Zug­ma­sche ein­ge­spannt (rechts).

Stereomikroskop2

Bild 2 — Deh­nung in x‑Richtung

Stereomikroskop3

Bild 3 — Deh­nung in y‑Richtung

Deh­nungs­ver­tei­lung eines Chip-Kon­den­sa­tors (lin­ker Bereich) , der mit einer Pla­ti­ne (ver­ti­kal im rech­ter Bereich des Bil­des) ver­lö­tet ist (Löt­be­reich zwi­schen Pla­ti­ne und Kon­den­sa­tor). Die kom­plet­te Pro­be wur­de für die Mes­sung in der Mit­te geteilt, so dass die Schnitt­kan­te beob­ach­tet wer­den kann. Nun erfolgt eine Bie­ge­be­las­tung auf die Pla­ti­ne. In den Mess­ergeb­nis­sen erkennt man einen läng­li­chen roten Bereich. Hier­bei han­delt es sich um einen Riss in der Lötung. Der Bild­aus­schnitt ist ins­ge­samt <2mm.

 

Lötkugel

Bild 4 — Wei­te­res Bei­spiel: Mes­sung einer Lot­ku­gel D=300μm unter Scher­be­las­tung (hori­zon­tal). Dar­ge­stellt wird die Hauptdehnung.