Vysokorýchlostné systémy DIC ARAMIS

Technológia digitálneho zobrazovania sa neustále vyvíja. Popri rozlíšení má rýchlosť zobrazovania digitálnych kamier veľký význam pre mnohé aplikácie zobrazovania. Digitálne kamery sa zvyčajne kategorizujú ako vysokorýchlostné, ak poskytujú rýchlosť zobrazovania najmenej 1000 snímok za sekundu (fps). Maximálna dosiahnuteľná rýchlosť zobrazovania sa neustále zvyšuje. V súčasnosti sú k dispozícii kamery s maximálnou dosiahnuteľnou snímkovou frekvenciou až niekoľko miliónov snímok za sekundu.

Mnohé vysokorýchlostné kamery sú vybavené snímacími čipmi, ktoré umožňujú orezanie obrazu. Orezanie umožňuje zníženie rozlíšenia obrazu na dosiahnutie vyšších rýchlostí zobrazovania. Medzi kľúčové faktory vysokorýchlostných kamier patrí rýchlosť zobrazovania udávaná v snímkach za sekundu (fps) a citlivosť na svetlo (ISO). Výhoda rýchlosti zobrazovania je zrejmá. Čím rýchlejšie dokážete zaznamenať snímky dynamických procesov deformácie alebo pohybu, tým presnejšie môžete študovať pozorované zmeny. Výhoda citlivosti snímacieho čipu na svetlo nemusí byť na prvý pohľad tak zrejmá, ale je to tiež dôležitý faktor. Zachytávanie vysoko dynamických udalostí vyžaduje veľa svetla, aby sa na snímkach zabezpečil dostatočný kontrast na. Ak nemáte dostatok svetla, vaše snímky môžu byť na analýzu príliš tmavé. S ohľadom na to získava citlivosť snímacieho čipu na svetlo praktický význam. Čím vyššia je citlivosť na svetlo, tým menej svetla potrebujete na získanie snímok s dostatočným kontrastom. To je obzvlášť užitočné pri meraní vysokorýchlostného pohybu alebo deformácie materiálových vzoriek, ktoré sú typicky veľmi malé. Môže byť ťažké usporiadať všetky svetelné zdroje a nasmerovať ich na malú vzorku v obmedzených priestoroch materiálového laboratória. Preto každá lampa, ktorú môžete ušetriť, vám uľahčí prácu a nastavenie 3D meracieho senzora bude pohodlnejšie.

Ďalšou výhodou obrazového senzora s vyššou citlivosťou na svetlo je, že expozičné časy môžu byť kratšie. Veľmi krátke expozičné časy sú potrebné najmä pre vysokorýchlostné testy v materiálovom výskume, ale aj pre nárazové testy v automobilovom priemysle. Ak sú expozičné časy príliš dlhé, existuje riziko, že rýchle pohyby alebo deformácie, ktoré sa majú skúmať, už nebudú ostré. V týchto prípadoch sa používa termín "motion blur". Takéto pohybom rozmazané obrazové dáta potom nie sú vhodné na vyhodnotenie metódou digitálnej korelácie obrazu.

Vysokorýchlostné systémy digitálnej korelácie obrazu sú veľmi univerzálne nástroje na štúdium 3D pohybu a deformácie pri mechanickom testovaní. Preto sú možné aplikácie týchto senzorov rozsiahle. Medzi ďalšie oblasti použitia vysokorýchlostných senzorov digitálnej korelácie obrazu patrí:

• Nárazové skúšky v leteckom a kozmickom priemysle (skúška nárazu vtáka do čelného skla lietadla, skúšobný program NASA pre návrat raketoplánu vrátane nárazovej skúšky na nábežnej hrane krídla)
• Skúšky nasadenia airbagov v automobilovom priemysle
• Skúšky analýzy vibrácií komponentov a konštrukcií (napr. meranie priehybu lopatiek rotora vrtuľníka)
• Pádové skúšky v automobilovom priemysle na posúdenie odolnosti podvozku a automobilových komponentov, ako je batériový zásobník elektrických vozidiel
• Skúška tlakom v režime vysokej rýchlosti deformácie (napr. Split-Hopkinsonov tyčový test)
• Skúšky nárazu hlavy do čelného skla automobilov na zvýšenie bezpečnosti chodcov
• Štúdie biomechanického pohybu a deformácie (napr. pumpovanie srdcovej chlopne)
• Balistické štúdie nárazu (náraz guľky do ochrannej prilby alebo kevlarovej vesty)
  

ARAMIS je optický merací systém na snímanie deformácií, posunov, rýchlostí, zrýchlení, rotácií a uhlov bezkontaktným spôsobom. ARAMIS kombinuje technológiu sledovania bodov a prístup digitálnej korelácie obrazu na zachytenie 3D súradníc a ich odvodených veličín, ako sú posuny a deformácie v čase.

ARAMIS možno na meranie deformácií a posunov použiť dvoma spôsobmi. Použitím jednej kamery na meranie poskytuje ARAMIS možnosti 2D DIC a sledovania bodov, t. j. môžete merať ploché vzorky alebo objekty a sledovať posuny v smeroch X a Y, ako aj rovinné deformácie.

Plný výkon ARAMIS sa prejaví, keď na meranie deformácií a posunov v 3D použijete dve kamery. Môžete merať vzorky a objekty ľubovoľného tvaru pomocou tzv. stereo kamerového senzora a sledovať posuny v 3D priestore. Pre úspešné merania optickým 3D senzorom je dôležité mať stabilné usporiadanie dvoch kamier (ideálne v senzorovej zostave, akú poskytuje ARAMIS), ako aj kalibráciu stereo kamerového senzora pomocou vhodného kalibračného objektu.