Muodonmuutosten määrittäminen digitaalisella kuvakorrelaatiolla
Virtanen, Maisa (2020)
Virtanen, Maisa
2020
Teknisten tieteiden kandidaattiohjelma - Bachelor's Programme in Engineering Sciences
Tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunta - Faculty of Engineering and Natural Sciences
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2020-12-15
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202012078545
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202012078545
Tiivistelmä
Digitaalinen kuvakorrelaatio (engl. Digital Image Correlation, DIC) on optinen menetelmä, jolla voidaan määrittää kappaleen muodonmuutoksia. Tämän työn tavoitteena on selventää menetelmän toimintaperiaatetta ja ominaisuuksia. Näiden ominaisuuksien pohjalta pyritään muodostamaan kuva siitä, millaisiin kohteisiin menetelmä soveltuu ja toisaalta sen rajoitteista. DIC-menetelmässä mittalaitteena hyödynnetään yhtä tai useampaa kameraa. Kuormitettavasta kappaleesta kuvataan videota, jonka perättäisiä kuvia verrataan toisiinsa. Kuvista erotellaan pienempiä alijoukkoja, joita verrataan aina samassa kohdassa kuvaa sijaitsevaan alijoukkoon. Esimerkiksi kuvien oikeita yläkulmia verrataan siis keskenään. Tämän vertailun pohjalta saadaan selville alijoukkojen siirtymät, jotka puolestaan kuvastavat kappaleen pinnan muodonmuutosta. Useiden pienten alijoukkojen erillinen tarkastelu mahdollistaa erilaisten paikallisten muodonmuutoksen havainnoinnin toisistaan erillisinä. Tästä on hyötyä silloin kun koko pinta ei muuta muotoaan samalla tavalla, esimerkiksi kun tutkittavaan kappaleeseen muodostuu kurouma. Toinen DIC-menetelmän merkittävä etu on se, ettei tutkittavan kappaleen pintaan tarvitse kiinnittää antureita. Tämä vähentää pintaan kohdistuvia ylimääräisiä kuormituksia, mikä on erityisen tärkeää silloin, kun tutkittava näyte on hyvin herkkä. DIC-menetelmää onkin hyödynnetty monia erilaisia biomateriaaleja tutkiessa, sillä ne eivät välttämättä kestä mittalaitteen kiinnittämistä kappaleen pintaan. Myös syklisen kuormituksen kokeissa on etua kontaktittomuudesta, sillä näytteeseen kiinnitettävät anturit saattavat väsyä itsekin, mikä aiheuttaa virhettä. Toisaalta pitkissä kokeissa DIC:ssä nousee ongelmaksi kameran ylikuumeneminen. Kamerasysteemi on verrattain monimutkainen verrattuna esimerkiksi venymäliuskaan, ja mittaukseen liittyy monia erilaisia epävarmuustekijöitä. Menetelmällä on vaatimuksia näytteen pinnankuvioinnin suhteen. Sopimaton kuvio moninkertaistaa mittaukseen liittyvän epävarmuuden. Kappaleen täytyy olla hyvin valaistu ja pysyä tarkennettuna. Pienikin kameran liike tai tärinä aiheuttaa virhettä mittaukseen. DIC-menetelmä ei ole kovin tarkka hyvin pienillä venymillä, mutta tarkkuus kasvaa venymän kasvaessa. Tarkkoihin mittatuloksiin vaadittavat hyvälaatuiset konenäkökamerat ovat lisäksi kalliita. DIC on hyvä valinta kun tarvitaan tietoa muodonmuutoksista eri puolilla kappaletta, sekä silloin kun anturin kiinnittäminen näytteeseen on vaikeaa. Menetelmässä itsessään ei ole rajoitteita sen soveltamiselle myös tavallisissa aineenkoetuskokeissa, mutta mittausprosessin haastavuus on toistaiseksi pitänyt käytön lähinnä erityissovelluskohteissa.
Kokoelmat
- Kandidaatintutkielmat [7049]