Digital Image Correlation - method development, scope, principle of functioning, and future goals

• Autorzy: Kempny Marcin

Identyfikatory

DOI

10.32730/imz.2657-747.22.3-4.4

Warianty tytułu

PL

Cyfrowa Korelacja Obrazu - opracowanie metody, zakres, zasada działania i cele na przyszłość

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper presents the basics of the Digital Image Correlation System, its algorithm of operation, methods of data recording and implementation. In addition, the paper characterises in detail the standard bench instrumentation necessary for the implementation of this type of measurement. The paper also describes the procedure of sample preparation and classifies the main methods of applying a marker to the surface of the sample. The article highlights the main advantages of the system and the main difficulties associated with its operation, and indicates the important parameters affecting the quality of the measurement. The paper shows a wide range of applications of Digital Image Correlation (DIC) and the possibilities of cooperation with other measurement systems as well as extended versions of the system, such as Digital Volumetric Correlation. The article also outlines further directions for the development of the DIC research methodology including, among others, extending the temperature range in which the method can be applied, as well as increasing the speed of camera image recording. Such modifications will allow the image correlation method to be used for research where it has not yet been possible.

PL

W pracy przedstawiono podstawy systemu cyfrowej korelacji obrazów, algorytm działania, metody rejestracji danych oraz implementacji. Ponadto w pracy szczegółowo scharakteryzowano standardowe oprzyrządowanie stanowiskowe niezbędne do realizacji tego typu pomiarów. W pracy opisano również procedurę przygotowania próbki oraz sklasyfikowano główne metody nanoszenia znacznika na powierzchnię próbki. Artykuł podkreśla główne zalety systemu, główne trudności związane z jego działaniem oraz wskazuje istotne parametry wpływające na jakość pomiaru. Manuskrypt pokazuje szeroki zakres zastosowań cyfrowej korelacji obrazu (DIC) oraz możliwości współpracy z innymi systemami pomiarowymi, a także rozszerzone wersje systemu, takie jak cyfrowa korelacja wolumetryczna. W pracy nakreślono również dalsze kierunki rozwoju metodologii badań DIC, w tym m.in. rozszerzenie zakresu temperatur, w których metoda może być stosowana, jak również zwiększenie szybkości rejestracji obrazu z kamer. Takie modyfikacje pozwolą na wykorzystanie metody korelacji obrazów do badań, w których zastosowanie DIC nie było dotychczas możliwe.

Słowa kluczowe

EN

digital image correlation; Digital Volume Correlation; non-destructive tests; research methodology; optical measuring system

PL

Cyfrowa Korelacja Obrazu; Cyfrowa Korelacja Objętościowa; testy nieniszczące; metodologia badawcza; optyczne systemy pomiarowe

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukaszewicz - Instytut Metalurgii Żelaza im. Stanisława Staszica
• Czasopismo: Journal of Metallic Materials
• Rocznik: 2022
• Tom: Vol. 74, no. 3-4
• Strony: 30--41
• Opis fizyczny: Bibliogr. 33 poz., rys.

Twórcy

autor

Kempny Marcin

• Łukasiewicz Research Network - Institute for Ferrous Metallurgy, K. Miarki 12-14, 44-100 Gliwice, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-8472-211X

Bibliografia

• [1] H. Schreier, J.J. Orteu, M.A. Sutton. Image correlation for shape, motion and deformation measurements: Basic concepts, theory and applications. New York: Springer Science+Buisness Media, 2009, pp. 1-10; 13.
• [2] M.A. Sutton, J. Walters, W.H. Peters, W.F. Ranson, S.R. Mcneil1. Determination of displacements using an improved digital correlation method. Image and vision computing, 1983, 1, (3), pp. 133-139.
• [3] T.C. Chu, W.F. Ranson, M.A. Sutton, W.H. Peters. Applications of Digital. Image-Correlation Techniques to Experimental Mechanics. Experimental Mechanics, 1985, 9, pp. 232-244.
• [4] T.Q. Thai. Improvement of Ultraviolet Digital Image Correlation (UV-DIC) at Extreme Temperatures Extreme Temperatures. Utah State University: Graduate Studies, 2020.
• [5] DantecDynamics. Photography of the DIC Standard 3D [no date] [Online] http://www.dantecdynamics.com [accessed on 10 August 2022].
• [6] Z.L. Kowalewski, L. Dietrich, M. Kopeć, T. Szymczak, P. Grzywna. Nowoczesne Systemy Optyczne w Badaniach Mechanicznych - Budowa, Działanie, Zastosowania” In: XXII Seminarium Nieniszczące Badania Materiałów. Zakopane, 16-18 March 2016, pp. 5-36.
• [7] J. Blaber, B.S. Adair, A. Antoniou. A methodology for high resolution digital image correlation in high temperature experiments. Review of Scientific Instruments, 2015, 86 (3), pp. 1-10.
• [8] Z. Pan, S. Huang, Y. Su, M. Qiao, Q. Zhang. Strain field measurements over 3000°C using 3D-Digital image correlation. Optics and Lasers in Engineering, 2020, 127, pp. 105-109.
• [9] A. Blug, D.J. Regina, S. Eckmann, M. Senn, A. Bertz, D. Carl, C. Eberl. Real-time GPU-based digital image correlation sensor for marker-free strain-controlled fatigue testing. Applied Science, 2019, 9 (10), pp. 2-15.
• [10] B. Turoń, D. Ziaja, B. Miller. Rejestracja i analiza pól przemieszczeń i odkształceń za pomocą systemu cyfrowej korelacji obrazu 3D. Journal of civil engineering, environment and architecture, 2017, 24 (64), pp. 7-28.
• [11] M. Kempny. Analiza mozliwości zastosowania system DIC w symulatorach Gleeble 3800, In: XXII Międzynarodowa Studencka Sesja Naukowa. Katowice 28 May 2021, pp. 36-43.
• [12] P.R. Gradl. Digital Image Correlation Techniques Applied to Large Scale Rocket Engine Testing. In: 53rd AIAA/SAE/ ASEE Joint Propulsion Conference, Atlanta 12 September 2017, pp. 1-17.
• [13] W. Zielecki, A. Kubit, Ł. Święch. Analiza doświadczalna odkształcenia elementów klejonych w próbie statycznego oddzierania. Pomiary Automatyka Robotyka, 2013, 2, pp. 71-78.
• [14] G. Li, J. Gu, Z. Ren, F. Zhao, Y. Zhang. Damage evaluation of concrete under uniaxial compression based on the stress dependence of ae elastic wave velocity combined with DIC technology. Materials (Basel), 2021, 14 (20), pp. 2-19.
• [15] D. Marcinczak. Wzmacnianie konstrukcji betonowych za pomocą materiałów kompozytowych. Nauka i Budownictwo, 2019, 66 (2), pp. 1-3.
• [16] D. Rama Seshu, C. Manjula, T.D.G. Rao, C.B.K. Rao. A new way of using welded wire mesh [WWM] for enhancing the shear strength in reinforced concrete beams. Cement Wapno, Beton, 2020, 25 (3), pp. 188-197.
• [17] K. Genovese, L. Casaletto, J. D. Humphrey, J. Lu. Digital image correlation-based point-wise inverse characterization of heterogeneous material properties of gallbladder in vitro. Proceedings of the Royal Society, 2014, 470 (2167), pp. 1-20.
• [18] W. Wang, N. Roubier, G. Puel, J. Allain, I. C. Infante, J. Attal, E. Vennat. A new method combining finite element analysis and digital image correlation to assess macroscopic mechanical properties of dentin. Materials (Basel), 2015, 8 (2), pp. 535-550.
• [19] J.E.A. Palamara, P.R. Wilson, C.D.L. Thomas, H.H. Messer. A new imaging technique for measuring the surface strains applied to dentine. Journal of Dentistry, 2000, 28 (2), pp. 141146.
• [20] S. Tavana, J.N. Clark, N. Newell, J.D. Calder, U. Hansen. In vivo deformation and strain measurements in human bone using digital volume correlation (DVC) and 3T clinical MRI. Materials (Basel), 2020, 13 (23), pp. 1-15.
• [21] G. Tozzi, M.P. Fernández, S. Davis, A. Karali, A.P. Kao, G. Blunn. Full-field strain uncertainties and residuals at the cartilage-bone interface in unstained tissues using propagation-based phase-contrast XCT and digital volume correlation. Materials (Basel), 2020, 13 (11), pp. 1-15.
• [22] G. Borstnar, F. Gillard, M.N. Mavrogordato, I. Sinclair, S.M. Spearing. Three-dimensional deformation mapping of Mode I interlaminar crack extension in particle-toughened interlayers. Acta Material, 2016, 103, pp. 63-70.
• [23] K. Karolewska, B. Ligaj, D. Boroński. Strain analysis of Ti6Al4V titanium alloy samples using digital image correlation. Materials (Basel), 2020, 13 (15), pp. 1-19.
• [24] W. Song, J.E. Houston. Local deformation and Mn-C shortrange ordering in a high-Mn Fe-18Mn-0.6C steel. Metals (Basel), 2018, 8 (292), pp. 1-11.
• [25] S. Chakraborty, J. Indeck, P. Steinmetz, J. Friess, K. Hazeli, A.L. Genau. Localized strain analysis of Ce-and Mg-treated cast iron under uniaxial compression. Metals (Basel), 2020, 10 (12), pp. 1-10.
• [26] V.V. Skripnyak, V.A. Skripnyak. Localization of plastic deformation in Ti-6Al-4V alloy. Metals (Basel), 2021, 11 (11), pp. 1-13.
• [27] H. Gao, G. Agarwal, M. Amirthalingam, M.J.M. Hermans, I.M. Richardson. Investigation on hot cracking during laser welding by means of experimental and numerical methods. Welding in the World, 2018, 62 (1), pp. 71-78.
• [28] Y. Wang, K. Ueda, R. Nagao, and S. Tsutsumi. Measurements Using DIC and XRD. Materials (Basel), 2021, 14 (19), pp. 1-11.
• [29] M. van Rooyen, T. Becker, J. Westraadt, G. Marx. Creep damage assessment of ex-service 12% Cr power plant steel using digital image correlation and quantitative microstructural evaluation. Materials (Basel), 2019, 12 (19), pp. 1-31.
• [30] K.A. Kasvayee, E. Ghassemali, K. Salomonsson, S. Sujakhu, S. Castagne, A.E.W. Jarfors. Strain localization and crack formation effects on stress-strain response of ductile iron. Materials Science & Engineering, 2017, 702, pp. 265-271.
• [31] H.A. Nishikawa, Y. Furuya. Development of a method for evaluating microstructurally small fatigue crack initiation and growth by using an automatic system for in situ observation in conjunction with a digital-image correlation technique. ISIJ International, 2020, 60 (9), pp. 2090-2096.
• [32] T.Q. Thai. Importance of Exposure Time on Digital Image Correlation (DIC) Importance of Exposure Time on Digital Image Correlation (DIC) at Extreme Temperatures at Extreme Temperatures. Utah State University: Graduate Studies, 2018.
• [33] R.B. Berke, J. Lambros. Ultraviolet digital image correlation (UV-DIC) for high temperature applications. Review of Scientific Instruments, 2014, 85 (4), pp. 1-10.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).