デジタル画像相関法ソフトウェアDIC Dipp-Strain

Dipp-Strain製品写真

”手軽さと高精度が交差する、ひずみ計測(DIC)ソフトウェア”
DIC Dipp-Strainは、非接触で材料のひずみ(strain)を計測するDICソフトウェアです。特殊な光学系や光源を必要とせず、既存のカメラと連携可能。計測は海外製品と遜色ない高精度解析。さらに、驚異的な高速演算で計測時間を短縮します。直感的操作性と日本語表示で、わかりやすく手軽に解析できます。

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「材料のひずみを画像から計測する」 デジタル画像相関法(DIC)ソフトウェア

主ひずみε

非接触で「ひずみ」を算出
材料(金属・コンクリート・木材・樹脂など)をカメラで撮影して、画像から非接触でひずみ:Strainを算出します。

ラインプロファイル

グラフ作成
算出したひずみのグラフを描画して、計測結果と同期再生が可能です。

CSVデータ

CSV出力
解析項目、キャリブレーションデータを数値データとしてCSV出力できます。

「ひずみ」を面で計測する手法【デジタル画像相関法DIC】

PETの引張試験を実例として、デジタル画像相関法(DIC)でひずみ分布算出までの計測手順を紹介します。

撮影協力:
東京工業大学  宍戸・久保研究室   
赤松 範久 先生

デジタル画像相関法(DIC)とは【技術コラム】

デジタル画像相関法(DIC:Digital Image Correlation)は、カメラで撮影された画像から、測定対象の変位を求め”ひずみ”を計測できる手法です。複雑な光学系やセンサーを必要とせず、非接触かつ高分解能でひずみを計測...続きを読む

DIC Dipp-Strainの特長 特長・機能

簡単操作で導入可能

簡単操作で導入可能

すでにお持ちのカメラで計測環境を構築
高度な技術を必要とせず、既存のカメラとの組み合わせだけで迅速に導入可能。新しい解析環境の構築がこれまでになく手軽に。

高精度な解析

タイヤのひずみ

信頼性の高い高精度な解析を実現
信頼性の高いデータを提供する高精度解析。海外製品と比較しても遜色なく、より詳細な評価を可能にします。

高速演算で時間短縮

高速演算で時間短縮

素早い算出結果の取得で時間を短縮
高速演算により計測時間を大幅に短縮。素早い結果取得で、より効率的な研究をサポートします。

日本語対応の国産ソフトウェア

日本語対応の国産ソフトウェア

日本語のインターフェースでわかりやすい
インターフェースの表示言語は日本語の国産ソフトウェア。理解がしやすく、迅速な操作可能です。

自由な運用が可能なライセンス

自由な運用が可能なライセンス

USBでのライセンス制御
本ソフトのインストール台数は無制限で、USBライセンスにより制御されます。撮影用のPCとは別に解析用として、複数のPCへインストールできます。また、2DからStereo(3D)へのアップグレードも可能です。
※アップグレード費用が別途掛かります。

主な用途 DICのアプリケーション

引張、圧縮、曲げ、疲労、熱膨張など各種試験
それぞれの試験項目において、高精度なひずみ計測が可能です。

金属、樹脂、CFRPなど強度評価
異なる複合素材に対する強度評価に最適です。様々な素材の特性を理解し、より適切な材料選択や設計改善に役立ちます。

コンクリートや木材の破壊、振動、衝突試験
一般的な材料試験から破壊時の挙動解析まで、幅広い状況下でのひずみを計測することが可能です。

CAE解析結果との比較
実際の現象とシミュレーション結果のギャップを明らかにし、設計の最適化や解析モデルの精度向上に貢献します。

デジタル画像相関法(DIC)の計測手順 計測手順の紹介

ステレオデジタル相関法「Stereo-DIC」 ※カメラ2台使用

テストピース(金属)の引張試験を例に、ステレオデジタル相関法「Stereo-DIC」の撮影からひずみ算出までの手順です。「Stereo-DIC」では、テストピースを2台のカメラで撮影します(ステレオ撮影)撮影された動画から、変位とひずみを計測することでテストピースの3次元変位と面内のひずみ(strain)を求めることができます。

1. ランダムパターンを塗布する
01

テストピース

02

黒色スプレーで塗りつぶす

03

白色スプレーで”ランダムパターン”を描く

04

”ランダムパターン”を塗布したテストピース

デジタル画像相関法(DIC)では、計測するテストピースにスプレーパターンを塗布します。パターンがどのように変位したかを認識するために”ランダムパターン”が必要になります。ここで重要なのは、精度良く計測ができるように塗布ムラがないようにすることです。

まず全体を艶消しの黒色スプレーで塗りつぶします(図02)次に白色スプレーを使い、塗りつぶすのではなくキメ細かなランダムパターンを黒地に塗布(図03)すると、パターン認識がうまくいき精度の高い計測が行えます。細かな粒子を噴霧してランダム模様でスペックルパターンを描いてください(図04

2. カメラ(例:ハイスピードカメラ)2台を配置 ※ステレオ撮影

ステレオデジタル画像相関法「Stereo-DIC」の撮影イメージ

カメラ(実験条件に応じてハイスピードカメラを使用)を2台準備し、それらを同期させて撮影します。ステレオ視の原理を活用して、カメラのイメージセンサーに投影された三次元表面の形状を測定することが可能となります。

テストピースに塗布されたランダムパターンの変化を捉え、デジタル画像相関法(DIC)で変位分布を計算します。得られた変位分布は微分され、三次元表面のひずみ分布を示します。ひずみ計測では、材質や応力により時間ごとの変位量が異なるため、最適な撮影速度(フレームレート)で撮影を行います。

3. チェッカーボードを使ってキャリブレーションを行う(連続自動抽出機能)

チェッカーボード

キャリブレーションの様子

連続自動抽出機能

カメラ位置を特定
※ソフトウェアの機能

寸法が既知のチェッカーボードをテストピースの位置で撮影します。チェッカーボードを動かしながら動画を撮影し、画像上の物体座標と画像座標を関係付けます。デジタル画像相関法ソフト「DIC Dipp-Strain」では”連続自動抽出機能”を装備。チェッカーボードの交点を次々と自動で認識し、キャリブレーションを短時間で簡便に行えます

・チェッカーボード:計測したい対象によってサイズを使い分けて使用します(※適切なサイズについてはご相談ください)
・キャリブレーションの様子:
テストピースの位置でチェッカーボードを動かしてカメラに位置を認識させます。
・連続抽出機能:
チェッカーボードの縦横の交点を”連続抽出機能”で自動認識します。
・カメラ位置を特定:
物体座標と画像座標が関連付けられることで、2台のカメラ位置が特定されます。

4. テストピースを撮影する
引張試験_元の状態

テストピース(実写画像)※元の状態

引張試験_引っ張った状態

引っ張った状態

ランダムパターンが塗布されたテストピースを2台のカメラで撮影します。元の状態(変位前)から引っ張った状態(変位後)までを撮影して、輝度パターンが変化している画像を取得します。

5. デジタル画像相関法DICでひずみを計測
微小ひずみ_せん断ひずみγxy

微小ひずみ せん断ひずみ成分γxy

微小ひずみ_せん断ひずみγ1

微小ひずみ 主せん断ひずみ成分γ1

微小ひずみ_主ひずみε2

微小ひずみ 主ひずみε2

微小ひずみ_垂直ひずみεy

微小ひずみ 垂直ひずみ成分εy

2台のハイスピードカメラで、ランダムパターンが塗布されたテストピースを撮影して動画を保存。ステレオデジタル画像相関法ソフトウェア「Stereo-DIC Dipp-Strain」で計測します。まず、ひずみ計測ではテストピース表面の変位座標を求めます。サブセットと呼ばれる領域を設定し、変形前後でランダムパターンを比較します。変形前と変形後のサブセットの移動量から変位を求めて、画像全体のひずみ計測が行えます。

2次元デジタル相関法「2D-DIC」 ※カメラ1台使用

「2D-DIC」ではカメラ1台のみで撮影して、物体の面内変位を測定できます。チェッカーボードが無くてもキャリブレーションが行えるので計測が非常に手軽です。また、システム構成もシンプルになるため低価格で始められます。「2D-DIC」を導入後、ソフトウェアの「Stereo-DIC」へバージョンアップも可能です

※金属の引張試験、加圧試験、繊維の伸縮評価などシート材料が計測対象の場合
3次元表面の形状、変位、ひずみの測定まで必要ないとされているお客様も多く、2次元のひずみで十分な評価をいただくことも多くあります。ここでは、実例として”ゴムの引張試験”を例に「2D-DIC」の計測事例を紹介いたします。

ゴムの引張試験
ゴムの引張試験_元の状態

ゴムの引張試験(実写)

主ひずみε1

主ひずみε1

主ひずみε2

主ひずみε2

主せん断ひずみγxy

主せん断ひずみγxy

シュリーレンDIC DICの応用例:透明材料のひずみ計測

マーカー無しでひずみを計測「シュリーレンDIC」

フィルム・ガラス・アクリル樹脂など透明の計測対象は、シュリーレン法を用いて可視化することで、材料表面にランダムパターンを塗布することなく計測ができます。デジタル画像相関法DICを行う上でフィルムなど薄膜材料は、ランダムパターンと材料の変形が一致しないことがあります。塗膜による強度の変化やランダムパターンとの不一致により、計測精度が高くならないことが考えられます。

そこでカトウ光研が提案する「シュリーレンDIC」では、透明材料の密度の差を可視化することができる為、材料そのもののパターンからひずみを計測が可能です。弊社の持つシュリーレン法の光学ノウハウとDICを組み合わせることで、フィルム・ガラス・アクリル樹脂などのひずみをマーカーレス(ランダムパターンを塗布する必要が無い)で計測することができます。

シュリーレン法とは【技術コラム】

シュリーレン法とは、透明体の中に屈折率の異なる部分があるとき、光の進行方向の変化を利用してその部分が明確に見えるようにする光学的手法です。媒質中を伝播する衝撃波や超音波の進行状況、炎による気流の上昇...続きを読む

フィルムの引張を計測
フィルムを引っ張った様子

フィルムを引っ張った様子

シュリーレン法でフィルムを可視化

シュリーレン法で可視化 ※フィルム内部の”ムラ”が観測できる

シュリーレン法は、光の屈折を観測して透明材料”ムラ”を可視化できます。可視化された”ムラ”をDICのランダムパターンとみなして計測していきます。塗布されたランダムパターンとは違い、材料の変形がそのまま”ムラ”の変位として現れるので、精度の高い計測ができます。

フィルム引張のDIC計測結果
フィルムの計測結果_垂直ひずみ成分

微小ひずみ 垂直ひずみ成分εy

フィルムの計測結果_垂直ひずみ成分εx

対数ひずみ 垂直ひずみ成分εy

フィルムの計測結果_主せん断ひずみγ1

対数ひずみ 主せん断ひずみγ1

透明な樹脂材料を計測(圧縮の様子を計測)
透明樹脂を圧縮する様子

透明な樹脂材料を圧縮する様子

シュリーレン法で可視化 ※樹脂内部の”ムラ”が観測できる

樹脂材料をDIC計測結果

対数ひずみ せん断ひずみ

対数ひずみ 主せん断ひずみγ1

医療分野でのDIC DICの応用例:エコー画像からひずみ計測

エコー画像からひずみを計測(医療分野への応用)

動画では、2つの実験を紹介しています。

  • 1つ目の実験:エコー検査で人間の頸動脈の横断面を撮影。ひずみを計測。
  • 2つ目の実験:手首の動きを撮影し、ひずみを計測しています。

撮影協力:東海大学 工学部 医工学科 菊川 久夫 先生
この動画では、エコー画像からデジタル画像相関法(DIC)を用いてひずみを算出しています。医用分野における新しい画像計測の提案です。エコー画像から人体の物理的な変化をより正確に捉え、微細な変動を視覚化することが可能になります。

医療従事者の画像_医療分野における可視化計測

医療分野における可視化計測【目的・用途別の可視化技術】

医療分野では、次々と新しい技術の開発や検証結果が示されており、それらには必ずエビデンスが求められます。その一環として、医療・医用工学分野では「可視化技術」への関心が高まっています。・ウイルス感染症の研究:エアロゾルや飛沫(微小な液滴)の飛散状況・循環器・血液に関する研究:動脈瘤や人工血管の血流の計測・再生医療分野:バイオリアクター...詳細ページ

DIC Dipp-Strain製品概要 仕様・システム構成・解析事例

  1. 仕様
  2. システム構成例
  3. 解析事例

タブ内容を展開する(公開サイトには表示されません)

タブ1(公開サイトには表示されません)

計算方式 デジタル画像相関法(DIC:Digital Image Correlation):粗探索、精密探索
キャリブレーション

2次元デジタル画像相関法(2D-DICカメラ1台):画像距離指定
ステレオデジタル画像相関法(Stereo-DICカメラ2台):チェッカーボードを使用

出力項目 ※下記項目をヒートマップ動画で出力可能
微小ひずみ(垂直ひずみ・主ひずみ)、対数ひずみ(垂直ひずみ・主ひずみ)、グリーンひずみ(垂直ひずみ・主ひずみ)、
アルマンジひずみ(垂直ひずみ・主ひずみ)、2次元変位[pixel]、※3次元変位[mm](ステレオDICのみ
エリア平均ひずみ時系列グラフ、ラインプロファイルひずみグラフ、2点間距離グラフ
計測点CSV出力 座標CSV出力
垂直ひずみ成分εx、垂直ひずみ成分εy、せん断ひずみ成分γxy、主ひずみε1、主せん断ひずみγ1、主ひずみ方向θ、変位座標[pixel]、
※3次元変位[mm](ステレオDICのみ)、エリア平均ひずみ時系列、ラインプロファイル
対応画像フォーマット 動画:AVI
静止画:JPG、PNG、BMP連番
データフォーマット プロジェクト形式 CSV形式
動作環境 OS:Windows10 64bit CPU:インテルCorei5 3.0GHz以上のプロセス HDD:10GB以上の空き容量を推奨
メモリ:8GBのRAM(16GB以上を推奨) モニタ:解像度1366×768pixel以上の画像解像度をサポートするディスプレイ

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デジタル画像相関法(DIC)を行うためのシステム構成例をご紹介いたします。
下記以外でも実験条件やご予算に応じて最適なご提案をいたします。お気軽にご相談ください。

ステレオデジタル画像相関法「Stereo-DIC」システム構成 ※4,000,000円~

ステレオデジタル画像相関法のシステム構成例

ステレオデジタル画像相関法 システム構成

  • ステレオデジタル画像相関法ソフト × 1ライセンス(1,800,000円)
  • ハイスピードカメラk8-USB × 2台(1,900,000円)
  • チェッカーボード(40,000円~160,000円)
    ※サイズによって価格は異なります
  • 周辺機器 光源、PC、カメラレンズ、治具

2次元デジタル画像相関法「2D-DIC」システム構成 ※2,000,000円~

2次元デジタル画像相関法のシステム構成例

2次元デジタル画像相関法 システム構成

  • 2次元デジタル画像相関法ソフト × 1ライセンス(900,000円)
  • ハイスピードカメラk8-USB × 1(950,000円)
  • 周辺機器 光源、PC、カメラレンズ、治具

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【スーパースロー】1秒間に21000枚で撮影~材料が壊れる瞬間の”ひずみ”を解析【デジタル画像相関法 DIC】

材料をトンカチでたたき 割れる瞬間の”ひずみ”を解析しています。実験は珪藻土を使用して 割れる瞬間をハイスピード撮影(1秒間に21000枚)しました。スーパースローで撮影された珪藻土の画像から”ひずみ”を解析して定量化しています。


ステンレスの”ひずみ”を算出する【デジタル画像相関法 DIC】

デジタル画像相関法(DIC)でステンレスのひずみを算出しています。カメラ2台で撮影を行う ”ステレオデジタル画像相関法” で行いました。2台のカメラを使う”ステレオ撮影”で材料の3次元変位を求めることができます。熱で膨張する微小な変形もデジタル画像相関法(DIC)では 高精度な計測を実現します。

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ここまで
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