非接触歪み・変位計測 デジタル画像相関法:DICシステム

　デジタル画像相関法(DIC)とは、計測対象の表面にスペックルパターンと呼ばれるランダムな模様を塗装などで与え、変形前後の画像を解析演算することで歪み・変位を計測し、ひずみを可視化する手法で、Digital Image Correlationの略をとってDICとも呼ばれます。ひずみゲージとは異なり、画像解析による歪み・変位を解析するので、非接触で面や立体方向の歪みを可視化できます。
　西華デジタルイメージではDICソフトウエアであるsDICの開発体制を整えており、お客様のニーズに合わせた形でのシステム提案を得意としております。
　デジタル画像相関法は、計測対象表面にスペックルパターン( Speckle Pattern )と呼ばれるランダムな模様を塗布し、サンプルの変形前後の画像を比較解析する事により、どの程度変形したかを解析します。変形量だけでなく、変形した方向も検出可能です。サブピクセル補完を行う事で、10~100分の1ピクセルの変位分解 能を持つ高精度な測定手法で、近年注目されている技術です。sDICシステムを使用する事により、非接触、非破壊で物体の歪みや変形を定量化する事が可能です。また、ハイスピードカメラを用いることで、高速の現象や振動の解析も可能です。

カメラ1台を用い2次元( xy )解析をする『sDIC 2D』 と、カメラ2台を用い奥行方向を含めた3次元( xyz )解 析をする『sDIC 3D』があります。また、既に画像取込み環境をお持ちの方向けの単体ソフ トウェアの他、カメラ/レンズ/固定冶具/照明/解析PC 等を含めたシステムもご用意しております。

弊社が長らくPIV等レーザー計測で培ってきた機器との同時計測や、弊社取り扱いのレーザー振動計やSEM像(ナノインデンターによる機械特性)等、他機器との同時計測など、お客様のニーズに合わせたかたちでのご提案を行います。

デジタル画像は、ピクセル（または画素）の集合で構成されています。また、ピクセルそれぞれの輝度値（明るさの情報）は量子化されており飛び飛びの値をとります。このようなデジタル画像は、多くの場合、イメージセンサーを用いて、被写体を撮影する事によって作られます。被写体の輝度値はイメージセンサーのピクセルごとにサンプリングされ、その後A/Dコンバーターで量子化されます。この過程でピクセル間や量子化された輝度値と輝度値の間の情報は失われます。図は、この様子を被写体のある一ラインの情報が、サンプリングおよび量子化でどのように変化するかを模式的に表したものです。被写体の情報は、アナログの表示のある線のようになめらかですが、サンプリングおよび量子化を経て飛び飛びの値をとるようになり、一部の情報が失われます。サンプリングの細かさは、ピクセル数で決定され、量子化の細かさは、ビット深度により決定されます。デジタル画像の取得では起きるため、撮影の際は、パラメーターを十分に検討する決定する必要があります。

デジタル画像相関法では、図の赤枠のように、サブセットと呼ばれる微小領域に被写体を分割します。それぞれのサブセットが計測点となります。サブセットの変位量を計測することで、変形や歪みを算出します。歪み・変位の検出にはステップ幅と呼ばれるサブセットの間隔を設定し、メッシュを切ります。その各サブ セットの移動量と方向を検出する事により、 計測対象の変位・歪み分布が得られます。歪みの算出には、ゲージ長と呼ばれる測定長さをステップ幅の個数で指定します。