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JP7757652B2 - Digital image correlation method and specimen - Google Patents
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JP7757652B2 - Digital image correlation method and specimen - Google Patents

Digital image correlation method and specimen

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JP7757652B2 JP2021126694A JP2021126694A JP7757652B2 JP 7757652 B2 JP7757652 B2 JP 7757652B2 JP 2021126694 A JP2021126694 A JP 2021126694A JP 2021126694 A JP2021126694 A JP 2021126694A JP 7757652 B2 JP7757652 B2 JP 7757652B2
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Description

本開示は、デジタル画像相関法、および、供試体に関する。 This disclosure relates to a digital image correlation method and a test specimen.

静的試験または動的試験といった、材料(試験体)に対する強度試験を行う際、変形前後のデジタル画像に基づいて、試験体の変位挙動を解析するデジタル画像相関法(DIC: Digital Image Correlation)が知られている(例えば、特許文献1、2)。 When conducting strength tests on materials (test specimens), such as static or dynamic tests, digital image correlation (DIC) is known, which analyzes the displacement behavior of the test specimen based on digital images taken before and after deformation (see, for example, Patent Documents 1 and 2).

デジタル画像相関法では、まず、試験体の表面にランダムな模様(ランダムパターン)を形成する。そして、試験体に対する変形が行われる前に、試験体のランダムパターンのデジタル画像を撮像する。その後、試験体を変形させて、再度、ランダムパターンのデジタル画像を撮像する。そして、変形前のデジタル画像においてサブセットを設定する。なお、サブセットは、デジタル画像上に設定される所定サイズの領域であり、試験体の各位置の変位量を解析するために利用される。続いて、変形前のデジタル画像において設定したサブセットに対応するサブセットを、変形後のデジタル画像において特定する。そして、変形前後におけるサブセットの中心点(代表点)の変位量を算出することで、試験体の変位挙動を解析する。 In digital image correlation, a random pattern is first formed on the surface of the test piece. Then, before the test piece is deformed, a digital image of the random pattern is captured on the test piece. The test piece is then deformed, and a digital image of the random pattern is captured again. Subsets are then set in the digital image before deformation. A subset is an area of a predetermined size set on the digital image, and is used to analyze the amount of displacement at each position on the test piece. Next, a subset corresponding to the subset set in the digital image before deformation is identified in the digital image after deformation. The displacement behavior of the test piece is then analyzed by calculating the amount of displacement of the center point (representative point) of the subset before and after deformation.

特開2020-3234号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2020-3234 国際公開第2007/072905号International Publication No. 2007/072905

上記したように、デジタル画像相関法では、サブセットの中心点の変位量を算出する。このため、試験体の端部に中心点が位置するようにサブセットを設定すると、サブセットのうちの一部が、試験体内に収まりきれなくなってしまう。この場合、サブセットのうち、試験体からはみ出た領域には、ランダムパターンがないことになる(ブランクになる)。 As mentioned above, digital image correlation calculates the displacement of the center point of the subset. Therefore, if a subset is set so that its center point is located at the edge of the test piece, part of the subset will not fit inside the test piece. In this case, the area of the subset that extends beyond the test piece will not contain a random pattern (will be blank).

そうすると、変形後のデジタル画像において、変形前のサブセットに対応するサブセットの特定が困難となり、当該サブセットについては、変位量を算出できない。つまり、試験体の端部の変位量を算出できないという問題がある。 As a result, it becomes difficult to identify the subset in the post-deformation digital image that corresponds to the subset before deformation, and the amount of displacement cannot be calculated for that subset. In other words, there is a problem in that the amount of displacement at the end of the test specimen cannot be calculated.

そこで、本開示は、このような課題に鑑み、試験体の端部の変位量を算出することが可能な、デジタル画像相関法、および、供試体を提供することを目的としている。 In light of these issues, the present disclosure aims to provide a digital image correlation method and a test specimen that can calculate the amount of displacement at the end of the test specimen.

上記課題を解決するために、本開示の一態様に係るデジタル画像相関法は、変形する試験体の変位を測定するデジタル画像相関法であって、カメラの光軸方向に対して垂直な面内における試験体の端部に、延性材料からなる拡張体を付加する付加工程と、付加工程の実行後に、拡張体が付加された試験体の表面、および、拡張体の表面にランダムパターンを形成するランダムパターン形成工程と、拡張体が付加された試験体をカメラによって撮像する第1撮像工程と、拡張体が付加された試験体を変形させる変形工程と、変形工程において変形した試験体をカメラによって撮像する第2撮像工程と、第1撮像工程で得られる第1画像において、試験体の表面および拡張体の表面の双方に跨るように第1サブセットを設定するサブセット設定工程と、第2撮像工程で得られる第2画像において、第1サブセットに対応する第2サブセットを特定するサブセット特定工程と、相互に対応する、第1サブセットの代表点と第2サブセットの代表点との変位量を算出する算出工程と、を含む。 In order to solve the above problem, a digital image correlation method according to one embodiment of the present disclosure is a digital image correlation method for measuring the displacement of a deforming test body, and includes an attachment process for adding an extension body made of a ductile material to the end of the test body in a plane perpendicular to the optical axis direction of the camera; a random pattern formation process for forming a random pattern on the surface of the test body to which the extension body is added and on the surface of the extension body after the attachment process is performed; a first imaging process for imaging the test body to which the extension body is added using a camera; a deformation process for deforming the test body to which the extension body is added; a second imaging process for imaging the test body deformed in the deformation process using a camera; a subset setting process for setting a first subset in the first image obtained in the first imaging process so that it spans both the surface of the test body and the surface of the extension body; a subset identification process for identifying a second subset corresponding to the first subset in the second image obtained in the second imaging process; and a calculation process for calculating the amount of displacement between corresponding representative points of the first subset and the second subset.

また、上記第1撮像工程および第2撮像工程において、試験体と拡張体との境界にカメラの焦点を合わせてもよい。 Furthermore, in the first and second imaging steps, the camera may be focused on the boundary between the test body and the expansion body.

また、上記付加工程において試験体の端部に付加された拡張体は、カメラの光軸方向に対して垂直な面内において自立していてもよい。 Furthermore, the extension body added to the end of the test specimen in the above-mentioned addition process may be free-standing in a plane perpendicular to the optical axis direction of the camera.

本開示によれば、試験体の端部の変位量を算出することが可能となる。 This disclosure makes it possible to calculate the amount of displacement at the end of the test specimen.

本開示の一実施形態に係るデジタル画像相関法を示すフローチャートである。1 is a flowchart illustrating a digital image correlation method according to an embodiment of the present disclosure. 試験体を説明する図である。FIG. 1 is a diagram illustrating a test specimen. 付加工程を説明する工程図である。FIG. 10 is a process diagram illustrating an additional process. ランダムパターン形成工程を説明する工程図である。FIG. 10 is a process diagram illustrating a random pattern forming process. 第1撮像工程および第2撮像工程を説明する工程図である。10A to 10C are process diagrams illustrating a first imaging step and a second imaging step. サブセット設定工程を説明する工程図である。FIG. 10 is a process diagram illustrating a subset setting process. サブセット特定工程を説明する工程図である。FIG. 10 is a process diagram illustrating a subset identification process. 比較例の供試体を撮像して取得された第1画像を説明する図である。FIG. 10 is a diagram illustrating a first image acquired by imaging a specimen of a comparative example. 本実施形態に係る供試体を撮像して取得された第1画像を説明する図である。1 is a diagram illustrating a first image acquired by imaging a specimen according to this embodiment. FIG. 変形例に係る試験体を説明する図である。FIG. 10 is a diagram illustrating a test specimen according to a modified example.

以下に添付図面を参照しながら、本開示の実施形態について詳細に説明する。実施形態に示す寸法、材料、具体的な数値等は、理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本開示を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。また本開示に直接関係のない要素は図示を省略する。 Embodiments of the present disclosure will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. Dimensions, materials, specific numerical values, etc. shown in the embodiments are merely examples for ease of understanding and, unless otherwise specified, do not limit the present disclosure. Note that in this specification and drawings, elements having substantially the same function and configuration are designated by the same reference numerals to avoid redundant explanation. Elements not directly related to the present disclosure are not shown.

[デジタル画像相関法]
図1は、本開示の一実施形態に係るデジタル画像相関法を示すフローチャートである。本実施形態に係るデジタル画像相関法は、一例として、試験体の強度の測定(強度試験)に適用することができる。図1に示すように、本実施形態に係るデジタル画像相関法は、供試体製造工程S110と、第1撮像工程S120と、変形工程S130と、第2撮像工程S140と、サブセット設定工程S150と、サブセット特定工程S160と、算出工程S170とを含む。以下、各工程について説明する。なお、ここでは、デジタル画像相関法を、強度試験としての引張試験に適用する場合を例に挙げる。
[Digital Image Correlation Method]
FIG. 1 is a flowchart illustrating a digital image correlation method according to an embodiment of the present disclosure. The digital image correlation method according to this embodiment can be applied, for example, to measuring the strength of a test specimen (strength test). As shown in FIG. 1 , the digital image correlation method according to this embodiment includes a test specimen manufacturing process S110, a first imaging process S120, a deformation process S130, a second imaging process S140, a subset setting process S150, a subset identification process S160, and a calculation process S170. Each process will be described below. Here, an example will be given in which the digital image correlation method is applied to a tensile test as a strength test.

[供試体製造工程S110]
供試体製造工程S110は、強度試験に用いられる供試体を製造する工程である。供試体製造工程S110は、付加工程S112と、ランダムパターン形成工程S114とを含む。
[Specimen manufacturing process S110]
The specimen manufacturing step S110 is a step of manufacturing a specimen to be used in a strength test, and includes an adding step S112 and a random pattern forming step S114.

[付加工程S112]
付加工程S112は、試験体の端部に拡張体を付加する工程である。図2は、試験体10を説明する図である。なお、本実施形態の図2をはじめとする以下の図では、垂直に交わるX軸、Y軸、Z軸を図示の通り定義する。
[Additional step S112]
The adding step S112 is a step of adding an extension body to the end of the test body. Fig. 2 is a diagram illustrating the test body 10. In Fig. 2 and other figures of this embodiment, the X-axis, Y-axis, and Z-axis that intersect perpendicularly are defined as shown.

試験体10は、例えば、繊維強化プラスチック(FRP: Fiber Reinforced Plastics)等の複合材、金属等である。図2に示すように、本実施形態に係る試験体10は、平板形状である。 The test specimen 10 is made of, for example, a composite material such as fiber-reinforced plastics (FRP), metal, etc. As shown in Figure 2, the test specimen 10 according to this embodiment has a flat plate shape.

試験体10は、平行部12と、グリップ部14a、14bとを含む。平行部12は、図2中、X軸方向の長さ、Y軸方向の長さ、および、Z軸方向の長さが、それぞれ一定である。以下、試験体10におけるX軸方向の長さを「幅」という場合がある。また、試験体10におけるY軸方向の長さを「厚み」という場合がある。また、試験体10におけるZ軸方向の長さを単に「長さ」という場合がある。 The test specimen 10 includes a parallel portion 12 and grip portions 14a and 14b. In Figure 2, the parallel portion 12 has a constant length in the X-axis direction, a constant length in the Y-axis direction, and a constant length in the Z-axis direction. Hereinafter, the length of the test specimen 10 in the X-axis direction may be referred to as "width." The length of the test specimen 10 in the Y-axis direction may be referred to as "thickness." The length of the test specimen 10 in the Z-axis direction may be simply referred to as "length."

グリップ部14a、14bは、平行部12における長さ方向の両端部に連続して設けられる。グリップ部14a、14bは、例えば、平行部12よりも大きい幅を有する。また、グリップ部14a、14bは、例えば、平行部12と実質的に等しい厚みを有する。グリップ部14a、14bは、後述する変形工程S130において、強度試験機に把持される。 Grip portions 14a, 14b are provided continuously at both longitudinal ends of parallel portion 12. Grip portions 14a, 14b have, for example, a width greater than that of parallel portion 12. Grip portions 14a, 14b also have, for example, a thickness substantially equal to that of parallel portion 12. Grip portions 14a, 14b are gripped by a strength testing machine in deformation step S130, which will be described later.

また、試験体10は、後述する第1撮像工程S120および第2撮像工程S140において、カメラの光軸方向がY軸方向となるように、カメラの前に設置される。つまり、第1撮像工程S120および第2撮像工程S140において、試験体10における面10aが撮像される。つまり、試験体10における面10aは、試験体10において、カメラと対向する表面、すなわち、カメラ側の表面である。 Furthermore, in the first imaging step S120 and the second imaging step S140 described below, the test object 10 is placed in front of the camera so that the optical axis of the camera is in the Y-axis direction. That is, in the first imaging step S120 and the second imaging step S140, the surface 10a of the test object 10 is imaged. In other words, the surface 10a of the test object 10 is the surface of the test object 10 facing the camera, i.e., the surface on the camera side.

付加工程S112では、試験体10に拡張体を付加する。図3は、付加工程S112を説明する工程図である。図3に示すように、付加工程S112では、カメラの光軸方向(図3中、Y軸方向)に対して垂直な面10a(図3中、XZ面)内における試験体10の端部(つまり、カメラで撮像した画像における試験体10の縁部)に拡張体20を付加する。本実施形態において、拡張体20は、試験体10における平行部12の左右方向(図3中、X方向)の両側の端部12aに付加される。なお、平行部12の端部12aは、強度試験機に把持されない端部である。また、平行部12の端部12aは、強度試験(引張試験)における、荷重方向と直交する方向の端部である。 In the adding step S112, an extension body is added to the test specimen 10. Figure 3 is a process diagram illustrating the adding step S112. As shown in Figure 3, in the adding step S112, an extension body 20 is added to the end of the test specimen 10 (i.e., the edge of the test specimen 10 in the image captured by the camera) within a plane 10a (the XZ plane in Figure 3) perpendicular to the optical axis direction of the camera (the Y axis direction in Figure 3). In this embodiment, the extension body 20 is added to the end 12a on both sides of the parallel portion 12 of the test specimen 10 in the left-right direction (the X direction in Figure 3). Note that the end 12a of the parallel portion 12 is the end that is not gripped by the strength testing machine. Furthermore, the end 12a of the parallel portion 12 is the end that is perpendicular to the load direction in the strength test (tensile test).

付加工程S112では、面10aにおいて、平行部12と拡張体20とが、面一もしくは略面一になるように、拡張体20が平行部12の端部12aに付加される。つまり、試験体10の面10aと、拡張体の面20aとが、面一もしくは略面一となるように、拡張体20が平行部12の端部12aに付加される。したがって、拡張体20の面20aは、試験体10の面10aと同様に、拡張体20において、カメラと対向する表面、すなわち、カメラ側の表面である。ここで、拡張体20は試験体10に対し面で接着されている。そのため、試験体10の変形に対し拡張体20は離隔することなく、試験体10に追従する。なお、接着としているが必ずしも接着剤のような介在物を挟むわけではなく、試験体10に直接接触して接着されている場合も含む。 In the attachment step S112, the extension body 20 is attached to the end 12a of the parallel portion 12 so that the parallel portion 12 and the extension body 20 are flush or nearly flush with each other on the surface 10a. In other words, the extension body 20 is attached to the end 12a of the parallel portion 12 so that the surface 10a of the test body 10 and the surface 20a of the extension body are flush or nearly flush with each other. Therefore, like the surface 10a of the test body 10, the surface 20a of the extension body 20 is the surface of the extension body 20 that faces the camera, i.e., the surface on the camera side. Here, the extension body 20 is bonded to the test body 10 by its surface. Therefore, as the test body 10 deforms, the extension body 20 follows the test body 10 without separating. Note that although the term "bonded" is used, this does not necessarily mean that an intervening material such as an adhesive is used, and it also includes cases where the extension body 20 is bonded in direct contact with the test body 10.

なお、拡張体20における、図3中、X軸方向の幅は、例えば、後述する第1サブセット220の数倍の大きさである。 Note that the width of the expansion body 20 in the X-axis direction in Figure 3 is, for example, several times larger than that of the first subset 220 described below.

拡張体20は、延性材料で形成される。つまり、拡張体20は、例えば、樹脂、ゴム、エラストマー、金属等の延性を有する材料で形成され、例えば、シリコン樹脂(シリコンシーラント)によって形成することができる。また、本実施形態の延性材料からなる拡張体20は、任意の方向に均等に延びる等方性を有しており、特定の方向によらず延びやすい。そのため、強度試験時の試験体10の任意の方向の変形に追従して、拡張体20も任意の方向に自然に延びることができる。ただし、拡張体20に多少の異方性があったとしても、後述の変位量を算出できるのであれば、本実施形態と同様に、試験に適用することが可能である。 The expandable body 20 is formed from a ductile material. That is, the expandable body 20 is formed from a ductile material such as resin, rubber, elastomer, or metal, and can be formed from, for example, silicone resin (silicone sealant). Furthermore, the expandable body 20 made from a ductile material in this embodiment is isotropic, meaning it stretches evenly in any direction, and is prone to stretching regardless of a specific direction. Therefore, the expandable body 20 can naturally stretch in any direction in response to deformation in any direction of the test specimen 10 during strength testing. However, even if the expandable body 20 has some anisotropy, it can be applied to testing in the same way as this embodiment, as long as the displacement amount described below can be calculated.

本実施形態の拡張体20の剛性は、試験体10の剛性よりも低い。拡張体20の剛性は、試験体10の剛性の例えば1%以下である。これにより、試験体10の剛性に比べて拡張体20の剛性が十分に小さいので、強度試験時に変形する試験体10は、拡張体20の剛性の影響を受けにくく、当該影響を強度試験の誤差の範囲内に収めることができる。したがって、強度試験で測定される試験体10の強度が拡張体20の強度に影響されず、試験体10の強度を正確に測定することが可能となる。 In this embodiment, the rigidity of the expandable body 20 is lower than the rigidity of the test body 10. The rigidity of the expandable body 20 is, for example, 1% or less of the rigidity of the test body 10. As a result, the rigidity of the expandable body 20 is sufficiently smaller than the rigidity of the test body 10, so the test body 10, which deforms during a strength test, is less affected by the rigidity of the expandable body 20, and this effect can be kept within the error range of the strength test. Therefore, the strength of the test body 10 measured in a strength test is not affected by the strength of the expandable body 20, making it possible to accurately measure the strength of the test body 10.

また、試験体10の端部12aに付加された拡張体20は、カメラの光軸方向に対して垂直な面20a内において自立している。そのため、拡張体20の面20aは、カメラの光軸方向に対しほぼ垂直に、端部12aに向かい延伸している。拡張体20の形状および厚み、ならびに、拡張体20を形成する延性材料は、面20a内において、拡張体20が自立可能となるように適宜調整される。 Furthermore, the extension body 20 attached to the end 12a of the test specimen 10 is free-standing within a plane 20a perpendicular to the optical axis direction of the camera. Therefore, the plane 20a of the extension body 20 extends toward the end 12a almost perpendicular to the optical axis direction of the camera. The shape and thickness of the extension body 20, as well as the ductile material forming the extension body 20, are appropriately adjusted so that the extension body 20 can be free-standing within the plane 20a.

[ランダムパターン形成工程S114]
ランダムパターン形成工程S114は、拡張体20が付加された試験体10の面10a(表面)、および、拡張体20の面20a(表面)にランダムパターンを形成する工程である。図4は、ランダムパターン形成工程S114を説明する工程図である。図4に示すように、ランダムパターン形成工程S114では、拡張体20が付加された試験体10における面10a、20aに、ランダムパターン30を形成する。ランダムパターン30は、ランダムな模様である。
[Random pattern formation step S114]
The random pattern forming step S114 is a step of forming a random pattern on the surface 10a (front surface) of the test body 10 to which the expansion body 20 is attached, and on the surface 20a (front surface) of the expansion body 20. Figure 4 is a process diagram illustrating the random pattern forming step S114. As shown in Figure 4, in the random pattern forming step S114, a random pattern 30 is formed on the surfaces 10a, 20a of the test body 10 to which the expansion body 20 is attached. The random pattern 30 is a random design.

上記したように、本実施形態では、面10a、20aにおいて、平行部12と拡張体20とが、面一もしくは略面一になるように、平行部12の端部12aに拡張体20が付加される。このため、ランダムパターン30は、平行部12から拡張体20に亘って満遍なく形成されることになる。 As described above, in this embodiment, the extension body 20 is added to the end 12a of the parallel portion 12 so that the parallel portion 12 and the extension body 20 are flush or nearly flush with each other on the surfaces 10a, 20a. Therefore, the random pattern 30 is formed evenly from the parallel portion 12 to the extension body 20.

なお、ランダムパターン形成工程S114は、スプレーを塗布することによって面10a、20aにランダムパターン30を形成してもよい。また、ランダムパターン形成工程S114は、ランダムパターン30が印刷されたスクリーントーンを貼付することによって面10a、20aにランダムパターン30を形成してもよい。 In the random pattern forming step S114, the random pattern 30 may be formed on the surfaces 10a and 20a by spray coating. In addition, in the random pattern forming step S114, the random pattern 30 may be formed on the surfaces 10a and 20a by applying a screen tone on which the random pattern 30 is printed.

こうして、付加工程S112およびランダムパターン形成工程S114を実行することにより、試験体10と、デジタル画像相関法で試験体10を撮像するカメラの光軸方向に対して垂直な面10a内における試験体10の端部12aに付加され、延性材料からなる拡張体20と、試験体10の面10aおよび拡張体20の面20aに形成されたランダムパターン30と、を備える、供試体100が製造される。 In this way, by performing the addition step S112 and the random pattern formation step S114, a specimen 100 is manufactured, which includes a test piece 10, an extension body 20 made of a ductile material that is added to the end 12a of the test piece 10 within a plane 10a perpendicular to the optical axis direction of the camera that images the test piece 10 using the digital image correlation method, and a random pattern 30 formed on the surface 10a of the test piece 10 and the surface 20a of the extension body 20.

[第1撮像工程S120]
第1撮像工程S120は、供試体100をカメラによって撮像する工程である。図5は、第1撮像工程S120および第2撮像工程S140を説明する工程図である。図5に示すように、第1撮像工程S120および後述する第2撮像工程S140において、供試体100は、カメラ50の光軸52方向(図5中、Y軸方向)と、供試体100におけるランダムパターン30が形成された面10a、20aとが垂直になるように、カメラ50の前に設置される。なお、この際、供試体100における面10aにカメラ50の焦点を合わせる。
[First imaging step S120]
The first imaging step S120 is a step of imaging the specimen 100 with a camera. FIG. 5 is a process diagram illustrating the first imaging step S120 and the second imaging step S140. As shown in FIG. 5, in the first imaging step S120 and the second imaging step S140 described later, the specimen 100 is placed in front of the camera 50 so that the direction of the optical axis 52 of the camera 50 (the Y-axis direction in FIG. 5) is perpendicular to the surfaces 10a, 20a of the specimen 100 on which the random pattern 30 is formed. At this time, the camera 50 is focused on the surface 10a of the specimen 100.

そして、カメラ50によって、供試体100(ランダムパターン30)が撮像される。 Then, the camera 50 captures an image of the specimen 100 (random pattern 30).

[変形工程S130]
変形工程S130は、供試体100を変形させる工程である。本実施形態の変形工程S130では、強度試験機によって引張試験が実行される。例えば、供試体100のグリップ部14a、14bが、強度試験機に把持される。そして、強度試験機によって、グリップ部14aとグリップ部14bとが離隔する方向に引張される。
[Deformation step S130]
The deformation step S130 is a step of deforming the specimen 100. In the deformation step S130 of this embodiment, a tensile test is performed by a strength tester. For example, the grip portions 14a and 14b of the specimen 100 are held by the strength tester. Then, the strength tester pulls the grip portions 14a and 14b in a direction separating them from each other.

[第2撮像工程S140]
第2撮像工程S140は、変形工程S130において変形した試験体10(供試体100)をカメラ50によって撮像する工程である。
[Second imaging step S140]
The second imaging step S140 is a step of imaging the test piece 10 (specimen 100) deformed in the deformation step S130 using the camera 50.

[サブセット設定工程S150]
サブセット設定工程S150は、第1撮像工程S120で得られる第1画像において第1サブセットを設定する工程である。
[Subset setting step S150]
The subset setting step S150 is a step of setting a first subset in the first image obtained in the first imaging step S120.

図6は、サブセット設定工程S150を説明する工程図である。なお、図6中、理解を容易にするために、第1サブセット220を相対的に大きく示す。また、図6中、ランダムパターン30をクロスハッチングで示す。 Figure 6 is a process diagram illustrating the subset setting process S150. Note that in Figure 6, the first subset 220 is shown relatively large to facilitate understanding. Also, in Figure 6, the random pattern 30 is shown cross-hatched.

図6に示すように、サブセット設定工程S150では、まず、第1撮像工程S120で取得された第1画像210(デジタル画像)において、第1サブセット220を設定する。第1サブセット220は、第1画像210上に設定される所定サイズの領域である。第1サブセット220は、例えば、21ピクセル×21ピクセルの正方形の領域である。 As shown in FIG. 6, in the subset setting step S150, a first subset 220 is first set in the first image 210 (digital image) acquired in the first imaging step S120. The first subset 220 is an area of a predetermined size set on the first image 210. The first subset 220 is, for example, a square area of 21 pixels by 21 pixels.

第1サブセット220は、第1サブセット220全域に亘ってランダムパターン30が含まれるように設定される。また、第1画像210において、第1サブセット220は、複数設定される。複数の第1サブセット220は、それぞれが重畳されないように設定されてもよいし、一部が重畳されるように設定されてもよい。複数の第1サブセット220は、例えば、第1画像210のうちの平行部12に相当する領域すべてが網羅されるように設定される。 The first subset 220 is set so that the random pattern 30 is included throughout the entire first subset 220. Furthermore, multiple first subsets 220 are set in the first image 210. The multiple first subsets 220 may be set so that they do not overlap with each other, or so that they partially overlap. The multiple first subsets 220 are set, for example, so that the entire area of the first image 210 that corresponds to the parallel portion 12 is covered.

[サブセット特定工程S160]
サブセット特定工程S160は、第2撮像工程S140で得られる第2画像において、第1サブセット220に対応する第2サブセットを特定する工程である。図7は、サブセット特定工程S160を説明する工程図である。なお、図7中、理解を容易にするために、第2サブセット230を相対的に大きく示す。また、図7中、ランダムパターン30をクロスハッチングで示す。
[Subset Identification Step S160]
The subset identification step S160 is a step of identifying a second subset corresponding to the first subset 220 in the second image obtained in the second imaging step S140. Figure 7 is a process diagram illustrating the subset identification step S160. Note that in Figure 7, the second subset 230 is shown relatively large for ease of understanding. Also, in Figure 7, the random pattern 30 is shown cross-hatched.

図7に示すように、サブセット特定工程S160では、第2撮像工程S140で取得された第2画像212(デジタル画像)において、第1画像210上に設定した第1サブセット220のランダムパターン30(模様)と最も高い相関が得られる第2サブセット230を特定する。第1サブセット220に対応する第2サブセット230の特定は、既存の様々な技術を適用できるので、ここでは詳細な説明を省略する。 As shown in FIG. 7, in the subset identification process S160, a second subset 230 is identified in the second image 212 (digital image) acquired in the second imaging process S140, which has the highest correlation with the random pattern 30 (design) of the first subset 220 set on the first image 210. Since various existing technologies can be applied to identify the second subset 230 corresponding to the first subset 220, detailed explanations will be omitted here.

[算出工程S170]
算出工程S170は、相互に対応する、第1サブセット220の代表点Pと第2サブセット230の代表点Pとの変位量を算出する工程である。第1サブセット220の代表点Pは、例えば、第1サブセット220中心点(重心)である。同様に、第2サブセット230の代表点Pは、例えば、第2サブセット230の中心点(重心)である。
[Calculation step S170]
The calculation step S170 is a step of calculating the amount of displacement between a corresponding representative point P of the first subset 220 and a corresponding representative point P of the second subset 230. The representative point P of the first subset 220 is, for example, the center point (center of gravity) of the first subset 220. Similarly, the representative point P of the second subset 230 is, for example, the center point (center of gravity) of the second subset 230.

そして、複数の第1サブセット220それぞれの代表点Pと、複数の第1サブセット220それぞれ対応する複数の第2サブセット230それぞれの代表点Pとの変位量に基づき、試験体10全体の変位挙動が解析される。 Then, the displacement behavior of the entire test body 10 is analyzed based on the amount of displacement between the representative point P of each of the multiple first subsets 220 and the representative point P of each of the multiple second subsets 230 corresponding to each of the multiple first subsets 220.

[比較例の供試体における第1サブセット220の設定]
図8は、比較例の供試体を撮像して取得された第1画像250を説明する図である。比較例の供試体は、拡張体20を備えない。つまり、比較例の供試体は、試験体10のみから構成される。
[Setting of the first subset 220 in the specimen of the comparative example]
8 is a diagram illustrating a first image 250 acquired by imaging a specimen of the comparative example. The specimen of the comparative example does not include the expansion body 20. In other words, the specimen of the comparative example is composed of only the test body 10.

上記したように、第1サブセット220は、第1サブセット220全域に亘ってランダムパターン30が含まれるように設定される。このため、図8に示すように、比較例の供試体(試験体10)を撮像して取得された第1画像250において、第1サブセット220の設定を試みる場合、平行部12の端部12aに代表点Pが位置する箇所には、第1サブセット220を設定できない。 As described above, the first subset 220 is set so that the random pattern 30 is included throughout the entire area of the first subset 220. Therefore, as shown in Figure 8, when attempting to set the first subset 220 in the first image 250 acquired by capturing an image of the comparative example specimen (test piece 10), the first subset 220 cannot be set at a location where the representative point P is located at the end 12a of the parallel portion 12.

具体的に説明すると、平行部12の端部12aに代表点Pが位置する箇所に第1サブセット220を設定した場合、第1サブセット220のうちの一部が、試験体10内に収まり切れなくなってしまう。この場合、第1サブセット220のうち、試験体10からはみ出た領域には、ランダムパターン30がないことになる。以下、第1サブセット220のうち、ランダムパターン30がない領域を「ブランク」という場合がある。 Specifically, if the first subset 220 is set at a location where the representative point P is located at the end 12a of the parallel portion 12, a portion of the first subset 220 will not fit within the test piece 10. In this case, the area of the first subset 220 that extends beyond the test piece 10 will not have a random pattern 30. Hereinafter, the area of the first subset 220 that does not have a random pattern 30 may be referred to as a "blank."

したがって、平行部12の端部12aに代表点Pが位置する箇所、および、平行部12の端部12aから距離Lの範囲内に代表点Pが位置する箇所に、第1サブセット220を設定すると、第1サブセット220内にブランクが含まれることになる。なお、距離Lは、代表点Pが中心点である場合、第1サブセット220の幅の1/2の長さである。 Therefore, if the first subset 220 is set at a location where the representative point P is located at the end 12a of the parallel portion 12, and at a location where the representative point P is located within a distance L from the end 12a of the parallel portion 12, a blank will be included within the first subset 220. Note that the distance L is half the width of the first subset 220 when the representative point P is the center point.

第1サブセット220内においてブランクがあると、第2撮像工程S140において取得された第2画像において、相関が得られる第2サブセット230を特定できなくなってしまう。 If there is a blank in the first subset 220, it will be impossible to identify the second subset 230 with which a correlation can be obtained in the second image acquired in the second imaging process S140.

このため、比較例の供試体(試験体10のみ)では、平行部12の端部12a、および、平行部12の端部12aから距離Lの範囲の変位量を算出することができなかった。 For this reason, for the comparative example specimen (specimen 10 only), it was not possible to calculate the displacement at end 12a of parallel portion 12 and within the range of distance L from end 12a of parallel portion 12.

図9は、本実施形態に係る供試体100を撮像して取得された第1画像210を説明する図である。図9に示すように、本実施形態に係る供試体100は、試験体10の端部12aに、端部12aから延在する拡張体20を有する。 Figure 9 is a diagram illustrating a first image 210 obtained by imaging the specimen 100 according to this embodiment. As shown in Figure 9, the specimen 100 according to this embodiment has an extension 20 extending from the end 12a of the specimen 10.

したがって、平行部12の端部12aに代表点Pが位置する箇所、および、平行部12の端部12aから距離Lの範囲内に代表点Pが位置する箇所に、第1サブセット220を設定すると、第1画像210において、試験体10の面10aおよび拡張体20の面20aの双方に跨るように第1サブセット220が設定される。 Therefore, when the first subset 220 is set at a location where the representative point P is located at the end 12a of the parallel portion 12 and at a location where the representative point P is located within a distance L from the end 12a of the parallel portion 12, the first subset 220 is set in the first image 210 so as to span both the surface 10a of the test body 10 and the surface 20a of the extension body 20.

上記したように、本実施形態に係る供試体100は、試験体10の面10aおよび拡張体20の面20aの双方に亘ってランダムパターン30が形成される。このため、平行部12の端部12aに代表点Pが位置する箇所、および、平行部12の端部12aから距離Lの範囲内に代表点Pが位置する箇所に、第1サブセット220を設定しても、第1サブセット220内においてブランクが含まれる事態を回避することができる。つまり、試験体10の面10aに形成されたランダムパターン30と、拡張体20の面20aに形成されたランダムパターン30とで、第1サブセット220内を埋めることが可能となる。 As described above, in the specimen 100 according to this embodiment, the random pattern 30 is formed across both the surface 10a of the specimen 10 and the surface 20a of the expansion body 20. Therefore, even if the first subset 220 is set at a location where the representative point P is located at the end 12a of the parallel portion 12 and at a location where the representative point P is located within the distance L from the end 12a of the parallel portion 12, it is possible to avoid the inclusion of blanks within the first subset 220. In other words, it is possible to fill the first subset 220 with the random pattern 30 formed on the surface 10a of the specimen 10 and the random pattern 30 formed on the surface 20a of the expansion body 20.

このため、本実施形態に係る供試体100を用いた場合、第2撮像工程S140において取得された第2画像212において、高い相関が得られる第2サブセット230を容易に特定することができる。 Therefore, when using the specimen 100 according to this embodiment, it is possible to easily identify the second subset 230 that exhibits a high correlation in the second image 212 acquired in the second imaging step S140.

したがって、本実施形態に係る供試体100では、平行部12の端部12a、および、平行部12の端部12aから距離Lの範囲の変位量を算出することが可能となる。 Therefore, with the specimen 100 according to this embodiment, it is possible to calculate the displacement of the end 12a of the parallel portion 12 and within a distance L from the end 12a of the parallel portion 12.

以上説明したように、本実施形態に係るデジタル画像相関法は、試験体10と、拡張体20と、ランダムパターン30とを備える供試体100を用いる。これにより、本実施形態に係るデジタル画像相関法は、試験体10の端部12aの変位量を算出することが可能となる。 As described above, the digital image correlation method according to this embodiment uses a specimen 100 comprising a test piece 10, an extension body 20, and a random pattern 30. This makes it possible for the digital image correlation method according to this embodiment to calculate the amount of displacement of the end 12a of the test piece 10.

また、上記したように、拡張体20は、延性材料で構成される。これにより、拡張体20は、試験体10の表面(面10a)の変形に追従して、試験体10の変形と同程度に変形する。したがって、試験体10の表面(面10a)に形成されたランダムパターン30と、拡張体20の表面(面20a)に形成されたランダムパターン30との変形挙動が実質的に等しくなる。このため、第1画像210の第1サブセット220と、第2画像212の第2サブセット230とにおいて、高い相関を得ることが可能となる。 Furthermore, as described above, the expandable body 20 is made of a ductile material. This allows the expandable body 20 to follow the deformation of the surface (face 10a) of the test body 10 and deform to the same extent as the deformation of the test body 10. Therefore, the deformation behavior of the random pattern 30 formed on the surface (face 10a) of the test body 10 and the random pattern 30 formed on the surface (face 20a) of the expandable body 20 is substantially the same. This makes it possible to obtain a high correlation between the first subset 220 of the first image 210 and the second subset 230 of the second image 212.

また、上記したように、ランダムパターン形成工程S114は、付加工程S112の後に実行される。これにより、試験体10の面10aと拡張体20の面20aとにおいて、連続的にランダムパターン30を形成することができる。 Furthermore, as described above, the random pattern formation process S114 is performed after the addition process S112. This allows the random pattern 30 to be formed continuously on the surface 10a of the test body 10 and the surface 20a of the expansion body 20.

また、上記したように、拡張体20は、カメラ50の光軸52方向に対して垂直な面20a内において自立するように構成される。これにより、カメラ50は、拡張体20の面20aに形成されたランダムパターン30を高精度に撮像することができる。 Furthermore, as described above, the extension body 20 is configured to be self-supporting within a plane 20a perpendicular to the optical axis 52 direction of the camera 50. This allows the camera 50 to capture images of the random pattern 30 formed on the plane 20a of the extension body 20 with high accuracy.

以上、添付図面を参照しながら実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。 Although the embodiments have been described above with reference to the accompanying drawings, it goes without saying that the present disclosure is not limited to the above-described embodiments. It is clear that a person skilled in the art could conceive of various modifications or alterations within the scope of the claims, and it is understood that these naturally fall within the technical scope of the present disclosure.

例えば、上述した実施形態において、強度試験として引張試験を例に挙げた。しかし、強度試験は、試験体10を変形させる試験であればよい。強度試験として、例えば、圧縮試験、曲げ試験等の静的試験、または、疲労試験等の動的試験を好適に適用することができる。また、強度試験として、せん断試験、または、ねじり試験を適用してもよい。また強度試験に限らず、変形する試験体の変位を測定する種々の手法に適用することも可能である。 For example, in the above-described embodiment, a tensile test was used as an example of a strength test. However, the strength test may be any test that deforms the test specimen 10. For example, static tests such as compression tests and bending tests, or dynamic tests such as fatigue tests, can be suitably applied as strength tests. Furthermore, shear tests or torsion tests may also be applied as strength tests. Furthermore, the present invention is not limited to strength tests, and various methods for measuring the displacement of a deforming test specimen can also be applied.

また、上記実施形態において、試験体10が平板形状である場合を例に挙げた。しかし、試験体10の形状に限定はない。 Furthermore, in the above embodiment, the test specimen 10 has a flat plate shape. However, there are no limitations on the shape of the test specimen 10.

図10は、変形例に係る試験体300を説明する図である。図10に示すように、例えば、試験体300は、円柱形状である。この場合であっても、拡張体20は、カメラ50の光軸方向(図10中、Y軸方向)に対して垂直な面(図10中、XZ面)内における試験体300の端部300a(縁部)に付加される。なお、変形例では、第1撮像工程S120および第2撮像工程S140において、試験体300と拡張体20との境界24にカメラ50の焦点を合わせる。これにより、試験体300の端部300aの変位量を高精度に算出することができる。 Figure 10 is a diagram illustrating a test body 300 according to a modified example. As shown in Figure 10, the test body 300 is cylindrical, for example. Even in this case, the extension body 20 is attached to the end 300a (edge) of the test body 300 in a plane (the XZ plane in Figure 10) perpendicular to the optical axis direction of the camera 50 (the Y axis direction in Figure 10). Note that in this modified example, the camera 50 is focused on the boundary 24 between the test body 300 and the extension body 20 in the first imaging step S120 and the second imaging step S140. This allows the displacement of the end 300a of the test body 300 to be calculated with high accuracy.

また、上記実施形態において、平行部12の端部12a全体に亘って拡張体20が付加される場合を例に挙げた。しかし、拡張体20は、平行部12の端部12aの一部に付加されてもよい。また、拡張体20は、試験体10の全周に設けられる端部すべてに付加されてもよいし、試験体10の端部の一部に付加されてもよい。 In the above embodiment, an example was given in which the expansion body 20 is attached to the entire end 12a of the parallel portion 12. However, the expansion body 20 may also be attached to a portion of the end 12a of the parallel portion 12. Furthermore, the expansion body 20 may also be attached to all of the ends around the entire circumference of the test body 10, or to a portion of the end of the test body 10.

また、上記実施形態において、試験体10の面10aと、拡張体20の面20aとが、面一もしくは略面一になるように、拡張体20が付加される場合を例に挙げた。しかし、拡張体20の面20aは、試験体10の変位量を算出できる範囲で、試験体10の面10aからオフセットしていてもよい。 Furthermore, in the above embodiment, an example was given in which the expansion body 20 is added so that the surface 10a of the test body 10 and the surface 20a of the expansion body 20 are flush or nearly flush with each other. However, the surface 20a of the expansion body 20 may be offset from the surface 10a of the test body 10 to the extent that the displacement of the test body 10 can be calculated.

また、拡張体20の厚みは、試験体10の厚み未満であっても、試験体10の厚み以上であってもよい。いずれにせよ、拡張体20は、自立できる厚みを有していればよい。 Furthermore, the thickness of the expandable body 20 may be less than the thickness of the test body 10, or may be greater than or equal to the thickness of the test body 10. In either case, the expandable body 20 only needs to be thick enough to be able to stand on its own.

また、上記実施形態において、試験体10に拡張体20を付加した後、ランダムパターン30を形成する場合を例に挙げた。しかし、試験体10にランダムパターン30を形成し、拡張体20にランダムパターン30を形成した後、試験体10に拡張体20を付加してもよい。つまり、ランダムパターン30が形成された試験体10に、ランダムパターン30が形成された拡張体20が付加されてもよい。 Furthermore, in the above embodiment, an example was given in which the random pattern 30 was formed after the expansion body 20 was added to the test body 10. However, it is also possible to form the random pattern 30 on the test body 10, form the random pattern 30 on the expansion body 20, and then add the expansion body 20 to the test body 10. In other words, the expansion body 20 on which the random pattern 30 was formed may be added to the test body 10 on which the random pattern 30 was formed.

また、上記実施形態において、第1サブセット220、および、第2サブセット230が、正方形の領域である場合を例に挙げた。しかし、第1サブセット220、および、第2サブセット230は、第1画像210および第2画像212よりも小さい、複数の画素からなる領域であればよく、形状に限定はない。第1サブセット220、および、第2サブセット230は、例えば、矩形であってもよいし、三角形、五角形、六角形等の多角形であってもよいし、円形であってもよい。 In the above embodiment, the first subset 220 and the second subset 230 are square regions. However, the first subset 220 and the second subset 230 may be regions consisting of multiple pixels that are smaller than the first image 210 and the second image 212, and there are no limitations on their shapes. The first subset 220 and the second subset 230 may be, for example, rectangular, or polygonal, such as triangular, pentagonal, or hexagonal, or may be circular.

また、上記実施形態において、第2撮像工程S140の後にサブセット設定工程S150が実行される場合を例に挙げた。しかし、サブセット設定工程S150は、第1撮像工程S120の後であれば、実行タイミングに限定はない。 Furthermore, in the above embodiment, an example was given in which the subset setting process S150 is executed after the second imaging process S140. However, there are no limitations on the timing at which the subset setting process S150 is executed, as long as it is executed after the first imaging process S120.

また、変形工程S130および第2撮像工程S140を複数回繰り返し行ってもよい。 Furthermore, the deformation step S130 and the second imaging step S140 may be repeated multiple times.

また、上記実施形態のサブセット設定工程S150において、初期状態の試験体10(変形していない試験体10)を撮像して得られた画像を第1画像210として、第1サブセット220を設定する場合を例に挙げた。しかし、変形工程S130および第2撮像工程S140を複数回行う場合、1の変形工程S130の実行前に取得した画像を第1画像として第1サブセット220を設定し、当該1の変形工程S130の実行後に取得した画像を第2画像として、第2サブセット230を特定してもよい。つまり、変形した試験体10を撮像して第1画像を取得してもよい。 Furthermore, in the subset setting step S150 of the above embodiment, an example was given in which the image obtained by capturing an image of the test specimen 10 in its initial state (an undistorted test specimen 10) is used as the first image 210 to set the first subset 220. However, if the deformation step S130 and the second imaging step S140 are performed multiple times, the first subset 220 may be set using an image captured before the execution of one deformation step S130 as the first image, and the second subset 230 may be identified using an image captured after the execution of that one deformation step S130 as the second image. In other words, the first image may be obtained by capturing an image of the deformed test specimen 10.

また、試験体10を連続的に変形させる場合に、時点t1において取得した画像を第1画像とし、時点t1後の時点t2において取得した画像を第2画像としてもよい。 Furthermore, when the test specimen 10 is continuously deformed, the image acquired at time t1 may be the first image, and the image acquired at time t2 after time t1 may be the second image.

本開示は、例えば、持続可能な開発目標(SDGs)の目標9「レジリエントなインフラを整備し、持続可能な産業化を推進するとともに、イノベーションの拡大を図る」および目標12「持続可能な消費と生産のパターンを確保する」に貢献することができる。 This disclosure can contribute, for example, to Sustainable Development Goal (SDG) Goal 9: "Build resilient infrastructure, promote sustainable industrialization and foster innovation" and Goal 12: "Ensure sustainable consumption and production patterns."

S112 付加工程
S114 ランダムパターン形成工程
S120 第1撮像工程
S130 変形工程
S140 第2撮像工程
S150 サブセット設定工程
S160 サブセット特定工程
S170 算出工程
10 試験体
10a 面
12a 端部
20 拡張体
20a 面
30 ランダムパターン
50 カメラ
52 光軸
100 供試体
210 第1画像
212 第2画像
220 第1サブセット
230 第2サブセット
300 試験体
S112 Addition step S114 Random pattern formation step S120 First imaging step S130 Deformation step S140 Second imaging step S150 Subset setting step S160 Subset identification step S170 Calculation step 10 Test body 10a Surface 12a End 20 Extension body 20a Surface 30 Random pattern 50 Camera 52 Optical axis 100 Test body 210 First image 212 Second image 220 First subset 230 Second subset 300 Test body

Claims (3)

変形する試験体の変位を測定するデジタル画像相関法であって、
カメラの光軸方向に対して垂直な面内における前記試験体の端部に、延性材料からなる拡張体を付加する付加工程と、
前記付加工程の実行後に、前記拡張体が付加された前記試験体の表面、および、前記拡張体の表面にランダムパターンを形成するランダムパターン形成工程と、
前記拡張体が付加された前記試験体を前記カメラによって撮像する第1撮像工程と、
前記拡張体が付加された前記試験体を変形させる変形工程と、
前記変形工程において変形した前記試験体を前記カメラによって撮像する第2撮像工程と、
前記第1撮像工程で得られる第1画像において、前記試験体の表面および前記拡張体の表面の双方に跨るように第1サブセットを設定するサブセット設定工程と、
前記第2撮像工程で得られる第2画像において、前記第1サブセットに対応する第2サブセットを特定するサブセット特定工程と、
相互に対応する、前記第1サブセットの代表点と前記第2サブセットの代表点との変位量を算出する算出工程と、
を含む、デジタル画像相関法。
1. A digital image correlation method for measuring displacement of a deforming specimen, comprising:
an attachment step of attaching an extension body made of a ductile material to an end of the test specimen in a plane perpendicular to the optical axis direction of the camera;
a random pattern forming step of forming a random pattern on the surface of the test body to which the expansion body has been added and on the surface of the expansion body after the addition step is performed;
a first imaging step of imaging the test body to which the extension body is attached using the camera;
a deformation step of deforming the test specimen to which the expansion body is attached;
a second imaging step of imaging the test body deformed in the deformation step with the camera;
a subset setting step of setting a first subset so as to span both the surface of the test body and the surface of the extension body in a first image obtained in the first imaging step;
a subset identifying step of identifying a second subset corresponding to the first subset in a second image obtained in the second imaging step;
a calculation step of calculating a displacement between a representative point of the first subset and a representative point of the second subset that correspond to each other;
A digital image correlation method, including:
前記第1撮像工程および前記第2撮像工程において、前記試験体と前記拡張体との境界に前記カメラの焦点を合わせる、請求項1に記載のデジタル画像相関法。 The digital image correlation method of claim 1, wherein the camera is focused on the boundary between the test object and the extension object during the first and second imaging steps. 前記付加工程において前記試験体の端部に付加された前記拡張体は、前記カメラの光軸方向に対して垂直な面内において自立している、請求項1または2に記載のデジタル画像相関法。 The digital image correlation method according to claim 1 or 2 , wherein the extension body added to the end of the test piece in the adding step is self-supporting in a plane perpendicular to the optical axis direction of the camera.
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