ハイスピードカメラによるデジタル画像相関法(DIC)|受託測定

ハイスピードDIC(デジタル画像相関法)による変位・ひずみ分布解析評価サービス

ハイスピードDIC (デジタル画像相関法)は、振動・衝撃試験中の“壊れる瞬間”を非接触で可視化し、 CAEではネジ形状のモデリングや正確な物性データ、公差ばらつきなど見えない実機挙動を定量化 する測定技術です。
ハイスピードカメラを用いる事で高速現象の変位・ひずみ分布を非接触で面として可視化出来ます。 CAE解析だけでは考慮しきれない実機特有の捻じれ、局所ひずみ、共振挙動を可視化し、設計判断に 直結する根拠データを提供します。

3軸ランダム振動試験時のハイスピードDIC測定の様子
3軸ランダム振動試験時のハイスピードDIC測定の様子
Q:ハイスピードDIC(デジタル画像相関法)とは何ですか?
A:ハイスピードDICとは、高速度カメラで撮影した連続画像から、変位、ひずみを非接触で面として可視化・定量化する計測手法です。
※評価内容・条件は製品構造や目的に応じて柔軟に対応します。
プロダクト解析センターで試験をするメリットを紹介する男性

Virtual:CAE

Virtual:CAE
妥当性検証 固有振動数・形状変化・振動モード・ひずみ分布
妥当性検証 固有振動数・形状変化・振動モード・ひずみ分布

Real:ハイスピードDIC

FFT解析にて共振点を抽出

提供価値

ハイスピードDICは、振動・衝撃時の実機挙動を定量的に可視化し、設計の妥当性を“見える根拠”で確認出来ます。設計通りのはずなのに壊れる原因が分からない、CAEと実機挙動の一致に不安が残るといった設計現場の課題解決に貢献します。

従来の測定手法における課題

Before:従来のアナログセンサ

点測定、接触式、配線が複雑
非接触、微小領域 ×

ひずみゲージ 加速度センサ レーザー変位計
  • ひずみゲージ
  • 加速度センサ
  • レーザー変位計

After:ハイスピード DIC

全視野(面)測定、非接触、高速現象の可視化
非接触、微小領域 

2次元可視化、3次元可視化イメージ
衝撃試験時における電子基板のねじれ挙動

ハイスピードDICによる測定アプローチ

振動、落下、衝撃試験等の動的現象下における様々なご要望に応じた測定ケースに対応します。
試験設備との組み合わせや評価目的に応じ、多様な測定アプローチに対応可能です。

固定、締結条件の違いによる挙動比較
締結・支持条件の違いによって生じる変形・ひずみ分布の差分値を定量的に比較。
●破損、クラック発生直前にひずみが集中するポイントの特定
ひずみ状態や集中ポイントの進行性を可視化、一見問題がない製品の故障予兆を把握。
●ゴム・樹脂などの変形速度依存性を含む動的挙動の可視化
変形速度に依存した変形量・ひずみ分布を取得。
●時系列データのFFT解析による設計指標へのフィードバック
固有振動数や共振点を分布で出力、動的応答特性を面で可視化。

ハイスピードDIC システムの仕様

・撮影速度  :54,000fps(フル解像度:1,280×800pixel撮影時)
→振動試験・衝撃試験時の瞬間的な変形挙動を捉える設計者向け仕様
・変位分解能 :10μm(100×100mm視野)形
→電子基板・精密部品の微小変形評価に対応
・ひずみ分解能:100με以上

振動(最大3,000Hz)や衝撃時の瞬間挙動(50~100μs)は従来手法では捉えられません。
ハイスピードDICにより、微小な動きを非接触で数値化し、見えない挙動を可視化します。

ハイスピードDIC イメージ

※各分解能は測定環境によって変動するため目安の値

ハイスピードDICによるアウトプットイメージ(ヘルメット打撃時のひずみ解析)

打撃時の動的挙動を解析し、奥行きを含む3次元変位を可視化します。動画として捉えることで、変形の伝わり方や変位差の集中ポイントを「動き」と「空間」の両面から把握する事が出来ます。

衝撃時の変形を3次元で見える化

設計者のためのハイスピードカメラを用いたデジタル画像相関法(DIC)実践コラム

ハイスピードDICを駆使した設計への活用ポイントについて事例を交えて紹介します。 以下の事例は設計現場で多いと想定される課題を選定しています。

事例1:落下衝撃試験時の電子基板の捻じれを可視化

→狙い:衝撃時に基板がどの方向にどの程度ねじれるかを把握し、各部品の負荷集中を確認する。

ハイスピードDICによって実機の挙動を可視化する事で、設計の見直しポイントを明確に出来ます。 不具合の起点となるポイントのひずみを可視化し、従来では見えなかったリスクを抽出します。

半導体基板を確認

設計現場でよくある課題

電子基板の実装状態をCAE解析する場合、CAEでは固定条件や拘束条件を設定して解析しますが、様々な制約によりモデルを簡略化している実情があります。特に、ねじ締結や接触部は部品公差等、 製造由来のばらつき等があり、想定と異なる挙動が起きても原因を特定できないケースがあります。

実際は何が起きているのか

落下衝撃時、基板は捻じれや非対称な動きが生じることがあります。これらの挙動の大きさ(絶対値)を正確に見積もる事は難しく、過剰設計や想定外の干渉といった不具合の見落としに繋がります。

ハイスピードDICの活用で得られる嬉しさ

基板の挙動を面で捉え、変形や捻じれを定量的に可視化する事が可能になります。

電子基板(50mm角)
半導体基板の抽出ポイント

2次元可視化

座標軸
変位

3次元可視化

座標軸

電子基板の捻じれ挙動可視化イメージ

落下衝撃時の奥行方向の変位差

落下衝撃時の奥行方向の変位差

“捻じれ”挙動の可視化によるリスクの抽出

基板全体の可視化により“捻じれ”を捉え、はんだやネジ周辺に生じる局所ひずみ=不具合の起点を 直接測定出来ます。

設計への活用ポイント(実測データにて下記の観点で設計を見直せます)

  • 固定方法の妥当性評価
  • 締結状態が挙動に与える影響を調査
  • 想定外の変形が発生する位置の抽出

まとめ

ハイスピードカメラを用いたデジタル画像相関法(DIC)により実機の挙動を可視化することで、設計の見直しポイントを明確にできます。不具合の起点となるポイントのひずみを可視化し、従来では見えなかったリスクを抽出します。

事例2:落下衝撃試験時の電子基板のひずみ分布を可視化

→狙い:どこで・いつ“局所ひずみ”が出るかを一目で把握し、弱点箇所を特定する。

落下衝撃時、固定点だけでなく実装部品直下にもひずみが集中し、見えない弱点が不具合の起点となる事があります。ハイスピードDICなら基板全体のひずみを“面”で捉え、弱点位置を特定する事で対策箇所の絞り込みや配置見直しに活用出来ます。

部品直下、固定点近傍、固定点

2D表示 主ひずみ(e1)分布

ひずみ
座標軸

衝撃の瞬間(50msec)

事例3:3次元可視化で変形の原因を把握

→狙い:反りや立体変形がどのように発生しているかを視覚的に理解する。

基板の反りや持ち上がりは不具合の要因となり、特に高さのある部品周辺では変形の仕方が大きく変わります。ハイスピードDICの3D表示により、紙面奥行き方向のひずみを可視化し、どの部位が変形しているかを定量的に把握出来ます。

部品直下、固定点近傍、固定点

3D表示 主ひずみ(e1)分布

ひずみ
座標軸

衝撃の瞬間(50msec)

落下衝撃時の主ひずみ
落下衝撃時の主ひずみ

事例4:固定方法の違いによる挙動変化の比較

→狙い:固定条件の違いで変形がどう変わるかを可視化

固定位置の違いにより基板の動きは変わります。本実験では左右固定で捻じれが顕著に発生していたところ、上下固定の優位性をハイスピードdicにて確認出来た事により、設計意図に応じた捻じれの抑制に寄与する設計に繋げられます。

抽出ポイント 左上・右上・右下・左下・固定点(上下Y方向に配置)

奥行き方向 変位差(Z)分布

変位

衝撃の瞬間(50msec)

落下衝撃時の奥行方向の変位差
落下衝撃時の奥行方向の変位差

基板の固定条件変更による反りと捻じれの抑制効果
基板の固定条件変更による反りと捻じれの抑制効果

※同一衝撃試験条件下の実測データ
1.反り(基板左上: P-P )
2.ねじれ(基板対角:左上、右下:P-P)

よくあるご質問(FAQ)

落下衝撃試験とハイスピードDICとの同時測定は可能ですか?
はい。落下時の瞬間的な変形や集中的にひずみが大きいポイントを可視化出来ます。
振動試験中の測定にも対応していますか?
対応しています。振動中の動的な変位・ひずみ分布を測定出来ます。
どの程度の高速現象まで計測出来ますか?
数千~数万fpsでの高速撮影が可能です。衝撃や破壊挙動を捉える事にも対応します。
小型製品や精密部品でも測定出来ますか?
はい。電子機器・小型サンプル・部品レベルまで幅広く対応可能です。
CAE解析結果との比較は出来ますか?
はい。ハイスピードDICの実測データを用いたCAE妥当性検証にもご活用いただけます。
どのような業界・製品で実績がありますか?
電子機器、車載部品、家電、構造部材など幅広い分野で実績があります。
相談や見積依頼だけでも可能ですか?それとも企画段階で費用発生?
初期のご相談、お見積りは無料で対応可能です。

【デジタル画像相関法(DIC)】に関する共通の質問は下記ページから
>「デジタル画像相関(DIC)法 (受託測定サービス)」よくあるご質門

現在、私が担当している設計中の製品に活用出来そうだな!
最適なご提案をさせていただきます。

ハイスピードDIC(デジタル画像相関法)受託測定サービスでは、「CAE結果と実機挙動が合わない」「評価方法に迷っている」といった段階からでもご相談可能です。
製品の構造、設計上の制約、評価目的に応じて、お客様とディスカッションしながら最適な試験、測定方法をご提案させていただきます。お気軽にご相談下さい。

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