Experimentelle Mechanik mit Parsolve Advanced CAE Solutions: Optische Dehnungsmessungen mit dem Verfahren der Grauwertkorrelation beim Kunden vor Ort

Durch die jahrelange Anwendung von berührungslosen Messverfahren haben wir uns eine hohe Kompetenz insbesondere bei Untersuchungen mit dem Verfahren der Grauwertkorrelation, das von der Gesellschaft für optische Messtechnik entwickelt wurde, erarbeitet. Optische Messverfahren sind eine fortschrittliche und attraktive Alternative zu den üblichen Materialprüfmethoden, da:

 

  • Ein stetiger Zuwachs in der Rechenleistung von Computern zu neuen bzw. erweiterten Einsatzmöglichkeiten führt.
  • Die Verfahren berührungslos und rückwirkungsfrei arbeiten. 
  • Optische Messverfahren die Bauteiloberfläche und/oder deren Deformation ortsaufgelöst und flächenhaft erfassen können.

 

In den folgenden Abbildungen ist ein Bauteil aus langglasfaserverstärktem PP mit Versteifungsrippen (45°-Neigung) dargestellt. Ein Rendering des 3D-CAD-Modells sehen Sie auf dem linken Bild. Auf dem rechten Bild ist dieses Bauteil mit einem stochastischen Muster aus Grauwerten versehen.

 

 

Probekörper, Kunststoffdirektverschraubung

 

Dreidimensionale Verschiebungs- und Dehnungsfelder

Bei Messungen mit dem Verfahren der Grauwertkorrelation wird das zu erfassende Bauteil mit einer oder mehreren CCD-Kameras während der Belastung beobachtet. Eine optisch gut kontrastierende Struktur auf der Bauteiloberfläche, die der Deformation folgt, wird in den unterschiedlichen Lastzuständen aufgenommen und ihre Verformung mittels digitaler Bildverarbeitung ausgewertet. Man erhält:

 

  • Dreidimensionale Verschiebungs- und Dehnungsfelder unter statischer oder dynamischer Last in einem Bereich von 0,05% bis zu mehreren 100% Dehnungen.
  • Die lokalen Ausprägungen von Dehnungsspitzen an Bauteilen.
  • Unterstützung bei der Konstruktion und Formoptimierung von Bauteilen, sowie der Schadensanalyse.

 

Hohe lokale Auflösungen bei der Verschiebungsmessung sind eine wichtige Bedingung für die Genauigkeit und Lösbarkeit der Aufgaben innerhalb einer Materialdatenbestimmung. Die beiden folgenden Abbildungen zeigen die Versuchsaufbauten von 3D-Messungen zur Erfassung der Verschiebungsfelder während eines Stirnzugversuchs an einer Direktverschraubung im Bauteil.  Die Aufnahmen erfassen dabei einerseits den Deformationszustand zwischen den Rippen und seitlich an den Rippen (links) sowie von oben gesehen, also auch linienhaft auf der Rippe (rechts). Die Beleuchtung erfolgt mit zwei Kaltlicht-Hochleistungsspots.

 

 

Stirnzugversuch, Erfassung der 3D-Verschiebungsfelder

 

Die folgenden Bilder zeigen die Arbeitsschritte einer typischen Auswerteroutine. Das linke Bild zeigt den Bereich des Bauteils, der mit der linken Kamera zu sehen ist. Auf dem mittleren Bild ist der Bereich grün markiert, in dem das Verschiebungsfeld und damit indirekt das Dehnungsfeld bestimmt werden soll. Das rechte Bild zeigt das Ergebnis der Auswertung in Form der Darstellung der Hauptformänderungen der Bauteiloberfläche.

 

 

Auswertebereich, 3D-Messung

Vielseitige Auswertemöglichkeiten

Mit dem Verfahren der Grauwertkorrelation lassen sich unabhängig von der Objektgröße dieselben prozentualen Genauigkeiten hinsichtlich der Verschiebungsfelder auf der Bauteiloberfläche erreichen. Das bedeutet, dass das Verfahren mit abnehmender Objektgröße einen kleineren absoluten Fehler beinhaltet. Sehr kleine Objektoberflächen erfordern allerdings einen höheren Aufwand beim Einrichten des Messraumes. Die Kalibrierung der Kameras ist dann mit viel Fingerspitzengefühl durchzuführen und erfordert viel Erfahrung.

 

Aus den Messergebnissen lassen sich eine Vielzahl von interessanten Diagrammen generieren. Der Anwender kann sich den zeitlichen Verlauf der ausgewerteten Größen, wie z.B. der Verschiebungen oder der Hauptformänderungen an einem oder mehreren einzelnen Gitterpunkten oder entlang eines Schnittes in einem Diagramm oder in Form eines Filmes anzeigen lassen. In den folgenden Animationen ist der zeitliche Verlauf der Vertikalverschiebungen und der Hauptformänderungen aus zwei Perspektiven zu sehen.

 

Das Verfahren ist mobil einsetzbar. Gerne führen wir Messungen Inhouse bei unseren Kunden durch. Sprechen Sie mit uns und wir machen Ihnen einen individuellen Projektvorschlag.

 

 

 

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