AT505036B1 - Vorrichtung zur uniaxialen dehnungsmessung an zugproben - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur uniaxialen Dehnungsmessung an Zugproben, die innerhalb eines ein Fluidum enthaltenden Behälters auf einer Probenaufnahme angeordnet, beidseitig in Spannbacken eingespannt und auf Zug mit einer definierten Kraft belastbar sind und ein Kameramittel zur Erfassung der Verschiebung einer auf der Probe angebrachten Markierung außerhalb des Fluidums vorgesehen ist.

Zugversuche, insbesondere Kriechversuche an Kunststoffproben („Zugkriechproben“) werden an genormten Probestücken durchgeführt und sind beispielsweise in DIN EN 899-1 geregelt. Aus den Ergebnissen solcher Kriechversuche, die zur Erzielung einer guten Auflösung meist vier oder mehr Proben verwenden, kann ein isochrones Spannungs-Dehnungs-Diagramm erstellt werden. Um das Kriechverhalten auch bei von der Raumtemperatur abweichenden Temperaturen bzw. unter dem Einfluss flüssiger Medien im Sinne einer thermischen und chemischen Alterung bestimmen zu können, werden die Proben in einem Behälter untersucht, der mit einem beheizten oder gekühlten Fluidum, z.B. mit einem Mineralöl, gefüllt werden kann. Ein weiteres Problem sind äußerst geringe Längenänderungen, die auch bei äußerst langen Messzeiten, z.B. 500 h, verlässlich erfasst werden müssen. Typisch ist beispielsweise eine Auflösung 5 pm bei 50 mm Basislänge. Die Verwendung von Messuhren oder die Messung über ein Mikroskop scheiden wegen der umständlichen und personalintensiven Bedienung ebenso aus, wie Dehnaufnehmer, da die erforderlichen Aufnehmer und Messverstärker über lange Zeiträume ein ungünstiges Driftverhalten zeigen. Da Längenänderungen an der Probe sinnvollerweise nur berührungslos und optisch, im Allgemeinen durch ein Fenster des Behälters, gemessen werden können, bietet sich der Einsatz einer Kamera, beispielsweise eine CCD-Kamera an, welche Bilder der Längenänderung an Hand von Markierungen erfasst.

Eine Aufgabe der Erfindung liegt in der Schaffung einer Vorrichtung, welche eine zuverlässige Dehnungsmessung, insbesondere an Kunststoff-Kriechproben bei Langzeitmessungen gestattet.

Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung der eingangs genannten Art gelöst, bei welcher erfindungsgemäß auf einer Probe an zwei in Abstand voneinander befindlichen Positionen eine Probenmarkierung und in unmittelbarer Nachbarschaft jeder Probenmarkierung an der ortsfesten Probenaufnahme zumindest eine Referenzmarkierung angeordnet ist, wobei zwei Kameras vorgesehen sind, die je eine Probenmarkierung sowie die zugehörige Referenzmarkierung erfassen und während der Messung aufeinanderfolgende Aufnahmen der Proben- und Referenzmarkierung durchführen, und eine Auswerteeinrichtung, welcher die Bilddaten der Kameras zugeführt sind, dazu eingerichtet ist, aus den relativen Verschiebungen je zwischen Probenmarkierung und Referenzmarkierung die gesamte Verschiebung der beiden Probenmarkierungen für zwei Zeitschritte zu ermitteln.

Die Erfindung schafft dadurch eine Vorrichtung, welche Dehnungsmessungen höchster Präzision ermöglicht, die weitgehend automatisch ablaufen, sodass sie auch kostengünstig, nämlich mit geringem Personalaufwand durchgeführt werden können.

Bei einer zweckmäßigen, da die Berechnung der Verschiebung wesentlich vereinfachenden, Ausführung ist vorgesehen, dass jede Referenzmarkierung koplanar zu der zugehörigen Probenmarkierung angeordnet ist.

Falls die Markierungen aus einer Anzahl von Punkten auf einem Trägermaterial bestehen, wobei durch die Anzahl und/oder Anordnung der Punkte die Art der Markierung sowie die Probe identifizierbar ist, können diese Markierungen nicht nur leicht produziert sondern auch sicher von einer Kamera erfasst werden. Dabei ist es ratsam, wenn die Referenzmarkierung zumindest vier Punkte zur Festlegung eines Koordinatensystems aufweist. Insbesondere ist es aus fertigungstechnischer Sicht zweckmäßig, wenn die Punkte auf einen Blechträger mit Laser eingebrannt sind. 3 AT 505 036 B1

Eine weitere zweckmäßige Weiterbildung zeichnet sich dadurch aus, dass mehrere Proben parallel zueinander in einem Behälter angeordnet und mit individuellen Kräften belastbar sind sowie eine Kameraeinheit mit zwei Kameras vorgesehen ist, welche wahlweise so platzierbar ist, dass die beiden Kameras jeweils den Markierungen einer der Proben definiert zugeordnet sind. Auf diese Weise kann die gesamte Messvorrichtung kostengünstig gestaltet werden, auch wenn eine Vielzahl von Proben gleichzeitig gemessen werden soll.

Ein zuverlässiges Verfahren zur Ermittlung der Verschiebung aus den Bilddaten der Kameras bei einer Vorrichtung nach der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass zu aufeinanderfolgenden Zeitschritten der Positionsvektor von Referenzmarkierung zu Probenmarkierung an beiden Positionen erfasst und abgespeichert wird, aus den Werten zweier aufeinanderfolgender Zeitschritte die Verschiebungen an den Positionen zum Zeitschritt i und aus diesen Verschiebungen die gesamte Verschiebung der beiden Probenmarkierungen ermittelt wird.

Wenn für jeden Zeitschritt eine Anzahl N von Aufnahmen der Markierungen erstellt wird, wobei die Zeit, innerhalb welcher die N-Aufnahmen für einen Zeitschritt erfolgen, klein ist, gegen die Zeit zwischen aufeinanderfolgenden Zeitschritten, lässt sich die Messgenauigkeit erheblich steigern.

Eine einfach realisierbare Variante zeichnet sich dadurch aus, dass die Position der von jeder Kamera erfassten Referenzmarkierung innerhalb der Bildebene bestimmt wird, sodann die Parameter der Homographie zwischen der Bildebene und der Markierungsebene aus der Abbildung der Referenzmarkierung ermittelt werden, weiters die Position der Probenmarkierungen in der Bildebene bestimmt werden und durch Anwendung der inversen Homographie die Position der Probenmarkierung innerhalb der Markierungsebene ermittelt wird.

Die Erfindung samt weiteren Vorteilen ist im Folgenden an Hand beispielsweiser Ausführungsformen näher erläutert, die in der Zeichnung veranschaulicht sind. In dieser zeigen

Fig. 1 eine schematische Übersicht in Seitenansicht einer Vorrichtung nach der Erfindung, teilweise geschnitten,

Fig. 2 eine zu Fig. 1 gehörige schematische Draufsicht auf eine Probe samt Markierungen, in etwas anderem Maßstab,

Fig- 3a und b eine technische Realisierung einer Vorrichtung nach der Erfindung in einer Aufsicht (Fig. 3a) und einer Seitenansicht (Fig. 3b),

Fig. 4 einen schematischen Schnitt durch eine Kameraeinheit mit zwei Kameras,

Fig. 5 schematisch das angewendete Transformationsprinzip,

Fig. 6 in einer Draufsicht ähnlich Fig. 2 die vektorielle Basis für die Berechnung der Verschiebung,

Fig. 7 das Ablaufdiagramm für die Ermittlung der Verschiebungen an zwei Positionen und Fig. 8 ein Ablaufdiagramm unter Berücksichtigung von Geometriemodellen und Kalibrationsdaten.

Nun wird an Hand der Fig. 1 bis 3b eine Vorrichtung nach der Erfindung an einer möglichen Ausführungsform erläutert. Die Vorrichtung dient zur Messung der Dehnung an einer Probe 1, deren Form, wie bereits eingangs erwähnt, genormt ist, wobei die Messlänge L hier 50 mm beträgt. Die Probe 1 soll in einem Fluidum 2, beispielsweise erwärmten Mineralöl, angeordnet sein, wobei zu diesem Zweck ein Behälter 3, zum Beispiel eine Wanne, dienen kann. Die Probe 1 befindet sich auf einer Probenaufnahme 4 und ist in dieser mit Hilfe von Spannbacken 5a, 5b gelagert. Die Probe ist an ihren verbreiterten Enden in diesen Spannbacken eingespannt und an einer Seite, in Fig. 1 und 2 an der rechten Seite, über die Spannbacke 5b fest mit der Probenaufnahme 4 verbunden, wogegen die Probe an der anderen Seite über die Spannbacke 5a mit Zug belastet wird. Dazu kann eine Kraft F beispielsweise mit Hilfe eines über Rollen 9 umgelenkten Seils 10 aufgebracht werden, wobei darauf zu achten ist, dass keine Biegemomente in die Probe eingebracht werden. In diesem Sinn muss einerseits das die Zugkraft aufbringende 4 AT 505 036 B1

Seil an der Spannbacke 5a gelagert sein und andererseits die in der Zeichnung rechte Spannbacke 5b z.B. gleichfalls über ein entsprechend gelagertes Seil mit der Probenaufnahme 4 verbunden sein.

Auf der Probe 1 ist an zwei in Abstand voneinander befindlichen Positionen A, B je eine Probenmarkierung 6ap bzw. 6bp angebracht. Jeder dieser Probenmarkierungen ist an der ortsfesten Probenaufnahme 4 eine Referenzmarkierung 6ar bzw. 6br zugeordnet und bei der gezeigten Ausführungsform ist überdies auch an der gegenüber liegenden Seite auf der Probenaufnahme eine weitere Referenzmarkierung 6'ar an der Position A bzw. 6’br an der Position B vorgesehen. Sämtliche beschriebenen Markierungen befinden sich in einer Ebene und in der Praxis erfolgt die Anbringung dieser Markierungen dadurch, dass ein Folien oder blattförmiges Trägermaterial, welches die gewünschten Markierungen enthält, quer über die Probe 1 und auf die Probeaufnahme 4 entsprechend Fig. 2 aufgeklebt wird. Die Auftrennung in die je drei gezeigten Markierungen nach Fig. 2 erfolgt dann durch einfaches Abschneiden mit einer Klinge.

Weiters sind zwei Kameras 7a, 7b vorgesehen, welche je die an den Positionen A bzw. B vorhandenen Proben- bzw. Referenzmarkierungen erfassen. Diese Kameras führen während der Messung aufeinanderfolgende Aufnahmen der Proben- und Referenzmarkierung durch und die Bilddaten der Kamera sind einer Auswerteeinrichtung 8 zugeführt, wobei in letzterer die relativen Verschiebungen je zwischen Probenmarkierung und Referenzmarkierung und daraus die gesamte Verschiebung der beiden Probenmarkierungen zu bestimmten Zeitschriften ermittelt werden kann. Auf diese Ermittlung der Verschiebung wird weiter unten näher eingegangen.

Zuvor sei anhand der Fig. 3a und 3b eine in der Praxis ausgebildete Vorrichtung erläutert, bei welcher in einem Behälter eine Probe mit entsprechenden Probenaufnahmen untergebracht ist. Man erkennt (näher bezeichnet ist lediglich die im Vordergrund liegende erste Teilanordnung) eine Kunststoffprobe 1, die in Spannbacken 5a und 5b eingespannt ist, wobei die Spannbacken samt der Probe in der Probenaufnahme 4 geführt sind. Weiters erkennt man auch ein Seil 10, mit dessen Hilfe über Rollen 9 und nicht gezeigte Gewichte eine Kraft auf die Probe 1 aufgebracht werden kann.

In üblichen Testanordnungen kann eine Vielzahl derartiger Vorrichtungen nebeneinander angeordnet sein, beispielsweise kann eine Vierfach-Anordnung dazu vorgesehen sein, entweder vier verschiedene Proben gleichzeitig zu messen oder an vier identischen Proben verschiedene Kräfte wirken zu lassen.

In Fig. 3a erkennt man auch deutlich die Proben- und Referenzmarkierungen, wobei zu bemerken ist, dass die Markierungen bei diesem Beispiel aus einer Anzahl von Punkten auf einem Trägermaterial bestehen. Man hat es in der Hand, durch die Anzahl und/oder geometrische Anordnung der Punkte die Art der Markierung sowie die Probe zu identifizieren. Jedenfalls, dies wird später noch näher erläutert, werden für die Referenzmarkierung zumindest vier Punkte benutzt, um ein Koordinatensystem festlegen zu können. Es hat sich als sinnvoll gezeigt, wenn das Trägermaterial als dünnes Blech ausgebildet ist, auf dem die Punkte mit Hilfe eines Lasers eingebrannt sind.

Auf der Referenzmarkierung benötigt man zumindest vier Punkte, um die Homographie und damit das Koordinatensystem und die Perspektive festlegen zu können. Der Vektor zu der Probenmarkierung geht dann von dem Nullpunkt aus. Die Probenmarkierung könnte prinzipiell aus einem einzigen Punkt bestehen, in der Praxis verwendet man mehrere Punkte und nimmt als Bezugspunkt z.B. den Schwerpunkt der Punkteanordnung.

Der Probe 1 in Fig. 3 kann während der Messung eine Kameraeinheit 11 zugeordnet werden, die schematisch in Fig. 4 gezeigt ist. Diese Kameraeinheit 11 besitzt ein dichtes Gehäuse 12, in dessen Inneren die beiden Kameras 7a und 7b untergebracht sind. An der Unterseite ist dieses Gehäuse durch ein Glasfenster 13 abgeschlossen, sodass die beiden Kameras 7a und 7b 5 AT 505 036 B1 durch dieses Fenster 13 die Positionen A und B samt den entsprechenden Markierungen erfassen können. Um eine korrekte Zuordnung zu gewährleisten, sind, wie aus Fig. 4 hervorgeht, an jeder Probenaufnahme 4 zwei Passstifte 14 in diagonaler Anordnung vorhanden, die mit Passvertiefungen 15 in dem Gehäuse 12 der Kameraeinheit 11 zusammen wirken können. Es ist zweckmäßig, wenn eine Vertiefung als Passbohrung und die zweite Vertiefung als Langloch zur Aufnahme thermischer Spannungen bzw. Längenänderungen ausgebildet ist.

Zu erwähnen ist noch, dass in der Praxis das Innere der Kameraeinheit 11 unter leichtem Überdruck, z.B. mittels eines Gebläses, gehalten wird, damit weder Flüssigkeiten noch Gase, wie Dämpfe der erwärmten Flüssigkeit, in das Innere des Gehäuses 12 eindringen können.

Die erwähnte Flüssigkeit ist beispielsweise ein Mineralöl, das thermostatgesteuert auf eine bestimmte Temperatur, z.B. 80° C, erwärmt wird. Es kann auch chemische Zusätze enthalten, deren Einfluss auf die Probe untersucht werden soll. Zur Messung wird die Kameraeinheit 11 über die zu messende Probe und Probenaufnahme abgesenkt und so positioniert, dass die Passstifte 14 in die Passvertiefungen 15 eingreifen. Das Fenster 13 der Kameraeinheit 11 befindet sich nun knapp oberhalb der zu erfassenden Markierungen und es hat sich in der Praxis als zweckmäßig herausgestellt, das Fluidum, hier eine Mineralöl, zumindest im Bereich der Unterseite des Fenster 13 in Bewegung zu halten, um die dauernde Ablagerung von Gasoder Luftblasen, welche die Messung beeinträchtigen würden, zu vermeiden.

Unter Bezugnahme auf Fig. 5 sei zum weiteren Verständnis der Erfindung kurz das Bild-Transformationsprinzip erläutert, wobei zur Vereinfachung eine Erklärung der Korrektur der Linsenverzeichnung weggelassen wird. Es wir zunächst die Position der von einer Kamera erfassten Referenzmarkierung 6ar innerhalb der Bildebene nBud bestimmt, sodann werden die Parameter der Homographie H zwischen der Bildebene und der Markierungsebene Π aus der Abbildung der Referenzmarkierung ermittelt. Weiters wird die Position einer Probenmarkierung 6ap in der Bildebene nBiid bestimmt und durch Anwendung der inversen Homographie H'1 die Position der Probenmarkierung innerhalb der Markierungsebene Π ermittelt. Des Weiteren erlaubt die Anwendung der inversen Transformation, ausgehend von dem Bild der Probenmarkierung einen Rückschluss auf die relative Verschiebung innerhalb der der Ebene Π, wobei von der Annahme ausgegangen wird, dass die Eigenschaften des Mediums zwischen Kamera und Referenzmarkierung die gleichen sind, wie zwischen Kamera und Probenmarkierung.

Nachstehend wird an Hand der Fig. 6 und 7 das Prinzip der Verschiebungsmessung erläutert, wobei Vektoren im Beschreibungstext in Kursivschrift gehalten sind. Voraussetzung für das Messprinzip ist, dass zwischen den Referenz-Koordinatensystemen (OA und OB) eine reine Translation d besteht, die zeitlich konstant sein muss.

Zeitschrift i -1 3m + /M - bj.i -d=0

Zeitschrift i a -, +1,. - b t. - d = 0 (aM + Aa,i) + (/M + A) - (bM + Abii) - d = 0

Aa j + Aj - Ab,i - 0 A = Ab,i - Aa,i gesuchte Verschiebung wobei bedeuten: 6 AT 505 036 B1

Agj gemessene Verschiebung an der Position A zum Zeitschritt i Ab,i gemessene Verschiebung an der Position B zum Zeitschritt i d Translation von OA nach OB, durch Konstruktion gegeben und konstant

Die relative Verschiebung Aa,i bedeutet dabei „Verschiebung zum Zeitschritt i bezogen auf den Zeitschritt i-Γ. Für den Bezugszeitschritt i-1 sind beliebige Zeitpunkte wählbar, wobei sich mit i = 0 (Versuchsstart) eine Messung der Absolutverschiebung ergibt.

Fig. 8 zeigt den Ablauf der Messung eines Verschiebungsvektors (aj oder b,) und beinhaltet Verarbeitungsschritte (Rechtecksymbole) und Datenquellen (Zylindersymbole). Der Kontrollfluss der Auswertung verläuft von oben links entlang der ersten Zeile und dann weiter von links nach rechts in der zweiten Zeile. Alle Komponenten sind mit römischen Ziffern zur leichteren Referenz gekennzeichnet. (I) Eine Bildsequenz mit N, z.B. N=10, Einzelbildern wird aufgenommen. Die Verwendung einer Sequenz dient zur Verbesserung der Robustheit des Verfahrens. Das Ergebnis von (I) sind N Einzelbilder aufgenommen unter identen geometrischen Bedingungen. (II) Aus der Bildsequenz werden im ersten Schritt jene Bereiche extrahiert, in denen die Referenzmarkierung abgebildet ist. Innerhalb dieser Regionen werden die geometrische Lageparameter der Markierung (hier: Schwerpunkte) extrahiert. Durch Einsatz des geometrischen Modells (IV) und durch Verwendung von Methoden der robusten Statistik, wie z.B. „RANSAC“ (Random Sample Consensus) werden die geometrischen Lageparameter ausreißerbefreit. Das Ergebnis von (II) sind 1 Punkte in Bildkoordinaten mit der zugeordneten Unsicherheitsmatrix (hier: Kovarianzmatrix, da Gaussannahme). (III) Unter Verwendung von Geometrieinformation (IV) der Referenzmarkierungen, den ermittelten Bildkoordinaten aus (II) und von Kalibrationsparametern (V) der Kamera werden die Parameter einer Transformation mit folgenden Eigenschaften ermittelt: - Die Transformation setzt Punkte der Referenzmarkierung mit deren Abbildungen im Kamerabild in Zusammenhang. - Dieselbe Transformationsvorschrift gilt für den Zusammenhang zwischen Punkten an den Probenmarkierungen und deren Abbildungen im Kamerabild. Für die Transformation kommen Abbildungen der Perspektiven-Geometrie in Frage, die auch auf geometrische Kalibrationsparameter der Kamera, wie z.B. die intrinsischen Parameter der Kamera, zurückgreifen können. Speziell hier wird eine Untergruppe der Perspektiven Abbildungen - die 2D/2D Homographie - verwendet. Diese Abbildung setzt voraus, dass die Punkte der Referenzmarkierung und der Probenmarkierung koplanar angeordnet sind. Diese Anforderung wird konstruktiv umgesetzt, was bereits weiter oben erläutert wurde. Weiteres berücksichtigt die Transformation die geometrische Verzeichnung aufgrund des Kameraobjektivs (Linsenverzeichnung).

Die Bestimmung der Transformationsparameter erfolgt bei jeder Messung, wodurch Fehlpositionierungen der Kamera mit dem direkten Einfluss auf die Transformationsparameter kompensiert werden können. Dies ermöglicht erhebliche konstruktive Erleichterungen, da die Positioniergenauigkeit keinen Einfluss auf die Messgenauigkeit hat. Die Bestimmung der Parameter berücksichtigt die Unsicherheit der Eingangsparameter.

Das Ergebnis von (III) ist ein Satz von Transformationsparametern und deren Unsicherheitsmatrix. (IV) Das Geometrische Modell der Referenzmarkierung charakterisiert wesentliche Eigen- 7 AT 505 036 B1 schäften der Markierung, wie Punktposition und -große, sowie eine eventuell aufgebrachte Codierung in Form eines optischen Musters, wobei z.B. acht Punkte eindeutig die Referenz, inkl. Prüfzeichen repräsentieren können. Ebenso ist eine Miteinbeziehung der herstellungsbedingten Unsicherheit der einzelnen Markierungen möglich.

Das Ergebnis von (IV) ist ein Satz von 2D Punkten, gegeben im Koordinatensystem der jeweiligen Position Ort A bzw. B, deren Unsicherheitsmatrizen, sowie weiterer Attribute zur Identifizierung der Referenzmarkierungen. (V) Kalibrationsparameter der Kamera. Diese bilden einen Teil der Transformationsvorschrift und werden vor Inbetriebnahme in einem Kalibrationsverfahren bestimmt.

Eine laufende Adaption der Parameter im Zuge der Messungen ist möglich, doch wurden in einem praktischen Aufbau ausschließlich Linsenverzeichnungsparameter ohne zeitliche Adaption verwendet.

Das Ergebnis von (V) ist ein Satz von Parametern, der die jeweiligen Kameraeigenschaften beschreibt und im Rahmen einer Kalibration (vor Inbetriebnahme oder auch während der Messung) bestimmt wird. (VI) Aus der Bildsequenz (aus I), den geschätzten Transformationsparametern (aus III), der geometrischen Modellinformation (IX), sowie optional der letzten gemessenen Position (VIII) werden jene Bereiche extrahiert in denen die Probenmarkierung abgebildet ist. Innerhalb dieser Regionen werden die geometrischen Lageparameter der Markierungen, hier die Schwerpunkte, extrahiert und durch Verwendung von Methoden der robusten Statistik, RANSAC ausreißerbefreit. Durch Verwendung von (IX) und (III) wird eine Zuordnung von gemessenen Markierungspositionen und deren Modell hergestellt. Diese Zuordnung wird als Datenassoziation bezeichnet und ist Voraussetzung für die spätere Bestimmung der Position in (VII). Das letzte Ergebnis aus einer Datenbank (VIII) kann in Kombination mit einem Bewegungsmodell (hier: konstante Position angenommen) zur Verbesserung der Datenassoziation herangezogen werden. Das Ergebnis von (VI) sind k Punkte in Bildkoordinaten mit der zugeordneten Unsicherheitsmatrix. (VII) Die Positionen der Messmarkierungen und deren zugeordnete Unsicherheit werden unter Verwendung von (IX) zu einem geometrischen Beschreibungsparameter (hier: Schwerpunkt der Markierungsgeometrie) zusammengefasst und unter Verwendung der in (III) bestimmten Transformationsparameter in eine Position im Weltkoordinatensystem transformiert. Das Ergebnis von (VII) ist eine Position der Messmarkierung in Weltkoordinaten mit der zugeordneten Unsicherheitsmatrix. (VIII) Datenbank früherer (Zwischen-)Messergebnisse. Das Ergebnis von (VIII) ist das Zwischenergebnis „Verschiebung im Fenster“ mit der zugeordneten Unsicherheitsmatrix. (IX) Geometrisches Modell der Messmarkierung. Wie (IV) (hier: keine Identifikations-Codierung vorgesehen, da konstruktiv bedingt mit einer Referenzmarkierung verknüpft).

Das Ergebnis von (IX) ist ein Satz von 2D Punkten, gegeben im Koordinatensystem des jeweiligen Fensters (Position A, B) sowie deren Unsicherheitsmatrizen.

Die Vorrichtung nach der Erfindung kann selbstverständlich auch zu Dehnungsmessung an anderen Proben, als an Kunststoffproben verwendet werden, somit auch an metallischen Proben, und die Messung muss nicht notwendigerweise eine Kriechprüfung betreffen. So können auch einfache Dehnungsmessungen im elastischen Bereich einer Probe und über nur kurze Zeiträume durchgeführt werden.

Claims (10)

1. 8 AT 505 036 B1 Liste der Bezugszeichen 1 Probe 2 Fluidum 3 Behälter 4 Probenaufnahme 5a,b Spannbacken 6ap, 6bp Probenmarkierung 6ar, 6br Referenzmarkierung 6'ar, 6'br Referenzmarkierung 7a, 7b Kamera 8 Auswerteeinrichtung 9 Rolle 10 Seil 11 Kameraeinheit 12 Gehäuse 13 Glasfenster 14 Passstifte 15 Passvertiefungen A, B Position ai. bi Positionsvektoren der Punkte A, B Aa.i, Abj Δ, i Verschiebung an A, B Gesamtverschiebung Zeitschrift L Messlänge Patentansprüche: 30 1. Vorrichtung zur uniaxialen Dehnungsmessung an Zugproben (1), die innerhalb eines ein Fluidum (2) enthaltenden Behälters (3) auf einer Probenaufnahme (4) angeordnet, beidseitig in Spannbacken (5a, 5b) eingespannt und auf Zug mit einer definierten Kraft (F) belastbar sind und ein Kameramittel zur Erfassung der Verschiebung einer auf der Probe ange- 35 brachten Probenmarkierung außerhalb des Fluidums vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer Probe (1) an zwei in Abstand voneinander befindlichen Positionen (A, B) eine Probenmarkierung (6ap, 6bp) und in unmittelbarer Nachbarschaft jeder Probenmarkierung an der ortsfesten Probenaufnahme (4) zumindest eine Referenzmarkierung (6ar, 6br) an- 40 geordnet ist, wobei zwei Kameras (7a, 7b) vorgesehen sind, die je eine Probenmarkierung sowie die zugehörige Referenzmarkierung erfassen und während der Messung aufeinanderfolgende Aufnahmen der Proben- und Referenzmarkierung durchführen, und eine Auswerteeinrichtung (8), welcher die Bilddaten der Kameras zugeführt sind, dazu eingerichtet ist, aus den relativen Verschiebungen (Aaii, Abii) je zwischen Probenmarkierung und Refe- 45 renzmarkierung die gesamte Verschiebung (Δ,) der beiden Probenmarkierungen für zwei Zeitschritte (i, i-1) zu ermitteln.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede Referenzmarkierung (6ar, 6br) koplanar zu der zugehörigen Probenmarkierung (6ap, 6bp) angeordnet ist. 50
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Probenmarkierung (6ap, 6bp) zwei, beidseitig der Probe vorgesehene Referenzmarkierungen (6ar, 6'ar, 6br, 6'br) zugeordnet sind.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Markierungen aus einer 9 AT 505 036 B1 Anzahl von Punkten auf einem Trägermaterial bestehen, wobei durch die Anzahl und/oder Anordnung der Punkte die Art der Markierung sowie die Probe identifizierbar ist.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzmarkierung zumindest vier Punkte zur Festlegung eines Koordinatensystems aufweist.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Punkte auf einen Blechträger mit Laser eingebrannt sind.
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Proben parallel zueinander in einem Behälter angeordnet und mit individuellen Kräften belastbar sind sowie eine Kameraeinheit mit zwei Kameras vorgesehen ist, welche wahlweise so platzierbar ist, dass die beiden Kameras jeweils den Markierungen einer der Proben definiert zugeordnet sind.
8. 8. Verfahren zur Ermittlung der Verschiebung (Aj) aus den Bilddaten der Kameras (7a, 7b) bei einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zu aufeinanderfolgenden Zeitschritten (0,.., i-1, i,...) der Positionsvektor (ai bzw. bj) von Referenzmarkierung zu Probenmarkierung an beiden Positionen (A, B) erfasst und abgespeichert wird, aus den Werten zweier aufeinanderfolgender Zeitschritte (i-1, i) die Verschiebungen (Aa i, AbJ) an den Positionen (A, B) zum Zeitschritt (i) und aus diesen Verschiebungen die gesamte Verschiebung (Aj) der beiden Probenmarkierungen ermittelt werden.
9. 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass für jeden Zeitschrift (i) eine Anzahl (N) von Aufnahmen der Markierungen erstellt wird, wobei die Zeit, innerhalb welcher die N-Aufnahmen für einen Zeitschrift erfolgen, klein ist, gegen die Zeit zwischen aufeinanderfolgenden Zeitschriften (i-1, i).
10. 10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Position der von jeder Kamera (7a, 7b) erfassten Referenzmarkierung (6ar, 6br) innerhalb der Bildebene (nBMd) bestimmt wird, sodann die Parameter der Homographie (H) zwischen der Bildebene und der Markierungsebene (Π) aus der Abbildung der Referenzmarkierung ermittelt werden, weiters die Position der Probenmarkierungen (6ap, 6bp) in der Bildebene (ΠΒω) bestimmt werden und durch Anwendung der inversen Homographie (H‘1) die Position der Probenmarkierung innerhalb der Markierungsebene (Π) ermittelt wird. Hiezu 4 Blatt Zeichnungen