DE112015002452T5

DE112015002452T5 - Optischer Dehnungsmesser

Info

Publication number: DE112015002452T5
Application number: DE112015002452.2T
Authority: DE
Inventors: Roy D. Allen
Original assignee: Illinois Tool Works Inc
Current assignee: Illinois Tool Works Inc
Priority date: 2014-06-27
Filing date: 2015-06-07
Publication date: 2017-03-30
Anticipated expiration: 2035-06-08
Also published as: US20170146338A1; DE112015002452B4; CN107041152A; US10345096B2; WO2015199957A1; CN107041152B

Abstract

Diese Offenbarung stellt ein Verfahren zur entfernten Messung der Dehnungsreaktion eines Testmaterials durch optische Vorrichtungen dar, welche eine dünne mehrschichtige Anordnung verwenden, einen optischen Dehnungsmesser genannt, welcher direkt an der Testprobe durch ein Paar von Klebeabschnitten befestigt ist, welche in die Anordnung eingebaut sind. Die optische Dehnungsmesseranordnung ist schnell und leicht zu befestigen, nur indem sie auf die Probe gedrückt wird mittels der beiden durch Druck aktivierten Klebeabschnitte. Es ist üblicherweise keine Oberflächenvorbereitung der Testprobe erforderlich. Der räumliche Abstand zwischen den beiden auf die Probenoberfläche geklebten Abschnitten dient zur Einrichtung einer anfänglichen Messlänge (L) zur Berechnung der Dehnung durch Messen der durch Spannung hervorgerufenen Änderungen an diesem Abstand (ΔL), wenn eine Belastung an die Testprobe angelegt wird.

Description

Hintergrund der Offenbarung
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität nach 35 U.S.C. 119(e) der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 62/018 071, welche am 27. Juni 2014 eingereicht wurde und deren Offenbarung hier durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit für alle Zwecke aufgenommen wird, und zu einem Teil hiervon gemacht wird.
Gebiet der Offenbarung
Die Offenbarung betrifft ein Verfahren zum entfernten Messen einer Dehnungsreaktion eines Testmaterials durch optische Verfahren unter Verwendung einer dünnen mehrschichtigen Anordnung.
Beschreibung des Standes der Technik
Die US-Patentveröffentlichung Nr. 2012/0176 629 A1 mit dem Titel „Remote Displacement Sensor, Including an Optical Strain Gauge, an Assembly and System Therewith“ (Entfernt angeordneter Verschiebungssensor mit einem optischen Dehnungsmesser, eine Anordnung und ein System damit) wurde am 12. Juli 2012 veröffentlicht, basierend auf der PCT/US10/148921 . Diese Patentanmeldung vom gleichen Erfinder wie die vorliegende Anmeldung, offenbart einen entfernt angeordneten Verschiebungssensor, wie z.B. einen optischen Dehnungsmesser, welcher einen optischen Verstärker verwendet, durch Muster implementiert, wie z.B., aber nicht darauf beschränkt, Moiré-Muster, um Änderungen in der Position oder Messlänge zu berechnen. Bei der Ausführungsform, welche als ein Dehnungsmesser mit Moiré-Mustern implementiert ist, sind zwei Folienschichten vorgesehen, eine untere Folienschicht mit einem Referenz- oder statischen Moiré-Muster, welches erzeugt wird durch die Überlagerung eines ersten Musters mit parallelen Linien bei einer ersten Grundfrequenz, und eines zweiten Musters mit parallelen Linien bei einer zweiten Grundfrequenz. Die untere Folienschicht weist ferner einen ersten Abschnitt mit einem ersten Muster mit parallelen Linien bei der ersten Grundfrequenz auf, während die obere Schicht einen zweiten Abschnitt bietet mit einem zweiten Muster mit parallelen Linien bei der zweiten Grundfrequenz. Das Überlagern der Folien verursacht eine Überlagerung der ersten und zweiten Abschnitte und verursacht dadurch ein Moiré-Muster der gleichen Wellenlänge wie das Referenzmuster. Die relative Bewegung der beiden Folien senkrecht zu den parallelen Linien als Antwort auf eine Bewegung in der Messlänge als Reaktion auf eine Dehnung der Probe, bewirkt jedoch eine Phasenänderung in dem überlagerten Muster, welche größer ist als die relative Bewegung. Das Bild des optischen Dehnungsmessers wird von einer Kamera oder einer anderen optischen Vorrichtung festgehalten, und das resultierende Bild wird durch eine schnelle Fourier-Transformation oder einen ähnlichen Algorithmus verarbeitet, um die Phasenänderung zu bestimmen, wodurch die Änderung in der Messlänge und dadurch die resultierende Dehnung berechnet wird.
Während diese Anwendung gut an ihre vorgesehenen Zwecke angepasst ist, werden weitere Verbesserungen dieser Offenbarung gesucht.
Außerdem sind mit Bezug auf andere anklemmbare Extensometer Verbundmaterialien sehr steif und neigen dazu, explosionsartig bei Zugfestigkeitsprüfungen zu brechen. Dies verhindert die Verwendung von anklemmbaren bzw. zangenartigen Extensometern, da sie üblicherweise durch Kräfte des Brechens beschädigt werden. Diese Arten von Extensometern sind teuer, kosten Tausende von Dollars, und sind deshalb nicht als Vorrichtungen für den einmaligen Gebrauch vorgesehen. Optische Nicht-Kontakt-Extensometerer, welche oft mehr als 50.000$ kosten, sind üblicherweise nicht in der Lage Dehnungen mit der notwendigen Genauigkeit zu messen, um den richtigen Betrag bei solchen steifen Materialien zu bestimmen. Messmodule an Verbundmaterialien erfordern üblicherweise Dehnungsgenauigkeitsfehler von weniger als 20 Mikro-Dehnungseinheiten (eine Messlängenänderung von 20 Teilen pro Million) bei sehr niedrigen Dehnungsniveaus, üblicherweise im Dehnungsbereich von 0,1% bis 0,6%. Dies ist äquivalent zu einer Verschiebungsmessungsgenauigkeit kleiner als im Mikrometerbereich bei einer Messlänge von 50 mm.
Die Verbundwerkstoffindustrie verlässt sich deshalb auf die standardmäßig verbundenen Dehnungsmesser, um die notwendige Dehnungsgenauigkeit zu erzielen und um innerhalb akzeptabler Kosten zu liegen bei einer Vorrichtung zum einmaligen Gebrauch. Der verbundene Dehnungsmesser besteht aus einem präzise geätzten Bogen aus dünner Metallfolie von ungefähr 10 Millimeter auf 10 Millimeter (typischerweise unter Verwendung des Mikrolithographie-Genauigkeitsniveaus von integrierten Schaltkreisen), welcher mit Epoxid auf die Oberfläche der Probe geklebt wird. Er misst die Dehnung durch Erzeugen von winzigen Änderungen des elektrischen Widerstandes wenn er gespannt wird. Um diese feinen Widerstandsänderungen zu messen, ist er elektrisch im einem externen Brückenverstärkerschaltkreis verdrahtet. Vor dem Verkleben muss die Metallfolie der Probenoberfläche besonders präpariert werden durch Bearbeiten einer präzise ebenen Oberfläche, Polieren und anschließendem Entfernen von jeglichen restlichen Teilchen durch Verwendung eines chemischen Bades.
Das Verfahren mit dem verbundenen Dehnungsmesser ist typischerweise wie folgt für jede zu testende Probe – Bearbeiten, Polieren und Reinigen der Oberfläche der Probe, chemisches Waschen (oft zwei Bäder); sehr sorgfältiges Positionieren des Folien-Dehnungsmesser, wobei die Ausrichtung kritisch ist aufgrund ihrer kurzen aktiven Länge; Herstellen und Auftragen einer einheitlichen Epoxidschicht über der Vorrichtung und Warten auf das Trocknen; Löten von Drähten an die Metallpads an der Vorrichtung und Verbinden der Probe mit dem externen elektrischen Brückenschaltkreis, wenn er in seinem Belastungsrahmen montiert ist.
Diese Schritte summieren sich zu einer beträchtlichen Aufbauarbeitszeit für jeden Test. Außerdem können die Kosten der reinen Folien-Dehnungsmesserbereiche beträchtlich sein. Statistisch können die Vorbereitungsschritte möglicherweise das Probenmaterial beschädigen aufgrund von zum Beispiel möglichen Effekten der verwendeten Chemikalien und Schnitten und Dellen in der Probe.
Weiterer Stand der Technik schließt das US-Patent Nr. 7 047 819 mit dem Titel „Testing of Samples“ (Testen von Proben) von Haywood ein, das US-Patent Nr. 6 075 893 mit dem Titel „Computer Controlled Optical System for Angular Alignment of Structures Using Moire Patterns“ (Computergesteuertes optisches System zur Winkelausrichtung von Strukturen unter Verwendung von Moire-Mustern) von Brandstetter; das US-Patent Nr. 6 164 847 mit dem Titel „Image Parameter Detection“ (Bildparametererfassung) von Roy Allen (dem gegenwärtigen Erfinder); das US-Patent Nr. 2 787 834 mit dem Titel „Grating Strain Gauges“ (Gitterdehnungsmesser) von Shoup; DE 31 20 653 A1 mit dem Titel „Device for Determining Movement parameters and Creep States of Materials“ (Vorrichtung zur Bestimmung von Bewegungsparametern und Kriechzuständen an Materialien) von Ludwig und der EP 0 255 300 A2 mit dem Titel „High Sensitivity Strain Detector“ (Hochempfindlicher Dehnungsdetektor) von Buckingham und Blackwood.
Ziele und Zusammenfassung der Offenbarung
Es ist deshalb ein Ziel der vorliegenden Offenbarung, weitere Verbesserungen in Bezug auf den optischen Dehnungsmesser zu entwickeln.
Diese Offenbarung stellt ein Verfahren zum entfernten Messen der Dehnungsreaktion eines Testmaterials durch optische Vorrichtungen unter Verwendung einer dünnen mehrschichtigen Anordnung dar, einen optischen Dehnungsmesser oder ODM genannt, welcher direkt an der Testprobe befestigt wird durch einfaches Verwenden eines Paars von Klebeabschnitten, welche in die Anordnung eingebaut sind. Die kleine ebene Folienanordnung ist üblicherweise sehr leicht, ungefähr 1 Gramm, und haftet bündig auf der Oberfläche des Testmaterials, wenn daran befestigt. Die ODM-Anordnung haftet durch Andrücken an die Probe mittels der beiden durch Druck aktivierten Klebeabschnitte. Üblicherweise ist keine Oberflächenvorbereitung bei der Testprobe erforderlich. Der räumliche Abstand zwischen den zwei Abschnitten, welche auf die Probenoberfläche geklebt wurden, dient dazu, eine anfängliche Messlänge (L) zur Berechnung der Dehnung einzurichten durch Messen der durch Belastung hervorgerufenen Änderungen dieses Abstandes (ΔL), wenn eine Last an die Testprobe angelegt wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Ziele und Vorteile der Offenbarung werden aus der folgenden Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen offensichtlich, in welchen
1 eine Draufsicht einer Ausführungsform des optischen Dehnungsmessers der vorliegenden Offenbarung ist.
2 ist eine Seitenansicht einer Ausführungsform des optischen Dehnungsmessers der vorliegenden Offenbarung.
3A ist eine Draufsicht einer Ausführungsform des optischen Dehnungsmessers der vorliegenden Offenbarung mit einem Referenzmuster.
3B ist eine Seitenansicht eines optischen Dehnungsmessers der vorliegenden Offenbarung mit einem Referenzmuster.
4 zeigt die Kameraansicht des optischen Dehnungsmessers von 3A und 3B.
5 zeigt die Sensorverarbeitung des optischen Dehnungsmessers von 3A und 3B.
6 und 7 zeigen eine Ausführungsform des optischen Dehnungsmessers, wobei zwei Folien durch Klebeabschnitte direkt auf der Probe gehalten werden.
8 ist eine Seitenansicht des optischen Dehnungsmessers von 6 und 7.
9 und 10 sind Ansichten einer weiteren Ausführungsform des optischen Dehnungsmessers der vorliegenden Offenbarung.
11 ist eine Draufsicht einer üblichen unteren Folie für einen optischen Dehnungsmesser der vorliegenden Offenbarung.
12 ist eine Draufsicht einer üblichen oberen Folie eines optischen Dehnungsmessers der vorliegenden Offenbarung.
13A ist eine Ansicht einer Ausführungsform des optischen Dehnungsmessers von der Kamera, wobei der optische Dehnungsmesser Null Dehnung misst.
13B ist eine Ansicht einer Ausführungsform des optischen Dehnungsmessers von der Kamera, wobei der optische Dehnungsmesser eine Verschiebung von 106 Mikrometer misst.
14A, 14B und 14C zeigen die zwei Punktanordnungsmuster und das Referenzmuster, welches aus der Überlagerung von zwei Punktanordnungsmustern resultiert, zur Messung der Dehnung über zwei senkrechten Achsen.
15 zeigt ein visuell projiziertes Muster unter Verwendung eines beugenden optischen Elements für eine weitere Ausführungsform des optischen Dehnungsmessers der vorliegenden Offenbarung.
16 zeigt einen kompakten Lichtpunkt(Flying-Spot)-Laserscanner und einen Lesekopf mit einer einzigen Fotodiode, welche bei einer weiteren Ausführungsform der Offenbarung verwendet werden können.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
Mit Bezug auf die Zeichnungen im Detail, in welchen gleiche Zahlen in allen Ansichten gleiche Elemente bezeichnen, sieht man, dass 1 und 2 zeigen, wie eine Ausführungsform der mehrschichtigen optischen Dehnungsmesseranordnung 100 funktioniert. Es gibt eine erste Gitterfolie 10, welche eine zweite Gitterfolie 12 überlappt. Die ersten und zweiten Gitterfolien 10, 12 können ein Polyestersubstrat sein mit Gittermustern mit hohem Kontrast, welche ein Moiré-Muster oder ein ähnliches Muster modulierter Intensität erzeugen, wenn sie überlappt werden. Die erste Gitterfolie 10 ist an der zu testenden Probe 1000 durch einen ersten Klebeabschnitt 14 befestigt. In gleicher Weise ist die zweite Gitterfolie 12 an der zu testenden Probe durch einen zweiten Klebeabschnitt 16 befestigt. Die ersten und zweiten Gitterfolien 10, 12 werden auch gegen eine transparente nachgiebige Schicht 20 durch dritte und vierte Klebeabschnitte 22 bzw. 24 an ihrem Platz gehalten. Der Sensor 100 wird ferner durch Hilfsklebeabschnitte 30 um den Umfang der transparenten nachgiebigen Schicht 20 an der Probe 1000 gehalten. Die Bewegung des ersten oder zweiten Klebeabschnitts 14, 16, welcher die jeweilige erste oder zweite Gitterfolie 10, 12 an der Oberfläche der zu testenden Probe 1000 hält, bewirkt, dass die erste oder zweite Gitterfolie 10, 12 sich um genau den gleichen Betrag bewegen. Die ersten und zweiten Gitterfolien 10, 12 folgenden deshalb den durch Dehnung hervorgerufenen Bewegungen der Probenoberfläche an ihrem zugeordneten physischen Kontaktpunkt, den ersten und zweiten Klebeabschnitten 14, 16. Es wird erwartet, dass die transparente nachgiebige Schicht 20 elastischer ist als die Probe 1000, so dass die dritten und vierten Klebeabschnitte 22, 24 der durch die Dehnung hervorgerufenen Bewegung der Probe 1000 folgen können. Wenn die Probe 1000 gedehnt wird, gleiten die zwei Gitterfolien 10, 12 mit Gittermustern mit hohem Kontrast übereinander, was zu einem überlappten Bereich führt, in welchem beide Muster zusammen einen deutlich sichtbaren Interferenzeffekt erzeugen, welcher sich in direktem Verhältnis zu den Folienbewegungen ändert. Dieser deutlich sichtbare Effekt, ein Moiré-Interferenzmuster zum Beispiel, wird beobachtet und über eine Distanz verfolgt durch eine entfernt angeordnete Kamera (nicht dargestellt). Auf diese Weise werden die geringfügigen Dehnungsbewegungen der beiden Messpunkte auf der Probe, welche durch die Phasenänderung (und entsprechende Verschiebung) oder eine ähnliche Änderung im Muster der modulierten Intensität wiedergegeben werden, drahtlos an die Kamera übertragen zur Interpretation durch Standardbildbearbeitungstechniken, wie z.B. Fourier-Transformationsverarbeitung, um eine sehr genaue Echtzeitmessung der Probendehnung auf eine entfernte Distanz zu messen. Es ist zu beachten, dass die dritten und vierten Klebeabschnitte 22, 24 optional sein können. Das Weglassen der dritten und vierten Klebeabschnitte 22, 24 führ zu einer Ausführungsform wie sie in 8 dargestellt ist. Bei solch einer Ausführungsform kann die nachgiebige Schicht 20 ein Teil der Verpackung werden, welche während der Lagerung der mehrschichtigen optischen Dehnungsmesseranordnung 100 verwendet wird, wird aber bei der Anbringung der mehrschichtigen optischen Dehnungsmesseranordnung 100 entfernt und braucht deshalb nicht transparent zu sein. Das heißt, die nachgiebige Schicht 20 kann auf der Ober- oder Unterseite der mehrschichtigen optischen Dehnungsmesseranordnung 100 als Verpackung angebracht sein, wodurch sie es dem Nutzer erlaubt, die mehrschichtige optische Dehnungsmesseranordnung 100 anzubringen durch Abziehen der nachgiebigen Schicht oder Schichten 20 und Befestigen der mehrschichtigen optischen Dehnungsmesseranordnung 100 an der Probe 1000. Als eine weitere Alternative können die dritten und vierten Klebeabschnitte 22, 24 weggelassen werden und die Hilfsklebeabschnitte 30 beibehalten werden, so dass die transparente nachgiebige Schicht 20 an der Probe 1000 befestigt ist und die mehrschichtige Dehnungsmesseranordnung 100 ohne irgendeine direkte Klebebefestigung daran festhält.
Wie in 1 dargestellt, werden die ersten und zweiten Gitterfolien 10, 12 dazu verwendet, ein Interferenzmuster zu erzeugen, welches die Dehnung zwischen zwei genau definierten Punkten auf der Probenoberfläche stark vergrößert. Die ersten und zweiten Gitterfolien 10, 12 sind durch zwei kleine Klebepunkte (erste und zweite Klebeflecke 14, 16) befestigt, welche wie Tintenflecke auf der Probe 1000 wirken, um eine bekannte Messlänge zu definieren. Die entgegengesetzten Enden der ersten und zweiten Gitterfolien 10, 12 sind mechanisch mit der Probe 1000 durch die jeweiligen ersten und zweiten Klebeflecke 14, 16 gekoppelt, während die übrigen Enden der ersten und zweiten Gitterfolien 10, 12 ungekoppelt sind. Die ersten und zweiten Gitterfolien 10, 12 sind in der Messrichtung frei schwebend, um es ihnen zu ermöglichen, unter Zugspannung übereinander zu gleiten ohne irgendeine Änderung des Gitterabstandes auf den Gitterfolien 10, 12 zu verursachen. Beide Gitterfolien 10, 12 bewegen sich in der Spannungsrichtung und folgen der Oberfläche der Probe 1000, welche durch ihre jeweiligen klebenden Kontaktpunkte 14, 16 geprüft wird. Dies sind Einweggittersensoren, welche durch Massendruck mit hoher Auflösung auf einer Rolle eines dünnen transparenten Substrats hergestellt werden. Die genauen Orte der ersten und zweiten Klebepunkte 14, 16 werden auch durch eine lithographische Maske erstellt (welche gedruckt oder auf ähnliche Weise hergestellt werden kann). Der Nutzer bringt den aufklebbaren Sensor oder eine Anordnung von Sensoren auf, als ob es ein einzelnes Stück eines Bandes wäre. Es ist üblicherweise keine genaue Positionierung oder Handhabung erforderlich. Ein einzelner Sensor oder eine Anordnung von Sensoren wird aus der Ferne in einem Videobild gelesen. Dies erfordert üblicherweise ein weniger kritisches optisches System und weniger Videoverarbeitung als wenn ein einzelnes Merkmal, wie z.B. ein kleiner Fleck, aus der Ferne verfolgt wird. Deshalb sind üblicherweise Messungen im 1 Mikrometerbereich von kleinen Merkmalen in weit entfernten Abständen nicht erforderlich. Das Interferenzmuster kann eine sinusförmige Intensität haben, wobei die durch Dehnung hervorgerufenen Änderungen in der Messlänge Phasenverschiebungen im Interferenzmuster bewirken, wodurch die Verschiebungen in dem sinusförmigen Muster zwanzig Mal oder mehr die Änderung in der Messlänge ausmachen. Dieser Faktor von zwanzig oder mehr wird als ein optischer Verstärkungsfaktor bezeichnet.
3A, 3B, 4 und 5 zeigen eine Ausführungsform mit einem Referenzmuster 40 (üblicherweise auf einer der Gitterfolien 10, 12 gebildet) und wie das Moiré-Interferenzmuster erzeugt wird durch die zwei überlappenden Gittermuster 10, 12 sowie ein Verfahren zur Verarbeitung der Kamerabilder zum Messen der Änderungen der Messlänge (ΔL). Es sollte beachtet werden, dass das benachbarte und separate feste Referenzmuster 40, welches in der Figur dargestellt ist, optional ist und nicht erforderlich ist, wenn die Kamera in der Lage ist, den feinen Gitterabstand der beiden Grundmuster aufzulösen.
3A und 3B zeigen eine Ausführungsform eines aufklebbaren optischen Dehnungsmessers 100 (oder ODM) mit einem festen Referenzmuster 40, welcher ferner sichtbare erste und zweite Klebekontaktabschnitte 14, 16 aufweist, welche die Folien 10, 12 an der Probe 1000 halten und eine Messlänge einrichten, welche durch die Kamera messbar ist. Der Sensor 100 weist zwei übereinandergelegte Folien 10, 12 auf, welche übereinander gleiten. Die Verschiebung wird gemessen durch Vergleichen der Phase des sich bewegenden Interferenzmusters mit einem festen Referenzmuster 40. Wie in 4 dargestellt, weist die übliche Verarbeitung das Erhalten eines AVE-Videobildes 300 mit einem 200 mm Sichtfeld auf, und dann das Erhalten eines Streifenbildes 300‘, welches das Referenzstreifenbild 302 (mit modulierter sinusförmiger Intensität) mit dem aktiven Streifenbild 304 (mit modulierter sinusförmiger Intensität) vergleicht. Dann werden die CCD-Pixel dazu verwendet, ein 128 Pixel FFT(schnelle Fourier-Transformation)-Fenster 306 zu erzeugen. Wie in 5 dargestellt, sind die aktiven und Referenzbildbereiche zu Intensitätssignalen umgewandelt, indem aus jedem Bereich ein Mittelwert ermittelt wurde, und zwar entlang einer senkrechten Achse, wie in 306 und 308 dargestellt. Die Phase der aktiven und Referenzsignale wird durch FFT-Verfahren verfolgt zur hohen Rauschunterdrückung. Die Messstreifenänderung für ein gegebenes Videobild ist der Phasenunterschied zwischen den aktiven und Referenzsignalen. Der Phase-zu-Millimeter-Umwandlungsfaktor wird aus einer bekannten Mustergeometrie und Live-FFT-Gitterabstandsmessungen berechnet.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird der optische Dehnungsmesser 100 mit gröberen Gitterlinien gedruckt, so dass der Grundgitterabstand tatsächlich für die Kamera sichtbar ist. Deshalb kann eines der Grundmuster als eine gemeinsame Positionsreferenz verwendet werden. Ferner ist die erwartete optische Verstärkung des Kamera-Linsen-Systems (Sichtfeld 60 mm) mehr als dreimal höher als in diesen Figuren dargestellt, was eine proportional höher Pixel-Probennahme der Signalintensitätswellenformen bietet.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist ein selbsthaftender optischer Verschiebungssensor zum Abziehen und Aufkleben, wie in 6, 7 und 8 dargestellt. Diese Ausführungsform soll eine weitere Verbesserung bei einigen Anwendungen mit Bezug auf die standardmäßig verbundenen Dehnungsmesser bei der Messung von Dehnung an Verbundstoff-Materialien und anderen Materialien mit ähnlichen Messherausforderungen sein.
Diese weitere Ausführungsform der Offenbarung kann üblicherweise einen wesentlichen Vorteil gegenüber dem verbundenen Messstreifen liefern.
Diese typischen Vorteile schließen ein, dass keine Oberflächenvorbereitung erforderlich ist – insbesondere wichtig bei Verbundstoffen, welche einen großen Bereich von tiefen gewebeähnlichen Oberflächenstrukturen in ihrem natürlichen Zustand aufweisen, es besteht kein Risiko das Verhalten des Materials durch Bearbeitung zu ändern; es werden drahtlose Techniken verwendet, so dass die Dehnung aus der Ferne gemessen wird durch eine günstige Kamera mit geringer Auflösung; es wird eine passive Erfassungsvorrichtung verwendet, so dass kein Strom, keine Kabel und keine Verstärker erforderlich sind, schnelle und einfache Anbringung durch Abziehen und Aufkleben; die untere Schutzschicht kann abgezogen werden, um die beiden Klebeabschnitte freizulegen; die Vorrichtung wird auf der Probe platziert und ein Fingerdruck angewendet, um den Klebstoff wirken zu lassen; die obere Schutzschicht, welche die ODM-Komponenten in Ausrichtung hält, wird dann abgezogen, so dass die Folien frei sind, sich zu bewegen und die Anbringung vollständig ist. Ferner sind eingebaute Führungselemente zur einfachen Ausrichtung vorgesehen; die Ausrichtungstoleranz ist weniger kritisch als für einen verbundenen Dehnungmesser; die Installation könnte automatisiert werden für Robotertestbefestigungen, die Dehnungsmessungsgenauigkeit ist gleich oder höher als beim verbundenen Dehnungsmesser; und es entstehen sehr geringe Kosten, üblicherweise viel geringer als beim verbundenen Messstreifen.
Der optische Dehnungsmesser wird unter Verwendung von Standardtinten auf hochvolumigen Druckerpressen hergestellt, üblicherweise ohne exotische Materialien und ohne IC-Niveau-Mikrolithographieverfahren wie bei einem verbundenen Messstreifen. Es wird üblicherweise ein viel höherer dynamischer Bereich von Dehnungsmessung erzielt als bei einem verbundenen Dehnungsmesser, indem ein verbundener Dehnungsmesser auf wenige Prozent beschränkt ist bevor er nichtlinear wird und deformiert, wogegen ein optischer Dehnungsmesser, welcher nicht deformiert, über seinen gesamten Bereich linear ist und nicht von Natur aus auf eine maximale Dehnung beschränkt ist, und ferner Selbstkalibrierungseigenschaften bietet. Ein verbundener Dehnungsmesser hat kein unabhängiges Verfahren der Dehnungsmesserfaktor(Verstärkungs)-Messung, welches dem Nutzer zugänglich ist – sondern nur einen werksseitigen Wert basierend auf einer Losprüfung. Im Gegensatz dazu kann die ODM-Verstärkung schnell vor Ort während des Tests gemessen werden aus dem Wissen seiner Mustergeometrie, wie z.B. ein Abstandsverhältnis der Muster, ein Messabstand der Klebebereiche. Diese ODM-Kalibierungsmerkmale sind immer zugängliche für andere unabhängige Verfahren der Verifikation durch den Nutzer, falls erforderlich, wie z.B. durch ein digitales Mikroskop. Darüberhinaus ist der ODM in der Lage, sich wiederholende Dehnungszyklen ohne die innewohnenden Ermüdungsbeschränkungen eines verbundenen Dehnungsmessers zu messen; die Funktion ist optischen kontaktlosen Dehnungsmessern überlegen; der ODM liefert eine Messgenauigkeit unterhalb des Mikrometerbereichs und ist unempfindlich gegenüber Abbildungsparametervariationen, wie z.B. Kameravibrationen, Z-Achsenpositions(Tiefen)-Variationen, dynamischen Variationen der Beleuchtung, Luftstrom-Refraktionseffekten, Fokusqualität, und Neigung in der Z-Achse, welche üblicherweise bei der optischen Dehnungsmessung, kritisch sind. Der ODM ist selbstkalibrierend in einem Koordinatenraum am Ort der Probenoberfläche – es besteht kein Bedarf, den Ort und die Stabilität der entfernten Kamera zu kalibrieren, wogegen kontaktlose optische Extensometer üblicherweise das gesamte Arbeitsraumvolumen kalibrieren müssen, welches die Kamera und die montierte Probe umfasst – alles in diesem gesamten Arbeitsraumvolumen muss üblicherweise nach der Kalibrierung stabil bleiben.
Diese weitere Ausführungsform ist ein aufklebbarer optischer Dehnungsmesser, wie in 6, 7 und 8 dargestellt. Er weist üblicherweise zwei fotografische Polyesterschichten 50, 52 auf, welche direkt an einer Verbundstoff-Probe 1000 befestigt sind unter Verwendung von nur einem kleinen 6 × 12 mm Abschnitt eines doppelseitigen Klebebandes für jede Schicht, wie in 6 und 7 dargestellt. Dies kann als eine der grundlegendsten ODM-Konfigurationen betrachtet werden. Die Dehnungsmesserlänge wird durch die Mittelpunkte der Klebeabschnitte üblicherweise ohne das Erfordernis der Verwendung von irgendwelchen harten Stiften oder Messerkanten eingerichtet als ein Verfahren zur Erstellung eines mechanischen Dehnungsmesserkontakts mit der Probenoberfläche. Jeder Abschnitt dient üblicherweise auch als die einzige Form der Führung für Folienbewegungen in der Ebene des Sensors 100. Es gibt üblicherweise keine anderen Beschränkungen der Drehung oder Verschiebungen der Folie. Dieser aufklebbare Sensor soll die Fähigkeit haben, einen herkömmlich verbundenen Dehnungsmesser, welcher an der gleichen Probe befestigt ist, mit einer Genauigkeit etwa so niedrig wie 0,5 Mikrometer Spitze-Spitze (10 Microstrain (µm/m) Spitze-Spitze) nachzuverfolgen.
6 zeigt eine Ausführungsform des optischen Dehnungsmessers, bei welcher zwei Folien direkt auf der Probe durch Klebeabschnitt gehalten werden. Die optionale transparente Hülse 60 rechts am Sensor in 6 dient dazu, das lose Ende der oberen Folie in bündigem Kontakt mit der unteren Folie zu halten. Sie trifft nicht auf den optisch aktiven Bereich des Sensors und hat so viel Spiel, dass sie im Wesentlichen keine zusätzliche Reibung erzeugt. In ähnlicher Weise ist 7 eine Nahansicht der Kontakt- und Abstandshalterfolie des Messstreifens mit dem Klebeabschnitt. Es sollte beachtet werden, durch die die Verwendung von geringfügig dickeren Polyestersubstraten (wie z.B. 7 Mil anstelle von 4 Mil), die Folien mit der Probenoberfläche während des Betriebs bündig bleiben ohne ein mögliches Anheben des losen Endes.
8 zeigt das Aufstapeln der ersten und zweiten Schichten 50, 52 und das Klebeband, wodurch die Einfachheit der Konstruktion dieser Ausführungsform des Sensors 100 dargestellt wird. Jede Folie oder Schicht 50, 52 wird mit einem einzigen rechteckigen Stück eines doppelten Klebebandes (Klebeabschnitt 14 und 16), welches auf 12 × 6 mm ausgestanzt ist, auf der Probe gehalten. Ein kleines Stück einer transparenten Abstandshalterschicht kann vorab auf die erste Schicht 50 (d.h. die obere Schicht) geklebt werden, so dass die obere Schicht 50 parallel zur unteren Schicht 52 bleibt, wenn die Schichten 50, 52 auf die Oberfläche der Probe 1000 geklebt werden. Es ist nützlich, dass die Klebeabschnitte 14, 16 durch die Kamera sichtbar sind, so dass eine unabhängige optische Messung des Abschnittsmessabstandes aus der Ferne vorgenommen werden kann. Deshalb hat der Abschnitt (oder die Klebstofffarbe selbst) üblicherweise einen hohen Kontakt und irgendwelche Komponentenschichten, welche ihn bedecken, wie z.B. der Abstandshalter 53, sind transparent, so dass der Abschnitt zur Kamera durchscheint.
Da eine Ausführungsform dünne flexible 4-Mil-Polyesterschichten verwendet, kann es eine weitere Konfiguration geben, um weiter sicherzustellen, dass das lose Ende der oberen Folie 50 flach gegen die Oberfläche der unteren Folie 52 gehalten wird, ohne eine Reibungsquelle zu erzeugen. Es sind einige einfache Verfahren verfügbar. Ein Verfahren ist, eine richtig beabstandete überhängende Lasche auf das Abschnittsende der unteren Folie 52 zu kleben, was das lose Ende der oberen Folie 50 vertikal beschränkt. Der Laschenüberhang beträgt üblicherweise nur ungefähr 4 mm und trifft nicht auf den optisch aktiven Bereich des Sensors 100. Die Abstandshalterhöhe des Laschenüberhangs wird so gewählt, dass sie richtig mit der Oberfläche der oberen Folie 50 zusammenpasst.
Eine weitere Ausführungsform des selbstkalibrierenden optischen Verschiebungssensors ist in 9 dargestellt. Die weißen Klebeabschnitte 14, 16 mit hohem Kontrast, welche an entgegengesetzten Enden des Sensors 100 angeordnet sind, sind für die Kamera klar sichtbar. Bei dieser Ausführungsform sind die einzelnen 4 Mil fotografischen Schichtbilder je mit U-förmigen transparenten 10 Mil-Polyesterrahmen 114, 116 verbunden, welche dazu dienen, Steifigkeit und lineare Führungsschlitze zu bieten, um die Schichten bündig aneinander zu halten ohne Reibung.
Die entgegengesetzte Seite der gleichen Verbundstoff-Probe mit einem daran befestigten verbundenen Dehnungsmesser ist in 10 dargestellt. Der verbundene Dehnungsmesser ist üblicherweise für vergleichende Dehnungsmessungen angebracht. Die gesamte Rückseite ist üblicherweise glatt poliert, um den Erfordernissen des verbundenen Dehnungsmessers 101 zu entsprechen. Es gibt üblicherweise wenig oder keine Probenoberflächenvorbereitung, welche für die Ausführungsform des selbsthaftenden optischen Verschiebungssensors erforderlich ist.
Die Bilder der Ausführungsformen des optischen Dehnungsmessers 100 werden nun weiter detailliert offenbart. Der ODM-Sensor weist üblicherweise zwei Bilder auf, üblicherweise Gitterlinienmuster, welche auf separaten Stücken des fotografischen Schichtsubstrats implementiert sind (siehe zum Beispiel Gitterfolien 10, 12 von 1 und 2), welche überlagert werden, um einen Interferenzeffekt zu erzeugen, wenn sich ein Bild mit Bezug auf das andere bewegt. Diese Offenbarung definiert die Geometrie und Bildqualität des Paars von Schichtbildern, als Folien bezeichnet. Es ist jedoch beabsichtigt, dass diese auch unter Verwendung eines lithografischen Druckverfahrens hergestellt werden können. Es ist vorstellbar, dass es viele Variationen geben kann (wie z.B. dünne Polyestersubstrate, welche durch Drucktechnologie bedruckt werden) beim unten beschriebenen Herstellungsverfahren.
11 und 12 zeigen die fotografisch auf der Schicht abzubildenden Muster, um die untere und obere Gitterfolie 10 bzw. 12 zu erzeugen. Jedes Bild beansprucht ungefähr 1,2 Quadratzoll, einschließlich Bildmarken, welche zur Ausrichtung während der Anordnung verwendet werden. Während der ODM-Anbringung sollen die beiden Bilder aufeinander gelegt werden, wobei ihre fotografischen Emulsionsoberflächen einander gegenüberliegen. Deshalb ist das obere Bild, welches über das untere Bild geklappt wird, im seitenverkehrten Modus gedruckt. Sie sind beide seitenrichtig, wenn sie übereinander gelegt sind.
Die Schreibvorrichtung, welche dazu verwendet wird die Schichten zu erzeugen, ist ein Innentrommelbelichter oder ein Äquivalent in Bezug auf Bildqualität und Linearitätseigenschaften. Eine einzige Seite der ausgegebenen Folie enthält eine Anordnung von Dutzenden dieser Bilder, wobei die beiden Komponentenbilder nebeneinander gedruckt werden, um jegliche Geometrieunterschiede zwischen ihnen zu minimieren. Die Folien werden aus dieser Seite genau paarweise ausgeschnitten und zusammen mit anderen Abstandshalter- und Klebesubstratschichten zu einem mehrschichtigen Laminatstapel-ODM-Sensor montiert.
Die Eingabe in den Folienrecorder bzw. in den Belichter kann, ist aber nicht darauf beschränkt, eine binäre TIFF-Bilddatei zu sein, welche durch ein Matlab-Programm erzeugt wurde. Dies stellt eine Pixel-zu-Pixel-Integrität jedes Merkmals im Bild sicher, anstatt diese Details der Rasterbildverarbeitungssoftware des Verkäufers zu überlassen, welche feine Bildqualitätsänderungen und – unterstellungen machen könnte. Es erlaubt, dass diese Eigenschaften auf einer Pixelebene gesteuert und modifiziert werden können, unabhängig von der RIP-Software des Verkäufers.
Die Bilder können aus einer binären TIFF-Datei erzeugt werden, die mit einer 2400 dpi (Punkte pro Zoll) Adressierbarkeit ausgegeben werden soll. Es können Variationen dieses Verfahrens verwendet werden. Deshalb stellt jedes Pixel in der binären Datei 10,58 Mikrometer im belichteten Bild dar. Alle angegebenen Abmessungen basieren auf einer angenommenen Ansprechbarkeit von 2400 dpi. Die Polarität der TIFF-Datei, unabhängig ob ein positives oder negatives Bild, hängt von der Polarität des verwendeten fotografischen Mediums ab. Zum Zweck dieser Beschreibung wird die TIFF-Datei-Polarität wie folgt definiert: 1 = Laser AN, belichteter Pixelbereich auf dem Film wird klar, wenn der Film verarbeitet wird. Alle Figuren nehmen diese Polarität an.
Ein typisches Bild, welches für die untere ODM-Folie 12 verwendet wird, ist in 11 dargestellt. Es enthält drei Eckbildmarken und das Sensorbild, welches mit gestrichelten Linien umgeben ist, um beim Schneiden des Films zu helfen. Die gestrichelten Linien sind optional. Sie, sowie der Ort und die Art der Bildmarken, können wie erforderlich modifiziert werden, um zum Produktionsmontageverfahren und Variationen davon zu passen. Das dargestellte 11 × 35 mm-Folienbild wie dargestellt (durch gestrichelte Linien eingeschlossen) weist keine Ausläuferverlängerungen auf, welche als Teil des Montageverfahrens notwendig werden können, wie z.B. Verlängerungen hinaus zu den Messstreifenkontaktpunkten.
Das Folienbild ist in positiver Polarität dargestellt, d.h. die weißen Bereiche sind im belichteten Film transparent. In der ODM-Laminatstapel-Anordnung gibt es eine reflektierende weiße Deckschicht (oder Äquivalent) unterhalb dieses Films, so dass die transparenten Bereiche weiß erscheinen und das Licht zur Kamera zurückreflektieren. Alternativ könnten Polyesterfolien mit verschiedenen Farbtinten bedruckt werden, um den notwendigen Kontrast zu erzeugen und das Erfordernis einer Deckschicht zu verringern oder beseitigen.
Das Bild (welches eine Ausführungsform darstellen soll) besteht aus einem 11 × 35 mm Bildbereich (1040×3308 Pixel), einem zentralen 9 × 32 mm optischen Musterbereich (850×3024 Pixel), einschließlich gleichmäßig beabstandeter Querlinien, was der optisch aktive Bereich des Sensors ist, wie durch die Kamera gesehen, und in dem größeren Bildbereich mit einer maximalen Ausdehnung des gemusterten Bereichs von 9 mm zentriert ist (die 9 mm Breite ist die maximale Ausdehnung des gemusterten Bereichs); einem schwarzen Grenzbereich, welcher den gemusterten Bereich umgibt, um sicherzustellen, dass ein Hintergrund mit großem Kontrast vorhanden ist für die Kamerasicht der Muster, unabhängig von irgendwelchen Filmfehlern oder anderen visuellen Störfaktoren, welche im Kamerasichtfeld des Endnutzers sein können, einem optionalen kleinen Textbereich am Befestigungsende des Bildes, um die Folie und das Muster während des Schneid- und Montagevorganges zu identifizieren (diese ID bleibt bei der ODM-Anordnung); und drei Bildmarken, welche drei Ecken des Sensorbildbereichs zugeordnet sind. Eine ihrer Hauptfunktionen ist es, anzuzeigen, wo die entsprechenden drei Bildmarken der oberen Folie aufliegen sollten. Jede der Bildmarken ist zur Bildbereichsecke um 3,0 mm vertikal und 2,5 mm horizontal versetzt, wie dargestellt. Die horizontale Achse ist definiert als die lange Achse dieser Figuren.
Der gemusterte Bereich dieses Bezugs-ODM-Designs schließt üblicherweise folgendes ein:

1. Ein 12-Pixel-AN mal 12-Pixel-AUS-Linienmuster, welches sich über die volle 32 mm Länge des aktiven Bereichs erstreckt. Bei einer Ansprechbarkeit von 2400 dpi stellt dies ein Gitter mit 0,254 mm Gitterabstand dar. Das Aufrechterhalten einer beständigen und gleichmäßigen Ansprechbarkeit an allen Mustern ist ein kritischer Bildqualitätsfaktor.
1a. Länge und Höhe des Linienmusters: 3024×540 Pixel (32 × 5.715 mm)
1b. Muster ist zur unteren linken Ecke des Musterbereichs versetzt: Horiz = O, Vert = 35 Pixel.
2. Drei transparente Punkte, 1,5 mm Durchmesser, verwendet zu Folienverfolgungs- und Initialisierungs-Funktionen unabhängig von Streifenmessungen. Diese erscheinen in der finalen mehrschichtigen ODM-Anordnung weiß.
2a. Punkte sind in einer Linie längs der axialen Messrichtung des Sensors ausgerichtet.
2b. Punktmittelpunkte sind um 288 Pixel (3,048 mm) getrennt.
2c. Mittelpunkt des mittleren Punkts ist zur oberen rechten Ecke des Musterbereichs versetzt: Horizontal = 576, Vertikal = 155 Pixel.
3. Ein 16 × 2,5 mm (1512×240 Pixel) transparentes Rechteck. In der Endanordnung wird dies ein weißer reflektierender Bereich, über welchem die transparenten Punkte auf der überlagerten oberen Folie durch die Kamera gesehen werden können. Das Rechteck ist zur oberen linken Ecke des Musterbereichs versetzt: Horiz = 0, Vert = 35 Pixel.

Die obige Inhaltsdefinition des zentralen 9 × 32 mm optischen Musterbereichs stellt ein Bezugsdesign dar. Im Allgemeinen gibt es viele andere Mustersätze, welche in diesem Bereich verwendet werden können, um unterschiedliche ODM-Leistungseigenschaften zu erzielen.
Die Punkte sollen ein vorübergehendes Merkmal des ODM-Designs sein, welches hauptsächlich zu Demonstrationszwecken verwendet wird. Sie bieten ein unabhängiges Verfahren des Live-Vergleichs zur ODM-Messungsgenauigkeit bei Vorführungen. Zusätzlich liefern sie Querbewegungs-Messprüfungen und Daten zur Bildinitialisierung vor dem Start der Live-Messung. Weitere Ausführungsformen können die Punkte weglassen.
Ein typisches Bild, welches für die obere ODM-Folie 10 verwendet werden soll, ist in 12 dargestellt. Es weist drei Eckbildmarken und das Sensorbild auf, welches mit gestrichelten Linien eingeschlossen ist, um beim Schneiden des Films zu helfen. Es ist zu beachten, dass das 11 × 35 mm Folienbild wie dargestellt (eingeschlossen durch gestrichelte Linien) keine Ausläuferverlängerungen aufweist, welche notwendig sein können als Teil des Montageverfahrens, wie z.B. Verlängerungen hinaus zum Messstreifenkontaktpunkt.
Das Folienbild ist in positiver Polarität dargestellt, d.h. die weißen Bereiche werden im belichteten Film transparent. In der ODM-Laminatstapelanordnung wird diese Folie auf die untere Folie umgeschlagen, so dass seine Emulsionsseite der der unteren Folie gegenüberliegt. Die transparenten Bereiche der oberen Folie erlauben einfallendem Licht sie zu passieren und zur Kamera zurück hinaus reflektiert zu werden durch die nicht-opaken Abschnitte der unteren Folienanordnung.
Die drei Bildmarken auf dem oberen Folienbild überlagern üblicherweise genau die entsprechenden drei Bildmarken auf der unteren Folie, wenn sie auf sie umgeklappt und überlagert wird.
Das dargestellte Bild besteht aus:

1. Einem 11 × 35 mm Bildbereich (1040×3308 Pixel).
2. Einem zentralen 9 × 32 mm optischen Musterbereich (850×3024 Pixel). Dies ist der optisch aktive Bereich des Sensors wie durch die Kamera gesehen und ist dargestellt als periodisch beabstandete Querlinien aufweisend. Er ist im größeren Bildbereich zentriert. Die 9 mm Breite ist die maximale Ausdehnung des Musterbereichs.
3. Einem schwarzen Grenzbereich, welcher den Musterbereich umgibt. Dies ist zur Sicherstellung, dass es einen Hintergrund mit einem hohen Kontrast gibt für die Kamerasicht der Muster, unabhängig von irgendwelchen Filmfehlern oder anderen visuellen Störfaktoren, welche im Kamerasichtfeld des Endnutzers sein können.
4. Einem kleinen Textbereich (optional) am Befestigungsende des Bildes, um die Folie und das Muster während des Schneid- und Montagevorganges zu identifizieren. Diese ID bleibt bei der ODM-Anordnung.
5. Drei Bildmarken, welche drei Ecken des Sensorbildbereichs zugeordnet sind. Jede der Bildmarken ist zur Bildbereichsecke um 3,0 mm vertikal und 2,5 mm horizontal versetzt, wie dargestellt.

Der gemusterte Bereich dieses ODM-Designs schließt folgendes ein:

1. Ein 12-Pixel-AN mal 12-Pixel-AUS-Linienmuster, welches sich über die volle 32 mm Länge des aktiven Bereichs erstreckt. Bei einer Ansprechbarkeit von 2400 dpi stellt dies ein Gitter mit 0,2646 mm Gitterabstand dar. Das Aufrechterhalten einer beständigen und gleichmäßigen Ansprechbarkeit an allen Mustern ist ein kritischer Bildqualitätsfaktor. Es ist zu beachten, dass dieses Bezugs-ODM-Design ein spezielles 24/25-Verhältnis zwischen den zwei überlagerten Mustern erwartet. Übliche Maßstab- und Linearitätsanforderungen sind, dass die Länge und Höhe des Linienmusters 3024×540 Pixel (32 × 5.715 mm) beträgt, und dass das Muster zur oberen linken Ecke des Musterbereichs versetzt ist: Horizontal = O, Vertikal = 35 Pixel.
2. Drei transparente Punkte, 1,5 mm Durchmesser, werden verwendet zu Folienverfolgungs- und Initialisierungs-Funktionen unabhängig von Streifenmessungen. Diese erscheinen in der finalen mehrschichtigen ODM-Anordnung weiß.
2a. Punkte sind in einer Linie längs der axialen Messrichtung des Sensors ausgerichtet.
2b. Punktmittelpunkte sind um 288 Pixel (3,048 mm) getrennt.
2c. Der Mittelpunkt des mittleren Punkts ist zur unteren linken Ecke des Musterbereichs versetzt: Horiz = 576, Vert = 155 Pixel.
3. Ein 16 × 2,5 mm (1512×240 Pixel) transparentes Rechteck. In der Endanordnung wird dies ein klares Fenster, durch welches die weißen Punkte auf der unteren Folie darunter durch die Kamera gesehen werden können. Das Rechteck ist zur unteren rechten Ecke des Musterbereichs versetzt: Horiz = 0, Vert = 35 Pixel.

Eine Ansicht des ODM-Sensors aus der Perspektive der Kamera ist in den 13A und 13B gegeben. Diese Figuren zeigen die überlagerten oberen und unteren Folien 10, 12 bei zwei unterschiedlichen relativen Verschiebungen, wodurch ein Interferenzmuster mit sinusförmig variierender Intensität erzeugt wird, wobei die Phase zwischen den zwei unterschiedlichen relativen Verschiebungen der Folien (13A gegen 13B) verschoben ist. Die Bildmarken, welche gewöhnlich von den Folien vor der Montage abgeschnitten werden, wurden in den Figuren beibehalten, um den Grad der axialen Verschiebung zwischen den Folien anzuzeigen. Die Text-ID-Etiketten an den Enden des Sensors wurden aus Klarheitsgründen weggelassen.
Die Linienmuster, welche zur Verschiebungsmessung verwendet werden, haben üblicherweise drei wichtige dimensionale Betrachtungen – (1) Linearität des Abstandes über die Länge des Musters, (2) Gleichförmigkeit des Linie-zu-Linie-Abstandes, und (3) Abstandsstabilität über die Zeit und während des Sensorbetriebs. Der absolute Maßstab des Linienabstandes ist üblicherweise wichtig, aber nicht so kritisch, da er falls erforderlich gemessen werden kann, als Teil des Herstellungsprozesses.
Typische lithografische Erfordernisse zur Mustererzeugung, welche unten dargestellt sind, sind repräsentativ für einen Innentrommelbelichter, welcher Muster mit einer Ansprechbarkeit von 2400 dpi erzeugt. Das Verhältnis des Durchmessers des belichteten Punktes zur elementaren Adressgröße ist nahezu 1:1 für diese Art von Belichter. Die Verwendung eines Systems, das zu einer höheren Bildqualität in der Lage ist, zum Beispiel einer Ansprechbarkeit von 3600 dpi, könnte möglicherweise eine Zunahme der Leistungsfähigkeit des ODM-Verfahrens liefern.
Eine übliche minimale Ansprechbarkeit zur Mustererzeugung ist 2400 Punkte pro Inch (dpi), während die übliche minimale Auflösung des lithografischen Systems 50% MTF bei 100 Linien pro Millimeter beträgt. Die typische Linearität des sich wiederholenden Linienmusterabstandes ist 0,05% pro 25 mm Länge und die typische Liniengeradheit sowohl der X- als auch der Y-Achse ist 0,05% pro 25 mm Länge. Die Verwendung von bedruckten Polyestersubstraten verringert jedoch die erforderliche Auflösung und Bildqualität.
Die oben bezeichnete Modulationstransferfunktion (MTF) ist ein Maß einer Systemfähigkeit, feine Details zu reproduzieren, und ist analog zur Definition einer Signalbandbreitengrenze. MTF ist 100% für ein sehr grobes sinusförmiges Muster, bei welchem alle Details wirklichkeitsgetreu im fotografischen Medium reproduziert werden. MTF = 100·(maximale Intensität – minimale Intensität)/(maximale Intensität + minimale Intensität).
Der optische Dehnungsmesser 100 funktioniert durch Modulieren und Reflektierend einfallenden Lichts. Das auf die obere Oberfläche fallende Licht gelangt durch die transparenten Bereiche von zwei überlagerten Musterfolienschichten, wird durch die weiße reflektierende Oberflächenschicht darunter reflektiert, um eine Rückwärtsbewegung wieder zurück durch die Folien und heraus zur entfernten Kamera zu machen. Ein effektives Verfahren zur Definition der Leistung dieser Komponenten ist, die Leistungserfordernisse der gesamten Anordnung einschließlich zweier überlagerter Folien und einer reflektierenden Schicht darunter zu beschreiben.
Übliche Reflexionserfordernisse der dargestellten Ausführungsform über den optisch aktiven Bereich des Sensors sind wie folgt – Reflexionsgleichförmigkeit über nicht-opake Bereiche des montierten Sensors: weniger als zehn Prozent Spitze-zu-Spitze-Variation; das Moiré-Interferenzmuster reflektiert mehr als fünfzig Prozent der Beleuchtungsintensität (bei hellster Spitze); das Moiré-Interferenzmuster hat ein Kontrastverhältnis von mehr als dreißig zu eins zwischen hellen und dunklen Spitzen; und eine maximale Kontrastvariation über 25 mm Musterlänge beträgt 10 Prozent (Spitze-zu-Spitze).
Das Folgende ist eine Beschreibung einer üblichen Verarbeitung eines optischen Dehnungsmessers (ODM). Punktverfolgung, falls verwendet, ist bei dieser Beschreibung ausgelassen.
Punkte können, aber brauchen nicht, verwendet zu werden bei dem Muster des optischen Dehnungsmessers zum (1) anfänglichen Finden von optischen Dehnungsmessers-Musterbereichen (2) und groben Verfolgungsvergleichen (3) als diagnostisches Werkzeug zum gleichzeitigen Demonstrieren einer Punkt-Dehnungsmesser-Messung bei der ODM-Dehnungsmesser-Messung. Sie sind, in erster Linie, optionale Merkmale. Bei einer Ausführungsform werden sechs Punkte gleichzeitig bei der optischen Dehnungsmessermessung verfolgt. Deshalb können weitere Ausführungsformen gleichzeitig Punkte verfolgen, oder zumindest erforderlich sein zur Initialisierung unter Verwendung von Punktmittelpunkt-Daten oder äquivalenten groben Merkmalen.
Die typischen Schritte der Initialisierung weisen auf:

1. Das Streifenbild des optischen Dehnungsmessers wird erfasst und gemessen. Dies kann ein einziges Bild sein oder kontinuierlich stattfinden bei einer Bildrate in Nicht-Echtzeit (10 Hz-Antwort zum Beispiel), um die Initialisierungsdaten für den Start des Tests zu erzeugen.
2. Automatisches Lokalisieren zweier Streifenbereiche im Videobild. Einige Ausführungsformen erfordern nur, dass ein Streifenbereich gemessen wird, zum Beispiel wenn es keinen Bedarf an einem benachbarten Referenzstreifenbereich gibt.
3. Zusammenklappen der einzelnen zu betrachtenden zweidimensionalen Streifenbereiche entlang einer Querachse, um einen axialen Intensitätssignalvektor für jeden Bereich von Interesse zu erzeugen.
4. Subtrahieren des durchschnittlichen Intensitätswerts von jedem Vektor.
5. Multiplizieren dieses Vektors mit einem zweiten gleich langen Vektor, welcher einen festen Gewichtungsfaktor enthält, zum Beispiel eine Hanning Gewichtungsfunktion.
6. Berechnen der schnellen Fourier-Transformation dieses Streifensignalvektors, welcher einen Größen- und Phasenvektor bietet.
7. Automatisches Lokalisieren von drei speziellen Spitzen im Größenvektor der schnellen Fourier-Transformation. Die rohen Raumfrequenzen dieser Spitzen sind vorab bekannt aus (1) der Mustergeometrie und (2) einer groben Schätzung des optischen Vergrößerungsfaktors der Kamera (mm/Kamera-Pixel). Diese Frequenzspektren stellen die drei Musterkomponenten dar, welche für die Kamer sichtbar sind: das obere Folienmuster, das untere Folienmuster und das Moiré-Interferenzmuster. Einige Ausführungsformen erfordern nur, dass zwei Musterkomponenten gemessen werden.
8. Messen der Phase jedes dieser Spektren an ihren jeweiligen Spitzenstellen. Diese Spitzenansprechorte werden im Rest des optischen Dehnungsmesserbetriebs verwendet, um die Phase im Livemodus zu messen. Üblicherweise ist es nicht erforderlich, die Spitzen im Live-Messmodus zu verfolgen. Jedoch kann die Spitzen(Abstands)-Verfolgung während des Live-Messmodus bei anderen Ausführungsformen nützlich sein.
9. Eine Fehlerüberprüfung findet an diesem Punkt statt, um zu bestätigen, dass wir das richtige Signal und die richtigen Frequenzspektren haben.
10. Hoch genaue Messungen des optischen Vergrößerungsfaktors der Kamera und des Phasen-zu-Positions-Verstärkungsfaktors werden aus den Frequenzspektrenmessungen gemacht, und zwar skalar-mathematisch. Diese anfänglich festgelegten Verstärkungsfaktoren werden während des Live-Testmodus verwendet, um die Messdaten der schnellen Fourier-Transformationsphase in einer richtigen Messlängenmessung zu skalieren.

Ein Live-Test weist üblicherweise die folgenden Schritte auf:

1. Automatisches Verfolgen von Bewegungen der Streifenbereiche von Interesse in einer ähnlichen Weise wie das Verfolgen eines Punktbereichs von Interesse.
1a. Wenn die Phasenverschiebung des Referenzgitters sich mehr als das Äquivalent von zwei Kamerapixeln bewegt, wird der Bereich des Streifens von Interesse verschoben, um dies aufzuholen.
1b. Die Form und Größe des Bereichs von Interesse sind üblicherweise festgelegt, wie in der Initialisierungsphase eingerichtet.
1c. Phasenmessungen werden vor und nach jeder Verschiebung des Bereichs von Interesse gemacht, so dass die Phase genau auf den neuen Bereich von Interesse rekalibriert werden kann.
2. Proben mit geringer Dehnung, wie Verbundstoffe, benötigen üblicherweise keine Verschiebung der Verfolgung des Bereichs von Interesse.
3. Zusammenklappen der einzelnen zu betrachtenden zweidimensionalen Streifenbereiche entlang einer Querachse, um einen axialen Intensitätssignalvektor für jeden Bereich von Interesse zu erzeugen.
4. Subtrahieren des durchschnittlichen Intensitätswerts jedes Vektors.
5. Multiplizieren dieses Vektors mit einem zweiten Vektor gleicher Länge, welcher einen festen Gewichtungsfaktor enthält.
6. Berechnen der schnellen Fourier-Transformation des Streifensignalvektors, um einen Größen- und Phasenvektor zu schaffen. Diese schnelle Live-Fourier-Transformationsmessung dient als ein Beispiel. Es sollte geschätzt werden, das mit nur zwei oder drei voreingestellten festen zu messenden Spektralwellenlängen diese anderen alternativen Sinuswellen-Korrelationsverfahren verwendet werden könnten, um die erforderliche Phasenmessung zu erzeugen. Die Größenkomponente beim Live-Messmodus kann nur für diagnostische Zwecke sein.
7. Messen der Phase jedes der Spektren bei ihren jeweiligen Spitzenstellen. Diese Spitzenwert-Adressenplätze wurden während der Initialisierungsphase bestimmt.
8. Verwenden festgelegter Verstärkungsfaktoren, welche während der Initialisierung eingerichtet wurden, um die schnellen Live-Fourier-Transformationsphasenmessdaten in richtige Messlängenmessungen zu skalieren.

Der optische Dehnungsmesser kann als eine konkurrenzfähige Alternative zur Verwendung eines verbundenen Dehnungsmessers bei vielen seiner herkömmlichen Anwendungen angesehen werden. Der Maßstab des optischen Dehnungsmessers kann beträchtlich nach oben oder unten geändert werden, von Satelliten-Boden-Zielanwendungen bis zur mikroskopischen Verschiebungserfassung, und bewahrt doch seine grundsätzlichen Vorteile:

1. Die Verschiebungserfassungsgenauigkeit übersteigt die Präzision und Linearität der verwendeten Gitterfolien um Größenordnungen – üblicherweise wird eine Genauigkeit von 0,5 Mikrometer erzielt nur unter Verwendung eines gedruckten Kunststoffgitters von 4 Linien/mm mit einem eigenen Linearitätsfehler (bis 0,1 %).
2. Entferntes Lesen durch drahtlose Verfahren.
3. Selbstkalibrierung – die optische Dehnungsmessvorrichtung liefert selbst ihre eigenen Kalibrierungsmerkmale – kein Bedarf den gesamten Bildraum der Kamera zu kalibrieren und zu erfordern, dass er während des Tests stabil bleibt.
4. Der Verschiebungs-(oder Dehnungs-)Bereich ist um Größenordnungen größer als bei einem herkömmlichen verbundenen Dehnungsmesser.
5. Kann wiederholt bis zu den Verschiebungsgrenzen verwendet werden ohne Bruch, physische Verzerrung oder kumulative Fehlereffekte.
6. Mehrere Sensoren können gleichzeitig durch eine einzige entfernte Kamera betrachtet und verarbeitet werden.
7. Mehrere Sensoren können sich in unterschiedlichen Ausrichtungen befinden.
8. Geringe Auflösungserfordernisse für die entfernte Lesekamera, eine Webcam ist möglich.
9. Entferntes Lesen ist weitgehend unabhängig von der Kameraausrichtung, Vibrationen, Tiefe des Feldes und Fokuseffekten.
10. Im Gegensatz zu einem verbundenen Dehnungsmesser, kann er bis zu seinen Grenzen in der Fabrik getestet werden ohne Bruch oder Verzerrung, um die genauen Verstärkungsdaten für jede Vorrichtung aufzuzeichnen oder jede Vorrichtung auf eine genaue Verstärkung einzustellen.
11. Es ist zu beachten, dass diese Vorteile üblicherweise erreicht werden, ohne sich auf den effektiven Verschiebungsvergrößerungsfaktor zu verlassen, der bei Moiré-Interferenz üblich ist. In diesem Fall muss die Kamera in der Lage sein, den Abstand der Grundmuster auf jeder Folie aufzulösen – eine leichte Aufgabe bei der vorliegenden Anwendung, bei der die Grundabstände größer sind als 5 Kamerapixel.

Der optische Dehnungsmesser kann konfiguriert sein, zwei senkrechte Verschiebungsachsen gleichzeitig mit minimalem Einfluss auf die Computerverarbeitungsbelastung zu messen durch Verwendung einer Punktmatrix oder einer äquivalenten Musteranordnung. 14A–C zeigen das Interferenzmuster, welches aus der senkrechten Überlagerung von zwei Punktanordnungsmustern resultiert. Zwei Grundmuster 500, 501 sind in 14A bzw. 14B dargestellt, und das überlagerte Muster ist in 14C dargestellt. Jede Achse kann eine unabhängige Moiré-Verstärkung und Abstandswert haben. Bei diesem Beispiel wurden die zwei Muster ausgelegt, in der optischen Dehnungsmesserkonfiguration zu funktionieren, um eine Präzisionsmessung von Folienquerbewegungen und -drehungen zusätzlich zur axialen Dehnungsmessung zu liefern. Diese zusätzlichen überwachten Folienbewegungen liefern eine Echtzeitmessung mit gewissen Kontaktqualitäts- und Ausrichtungsproblemen, welche in der Zukunft durch diese extra Daten kompensiert werden können. Sie sind ein Beispiel der Bereitstellung zusätzlichen kodierten Inhalts, um Fourier-Spektrallinien für die Einrichtung und die Selbstkalibierung bereitzustellen, welche in beiden Achsen des Detektors implementiert werden.
Eine andere Variation des zweiachsigen optischen Dehnungskonzepts ist, zwei unabhängige Messlängenpaare zu messen, zum Beispiel gleichzeitig die Quer- und Axialdehnung. Ähnliche Anordnungsmuster könnten in zwei Paaren von benachbarten überlagerten Folien mit senkrechten Dehnungsmesserkontakten implementiert werden, oder möglicherweise sogar mit allen vier Folien, welche in einem Fenster überlagert sind. Bei dem klebenden Kontaktverfahren ist es leicht, eine kreuzförmige Heftpflaster-ähnliche Struktur mit vier Kontaktplättchen und einem gemeinsamen zentralen Fenster vorzustellen, in dem alle vier überlagerten Folien auf einmal beobachtet werden.
Beim zweidimensionalen Punktanordnungsmuster scheint es theoretisch möglich, die axiale und Querdehnung mit nur einem einzigen Paar von überlagerten Folien und zwei Dehnungsmesserkontaktpunkten zu messen, welche auf einer Diagonalen liegen. Die axiale Trennungskomponente der Diagonalen wird als axiale Messlänge verwendet und die senkrechte Komponente wird als die querverlaufende Messlänge verwendet. Das zweidimensionale Erfassungsmuster verfolgt die unabhängigen x-y-Verschiebungen beider Kontaktpunkte.
Das gedehnte Folienkonzept ist eine Variation, welche Grundvorzüge des optischen Dehnungsmessers, wie oben aufgeführt, bewahrt, aber eine gespannte Folie mit einer einzigen nicht gespannten (steifen) Folie, welche ihr überlagert ist (oder benachbart zu ihr ist) verwendet. Die nicht gedehnte Folie liefert ein integriertes Referenzmuster – es erfüllt die Funktion der zweiten Folie im ODM-Konzept mit zwei überlappten Folien. Die Bewegungen der Bezugsfolie sind nicht kritisch, deshalb kann sie zum Beispiel im wesentlichen nur auf der Oberfläche des gedehnten Musters liegen, abgesehen von ihren geringfügigen Bewegungen. Eine Ausführungsform, welche die einfachste Konfiguration zeigt, ist, ein Linienmuster direkt auf die Probe zu drucken und es mit einer steifen Schicht zu überlagern, welche das Referenzmuster enthält, welches einfach durch die Oberflächenspannung einer kleinen Menge transparenter Schmiere auf der Probe gehalten wird.
Die Integration einer gedehnten und nicht gedehnten Folie liefert einzigartige Gelegenheiten zur direkten Dehnungskalibrierung (im Gegensatz nur zur Verschiebungskalibrierung). Die gespannte Folie kann einfach die Form eines Musters annehmen, das direkt auf die Probe gedruckt wird, einer elastische Folie oder Schicht mit einem darauf gedruckten Muster, welche auf der gesamten Oberfläche befestigt ist oder nur durch zwei Klebeabschnitte an den Messpunkten befestigt ist. Anstelle einer einfach gemusterten Schicht, welche sich dehnt, könnte eine komplexere dehnungsempfindliche Folienstruktur verwendet werden, welche einen periodischen visuellen Effekt erzeugt, wenn sie mit dem festen steifen Referenzmuster überlagert wird.
Eine andere Anwendung einer gespannten Folie ist ein Verfahren der Kalibrierung der absoluten Dehnung für jeden optischen Dehnungsmesser in situ zu schaffen, genau vor dem Beginn eines Tests, als Teil eines Initialisierungsverfahrens während zum Beispiel Vorbelastungs- oder Einspannungsschließphasen. Dieses Hinzufügen einer gedehnten Gitterkomponente, einer gespannten Folie, liefert Daten zur Kalibrierung der absoluten Dehnungsreaktion des ODM, eher als sich nur auf die absolute Verschiebungskalibrierung zu verlassen und das Wissen einer anfänglichen Kontaktmessstelle, wie sie gegenwärtig in dem optischen Dehnungsmesser implementiert ist. In dieser Anwendung kann die gespannte Folie sogar die Form eines einmaligen Ereignisses annehmen, analog zu einer elektrischen Sicherung, welche bricht oder sich in einer bekannten Weise bei einem genau kalibrierten Dehnungsniveau ändert. Idealerweise würde sie einen Kalibrierungspunkt bei einem sehr niedrigen Dehnungswert, sagen wir weniger als 0,1%, liefern, so dass der installierte optische Dehnungsmesser kalibriert/validiert wird, bevor die Probe irgendein bedeutendes Belastungsniveau erfährt. Das Ziel dieser Idee ist, eine Alternative oder Ergänzung zu bieten, zu dem genauen Wissen der effektiven Messstellenkontaktpunkte der Probe. Es ist zu beachten, dass die Dehnungsauflösung der gegenwärtigen ODM-Konfiguration besser ist als 0,000005% der Dehnung (5 Mikrodehnungen), so wäre eine Kalibrierung bei 0,1% praktikabel.
Eine Konzeptvariation des optischen Dehnungsmessers ist ein Projektionsverfahren, bei welchem eines der Komponentenmuster 510 optisch auf die Probe projiziert wird, zum Beispiel durch eine günstige kompakte Einheit, welche eine Laserdiode und ein diffraktives optisches Element enthält, welches eine Anordnung von Punkten oder Linien auf die Probenoberfläche projiziert (siehe 15). Dieses Muster wird das Referenzmuster, welches mit einem ähnlichen gedehnten Muster, welches auf die Probe gedruckt ist, überlagert. Das auf der Oberfläche der Probe angebrachte Muster kann in Tinte durch einen Gummistempel, ein dehnbares klebendes Abziehbild, eine dünne elastische Schicht mit einer Anordnung von Markierungen, welche sich mit der Dehnung der Oberfläche darunter bewegen, implementiert werden, oder durch ein anderes Verfahren, welches günstig und leicht anzuwenden ist.
Diffraktive optische Elemente (DOE) sind anwendungsspezifische holografische Muster, welche in einem billigen Medium, wie z.B. Kunststoff, implementiert sind, wo die mehrstrahligen Formungsbilder von dem Master-Holografiebild, ähnlich wie bei einer CD-Aufnahme gepresst werden. Gekoppelt mit einer Laserdiode liefern sie üblicherweise ein kostengünstiges, kompaktes Verfahren zur Projektion fester Lasermuster bei relativ langen Entfernungen ohne irgendwelche beweglichen Teile.
Ein anderes möglicherweise sehr günstiges projiziertes Musterverfahren ist die Verwendung der inneren Struktur eines Standardstrichcodelesers. Der Kern der Vorrichtung, üblicherweise billig in Massenproduktion hergestellt, ist ein kompakter Lichtpunkt-Laserscanner und ein Lesekopf mit einer einzigen Fotodiode, alle in der Einheit 520, einem Würfel mit ungefähr einem halben Zoll (siehe 16). Der Laserstrahl wird fortschreitend längs einer axialen Linie auf der Probenoberfläche gescannt. Das Element, welches den Laserstrahlt steuert, steuert auch den Betrachtungspunkt der einzelnen Fotodiode, so dass diese einzelne Vorrichtung sowohl die gemusterte Lichtquelle als auch die Kamera wird. Das projizierte Referenzmuster wird erzeugt durch Modulieren des Scanner-Laserpunkts, wenn er sich über die Probenoberfläche bewegt. Wie zuvor, wird ein Muster auf die Probe gedruckt, welches visuell mit dem projizierten Muster verglichen wird durch Überwachen der kombinierten Interferenz- und Phasenverschiebungseffekte. Es ist zu beachten, dass eine Charakteristik dieses Verfahrens ist, dass das projizierte Muster während des Tests abgestimmt werden kann, um in geeigneter Weise mit dem sich bewegenden Muster auf der Probe zu überlagern und es zu verfolgen. Daher kann die Bildqualität des einfachen, auf der Probe geformten Musters extrem geschwächt und variabel sein, da seine Mangelhaftigkeit gemessen und in Echtzeit angepasst wird, was das Verfahren der Implementierung des Oberflächenmusters stark vereinfachen kann.
So werden die verschiedenen zuvor genannten Ziele am wirkungsvollsten erreicht. Obwohl bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung hier im Detail offenbart und beschrieben wurden, sollte es klar sein, dass diese Erfindung dadurch in keiner Weise beschränkt ist.

Claims

Dehnungsmesser, aufweisend: eine erste Folie mit einem ersten Muster; eine zweite Folie mit einem zweiten Muster; wobei die erste Folie und die zweite Folie einander überlappen, wobei das erste Muster und das zweite Muster überlappen und ein Interferenzmuster erzeugen; wobei die erste Folie ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist, wobei das erste Ende der ersten Folie eine erste Vorrichtung zur Befestigung an einer Probe aufweist; wobei die zweite Folie ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist, wobei das zweite Ende der zweiten Folie eine zweite Vorrichtung zur Befestigung an einer Probe aufweist; ein Abstand zwischen der ersten Vorrichtung zur Befestigung und der zweiten Vorrichtung zur Befestigung, welcher eine Messlänge zur Dehnungsmessung der Probe definiert; wobei die Dehnung an der Probe den Abstand zwischen den ersten und zweiten Befestigungsvorrichtungen ändert und eine relative Bewegung der ersten Folie mit Bezug auf die zweite Folie verursacht, wodurch Änderungen in dem Interferenzmuster verursacht werden; wobei der Dehnungsmesser frei von einem festen Bezugsmuster ist; und wobei die Dehnung durch Analyse eines Video- oder fotografischen Bildes des Interferenzmusters bestimmt wird.
Dehnungsmesser nach Anspruch 1, wobei die Dehnung bestimmt wird durch Überwachen von Änderungen im Interferenzmuster während einer Periode, in welcher eine Dehnung an der Probe hervorgerufen wird.
Dehnungsmesser nach Anspruch 2, wobei das Video- oder fotografische Bild des Interferenzmusters durch Fourier-Transformationsverfahren analysiert wird.
Dehnungsmesser nach Anspruch 2, wobei das Video- oder fotografische Bild des Interferenzmusters vom Dehnungsmesser entfernt analysiert wird.
Dehnungsmesser nach Anspruch 4, wobei das erste und zweite Muster jeweilige erste und zweite Gittermuster sind.
Dehnungsmesser nach Anspruch 5, wobei das Interferenzmuster eine modulierte Intensität hat.
Dehnungsmesser nach Anspruch 5, wobei das Interferenzmuster eine sinusförmig variierende Intensität hat.
Dehnungsmesser nach Anspruch 7, wobei eine Änderung im Abstand zwischen den ersten und zweiten Befestigungsvorrichtungen eine Verschiebung im Interferenzmuster bewirkt.
Dehnungsmesser nach Anspruch 8, wobei die Verschiebung im Interferenzmuster mindestens 20mal größer ist als die Änderung im Abstand zwischen den ersten und zweiten Befestigungsvorrichtungen.
Dehnungsmesser nach Anspruch 1, wobei das erste und zweite Muster senkrechte Musterkomponenten einschließen, wodurch ein Interferenzmuster erzeugt wird, welches auf eine Dehnung in zwei senkrechten Richtungen anspricht.
Dehnungsmesser nach Anspruch 1, ferner aufweisend Mittel zum Zusammenhalten der ersten und zweiten Folie als eine integrierte Anordnung mit einer vorbestimmten Messlänge.
Dehnungsmesser nach Anspruch 1, ferner aufweisend eine entfernbare nachgiebige Verpackungsschicht auf einer Oberfläche davon.
Verfahren zur Messung einer Dehnung mit einem Dehnungsmesser, die Schritte aufweisend: Bereitstellen einer ersten Folie mit einem ersten Muster; Bereitstellen einer zweiten Folie mit einem zweiten Muster, wobei die erste Folie und die zweite Folie einander überlappen, wodurch das erste Muster und das zweite Muster überlappen und ein Interferenzmuster erzeugen, wobei die erste Folie ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist, wobei das erste Ende der ersten Folie eine erste Vorrichtung zur Befestigung an einer Probe aufweist; wobei die zweite Folie ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist, wobei das zweite Ende der zweiten Folie eine zweite Vorrichtung zur Befestigung an einer Probe aufweist; einen Abstand zwischen der ersten Befestigungsvorrichtung und der zweiten Befestigungsvorrichtung zur Begrenzung einer Messlänge zur Dehnungsmessung der Probe; wobei die Dehnung an der Probe den Abstand zwischen der ersten und zweiten Befestigungsvorrichtung ändert und eine relative Bewegung der ersten Folie mit Bezug auf die zweite Folie verursacht und dadurch Änderungen im Interferenzmuster bewirkt; und wobei das Verfahren keine Bereitstellung eines festen Bezugsmusters auf dem Dehnungsmesser aufweist; Bestimmen der Dehnung durch Analyse eines Video- oder fotografischen Bildes des Interferenzmusters.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Schritt des Bestimmens der Dehnung den Schritt des Überwachens von Änderungen im Interferenzmuster während einer Periode einschließt, in welcher eine Dehnung an der Probe hervorgerufen wird.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei der Schritt des Bestimmens der Dehnung den Schritt des Analysierens des Video- oder fotografischen Bildes des Interferenzmusters durch schnelle Fourier-Transformationsverfahren einschließt.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei der Schritt des Analysierens des Video- oder fotografischen Bildes des Interferenzmusters vom Dehnungsmesser entfernt durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei das erste und zweite Muster jeweilige erste und zweite Gittermuster sind.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei das Interferenzmuster eine modulierte Intensität hat.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei das Interferenzmuster eine sinusförmig variierende Intensität hat.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei eine Änderung im Abstand zwischen den ersten und zweiten Befestigungsvorrichtungen eine Verschiebung im Interferenzmuster bewirkt.
Verfahren nach Anspruch 20, wobei die Verschiebung im Interferenzmuster mindestens 20mal größer ist als die Änderung im Abstand zwischen den ersten und zweiten Befestigungsvorrichtungen.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei das erste und zweite Muster senkrechte Musterkomponenten einschließen, wodurch ein Interferenzmuster erzeugt wird, welches auf eine Dehnung in zwei senkrechten Richtungen anspricht.
Verfahren nach Anspruch 13, ferner aufweisend den Schritt des Bereitstellens von Mitteln zum Zusammenhalten der ersten und zweiten Folien als eine integrierte Anordnung mit einer vorbestimmten Messlänge.
Verfahren nach Anspruch 13, ferner aufweisend den Schritt des Bereitstellens einer entfernbaren nachgiebigen Verpackungsschicht auf einer Oberfläche davon.