DE19520371A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Vergrößerung des Meßbereichs von Speckle-Meßsystemen bei Dehnungsmessungen - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Vergrößerung des Meßbereichs von Speckle-Meßsystemen bei DehnungsmessungenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur
Vergrößerung des Meßbereichs von Speckle-Meßsystemen bei
Dehnungsmessungen an einer Probe in einer Prüfmaschine.
Durch den Einsatz von Speckle-Meßverfahren können Verschiebungen
und Dehnungen von Probenoberflächen in Prüfmaschinen
flächenhaft, markenfrei und berührungslos mit einer hohen
Meßempfindlichkeit gemessen werden. Meßbar sind die ein- bis
dreidimensionalen Verschiebungskomponenten der Probe, wobei
größere Bewegungsamplituden durch Serienmessung mehrerer kleiner
Schritte und Aufaddition der Meßergebnisse erfaßt werden können.
Bei dem Einsatz des Speckle-Meßverfahrens bei
Materialprüfmaschinen besteht jedoch das Problem, daß durch die
Dehnung der Probe insgesamt sowie durch die Nachgiebigkeit der
Einspannung die Probenoberfläche im Meßfeld sich deutlich mehr
verschieben kann als die eigentliche Dehnung ausmacht. Die Probe
bewegt sich im Meßfeld häufig wesentlich stärker als ihre
Ausdehnung beträgt, da sie sich über der ganzen Länge dehnt,
jedoch nur in einem Teilbereich gemessen wird.
Fig. 1 erläutert schematisiert dieses Problem, das durch
Überlagerung von Dehnung (dl/l) und stärkere Bewegung (u)
auftritt. Fig. 2 zeigt ein Beispiel für einen eindimensional
messenden Sensor, der die Bewegungen der Probe in
Belastungsrichtung mißt. Dabei ist eine Probe 5 zwischen einer
unteren Traverse 1 und einer oberen Traverse 2 eingespannt. Die
untere Traverse 1 und die obere Traverse 2 gehören zu einer
Belastungseinrichtung einer nicht dargestellten Prüfmaschine.
Mit dem Bezugszeichen 4 ist das Meßfeld bezeichnet, auf das ein
Speckle-Sensor 6 gerichtet ist. Die Belastungsrichtung ist durch
einen Pfeil 3 angegeben. Ersichtlich kommt es bei einer
Belastung der Probe 5 zu einer Verschiebung des Speckle-Musters
insgesamt mit der Folge, daß durch Dekorrelationseffekte der
Kontrast der Messung absinkt. Im Einzelfall kann dies dazu
führen, daß der Einsatz der Speckle-Meßtechnik verhindert wird.
Auf die Meßtechnik übertragen wirkt dieser Effekt so wie eine
Verschlechterung des Verhältnisses zwischen Nutz-Signalen
(Dehnung) und Rausch-Signalen (Starrkörperverschiebung).
Ein weiteres Problem besteht bei dem Einsatz der Speckle-
Meßverfahren darin, daß sich die betrachteten Punkte der
Oberfläche bei größeren Belastungsamplituden auch makroskopisch
von der ursprünglichen Bildlage derart entfernen, daß eine
Zuordnung nicht mehr möglich ist.
Demgemäß liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
und eine Vorrichtung der eingangs genannten Gattung derart
weiterzubilden, daß mit der Speckle-Meßtechnik sichere und
zuverlässige Messungen von Oberflächendehnungen an
Probenprüfmaschinen möglich sind.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe verfahrensseitig durch die im
Patentanspruch 1 genannten Merkmale und vorrichtungsseitig durch
die im Patentanspruch 8 genannten Merkmale gelöst.
Bevorzugte Merkmale, die die Erfindung vorteilhaft weiterbilden,
sind den jeweils nachgeordneten Patentansprüchen zu entnehmen.
Erfindungsgemäß wird demgemäß vorteilhaft der Starrkörperanteil
der Probenbewegung durch Mitbewegen des Speckle-Sensors
kompensiert, wodurch der Meßbereich des Speckle-Meßsystems
wesentlich erweitert wird. In günstiger Weise wird der Speckle-
Sensor in Bewegungsrichtung der Probe so nachgeführt, daß die
Mitte des Meßfeldes sich bei Belastung mit Verschieben der Probe
immer am selben Objektpunkt befindet. Hierdurch kommt es zu
einer deutlichen Verbesserung des Signal/Rausch-Verhältnisses.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird ein
Speckle-Sensor in wenigstens einer Dehnungsrichtung der Probe
nachgeführt, bevorzugt jeweils ein Sensor in zwei oder drei
Raumrichtungen.
Für das Mitbewegen eines Speckle-Sensors gibt es mehrere
Möglichkeiten. Gemäß einer Ausbildungsform der Erfindung wird
ein Speckle-Sensor durch eine mechanische Kopplung zwischen
Sensorhalterung und Belastungsvorrichtung mitbewegt. Alternativ
kann nach einem weiteren Ausführungsbeispiel vorgesehen sein,
daß ein Sensor durch einen oder mehrere separate Antriebe unter
Berücksichtigung seines jeweiligen Meßergebnisses und/oder unter
Berücksichtigung eines oder mehrerer externer Signale und/oder
unter Berücksichtigung der Steuerung der Prüfmaschine verfahren
wird.
Jeder Speckle-Sensor ist für seine Mitbewegung bevorzugt an
einem Verschiebeschlitten angeordnet, welcher nach einer
weiteren Ausbildungsform der Erfindung mechanisch mit der
Belastungseinrichtung entweder durch ein Gestänge mit einem
Schubgelenk oder ein Zahnradgetriebe, Zahnriemen oder Seile
verbunden ist. Alternativ weist der Verschiebeschlitten einen
oder mehrere separate Antriebe auf, die elektronisch steuerbar
sind, wobei bevorzugt für die elektronische Steuerung von dem
Sensor selbst ermittelte Meßdaten oder/und von einem separaten
Meßgerät ermittelte Meßdaten oder/und von der Steuerung der
Prüfmaschine ermittelte Daten vorgesehen sind.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die
beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der Überlagerung von
Dehnung und stärkerer Bewegung bei eindimensionaler
Probenbelastung;
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Beispiels eines
eindimensional messenden Sensors, der die Bewegung der
Probe in Belastungsrichtung mißt;
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Ausführungs
beispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der
die Verschiebung des Sensors durch eine mechanische
Kopplung über ein Gestänge und Schubgelenk mit der
Belastungseinrichtung erfolgt;
Fig. 4 ein schematisiertes Ausführungsbeispiel für eine
Vorrichtung, bei der die Verschiebung des Sensors
durch eine mechanische Kupplung mittels Zahnriemen
oder Seilen erfolgt;
Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Beispiels für eine
elektronische Steuerung der Sensorverschiebung, wobei
der Verschiebeweg aus den von dem Sensor selbst
ermittelten Meßdaten berechnet wird;
Fig. 6 eine schematische Darstellung eines Beispiels für eine
elektronische Steuerung der Sensorverschiebung, wobei
der Verschiebeweg aus Meßdaten eines weiteren
Meßgerätes berechnet wird; und
Fig. 7 eine schematische Darstellung eines Beispiels für eine
elektronische Steuerung der Sensorverschiebung, wobei
der Verschiebeweg direkt aus der Steuerung der
Prüfmaschine ermittelt wird.
In Fig. 3 ist schematisiert ein Ausführungsbeispiel einer
erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt, bei der die
Verschiebung durch eine mechanische Kopplung mit einem Gestänge
8 und einem Schubgelenk 10 vorgesehen ist. Das Gestänge 8
besteht aus 2 gelenkig mit dem Schubgelenk 10 verbundenen
Stangen, die mit ihrem anderen Ende an der oberen Traverse 2
bzw. der unteren Traverse 1 angelenkt sind. Mit der Bezugszahl
7 ist ein Verschiebeschlitten angedeutet, an dem der Speckle-
Sensor 6 befestigt ist. Der Verschiebeschlitten 7 ist parallel
zur Belastungsrichtung an einem Profil 11 geführt, das einen
Teil der Prüfmaschine 12 bildet. Durch die getroffene Anordnung
wird vorteilhaft erreicht, daß die Mitte des Meßfeldes des
Sensors 6 bei der Belastung und Verschiebung der Probe 5 immer
am selben Objektpunkt bleibt, weil sich das Verhältnis einer
Strecke a von der unteren Traverse 1 bis zur Unterkante des
Meßfeldes 4 zu einer Länge b von dem unteren Ende des Meßfeldes
4 bis zur oberen Traverse nicht ändert.
Fig. 4 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel einer
Vorrichtung, bei der die Verschiebung des Sensors 6 an seinem
Verschiebeschlitten 7 mittels Zahnriemen 8′ erfolgt. Dabei
erfolgt die Bewegung des Meßgerätes bzw. Sensors mit der halben
Traversengeschwindigkeit.
In den Fig. 5-7 sind verschiedene Ausführungsbeispiele für
eine elektronische Steuerung des Verschiebeschlittens 7
dargestellt, der einen oder mehrere separate Antriebe 13
aufweist.
Gemäß Fig. 5 erfolgt eine elektronische Steuerung des bzw. der
separaten Antriebe 13 mit aus dem Sensor 6 selbst gewonnenen
Meßdaten, wie sich wohne weiteres aus der schematisierten
Steuerungslogik ergibt.
Gemäß Fig. 6 ist für die Steuerung der Verschiebung des Sensors
6 ein weiteres nur punktuell messendes Maßgerät 9 vorgesehen,
während in Fig. 7 die von der Prüfmaschine 12 ermittelten Daten
zur elektronischen Steuerung des Antriebs 13 zwecks Verschiebung
des Sensors 6 mittels des Verschiebeschlittens 7 vorgesehen
sind.
Claims (16)
1. Verfahren zur Vergrößerung des Meßbereichs von Speckle-
Meßsystemen bei Dehnungsmessungen an einer Probe (5) in
einer Prüfmaschine (12), bei dem ein Speckle-Sensor (6)
verwendet wird, die Probe (5) in der Prüfmaschine in einer
Belastungseinrichtung (1, 2) belastet wird, und bei dem der
Speckle-Sensor (6) bei Belastung der Probe (5) mit dieser
mitbewegt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Speckle-Sensor (6) in wenigstens einer Dehnungsrichtung
der Probe (5) nachgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
der Speckle-Sensor (6) in zwei oder drei Raumrichtungen
nachgeführt wird.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß
das Mitbewegen des Speckle-Sensors (6) durch eine
mechanische Kopplung zwischen Sensor-Halterung und
Belastungsvorrichtung vorgenommen wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch
gekennzeichnet, daß
der Sensor (6) unter Berücksichtigung seines jeweiligen
Meßergebnisses elektrisch verfahren wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch
gekennzeichnet, daß
der Sensor (6) unter Berücksichtigung eines oder mehrerer
externer Signale elektrisch verfahren wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch
gekennzeichnet, daß
der Sensor (6) unter Berücksichtigung der Steuerung der
Prüfmaschine elektrisch verfahren wird.
8. Vorrichtung zur Vergrößerung des Meßbereichs von Speckle-
Meßsystemen bei Dehnungsmessungen an einer Probe (5) in
einer Prüfmaschine mit einem Speckle-Sensor (6), der bei
Belastung der Probe (5) in einer Belastungseinrichtung (1,
2) der Prüfmaschine mit der Probe (5) mitbewegbar ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß
der Sensor (6) an einem Verschiebeschlitten (7) angeordnet
ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß
der Verschiebeschlitten (7) mechanisch (8, 8′, 10) mit der
Belastungseinrichtung (1, 2) gekoppelt ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß
für die Kopplung ein Gestänge (8) mit einem Schubgelenk
(10) vorgesehen ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß
für die Kopplung Zahnradgetriebe, Zahnriemen (8′) oder
Seile vorgesehen sind.
13. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß
der Verschiebeschlitten (7) ein oder mehrere separate
Antriebe (13) aufweist, die für einen bestimmten
Verschiebeweg elektronisch steuerbar sind.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß
für die elektronische Steuerung von dem Sensor (6) selbst
gewonnene Meßdaten vorgesehen sind.
15. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß
für die elektronische Steuerung an einem separaten
Steuermeßgerät (9) gewonnene Meßdaten vorgesehen sind.
16. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß
für die elektronische Steuerung von der Steuerung der
Prüfmaschine (12) ermittelte Daten vorgesehen sind.
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