DE19940217C2 - Verfahren zur berührungslosen Messung der Veränderung der räumlichen Gestalt einer Meßprobe, insbesondere zur Messung der Längenänderung der einer äußeren Kraft unterliegenden Meßprobe und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents
Verfahren zur berührungslosen Messung der Veränderung der räumlichen Gestalt einer Meßprobe, insbesondere zur Messung der Längenänderung der einer äußeren Kraft unterliegenden Meßprobe und Vorrichtung zur Durchführung des VerfahrensInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur berührungslosen
Messung der Veränderung der räumlichen Gestalt einer
Meßprobe, insbesondere zur Messung der Längenänderung der
einer äußeren Kraft unterliegenden Meßprobe, bei dem die
Oberfläche der Meßprobe zumindest teilweise mit
gleichmäßiger Intensität mit Laserlicht beleuchtet und das
dabei aufgrund der lokalen Beschaffenheit der Oberfläche
entstehende Specklebild über eine Optik auf einen
lichtempfindlichen Sensor abgebildet wird, dessen
Ausgangssignale einer Auswerteeinheit zugeführt werden gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur
Durchführung eines derartigen Verfahrens, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 9, wie jeweils
aus EP 629 835 A2 bekannt.
In der Materialforschung und in der Materialprüfung ist es
wichtig zu wissen, wie eine Meßprobe mit ihrer Gestalt auf
Veränderung der äußeren Bedingungen reagiert, wie also
deren Längen-, Breiten- und Dickenabmessungen
beispielweise infolge einer Temperaturänderung variieren
oder sich aufgrund einer einwirkenden externen Kraft
verändern. Eine besonders wichtige Quelle von
Erkenntnissen über die Materialeigenschaften einer
Meßprobe sind Zugprüfversuche, bei denen die Meßprobe
eingespannt und deren Längenänderung infolge einer
einwirkenden Zugkraft gemessen wird. Aufgrund der
Bedeutung der Zugprüfversuche sind diese genormt und für
die Vergleichbarkeit der bei Zugprüfversuchen gewonnenen
Daten ist es wichtig, die Zugprüfversuche normgerecht
durchzuführen.
Wenn auf der Meßprobe Marken angebracht oder befestigt
werden müssen, deren Verschiebung beobachtet werden kann,
ist es stets erforderlich, die Meßprobe bei der
Versuchsvorbereitung zu manipulieren. Im weiteren ist es
wünschenswert, Veränderungen der Meßprobe berührungslos
verfolgen zu können. Beide Forderungen werden mit der
Erfassung von Specklebildern erfüllt. Specklebilder
entstehen, wenn eine optisch rauhe Oberfläche mit
kohärentem Licht beleuchtet wird, wobei für praktische
Anwendungsfälle die Oberfläche der meisten Materialien
relativ zur Wellenlänge des zur Untersuchung verwendeten
Lichtes als rauh aufgefaßt werden kann. Die Specklebilder
bilden sich durch konstruktive und destruktive Interferenz
von phasenverschobenen, kohärenten Wellenpaketen, die von
verschiedenen mikroskopischen Bereichen der beleuchteten
Probenoberfläche reflektiert werden. Specklebilder sind
dabei ähnlich einem Fingerabdruck charakteristisch für ein
bestimmtes Oberflächenelement, so daß bei einer
Verschiebung dieses Oberflächenelementes sich auch die
Specklebilder verschieben, die somit als berührungslos zu
erzeugende Marken genutzt werden können.
Bisher bekannte Verfahren zur Längenänderung mittels
Speckle-Interferometrie nutzen zwar die wünschenswerte
Berührungslosigkeit bei der Generierung und Verfolgung von
Marken auf der Meßprobe aus, haben jedoch den Nachteil
eines unzureichenden Meßbereiches und einer geringen
zeitlichen Auflösung, da die numerische Auswertung der
vielen zu einem Specklebild beitragenden einzelnen Speckle
aufwendig ist und große Rechenzeit erfordert, in der die
Verschiebung z. B. mittels Kreuzkorrelationsfunktion
zwischen dem vor der Deformation der Meßprobe
aufgenommenen Specklebild und dem während der Deformation
gemessenen Specklebild berechnet wird. Die eingangs genannte EP 0 629 835 A2
offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren, bei denen
mittels zweier Laser unterschiedlicher Frequenz zwei mit
gegenseitigem Abstand angeordnete Spots auf der Meßprobe
beleuchtet und die in diesen Spots erzeugten Specklebilder
jeweils in einem Sensor erfaßt werden. Durch einen
Computer wird zeitlich aufeinanderfolgend zwischen den
beiden Specklebildern eine Korrelationsfunktion berechnet,
um den Betrag der Verschiebung der Specklebilder an den
Spots zu bestimmen. Die so meßbaren Längenänderungen sind
wegen der Ausnutzung der gesamten Sensorfläche eng
begrenzt, weshalb sowohl für die beiden Laser als auch für
die beiden Sensoren Nachführeinheiten vorgesehen sind,
damit die Laser den sich verschiebenden
Oberflächenbereichen und die Sensoren den sich damit
wandernden Specklebildern folgen können.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein
Verfahren der eingangs genannten Art so auszubilden, daß
die zeitliche Auflösung und die räumliche Erfassung über
große Bereiche hinweg verbessert wird. Aufgabe der
Erfindung ist es weiterhin, eine Vorrichtung zur
Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
bereitzustellen.
Der das Verfahren betreffende Teil der Aufgabe wird bei
einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst,
daß durch die Auswerteeinheit aus der Gesamtheit der
Speckle des Specklebildes mindestens ein Cluster von
Speckle als Referenz ausgewählt und die Verschiebung
dieser Referenz auf dem Sensor als Maß für die Veränderung
der Meßprobe ausgewertet wird.
Der Vorteil dieses Verfahrens liegt in einer drastischen
Reduktion der für die Auswertung erforderlichen Daten, da
anfänglich vor der Deformation der Meßprobe aus der
gesamten im Specklebild enthaltenen, von dem Sensor
erfaßten Information eine charakteristische, deutlich
unterscheidbare Referenz als Marke ausgewählt wird
und nachfolgend nur die Bewegung dieser Referenz
verfolgt werden muß. Zusätzlich bietet sich der Vorteil,
daß die Referenz stets nur auf einem geringen
Bruchteil der gesamten Sensorfläche lokalisiert ist und
damit die auf der komplementären Sensorfläche detektierten
Signale unbeachtet bleiben können, also die zur Verfügung
stehende Rechnerkapazität nicht belasten.
Günstig ist es weiterhin, wenn die Meßprobe parallel zur
Wirkrichtung der äußeren Kraft mit einer Strichbeleuchtung
beleuchtet wird, also mit einer Beleuchtung, welche in der
einen Richtung eine deutlich größere Ausdehnung als in der
anderen Richtung der Oberfläche hat. Die Strichbeleuchtung
bewirkt dabei, daß der die Referenz generierende
Oberflächenbereich der Meßprobe sich in seiner
Wanderrichtung in konstanten Beleuchtungsverhältnissen
bewegt und außerhalb der Wanderrichtung liegende
Oberflächenbereiche der Meßprobe nicht durch Streulicht
das Meßergebnis beeinflussen können.
Zweckmäßigerweise ist der Sensor als ein sich
eindimensional erstreckender Zeilensensor gestaltet, der
parallel zur Wirkrichtung der äußeren Kraft ausgerichtet
wird. Die Verwendung eines Zeilensensors im Gegensatz zu
einem punktförmigen Sensor vermeidet, daß der Sensor
prinzipiell stets mit der Bewegung der Referenz
mitgeführt werden muß, was zu deutlichen Einschränkungen
der Meßgenauigkeit führt. Gegenüber der Verwendung eines
Matrixsensors bietet sich der Vorteil einer reduzierten
anfallenden Datenmenge, da nur in Bewegungsrichtung der
Referenz liegende Information über das Specklebild
ausgewertet werden muß.
Diese Auswertung ist dann besonders einfach, wenn das
durch das von der Oberfläche der Meßprobe reflektierte
Licht gebildete zweidimensionale Specklebild durch die
Optik in eine eindimensionale Darstellung des
Specklebildes abgebildet wird, so daß die Fläche eines
Specklebildes zu Streifen in Querrichtung verändert wird
und sich ein für die Oberfläche der Meßprobe typisches
Hell-Dunkel-Muster ergibt, das als - einem Barcode
vergleichbares - Grauwertbild ausgewertet werden kann.
Da nicht der gesamte lichtempfindliche Bereich eines
Sensors ausgenutzt werden muß, um die Bewegung einer
Referenz zu verfolgen, ist es möglich, daß zwei
oder mehrere voneinander mit Abstand angeordnete
Referenzen ausgewählt und deren Verschiebung auf dem
Sensor ausgewertet wird. Dies kann den wichtigen und in
der Praxis nicht zu unterschätzenden Vorteil bieten, daß
die Messung der Längenänderung einer auf Zug belasteten
Meßprobe auch bei Verwendung nur eines Sensors normgerecht
erfolgt, indem die relative Bewegung zweier sich mit der
Meßprobe mitbewegender Marken ausgewertet wird, was mit
sehr hoher Genauigkeit erfolgen kann.
Diese hohe Genauigkeit steht über den gesamten Meßbereich
zur Verfügung, der lediglich durch die Abmessung des
Sensors begrenzt ist. Um diese Begrenzung zu überwinden
und den Meßbereich, wenn auch mit verringerter
Meßgenauigkeit, die nach Beginn der Messung bei größeren
Längenänderungen nicht mehr so kritisch ist, zu
vergrößern, ist im Rahmen der Erfindung vorgesehen, daß
durch die Auswerteeinheit die Lage der Referenz in
Bezug zu den Grenzen des Sensors gesetzt wird, und daß bei
einer bevorstehenden Überschreitung des durch die Grenzen
des Sensors gegebenen Meßbereiches durch eine
Nachführeinheit die Lage der Referenz innerhalb
des Meßbereiches gehalten wird. Dies ist beispielsweise
dadurch möglich, daß durch die Nachführeinheit die Optik
verdreht und der Drehwinkel der Auswerteeinheit
übermittelt wird. Alternativ besteht auch die Möglichkeit,
daß durch die Nachführeinheit der Sensor linear verstellt
und der Verfahrweg der Auswerteeinheit übermittelt wird.
Damit die Nachführeinheit möglichst sanft und gleichmäßig
arbeiten kann, ist als Verfahrensschritt vorgesehen, daß
die Auswerteeinheit die Trajektorie der Referenz
zur Prognostizierung von deren Lage in Echtzeit auswertet
und die Prognose an die Nachführeinheit übermittelt, zur
Positionierung der Referenz relativ zum Sensor
innerhalb von dessen Meßbereich.
Zur normgerechten Messung der Längenänderung einer
Meßprobe besteht die Möglichkeit, daß über zwei getrennte
Optiken zwei Referenzen, die aus zwei mit Abstand auf
der Meßprobe angeordneten Oberflächenbereichen stammen,
auf zwei getrennten Sensoren abgebildet und durch die
Auswerteeinheit ausgewählt und ausgewertet werden. Durch
die Verwendung zweier Sensoren bietet sich neben der
normgerechten Messung zugleich der Vorteil, daß der
Meßbereich sich vergrößert, bis zur weiteren Ausdehnung
des Meßbereiches die Nachführeinrichtung aktiviert werden
muß.
Der der Vorrichtung zugrunde liegende Teil der Aufgabe
wird gelöst durch eine Vorrichtung, bestehend aus einem
die Oberfläche der Meßprobe beleuchtenden Laser, einer
das durch die Beleuchtung entstehende Specklebild auf
einen lichtempfindlichen Sensor abbildenden Optik und einer Auswerteeinheit, wobei die
Auswerteeinheit zur Auswahl eines Clusters von Speckle aus dem auf
den Sensor abgebildeten Specklebild als mindestens eine
Referenz und zur Auswertung von deren Verschiebung
ausgebildet ist.
Bei einer Ausführungsform dieser Vorrichtung weist die
Optik eine Zylinderlinse auf, während nach einer
Alternative die Optik eine Fourier-Blende aufweist. Sowohl
die Zylinderlinse als auch die Fourier-Blende dienen dazu,
das zweidimensionale Specklebild in die eindimensionale
Darstellung des Specklebildes als Grauwertbild zu
transformieren, das dann in einfacher Weise durch den als
Zeilensensor ausgebildeten Sensor empfangen und
nachfolgend ausgewertet werden kann.
Um die Meßgenauigkeit zu erhöhen und Justierprobleme zu
vermeiden, sind der Laser, die Optik und der Sensor in
einem Meßkopf integriert. Zur Erweiterung des Meßbereiches
ist diesem Meßkopf eine Nachführeinheit zur Positionierung
des Sensors an der zu erwartenden Lage der
Referenz zugeordnet, wobei die Nachführeinheit
über eine Datenleitung mit der Auswerteeinheit verbunden
ist, so daß die Veränderung der Lage der Referenz
auf dem Sensor zusammen mit der Veränderung der Lage des
Sensors selber für die Quantifizierung der Deformation der
Meßprobe genutzt werden kann.
Für eine normgerechte Messung und für die Vergrößerung des
Meßbereiches ist die Vorrichtung so gestaltet, daß zwei
Meßköpfe für die Messung der Lageveränderung von zwei
Referenzen, die aus zwei mit Abstand auf der Meßprobe
angeordneten Oberflächenbereichen stammen, vorgesehen
sind. Der Sensor ist durch einen CCD-Sensor oder
alternativ durch sonstige elektrooptische Sensoren (z. B.
Active Pixel Sensor (APS) gebildet.
Das auf den Sensor abgebildete Specklebild wird derart auf
den Sensor geleitet, daß eine optimale spatiale Auflösung
möglich wird. Dazu werden nebst geeigneter Vergrößerung
die Pixelgrößen auf das Specklebild abgestimmt.
Im folgenden wird die Erfindung an einem in der Zeichnung
dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert; es
zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der Vorrichtung zur
berührungslosen Messung der Deformation einer
Meßprobe unter Verwendung von Speckle,
Fig. 2 eine Draufsicht auf die Meßprobe mit zwei durch
eine Strichbeleuchtung beleuchteten Teilen der
Oberfläche, und
Fig. 3 eine schematische Darstellung der Abbildung des
Specklebildes auf den Sensor und die durch die
Auswerteeinheit erfolgte Auswahl einer
Referenz.
Die in der Fig. 1 schematisch dargestellte Vorrichtung
dient zur berührungslosen Messung der Deformation einer
Meßprobe 1, wobei die dargestellte Ausführungsform
speziell zur Durchführung von Zugprüfversuchen ausgelegt
ist, bei denen infolge einer externen auf die Meßprobe 1
einwirkenden Zugkraft, symbolisiert durch die Pfeile P,
die Meßprobe 1 eine Längenänderung widerfährt, die mit
hoher Zeit- und Ortsauflösung gemessen werden soll. Dazu
wird die Veränderung der durch zwei Marken 6 auf der
Meßprobe 1 vorgegebenen Anfangsmeßlänge L0 verfolgt, wobei
jede Marke 6 durch ein berührungslos an der Oberfläche 2
der Meßprobe 1 erzeugtes Specklebild 10 gegeben ist. Zur
Erzeugung dieses Specklebildes 10 verfügt die Vorrichtung
über einen Laser 3, der auf der Oberfläche 2 der
Meßprobe 1 einen im wesentlichen eindimensionalen Bereich
einer Strichbeleuchtung 4 mit Laserlicht gleichmäßiger
Intensität aussetzt. Diese Strichbeleuchtung 4 wird durch
ein Linsensystem 5 erzeugt. Da die Meßprobe 1 eine optisch
rauhe Oberfläche 2 besitzt, werden durch das kohärente und
kollimierte Licht des Lasers 3 Specklebilder 10 erzeugt,
die jeweils für einen als Marke 6 fungierenden Punkt aus
dem Intervall der Strichbeleuchtung 4 charakteristisch
sind. Das Specklebild 10 der aufgebrachten
Strichbeleuchtung 4 wird durch eine Optik 8 auf einen
lichtempfindlichen Sensor 7 abgebildet. Eine
Auswerteeinheit 9 wählt aus der Gesamtheit der Speckle
des Specklebildes 10 eine deutlich unterscheidbare
Referenz 11 aus und verfolgt diese (Fig. 3), wenn
die Referenz 11 bei einer Längenänderung der
Meßprobe 1 sich innerhalb des in der Strichbeleuchtung 4
gelegenen Intervalls bewegt, so daß aus einer Veränderung
des Ortes der Referenz 11 auf dem Sensor 7
unmittelbar auf die veränderte Lage des das Specklebild 10
erzeugenden Punktes der Marke 6 der Oberfläche 2 der
Meßprobe 1 geschlossen werden kann.
Verfolgt man, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist, simultan
die Veränderung der Lage zweier Punkte der Oberfläche 2
der Meßprobe 1, so erhält man in Übereinstimmung mit der
geltenden Norm die von der Anfangsmeßlänge L0 abweichende
momentane Meßlänge.
In die Optik 8 wird wahlweise eine Zylinderlinse 12 oder
eine Fourier-Blende eingebaut, die beide die Eigenschaften
haben, das durch das von der Oberfläche 2 der Meßprobe 1
reflektierte Licht gebildete zweidimensionale
Specklebild 10 in eine eindimensionale Darstellung des
Specklebildes 10 zu transformieren, das somit das in Fig.
3 schematisch dargestellte Grauwertbild 13 ergibt, das von
der Auswerteeinheit 9 in einfacher Weise und mit geringem
Zeitaufwand zum einen ausgewertet werden kann, um die
Referenz 11, die aus einem Cluster von
Speckle aus der Gesamtheit der Speckle ausgewählt wird,
zu bestimmen, und um zum anderen die Lageveränderung
dieser Referenz 11 auszuwerten.
Die Veränderung der Lage der Referenz 11 erfolgt
in Wirkrichtung der Zugkraft, so daß der Sensor 7
lediglich als Zeilensensor ausgebildet und typischerweise
durch einen CCD-Sensor oder einen APS-Sensor realisiert
ist.
Der Meßbereich für die Messung der Längenänderung der
Meßprobe 1 ist lediglich durch das verwendete Optiksystem,
also die Länge des Sensors 7 und das dazu passende
Objektiv begrenzt, wobei bei der in Fig. 1 gezeigten
Verwendung zweier Sensoren 7 zur Bestimmung der
Anfangsmeßlänge L0 die Längenänderung der Meßprobe 1 die
zweifache Länge des Sensors 7 erreichen kann, was für die
meisten Anwendungsfälle ausreichend ist und die Gewähr
bietet, daß die Messung mit hoher Genauigkeit ausgeführt
werden kann.
Für den Fall, daß der Meßbereich nicht ausreichend ist,
besteht die Möglichkeit, daß durch die Auswerteeinheit 9
die Lage der Referenz 11 in Bezug zu den Grenzen
des Sensors 7 gesetzt wird, und daß bei einer
bevorstehenden Überschreitung des durch die Grenzen des
Sensors 7 gegebenen Meßbereiches durch eine
Nachführeinheit 14 die Lage der Referenz 11
innerhalb des Meßbereiches gehalten wird. Dabei sind
alternativ die Möglichkeiten gegeben, durch die
Nachführeinheit den Meßkopf 16 zu verdrehen und den
Drehwinkel über eine Datenleitung 15 der Auswerteeinheit
zu übermitteln oder den Meßkopf 16 linear zu verstellen
und den Verfahrweg an die Auswerteeinheit 9 zu übertragen.
Da die Wanderung der Referenz 11 stetig erfolgt,
kann die Auswerteeinheit 9 die Trajektorie der
Referenz 11 zur Prognostizierung von deren Lage
auswerten und die Prognose an die Nachführeinheit 14
übermitteln, so daß die Nachführeinheit 14 stets die
Referenz 11 relativ zum Sensor 7 innerhalb von
dessen Meßbereich positioniert.
In Fig. 1 ist schließlich noch gezeigt, daß der Laser 3,
die Optik 8 und der Sensor 7 jeweils in einem Meßkopf 16,
von denen insgesamt zwei vorhanden sind, integriert sind.
Claims (19)
1. Verfahren zur berührungslosen Messung der Veränderung
der räumlichen Gestalt einer Meßprobe (1),
insbesondere zur Messung der Längenänderung der einer
äußeren Kraft unterliegenden Meßprobe (1), bei dem die
Oberfläche (2) der Meßprobe (1) zumindest teilweise
mit gleichmäßiger Intensität mit Laserlicht beleuchtet
und das dabei aufgrund der lokalen Beschaffenheit der
Oberfläche (2) entstehende Specklebild (10) über eine
Optik (8) auf einen lichtempfindlichen Sensor (7)
abgebildet wird, dessen Ausgangssignale einer
Auswerteeinheit (9) zugeführt werden, dadurch
gekennzeichnet, daß durch die Auswerteeinheit (9) aus
der Gesamtheit der Speckle des Specklebildes (10)
mindestens ein Cluster von Speckle als Referenz (11)
ausgewählt und die Verschiebung dieser Referenz (11)
auf dem Sensor (7) als Maß für die Veränderung der
Meßprobe (1) ausgewertet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Meßprobe (1) parallel zur Wirkrichtung der äußeren
Kraft mit einer Strichbeleuchtung (4) beleuchtet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
der Sensor (7) als ein sich eindimensional
erstreckender Zeilensensor gestaltet ist, der parallel
zur Wirkrichtung der äußeren Kraft ausgerichtet wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß das durch das von der
Oberfläche (2) der Meßprobe (1) reflektierte Licht
gebildete zweidimensionale Specklebild (10) durch die
Optik (8) in eine eindimensionale Darstellung des
Specklebildes (10) abgebildet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß zwei oder mehrere voneinander mit
Abstand angeordnete Referenzen (11) ausgewählt und
deren Verschiebung auf dem Sensor (7) ausgewertet
wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß durch die Auswerteeinheit (9) die
Lage der Referenz (11) in Bezug zu den Grenzen des
Sensors (7) gesetzt wird, und daß bei einer
bevorstehenden Überschreitung des durch die Grenzen
des Sensors (7) gegebenen Meßbereiches durch eine
Nachführeinheit (14) die Lage der Referenz (11)
innerhalb des Meßbereiches gehalten wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
die Auswerteeinheit (9) die Trajektorie der
Referenz (11) zur Prognostizierung von deren Lage
auswertet und die Prognose an die Nachführeinheit (14)
übermittelt zur Positionierung der Referenz (11)
relativ zum Sensor (7) innerhalb von dessen
Meßbereich.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß über zwei getrennte Optiken (8)
zwei Referenzen (11), die aus zwei mit Abstand auf der
Meßprobe (1) angeordneten Oberflächenbereichen
stammen, auf zwei getrennten Sensoren (7) abgebildet
und durch die Auswerteeinheit (9) ausgewählt und
ausgewertet werden.
9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach
Anspruch 1, bestehend aus einem die Oberfläche (2) der
Meßprobe (1) beleuchtenden Laser (3), einer das durch
die Beleuchtung entstehende Specklebild (10) auf einen
lichtempfindlichen Sensor (7) abbildenden Optik (8)
und einer Auswerteeinheit (9), dadurch gekennzeichnet,
daß die Auswerteeinheit (9) zur Auswahl eines Clusters
von Speckle aus dem auf den Sensor (7) abgebildeten
Specklebild (10) als mindestens eine Referenz (11) und
zur Auswertung von deren Verschiebung ausgebildet ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß die Optik (8) eine Zylinderlinse (12) aufweist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß die Optik (8) eine Fourier-Blende aufweist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch
gekennzeichnet, daß der Sensor (7) als Zeilensensor
ausgebildet ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch
gekennzeichnet, daß der Laser (3), die Optik (8) und
der Sensor (7) in einem Meßkopf (16) integriert sind.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,
daß dem Meßkopf (16) eine Nachführeinheit (14) zur
Positionierung des Sensors (7) an der zu erwartenden
Lage der Referenz (11) zugeordnet ist, und daß die
Nachführeinheit (14) über eine Datenleitung (15) mit
der Auswerteeinheit (9) verbunden ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet,
daß die Nachführeinheit zur Drehung des Meßkopfes (16)
ausgebildet ist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet,
daß die Nachführeinheit zur linearen Verstellung des
Meßkopfes (16) ausgebildet ist.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16,
dadurch gekennzeichnet, daß zwei Meßköpfe (16) für die
Messung der Lageveränderung von zwei Referenzen (11),
die aus zwei mit Abstand auf der Meßprobe (1)
angeordneten Oberflächenbereichen stammen, vorgesehen
sind.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 17, dadurch
gekennzeichnet, daß der Sensor (7) durch einen
CCD-Sensor gebildet ist.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 17, dadurch
gekennzeichnet, daß der Sensor (7) durch einen
APS-Sensor gebildet ist.
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DE19940217A DE19940217C5 (de) | 1999-08-25 | 1999-08-25 | Verfahren zur berührungslosen Messung der Veränderung der räumlichen Gestalt einer Meßprobe, insbesondere zur Messung der Längenänderung der einer äußeren Kraft unterliegenden Meßprobe und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens |
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DE19940217A Expired - Fee Related DE19940217C5 (de) | 1999-08-25 | 1999-08-25 | Verfahren zur berührungslosen Messung der Veränderung der räumlichen Gestalt einer Meßprobe, insbesondere zur Messung der Längenänderung der einer äußeren Kraft unterliegenden Meßprobe und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens |
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---|---|
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108827798A (zh) * | 2018-07-02 | 2018-11-16 | 中国矿业大学(北京) | 一种焦散线-数字图像相关法同步实验系统及方法 |
Families Citing this family (33)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6611607B1 (en) * | 1993-11-18 | 2003-08-26 | Digimarc Corporation | Integrating digital watermarks in multimedia content |
US8171567B1 (en) | 2002-09-04 | 2012-05-01 | Tracer Detection Technology Corp. | Authentication method and system |
CN1244044C (zh) * | 2003-01-20 | 2006-03-01 | 张宏志 | 一种鼠标光学信号处理方法 |
EP2081130B1 (de) | 2004-03-12 | 2013-07-24 | Ingenia Holdings Limited | Verfahren und Vorrichtung zur Erschaffung verifizierbarer Druckartikel und deren nachträglichen Prüfung |
EP2131315A3 (de) * | 2004-03-12 | 2011-01-26 | Ingenia Technology Limited | Authentifizierung durch großangelegte Beleuchtung |
GB2417592B (en) * | 2004-08-13 | 2006-07-26 | Ingenia Technology Ltd | Authenticity verification of articles |
US20060294583A1 (en) * | 2005-05-11 | 2006-12-28 | Ingenia Holdings (U.K.) Limited | Authenticity Verification |
RU2417448C2 (ru) * | 2005-07-27 | 2011-04-27 | Инджениа Холдингс Лимитед | Верификация аутентичности |
WO2007012815A1 (en) * | 2005-07-27 | 2007-02-01 | Ingenia Technology Limited | Authenticity verification |
EP1911003A1 (de) * | 2005-07-27 | 2008-04-16 | Ingenia Technology Limited | Verifikation der signatur eines artikels,die aus durch streuung kohärenter optischer strahlung von der oberfläche desartikels erhaltenen signalen erzeugt wird |
GB2429950B (en) * | 2005-09-08 | 2007-08-22 | Ingenia Holdings | Copying |
WO2007072044A1 (en) * | 2005-12-23 | 2007-06-28 | Ingenia Holdings (Uk) Limited | Optical authentication |
GB2434442A (en) * | 2006-01-16 | 2007-07-25 | Ingenia Holdings | Verification of performance attributes of packaged integrated circuits |
US7377181B2 (en) * | 2006-03-10 | 2008-05-27 | Northrop Grumman Corporation | In-situ large area optical strain measurement using an encoded dot pattern |
GB2440386A (en) * | 2006-06-12 | 2008-01-30 | Ingenia Technology Ltd | Scanner authentication |
GB2450131B (en) * | 2007-06-13 | 2009-05-06 | Ingenia Holdings | Fuzzy Keys |
GB2460625B (en) * | 2008-05-14 | 2010-05-26 | Ingenia Holdings | Two tier authentication |
GB2466311B (en) * | 2008-12-19 | 2010-11-03 | Ingenia Holdings | Self-calibration of a matching algorithm for determining authenticity |
GB2466465B (en) * | 2008-12-19 | 2011-02-16 | Ingenia Holdings | Authentication |
US8600147B2 (en) | 2009-06-03 | 2013-12-03 | The United States of America as represented by the Secreatary of the Navy | System and method for remote measurement of displacement and strain fields |
WO2011019714A2 (en) * | 2009-08-10 | 2011-02-17 | National Oilwell Varco, L.P. | Methods and apparatus for determination of parameters related to a coiled tubing string |
GB2476226B (en) | 2009-11-10 | 2012-03-28 | Ingenia Holdings Ltd | Optimisation |
DE102010038062B9 (de) | 2010-10-08 | 2013-08-22 | Messphysik Materials Testing Gmbh | Ortsbestimmung und Bestimmung der Verschiebung von Orten durch berührungslose Abstandsmessung bei einer Materialprüfung |
WO2013019992A1 (en) | 2011-08-02 | 2013-02-07 | The Government Of The United States Of America, As Represented By The Secretary Of The Navy | System and method for remote full field three-dimensional displacement and strain measurements |
US8917384B2 (en) * | 2012-03-21 | 2014-12-23 | Kansas State University Research Foundation | Portable high-resolution non-contact modular sensor for surface strain measurement |
US9311566B2 (en) | 2012-08-03 | 2016-04-12 | George Mason Research Foundation, Inc. | Method and system for direct strain imaging |
DE102013003889A1 (de) * | 2013-03-05 | 2014-09-11 | Technische Universität Dresden | Verfahren und Vorrichtung zur berührungslosen Verzerrungs- und Spannungsanalyse mit Hilfe von optischen Mess- oder Sensorsystemen |
JP6320789B2 (ja) * | 2014-02-17 | 2018-05-09 | 株式会社ミツトヨ | 変位検出装置、変位検出システム、及び変位検出方法 |
KR102141946B1 (ko) * | 2018-06-27 | 2020-08-06 | 울산과학기술원 | 구조물의 모드 파라미터 식별 장치 및 방법 |
TWI756811B (zh) * | 2019-09-03 | 2022-03-01 | 日商新川股份有限公司 | 振動檢測系統 |
CN110763146A (zh) * | 2019-10-31 | 2020-02-07 | 河海大学 | 基于双相机的高精度光学引伸计及测量方法 |
TWI724897B (zh) * | 2020-05-14 | 2021-04-11 | 財團法人工業技術研究院 | 應變量測方法及應變量測裝置 |
CN115096202B (zh) * | 2022-08-26 | 2022-11-15 | 苏州华智诚精工科技有限公司 | 一种圆柱面待测体形变缺陷的检测方法 |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0629835A2 (de) * | 1993-06-15 | 1994-12-21 | Shimdazu Corporation | Deformationsmessinstrument |
DE19520371A1 (de) * | 1995-06-02 | 1996-12-05 | Ettemeyer Gmbh & Co Mes Und Pr | Verfahren und Vorrichtung zur Vergrößerung des Meßbereichs von Speckle-Meßsystemen bei Dehnungsmessungen |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5384455A (en) * | 1993-04-12 | 1995-01-24 | Environmental Research Institute Of Michigan | Measurement-diverse speckle imaging |
JP3332535B2 (ja) * | 1993-12-14 | 2002-10-07 | キヤノン株式会社 | 眼科測定装置 |
JP2692599B2 (ja) * | 1994-07-27 | 1997-12-17 | 株式会社島津製作所 | レーザー非接触伸び計 |
US5757473A (en) * | 1996-11-13 | 1998-05-26 | Noranda, Inc. | Optical strain sensor for the measurement of microdeformations of surfaces |
US6256016B1 (en) * | 1997-06-05 | 2001-07-03 | Logitech, Inc. | Optical detection system, device, and method utilizing optical matching |
US6188482B1 (en) * | 1998-09-18 | 2001-02-13 | Board Of Trustees Operating Michigan State University | Apparatus for electronic speckle pattern interferometry |
US6128082A (en) * | 1998-09-18 | 2000-10-03 | Board Of Trustees Operating Michigan State University | Technique and apparatus for performing electronic speckle pattern interferometry |
-
1999
- 1999-08-25 DE DE19940217A patent/DE19940217C5/de not_active Expired - Fee Related
-
2000
- 2000-08-22 US US09/643,371 patent/US6563129B1/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0629835A2 (de) * | 1993-06-15 | 1994-12-21 | Shimdazu Corporation | Deformationsmessinstrument |
JPH074928A (ja) * | 1993-06-15 | 1995-01-10 | Shimadzu Corp | 歪測定装置 |
EP0629835B1 (de) * | 1993-06-15 | 1999-12-15 | Shimdazu Corporation | Deformationsmessinstrument |
DE19520371A1 (de) * | 1995-06-02 | 1996-12-05 | Ettemeyer Gmbh & Co Mes Und Pr | Verfahren und Vorrichtung zur Vergrößerung des Meßbereichs von Speckle-Meßsystemen bei Dehnungsmessungen |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108827798A (zh) * | 2018-07-02 | 2018-11-16 | 中国矿业大学(北京) | 一种焦散线-数字图像相关法同步实验系统及方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE19940217A1 (de) | 2001-03-22 |
DE19940217C5 (de) | 2006-08-10 |
US6563129B1 (en) | 2003-05-13 |
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