DE2242201A1 - Verfahren und vorrichtung zur fotoelastischen dehnungsmessung - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur fotoelastischen dehnungsmessung

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Manfred Fortmann
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Interatom Internationale Atomreaktorbau GmbH
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Interatom Internationale Atomreaktorbau GmbH
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/16Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. optical strain gauge
    • G01B11/18Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. optical strain gauge using photoelastic elements
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00Measuring force or stress, in general
    • G01L1/24Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infrared, visible light, ultraviolet
    • G01L1/241Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infrared, visible light, ultraviolet by photoelastic stress analysis

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Description

  • Verfahren und Vorrichtung zur fotoelastischen Dehnungsmessung Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur fotoelastischen Dehnungsmessung vermittels auf den zu untersuchenden Gegenstand aufgeklebter, durchsichtiger Folien, deren optische Bigenschaften durch die Dehnungsverformung verändert werden, und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens. Das Verfahren dient dazu, den durch Einwirkung von Kräften, beispielsweise fluider Druck oder Einzellasten in einem diesen Kräften ausgesetzten Gegenstand hervorgerufenen Spannungszustand durch das Sichtbarmachen der dadurch hervorgerufenen Dehnungsverformung zu untersuchen. Das Verfahren eignet sich besonders zur Untersuchung von Gegenständen, die infolge ihrer geometrisch komplizierten Form und/oder der Vielzahl der auf sie einwirkenden Kräfte einer rein rechnerischen Beurteilung dieses Dehnungsverhaltens nicht zugänglich sind. Verfahren zur fotoelastischen Dehnungsmessung sind an sich bekannt, beispielsweise aus Mesmer: Spannungsoptik, Berlin 1Y39. is ist gleichfalls bekannt, statt eines aus Glas oder Kunstharz gefertigten, durchsichtigen Modells des zu untersucllenden Gegenstandes, das mit richtiger Sparlnungsverteilung und geeigneter Beleuchtung in polarisiertem Licht beobachtet wird, das Dehnungsverhalten des zu untersuchenden Gegenstandes selbst zu beobachten, indem die Spannllngsverteilung in durchsichtigen Kunstharzfolien sichtbar gemacht wird, die auf den Gegenstand geklebt sind und infolge ihrer festen Verbindung mit diesem in gleicher Weise verformt werden. Durch die Verwendung von lichtreflektierendem Kleber wird eine Reflektion des polarisierten Lichtes erreicht, so daR die beim zweimaligen Durchdringen der Kunstharzfolie auftretende optische Anisotropie zur Bestimmung der Spannungsverteilung benutzt werden kann. Die Hauptdehnungsrichtung und der Betrag der Hauptdehnungsdifferenz werden mit einem Reflektionspolariskop bestimmt, für die Ermittlung der Hauptdehnungsbeträge ist jedoch eine Vorrichtung erforderlich, die das Licht schräg in die Kunstharzfolie einspiegelt, und eine zweite Messung ist erforderlich. Dies setzt den bekannten Verfahren bestimmte Grenzen, und zwar bewirkt der schräge Lichteinfall eine von der Foliendicke (die zumeist mehrere Millimeter beträg-t) abhängige Streckung des Messpunktes zu einer Linie, auf der ein Dehnungsmittelwert gebildet werden muß. Dieser Effekt ist bei der Untersuchung inhornogener Dehnungsfelder von Nachteil. Um einen weit auseinanderlaufenden Strahler.-gang des schräg in die Kunstllarzfolie eingespiegelten polarisierten Lichtes zu vermeiden, ist es ferner erEorderlich, diese Spiegel in unmittelbarer ge der Folie anzuordnen. Dies ist besonders bei der Untersuchung von innendruckbelasteten Bauteilen mit Berstrisiko oder an -geometrisch beschränkt zugänglichen Flächen unvorteilhaft.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur fotoelastischen Dehnungsmessung, das die erwähnten Nachteile vermeidet, und eine Vorrichtung, die zur Durchführung dieses Verfahrens geeignet ist.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, daß der zu untersuchende Gegenstand mit kohärentem Licht beleuchtet wird und die Interferenz zwischen den an der der Lichtquelle zugewandten und den an der von derselben J abgegandten Oberfläche der Folie reflektierten Lichtstrahlen gemessen wird. Dabei erreichen alle Lichtstrahlen phasengleich die Oberfläche der Folie. Hier wird ein Teil des Lichstrahles direkt reflektiert und der andere Teil durch die Folie dringen und erst an deren Rückseite reflektiert.
  • Dabei kommt es an der Folienoberfläche zu Interferenzen, deren Phasenlage sich in bekannter Weise durch dehnungsabhängige Dickenänderungen der Folie und Anderungen ihrer optischen Eigenschaften verschiebt. Das Dehnungsverhalten des zu untersuchenden Gegenstandes wird dann durch das Beobachten der durch die Interferenzen hervorgerufenen Hell-Dunkelwechsel an der Oberfläche der Folie ermittelt.
  • In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vorgeschlagen, daß der zu untersuchende Gegenstand mit kohärentem, polarisiertem Licht beleuchtet und die Polarisationsachse des Lichtes abwechselnd in die Richtung der Dehnungsachsen des Gegenstandes geschwenkt wird. Hierdurch werden die zwei Dehnungshauptrichtungen erfaßt, indem diese dann mit den Lichtachsen übereinstimmen, wenn die in Intervallen vorgenommene schwenkung der Polarisationsachse zwischen zwei Richtungen die größte Interferenzverschiebung verursacht. Werden die im Verlauf der Verformung an einem Punkte des Gegenstandes aufgetretenen Hell-Dunkelwechsel gezählt, und zwar für jede Richtung der Polarisationsachse einzeln, lassen sich. die absoluten Dehnungsbeträge aus folgenden Gleichungen ermitteln: = =a (Ny - bNx) (3) = =a (Nx- bNy) (4) Darin sind: x, y = die Indizes der Richtungen der Polarisationsachse a,b = Konstanten für eine gegebene Folie und eine Lichtquellenlänge = Dehnung A =Querkontraktion der Folie k = optische Empfindlichkeit der Schicht X = Lichtwellenlänge t = Dicke der Folie N = die Anzahl der Hell-Dunkelwechsel Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer Quelle kohärenten, polarisierten, monochromatischen Lichtes (Laser-Gerät), einer Vorrichtung zur Umwandlung des Lichtes in elektrische Energie (Fotozelle) oder zu seiner fotografischen Fixierung (Foto- oder Filmkamera) und einer auf den zu untersuchenden Gegenstand aufgeklebten, durchsichtigen Folie besteht, die an ihrer der Lichtquelle zugewandten Oberfläche mit einem teilreflektierenden, an ihrer von der Lichtquelle abgewandten Oberfläche mit einem vollreflektierenden Belag versehen ist.
  • Für die folgende Erläuterung der erfindungsgemäßen Vcrrichtung wird auf die Zeichnung hingewiesen, in der Figur 1 den schematischen Aufbau eines Ausführungsbeispieles der Vorrichtung, zeigt, und Figur 2 ein vereinfachtes Beispiel eines mit Hilfe der Vorrichtung gewonnenen Meßdiagramms.
  • Figur 3 zeigt, ebenfalls schematisch, ein weiteres Ausführungsbeispiel der Vorrichtung.
  • In Figur 1 ist Teil 1 der Gegenstand, dessen Dehnungsverhalten untersucht werden soll, und auf dessen Oberfläche eine hier übertrieben dick dargestellte, lichtdurchlässige Folie (2) geklebt ist. Die Folie (2) itst an ihrer dem Gegenstand zugewandten Seite mit einem vollreflektierenden Belag (3) und an ihrer vom Gegenstand (1) abgewandten Seite mit einem -teilreflektierenden Belag (4) versehen. Die Beläge (3 und 4) können beispielsweise durch Aufdampfen oder Aufsprühen hergestellt sein. Die Meßvorrichtung selbst besteht aus einem Laser-Gerät (5), bei dem in nicht näher beschriebener Weise die Polarisationsachse geschwenkt werden kal-ln, aus einer Fotozelle (6), einem Verstärker (7) und einem Anzeigegerät (8), das unter der Bezeichnung x,y-Schreiber bekannt ist. Der vom Laser-Gerät (5) erzeugte Strahl kohärenten, polarisierten und monochromatischen Lichtes wird auf den zu untersuchenden Punkt des Gegenstandes (1) gerichtet und je zum Teil von den Belägen (3 und 4) reflektiert.Hierdurch entstehen Interferenzen, die in bekannter Weise auf der dem Laser-Gerät (5) zugekehrten Oberfläche der Folie (2) als Hell-Dunkelwechsel sichtbar werden. Das von den Belägen (3 und 4) reflektierte Licht trifft auf die Fotozelle (6), die auf den gleichen Punkt des Gegenstandes (1) ausgerichtet ist, wie auch das Laser-Gerät (5). Wird der Gegenstand (1) verformt, und mit ihm die Folie (2), tritt in dieser eine Dickenkontraktion und eine Anderung ihres Brechungsindexes auf. Die Interferenz der reflektierten Lichtstrahlen und die von ihnen auf der Oberfläche der Folie (2) hervorgerufenen Lichtmuster ändern sich gleichfalls. Die Änderung in der Intensität des zur Fotozelle (6) reflektierten Lichtes bewirkt eine Änderung des in ihr erzeugten elektrischen Stromes, der über den Verstärker (7) dem Anzeigegerät (8) zugeführt wird, Dieses Gerät macht, wie aus der Figur 2 ersichtlich, die Intensität (I) des zur Fotozelle (6) reflektierten Lichtes in Abhängigkeit von der Belastung (P) sichtbar, der der Gegenstand (1) unterworfen wird.
  • Wird das Laser-Gerät (5) in bestimmten Intervallen um z.B.
  • 900 um seine Polarisationsachse geschwenkt, können bei entsprechender Steuerung des Anzeigegerätes (8) in diesem die Intensitäts-Belastungskurve für jede der beiden Dehnungsrichtungen sichtbar gemacht werden, was in der Figur 2 durch die mit x und y bezeichneten Kuren dargestellt'ist.
  • Bei ausreichender optischer Qualität der Folie (2), die verhindert, daß die Interferenzlinien vom Zentrum des Lichtstrahles ausgehend schnell in ein gemischtes Grau übergehen, ist es möglich, Dehnungen über einen gewissen Flächenbereich zu erfassen. Die-Figur 3 zeigt ein weiteres mögliches Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung, in der die Fotozelle (6) durch eine fotografische Kamera (9) ersetzt ist. Mit Hilfe der Kamera (9) werden die Hell-Dunkelwechsel in dem Bereich der Folie (2), in dem noch unterscheidbare Interferenzlinien auftreten, im Rhythmus zum Polarisationsrichtungswechsel.
  • und zur Änderung der Belastung des Gegenstandes (1) fotografisch festgehalten. Werden die mit Hilfe der Kamera (9) hergestellten Bilder in hier nicht dargestellter Weise beispielsweise auf eine Leinwand projiziert, kann jeder Punkt dieses Bereiches untersucht werden. Um die Parallaxe zwischen dem Laser-Gerät (5) und der Kamera (9) auszuschalten, weist die in der Figur 3 beschriebene Vorrichtung einen halbdurchlässigen Spiegel (10) auf, der in bekannter Weise bewirkt, daß der .von den Belägen (3 und b) in entgegengesetzt gleicher Richtung zurückgeworfene Lichtstrahl teilweise in Richtung auf die Kamera (9) abgelenkt wird.

Claims (3)

Schutzansprüche
1. Verfahren zur fotoelastischen Dehnurigsmessung vermittels auf den zu untersuchenden Gegenstand aufgeklebter, durchsichtiger Folien, deren optische Eigenschaften durch die Dehnungsverformung verändert werden, dadurch gekennzeichnet, daß der zu untersuchende Gegenstand (1) mit kohärentem Licht beleuchtet wird und die Interferenz zwischen den an der der Lichtquelle zugewandten (4) und den an der von derselben abgewandten Oberfläche (3) der Folie (2) reflektierten Lichtstrahlen gemessen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zu untersuchende Gegenstand (1) mit kohärentem, polarisierten Licht beleuchtet und die Polarisationsachse des Lichtes abwechselnd in die Richtung der Dehnungsachsen (x,y) des Gegenstandes (1) geschwenkt wird.
3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und/oder 2, bestehend aus einer Quelle kohärenten, polarisierten, monochromatischen Lichtes (5), einer Vorrichtung zur Umwandlung des Lichtes in elektrische Energie (7) oder zu seiner fotografischen Fixierung (9) und einer auf den zu untersuchenden Gegenstand (1) aufgeklebten, durchsichtigen Folie (2), die an ihrer der Lichtquelle zugewandten Oberfläche mit einem teilreflektierenden (4),an anihrer von der Lichtquelle abgewandten Oberfläche mit einem vollreflektierenden Belag (3) versehen ist. L e e r s e i t e
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0201861A2 (de) * 1985-05-08 1986-11-20 Firma Carl Zeiss Verfahren und Vorrichtung zur optischen Spannungsmessung
DE3704390A1 (de) * 1987-02-12 1988-08-25 Polychemie Gmbh Verfahren zur darstellung von spannungen und/oder verformungen von verbundsystemen der bautechnik und anordnung zur durchfuehrung dieses verfahrens
WO2013064139A1 (de) * 2011-10-31 2013-05-10 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg Verfahren zur ermittlung eines bearbeitungsergebnisses bei einer oberflächenbearbeitung von bauteilen

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0201861A2 (de) * 1985-05-08 1986-11-20 Firma Carl Zeiss Verfahren und Vorrichtung zur optischen Spannungsmessung
EP0201861A3 (en) * 1985-05-08 1988-05-11 Firma Carl Zeiss Optical tension-measuring process and device
DE3704390A1 (de) * 1987-02-12 1988-08-25 Polychemie Gmbh Verfahren zur darstellung von spannungen und/oder verformungen von verbundsystemen der bautechnik und anordnung zur durchfuehrung dieses verfahrens
WO2013064139A1 (de) * 2011-10-31 2013-05-10 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg Verfahren zur ermittlung eines bearbeitungsergebnisses bei einer oberflächenbearbeitung von bauteilen
US9383302B2 (en) 2011-10-31 2016-07-05 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg Method for determining a machining result during surface machining of components

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