DE2631663A1 - Beruehrungslose messung relativer laengenaenderung auf der basis von laufzeitvergleichsmessungen von laser-reflexen bei kontinuierlicher abtastung der messlaenge - Google Patents

Description

• 1. Titel
• Berührungslose Messung relativer Längenänderung auf der Basis von Laufzeitvergleichsmessungen von Laserreflexen bei kontinuierlicher Abtastung der Meßlänge 2. Anwendung: - Dehnungsgesteuerte Schwingversuche auch bei höherer Prüffrequenz und Temperatur -- Dehnungsmessungen an Kerben -- COD-Messungen (Bruchmechanik) -- Bestimmung der Dehngrenzen und des Elastizitätsmoduls an ultraspröden Werkstolfen -3. Stand der Technik 3.1 Konventionnelle Geräte zur Messung relativer Längenänderung erfordern einen direkten mechanischen Kontakt zum f4eßobjekt Damit werden die Anwendungsmöglichkeiten eingeschränkt.
• Z.B. durch: Temperaturbeeinflussung des Meßfühlers bei Messungen oberhalb und unterhalb der Raumtemperatur Verletzung des Meßobjektes durch Schneiden Notwendigkeit einer bestimmten geometrischen Form der Meßstrecke 3.2 Berührungslose Extensomete@, die mit normalem Licht arbeiten, sind techni ;ch aufwendig und damit äußerst kostspielig. Die Meßlänge muß durch deutliche Schwarz-Weiß-Kanten markiert werden. Eine Änderung der Meßlänge bedeutet in der Regel ein Wechseln der Aufnahmeoptik.
• Bisher bekannte berührungslose Meßverfahren mit Laserstrahlen (Laserinterferometer oder Prinzip der Intensitätsunterschiede) sind ebenfalls sehr aufwendig oder auf spezielle Ai wendungsgebiete beschränkt.
• 4. Neßaufgabe Berührungslose Messung der relativen Längenänderung ( = Dehnung) voll statisch oder dynamisch belasteten Materialproben und Konstruktionselementen.
• 5. Meßprinzip 5.1 Vorbereitung des Meßobjektes Am Meßobjekt wird eine Zone mit unterschiedlichem Reflexionsverhalten gegenüber der Umgebung benötigt.
• Das Aufbringen der Zone geschieht durch g--ringfügige.s Aufrauhen der Oberflache oder durch Aufdampfen von matten Schichte (bevorzugt für Messungen bei höheren Temperaturen).
• Die Breite der Zone muß nur geringfügig über dem Laserstrahldurchmesser liegen. Die Länge der Zone (= Meßlänge) wird nur von der Größe und @ Form des Meßobjektes begrenzt, sowie von sonstigen Versuchsgegebenheiten (Heizofen, Gestänge u.ä.). Meßlängen 4 1 mm sind möglich.
• 5.2 Meßverfahren Ein auf das Meßobjekt fokussierter Strahl eines Kleinlasers rastert mit Hilfe eines rotierenden Polygonspiegels die in 5.1 beschriebene Meßlänge ab. Ein Photodetektor mit vorgeschalteter Optik wandelt das vom Meßobjekt reflektierte I,aserlicht in Rechteckimpulse um, deren Breite ein Maß für die momentane absolute Meßlänge ist. Ein Strahlungsteiler lenkt eine@ Teil des vom Polygonspiegel abgelenkten Stahles über eine verstellbare Blende auf einen zweiten gleichartigen Photodetektor. Dabei entsteht ein konstantes Referenzsignal, deren Breite der Meßlänge 10 entspricht. Die elektonische Subtraktion von Meß- und Referenzsignal ergibt die Längenänderung = l1 - l0. Die elektronische Division dieser Differenz durch ds Referenzsignal de relative Längenänderung £, Eine Relativbewegung des Meßobjektes zum Meßgerät ist chne Bedeutung auf das Meßergebnis, da sich die dabei entstehenden Differenzsignalpaare durch entgegengese-tzte Vorzeichen aufheben. Durch die Division kürzen sich etwaige Schwankungen in der Stbtastfrequenz heraus. Störungen durch Fremdlicht werden durch eingebaute optische Falter, die auf die Wellenlänge des Lasers abgestimmt sind, ausgeschaltet.
• 6. Vorteile des Verfahrens Berührungslose Messung der relativen Längenänderung mit kontinuierlich verstellbaren Meßlängen an bewegten Teilen.
• Für Messungen bei höheren Temperaturen sind nur geringe Spaltöffnungen in Heizofen notwendig.
• Verwendung von beliebigen Probenformen Niedrige Herstellungskosten bei Serie@reife.
• L e e r s e i t e

Claims (6)

1. FORMULIERUNG DER ANSPRUCHE 1. ) Verfahren zur berührungslosen Messung relativer Längenänderungen dadurch gekennzeichnet, daß ein Laserstrahl mit Hilfe einer periodischen Strahlablenkung (siehe Blockschaltbild) eine Meßzone (=Meßlänge) mit unterschiedlichem Reflexionsverhalten gegenüber ihrer unmittelbaren Umgebung, definierbaren Länge auf einem beliebigen Meßobjekt überstreicht und daß die zu Beginn und Ende der Meßzone entstehenden Intensitätssprünge des vom Meßobjekt reflektierten Laserlichts zur Laufzeitmessung herangezogen werden, wobei die Laufzeit ein Maß für die momentane Länge der Meßlänge ist.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Intensitätssprünge von einem Photodetektor mit vorgeschalteter Optik (Sjrnmellinse und Interferenzfilter zur Ausschaltung von Störlicht) in Rechteckimpulse umgewandelt werden, deren Impulsbreite der LauFzeit und damit der Meßlänge verhältnisgleich ist.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß durch Strahlungsteilung nach der Strahlablenkung ein Teil des Laserstrahls eine verstellbare Blende überstreicht und mit Hilfe eines baugleichen Fotodetektors (wie in Anspruch 2) konstante Referenzsignale erzeugt und damit eine an sich bekannte Differenzmessung zur Darstellung kleinster Änderungen der Meßgröße ermöglicht.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß durch elektronische Division von Differenz- und Referenzsigral die gewünschte relative Längenänderung als Meßgröße am Ausgang zur Verfügung steht und gleichzeitig eine Frequenzschwankung der Strahlablenkung als mögliche Störgröße herausgekürzt wird.
5. 5. AuFbringen der Meßlänge für das Verfahren nach Anspruch 1 bis 4 auf einem beliebigen Meßobjekt, dadurch gekennzeichnet, daß die notwendigen Reflexionsunterschiede durch geringfügiges Aufrauhen (mit einem Miniatur-Sandstrahlgebläse) erreicht wird
6. 6. Aufbringen der Meßlänge für das Verfahren nach Anspruch 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, daß für Versuche bei höheren Temperaturen eine Schicht mit unterschiedlichem Reflexionsverhalten gegenüber der Umgebung der Meßlänge durch AuFdampfen aufgebracht wird.