Das StrainMaster Portable-System ist modular aufgebaut. Es besteht aus Controller, Software, ein oder zwei Kameras, Beleuchtung sowie Mechanik und ist auch nachträglich erweiterbar (Bild: Polytec)

31.10.2024 Mehr Optionen für Verformungstests in der Materialprüfung

Digitale Bildkorrelation nutzt Fluoreszenz

von Daniel Kaufmann (Polytec GmbH)

In der Materialforschung gilt die digitale Bildkorrelation (Digital Image Correlation, DIC) als etabliertes Verfahren, um sehr genau und berührungslos Verformungen zu erkennen. Das gilt für Zug-, Druck- und Biegetests ebenso wie für Aufprall-, Ermüdungs- oder Druckwellen- Analysen sowie ganz allgemein zur Erkennung von Defekten auch unter der Probenoberfläche. Mittlerweile gibt es Systeme, die statt des üblicherweise auf einer Grundierung aufgebrachten Punktemusters (Speckle-Muster) mit Fluoreszenz arbeiten. Dadurch erschließen sich für die Material- und Bauteilprüfung neue Möglichkeiten, denn Abschattungen und Reflexionen können die Messung nicht beeinträchtigen. Auch stark reflektierende Materialien oder solche, die sich nicht grundieren lassen, können getestet werden und selbst komplexe Geometrien oder biologische Proben lassen sich untersuchen.

DIC-Systeme bieten gegenüber Dehnungsmessstreifen oder Kraftsensoren viele Vorteile, da sie berührungslos arbeiten und sich sehr flexibel nutzen lassen. Sie können Dehnungen über einen weiten Bereich von Microstrain bis zu mehreren 100% messen und auch kleine Proben, im Mikrometerbereich, sind mit Mikroskop-Optiken charakterisierbar. Mit Highspeed-Kameras lassen sich höchste Messraten realisieren, z.B. bei Crashtests in der Automobilindustrie. Die prinzipielle Funktionsweise der DIC-Systeme ist einfach zu verstehen: Basis ist die Auswertung von Bilderserien, um die Verformungen sichtbar zu machen. Dabei wird das Testobjekt i.d.R. weiß grundiert und mit einem dunklen Speckle-Muster versehen, das aus vielen, zufällig verteilten Punkten besteht (Bild 1). Während der Verformung werden dann Bilder des Bauteils mit Industriekameras aufgezeichnet. Für 2D-Messungen genügt eine Kamera, sollen Verformungen dreidimensional erfasst werden, sind zwei Kameras erforderlich. Die Algorithmen zur Bildkorrelation errechnen, wie sich das Punktemuster in den aufgezeichneten Bilderserien verschiebt. Aus den gemessenen Pixelkoordinaten des Musters lassen sich dann die bei der Verformung entstandenen Veränderungen der Probe oder des Bauteils mit großer Genauigkeit bestimmen.