Mark Menzuber, MTS Market Manager, und Scott Anderson, MTS Senior Applications Engineer, diskutieren Möglichkeiten und Trends der berührungslosen Dehnungsmessung.
F. Was sind berührungslose Dehnungsmesslösungen?
Menzuber: Herkömmliche Dehnungsmessgeräte, wie Dehnungsmessstreifen und Clip-On-Extensometer, müssen am Prüfkörper angebracht werden, während berührungslose Methoden Laser oder Digitalkameras mit Aufzeichnungssystemen und bewährten Bildmessverfahren kombinieren. Zusammen können diese bildgebenden Technologien und Messverfahren Mehrachsenverschiebungen, Dehnungen und Dehnungsraten für jeden beliebigen Prüfgegenstand genau berechnen. Scott, möchten Sie etwas mehr über die einzelnen Arten der Messtechnik erklären?
Anderson: Sicher, Mark. Die einfachsten berührungslosen Dehnungslösungen ( non-contacting strain solutions bzw. NCSS) sind eindimensional (1D) und messen den Abstand zwischen zwei Punkten oder Marken auf der zu testenden Probe. Diese 1D-Lösungen werden für die Punkt-zu-Punkt-Zug-/Druck-Dehnungsmessung und die Rissöffnungsprüfung (crack opening displacement bzw. COD) verwendet. Die gebräuchlichsten Technologien, die heute für diese Art von NCSS verwendet werden, sind Laser, optische Zeilenscanner und digitale Bildkorrelationssoftware (digital image correlation bzw. DIC).
Berührungslose Extensometer werden auch für 2D-Messungen (x und y) eingesetzt. Diese Geräte messen axiale Mittelwertdehnungen, axiale Querdehnungen (für r-, n- und k-Werte), Scherungsmessungen und Risswachstum.
3D-Dehnungsmessungen (x, y und z) erfordern eine stereoskopische Bildgebung mit mindestens zwei Optiksätzen, die dasselbe Objekt in einem festen Abstand voneinander betrachten, um die vertikalen (y) und horizontalen (x) sowie die Messungen außerhalb der Ebene (z) zu bestimmen. Mit diesen 3D-Technologien können Anwender die leistungsstarke DIC-Software nutzen, um Verschiebung, Dehnung und Dehnungsrate im gesamten Feld zu messen.
F. Warum werden berührungslose Dehnungsmessgeräte eingesetzt?
Menzuber: Obwohl es gute Gründe gibt, traditionelle berührende Extensometer zu verwenden, kann die berührungslose Dehnungsmessung die Datengenauigkeit oft verbessern und Zeit sparen.
Bei einer berührungslosen Dehnungslösung werden die Testdaten nicht durch das Gewicht oder die scharfen Kanten einer kontaktierenden Vorrichtung auf der Probe beeinträchtigt. Dieses Fehlen von Störungen ist besonders wichtig, wenn Sie mit weichen oder empfindlichen Proben arbeiten.
Die Bildaufzeichnung identifiziert eindeutig die Fehlerstellen der Probe und bietet die Möglichkeit, die Testdaten zu überprüfen und zu verbessern, vor allem durch Anpassungen der Messungen nach dem Test. Die Möglichkeit, genau zu wissen, wie sich die Probe verhält, bedeutet, dass genaue Daten mit weniger Tests gewonnen werden können, was Zeit spart. Die aufgezeichneten physischen Daten können auch nachbearbeitet und zur Erstellung, Validierung oder sogar Verbesserung bestehender FEA-Modelle (Finite-Elemente-Analyse) ausgewählter Materialien verwendet werden.
Berührungslose Dehnungsmesslösungen können also auf einfache Weise genaue und umfassende Daten erfassen. Der Bedarf an detaillierteren Daten über die Prüfkörperleistung, insbesondere bei der Bewertung neuer Verbundwerkstoffe und anderer fortschrittlicher Materialien oder Prüfkörper mit einzigartigen Geometrien, treibt die Nachfrage nach berührungslosen Lösungen voran.
F. Haben Sie Beispiele für umfangreichere Daten, die zu besseren Erkenntnissen über die Prüfkörper führen?
Anderson: In der Regel möchten Benutzer von Systemen zur Qualitätskontrolle (quality control bzw. QC) ihre Tests rationalisieren und die Anzahl der Tests, die sie an einem Tag mit einer Testmaschine und einem Bediener durchführen können, verbessern. Für diese Anwendungen, bei denen das Material homogen, planar und isotrop ist, ist ein einfach zu bedienendes axiales 1D-Extensometer eine unglaubliche Zeitersparnis, da es zwischen den Prüfungen nicht an der Probe befestigt werden muss.
Bei Entwicklungs- oder Forschungsarbeiten, bei denen das Material/die Probe nicht homogen, planar und isotrop ist (z. B. Verbundwerkstoffe, generativ gefertigte Materialien oder kleine Strukturen/Geräte), kann es Möglichkeiten geben, die Produktivität des Prüflabors durch die visuelle Erfassung von Fehlermechanismen zu verbessern. Wenn dies konstruktiv geschieht, kann die Anzahl der erforderlichen Tests drastisch reduziert werden. Durch die Verwendung eines biaxialen 2D-Einkamerasystems oder eines stereoskopischen 3D-Systems sammelt der Anwender viel mehr Informationen aus einer einzigen Prüfung.
Grundlegende Materialprüfungen mit einem 2D-Einkamerasystem können leicht Informationen über axiale und transversale Dehnungen liefern, um die Poissonzahl und die r-, n- und k-Werte zu bestimmen. Die Einbindung einer Videoaufzeichnung des Tests bietet einen aussagekräftigen Nachweis der Testergebnisse für Laborleiter und Testsponsoren.
F. Ist der Trend zur berührungslosen Dehnungsmessung markt- und anwendungsübergreifend in der Materialprüfung zu beobachten?
Menzuber: Dank relativ neuer Entwicklungen bei Computerprozessoren und hochauflösender digitaler Linsentechnologie sind berührungslose Dehnungslösungen einfacher zu handhaben und erschwinglicher geworden, was sie zu einer praktikablen Wahl für alle Bereiche der Materialprüfung macht. Jetzt können Laborleiter die Vorteile der berührungslosen Dehnungsmesstechnik nutzen, um die Datengenauigkeit und die Produktivität im Labor zu verbessern. Es gibt heute eine breite Palette von Lösungen, sodass sie die Optionen finden können, die am besten zu ihren individuellen Testherausforderungen passen.
F. Was ist das Besondere am Ansatz für berührungslose Dehnungslösungen vom MTS?
Menzuber: Wir sind uns bewusst, dass die Auswahl der besten berührungslosen Dehnungslösung für ein bestimmtes Labor von zahlreichen Faktoren abhängt, einschließlich Anwendungen, Materialien und Fachwissen des Testpersonals. In Anbetracht dieser Variablen erfordert die beste Lösung oft Fachwissen zur Systemintegration. Die Verantwortung von MTS gegenüber unseren Kunden besteht also darin, die Vor- und Nachteile aller NCSS-Technologien zu verstehen, unsere ersten Gespräche auf ihre spezifischen Anwendungsanforderungen zu konzentrieren und dann die optimale Lösung für ihre umfassenden Laboranforderungen zu empfehlen. Erst wenn wir alle Ziele verstanden haben, geben wir eine NCSS-Empfehlung ab. Manchmal beinhaltet dieses Angebot ein NCSS-Produkt von MTS, aber oft nutzen wir auch eine unserer vielen NCSS OEM-Beziehungen auf diesem Gebiet und arbeiten gemeinsam an einer integrierten Lösung, welche die Bedürfnisse des Kunden am besten erfüllt.
F. MTS kann also jede NCSS-Fähigkeit auf dem Markt anbieten?
Anderson: Ja, wir arbeiten eng mit allen führenden Anbietern von berührungslosen Lösungen zusammen, um jedem Kunden die beste Lösung für seine spezifischen Anforderungen zu bieten. Wir wissen, wie wir Messgeräte von Correlated Solutions, GOM, Trilion, Match ID und vielen anderen in unsere Prüfsysteme einbinden können, um eine integrierte, nahtlose Testerfahrung zu bieten. Wir glauben, dass wir unseren Kunden am besten helfen können, indem wir unsere Integrationskompetenz mit einer Vielzahl von berührungslosen Lösungen ausbauen.
F. Wie hilft MTS bei der Bereitstellung einer integrierten Testlösung?
Menzuber: Wir haben ein Kernteam von Anwendungsingenieuren und Systemintegrationsexperten zusammengestellt, das hinsichtlich der berührungslosen Dehnungsmesstechnik immer auf dem neuesten Stand ist. Dieses Team berücksichtigt alles von der Systemkompatibilität bis hin zur Testdatenintegration und -synchronisation. Aufgrund unserer großen und wachsenden Wissensbasis in Bezug auf NCSS-Produkte und -Anwendungen können wir uns die Test- und Datenanalyseanforderungen eines Kunden anhören, eine Vielzahl von auf dem Markt verfügbaren Lösungen reflektieren und dabei helfen, die passende Lösung für die spezifischen Anwendungsanforderungen zu finden.
F. Wie sieht es mit den Bedürfnissen des QA/QC-Testers aus? Sind berührungslose Lösungen für diese einfacheren Tests nicht übertrieben?
Anderson: Ihre Komplexität im Vergleich zu berührenden Dehnungsmessgeräten ist einer der Nachteile bei der Verwendung von berührungslosen Lösungen für QA/QC-Tests gewesen. Wir haben jetzt Lösungen, die bemerkenswert einfach einzurichten und für monotone oder axiale Ermüdungsprüfungen zu verwenden sind. Diese Lösungen erfordern nur sehr wenige Bedienereingriffe zwischen den Tests, was sie ideal für die Umgebungen mit hohem Durchsatz macht, die bei QA/QC-Tests zu finden sind.
F. Was ist mit dem Materialforscher? Welche Lösungen gibt es für diejenigen, die F&E betreiben?
Anderson: Für den Materialforscher sind die genaue Datenintegration, -synchronisation und -analyse wichtige Grundvoraussetzungen. Hier arbeitet MTS eng mit den Anbietern von 3D-Lösungen zusammen, um unsere Kunden bei ihren Anforderungen an den Modellvergleich bei der digitalen Bildkorrelation, Vollfeld-Dehnungsmessung, Videowiedergabe, Post-Test-Analyse und Finite-Elemente-Analyse (FEA) zu unterstützen. Wir arbeiten mit Experten auf diesem Gebiet zusammen, um sicherzustellen, dass der gesamte Prüfsystemaufbau des Kunden die gewünschten Ergebnisse liefert.
