Mark Menzuber, responsabile di mercato MTS, e Scott Anderson, ingegnere senior delle applicazioni di MTS, discutono delle opzioni e delle tendenze di misurazione della deformazione senza contatto.
D. Cosa sono le soluzioni di misurazione della deformazione senza contatto?
Menzuber: I tradizionali dispositivi di misurazione della deformazione, come estensimetri ed estensimetri a clip, devono essere collegati al campione, mentre i metodi senza contatto combinano laser o fotocamere digitali con sistemi di registrazione e tecniche di misurazione delle immagini comprovate. Insieme, queste tecnologie di imaging e tecniche di misurazione possono calcolare precisamente spostamenti multiasse, deformazioni e velocità di deformazione per qualsiasi articolo di prova. Scott, vorresti spiegarci qualcosa in più su ciascun tipo di tecnologia di misurazione?
Anderson: Certo, Marco. Le soluzioni di deformazione senza contatto più semplici (NCSS, non-contacting strain solutions) sono unidimensionali (1D), in quanto misurano la distanza tra due punti o segni sul campione da testare. Queste soluzioni 1D sono utilizzate per una misurazione della deformazione tensione/compressione punto a punto per lo spostamento d'apertura della cricca (COD, crack opening displacement). Le tecnologie più comuni utilizzate oggi per questo tipo di NCSS sono i laser, gli scanner di linea ottica e software di correlazione delle immagini digitali (DIC, digital image correlation).
Gli estensimetri senza contatto vengono utilizzati anche per misurazioni 2D (X-Y). Questi dispositivi misurano le deformazioni medie assiali, le deformazioni assiali trasversali (per i valori r, n e k), le misure di taglio e la crescita della cricca.
Le misurazioni della deformazione 3D (X-Y-Z) richiedono una capacità di imaging stereoscopico con almeno 2 set di ottiche che visualizzano lo stesso oggetto da una distanza fissa, per determinare le misurazioni in verticale (Y), in orizzontale (X) e fuori piano (Z ). Tali tecnologie 3D consentono agli utenti di sfruttare il potente software DIC per misurare lo spostamento a tutto campo, la deformazione e la velocità di deformazione.
D. Perché le persone utilizzano dispositivi di misurazione della deformazione senza contatto?
Menzuber: Sebbene ci siano buone ragioni per utilizzare i tradizionali estensimetri a contatto, spesso la misurazione della deformazione senza contatto può migliorare la precisione dei dati e permettere di risparmiare tempo.
Con una soluzione di deformazione senza contatto, i dati delle prove non sono compromessi dal peso o dai bordi taglienti di un dispositivo di contatto sul campione. Questa mancanza di interferenza è particolarmente importante quando si lavora con campioni morbidi o delicati.
La registrazione delle immagini identifica chiaramente le posizioni dei guasti del campione, offrendo opportunità di rivedere e migliorare i dati delle prove, principalmente attraverso regolazioni delle misurazioni post-prova. La capacità di conoscere con precisione le prestazioni del campione significa che è possibile ottenere dati precisi con meno prove, risparmiando tempo. I dati fisici registrati possono anche essere elaborati successivamente e utilizzati per creare, convalidare o persino migliorare i modelli FEA (finite element analysis, analisi degli elementi finiti) esistenti dei materiali selezionati.
Pertanto, le soluzioni di misurazione della deformazione senza contatto possono acquisire facilmente dati precisi e completi; la necessità di dati più dettagliati sulle prestazioni del campione, specialmente quando si valutano nuovi compositi e altri materiali avanzati o campioni con geometrie uniche, sta guidando la domanda di soluzioni senza contatto.
D. Avete esempi di dati più completi che portano a maggiori approfondimenti sui campioni?
Anderson: In genere, gli utenti del sistema di controllo qualità (QC) desiderano semplificare i test e migliorare il numero di prove che possono ottenere da un'apparecchiatura di test e da un operatore in un giorno. Per queste applicazioni in cui il materiale è omogeneo, planare e isotropo, un estensimetro assiale 1D di facile utilizzo è un incredibile risparmio di tempo, poiché non è necessario collegarlo al campione tra le prove.
Per lavori di sviluppo o di ricerca in cui il materiale/campione potrebbero non essere omogenei, planare e isotropo (come un materiale composito o prodotto in modo additivo, o piccoli strutture/dispositivi) potrebbero esserci opportunità per migliorare la produttività del laboratorio di prova catturando visivamente i meccanismi di guasto. Se eseguito in base alla progettazione, il numero di prove richieste può essere drasticamente ridotto. Utilizzando un 2D (camera singola biassiale) o un 3D (sistema stereoscopico), l'utente raccoglie molte più informazioni da una singola prova.
Le prove sui materiali di base con un sistema ottico singolo 2D possono facilmente fornire informazioni sulla deformazione assiale e trasversale per determinare il rapporto di Poisson, r, n, & valori k. L'inclusione di una registrazione video della prova fornisce prove sostanziali dei risultati della prova per i responsabili di laboratorio e gli sponsor della prova.
D. La tendenza verso la misurazione della deformazione senza contatto si sta verificando in tutti i mercati e le applicazioni nelle prove sui materiali?
Menzuber: Grazie a sviluppi relativamente recenti nei processori per computer e alla tecnologia delle lenti digitali ad alta risoluzione, le soluzioni di deformazione senza contatto sono diventate più facili da usare e più convenienti, rendendole una scelta praticabile per tutte le aree di prove sui materiali. Ora i responsabili di laboratorio possono sfruttare le tecnologie di misurazione della deformazione senza contatto per migliorare la precisione dei dati e la produttività del laboratorio. Oggi è disponibile un'ampia gamma di soluzioni, in modo che possano trovare le opzioni che meglio si adattano alla loro serie unica di sfide nelle prove.
D. Cosa rende unico l'approccio di MTS alle soluzioni di deformazione senza contatto?
Menzuber: Riconosciamo che la selezione della migliore soluzione di deformazione senza contatto per un dato laboratorio dipende da numerosi fattori, tra cui applicazioni, materiali e livello di esperienza dell'operatore di prova. Date queste variabili, la soluzione migliore spesso richiede competenze nell'integrazione dei sistemi. Pertanto, la responsabilità di MTS nei confronti dei nostri clienti è comprendere i pro e i contro di tutte le tecnologie NCSS, concentrare le nostre conversazioni iniziali sulle loro specifiche esigenze applicative, quindi consigliare la soluzione ottimale per i loro requisiti di laboratorio completi. Solo dopo aver compreso l'insieme completo degli obiettivi si può formulare una raccomandazione NCSS. A volte tale proposta includerà un prodotto MTS NCSS, ma spesso sfrutteremo una delle nostre numerose relazioni OEM NCSS e collaboreremo su una soluzione integrata che soddisfi al meglio le esigenze di quel cliente.
D. Aspetti, MTS può offrire qualsiasi funzionalità NCSS sul mercato?
Anderson: Sì, lavoriamo a stretto contatto con tutti i principali fornitori di soluzioni senza contatto, così da offrire la soluzione migliore per le esigenze specifiche di ogni cliente. Sappiamo come incorporare i dispositivi di misurazione di Correlated Solutions, GOM, Trilion, Match ID e molti altri con i nostri sistemi di prova per fornire un'esperienza di prova integrata e agevole. Sviluppare la nostra esperienza di integrazione con una varietà di soluzioni senza contatto è il modo in cui crediamo di poter aiutare al meglio i nostri clienti.
D. In che modo MTS aiuta a fornire una soluzione di prova integrata?
Menzuber: Abbiamo messo insieme un core team di ingegneri applicativi ed esperti di integrazione di sistemi che si tengono aggiornati con le tecnologie di misurazione della deformazione senza contatto. Questo team prende in considerazione tutto, dalla compatibilità del sistema all'integrazione e sincronizzazione dei dati di prova. Grazie alla nostra vasta e crescente base di conoscenze nei prodotti e nelle applicazioni NCSS, possiamo ascoltare i requisiti di prova e analisi dei dati di un cliente, riflettere su una varietà di soluzioni disponibili sul mercato e aiutare ad abbinare la soluzione appropriata alle esigenze specifiche dell'applicazione.
D. E per le esigenze del QA/QC tester? Le soluzioni senza contatto non sono eccessive per queste prove più semplici?
Anderson: La loro complessità rispetto ai dispositivi di misurazione della deformazione a contatto è stato uno degli svantaggi dell'utilizzo di soluzioni senza contatto per prove QA/QC. Ora disponiamo di soluzioni straordinariamente facili da configurare e utilizzare per le prove di fatica monotoniche o assiali. Queste soluzioni richiedono un intervento minimo tra le prove da parte dell'operatore, il che le rende ideali per gli ambienti ad alto rendimento presenti nella prova QA/QC.
D. E il ricercatore di materiali? Quali soluzioni ci sono per chi sta facendo ricerca e sviluppo?
Anderson: Per il ricercatore di materiali, l'integrazione, la sincronizzazione e l'analisi dei dati precise sono requisiti di base fondamentali. È qui che MTS lavora a stretto contatto con i fornitori di soluzioni 3D per aiutare i nostri clienti con le loro esigenze di correlazione di immagini digitali, misurazione della deformazione a campo completo, riproduzione video, analisi post-prova e confronto di modelli di analisi degli elementi finiti (FEA). Collaboriamo con esperti in questo campo per assicurarci che l'intera configurazione del sistema di prova del cliente fornisca i risultati di cui ha bisogno.
