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Q400 - DIC Systeme zur flächenhaften Messung von Verformung und Dehnung

 

checkmark   Flexibler Dehnungssensor für ein breites Anwendungsspektrum

checkmark   Bildfelder von ca. 1x1mm² bis 10x10m²

checkmark   Einfache Bedienung und vollautomatische Kalibrierung in 20 Sekunden

checkmark   Integrierte Anwendungsmodule für automatisches Post-Prozessing

checkmark   Zertifizierbar nach ISO9513 bzw. VDI/VDE2626

Q400 - Messsystem für die 3D Deformationsanalyse bei Materialprüfung und Bauteilprüfung

 

Mit dem Q400 Messsystem wird die ortsaufgelöste 2D oder 3D Deformationsanalyse präzise, schnell und anwenderfreundlich durchgeführt. Das flächenhaft und berührungslos messende System liefert anschauliche Ergebnisse mit einem hohen Mehrwert gegenüber Dehnungsmessstreifen (DMS) und taktilen Sensoren. Das modulare System zeichnet sich durch hohe Flexibilität des optischen Aufbaus aus und kann damit optimal an die jeweilige Aufgabenstellung angepasst werden. Die intuitive Messsoftware Istra4D liefert zu jedem Messwert (Verschiebung, Deformation, Dehnung, 3D Koordinaten, etc.) auch die dazugehörige Messgenauigkeit. Durch optimierte Algorithmen kann Istra4D lokale Effekte z.B. beim Risswachstum besser auflösen als andere DIC Systeme. Über einen besonderen Cluster-Ansatz lassen sich bis zu 16 Kameras in einem Q400 System verwenden wodurch eine bessere Oberflächenabdeckung bei komplexen Bauteilgeometrien und eine höhere Meßgenauigkeit erreicht wird.

 

  • Ortsaufgelöste Messung von 3D Koordinaten, Verschiebungen und Dehnungen dargestellt als 2D Überlagerung oder als 3D Modell
  • Vollautomatische Kalibrierung mit Echtzeit-Tracking und Qualitäts-Angabe
  • Modulares Software Paket mit Bildaufnahme, Auswertung und Visualisierung
  • Leistungsfähige Integration von hochauflösenden Kameras und Hochgeschwindigkeitskameras
  • Die erreichte Messgenauigkeit wird für jede Messgröße und jeden Messpunkt angegeben und gibt dem Anwender Messsicherheit
  • Synchronisierte Bildaufnahme mit bis zu 8 analogen Eingangssignalen
  • Benutzerdefinierte Koordinatensysteme
  • Open-Source Datenformat erlaubt den direkten Daten-Zugriff aus Matlab, Scilab, etc.
  • Programmierbare Bildaufnahmeprozeduren zur Realisierung von komplexen Aufnahmeprozessen 
  • Mehr-Kamera-System – Vollintegriertes System mit bis zu 16 Kameras liefert eine bessere Genauigkeit und Oberflächenabdeckung bei komplexen Oberflächen
  • 4-Kamerasystem zur simultanen Messung auf Probenvorder- und Rückseite sowie der Dicke und Dickenänderung.
Mittels Q400 gemessene Dehnung auf einer Wasserrohrzange

 
Messergebnis einer Q400-Dehnungsmessung an einer Wasserrohrzange. Durch die Belastung beim Zusammendrücken werden die roten Bereiche auf Zug und die blauen Bereiche auf Druck belastet.

Systemvariante Eigenschaft Anwendung
Q-400-2D 2D-DIC "Einsteigersystem" mit einer Kamera. Messung an flachen Proben
Q-400-3D 3D-DIC Stereo-System Messung an beliebigen Objektgeometrien
Q-400-EDU 3D-DIC System für Bildungseinrichtungen Flexibles System für den Einsatz in Lehre und Praktika

Q-400-TRIPLE

3D-DIC System mit 3 Kameras Bessere Messgenauigkeit als mit 2 Kameras
Bessere Oberflächenabdeckung bei komplexen Oberflächen
Q-400-4CAM 3D-DIC System mit 4 Kameras (2x 2 Kameras) Für die Messung der Dehnungsverteilung auf Vorder- und Rückseite sowie von Dicke,  Dickenänderung und Volumen bei der Materialprüfung
Q-400-MultiCAM Mehrkamera-System mit bis zu 16 Kameras

Bessere Oberflächenabdeckung bei komplexen Oberflächen
8 Kameras für die 360°-Messung bei zylindrischen Objekten

Q-400-µDIC DIC System mit Stereomikroskop Messung an kleinen Bildfeldern (ca. 0,5 x 0,5mm bis 17x17mm)
Q-400-Vibro Kombination aus Q400 und der Triggereinheit PhaseTriggerLS (Strobe-CAM) Für Schwingungsmessung/Modalformen bei periodischer Anregung
Q-450 System mit Hochgeschwindigkeitskameras Für dynamische Anwendungen und für Vibrationsmessung bei nicht-periodischen Anregungen

Durch unser modulares Konzept können die Systeme um zusätzliche Kameras erweitert werden.
 

Eigenschaften (abhängig von der gewählten Hardware):

Messfeldgrößen 1mm² bis 100m²
Genauigkeit für 3D-Bewegung 0,01 Pixel (entspricht 1µm bei 1MPixel-Kamera und 100x100mm Messfeld)
Genauigkeit für Dehnung 50 µstrains (=0.005%) bei Messung mit hoher Ortsauflösung
5 µstrains als Extensometer
Dehnungsmessbereich 1µstrain bis 1000%

Kameraauflösung

0,3 MPixel (VGA) bis 48 MPixel
Die Q400 Systeme können aus einer großen Auswahl an Kameras ausgestattet werden:
Standardsystem: 12MPixel bei 30 Hz Bildrate
Bildaufnahmerate Statische Systeme:    1Hz bis ca. 100Bilder/s bis 48Mpixel Auflösung
Midspeed-Systeme:   bis 560Hz bei 4MPixel Auflösung
Highspeed-Systeme: bis 2.000.000 Bilder/s bis 8MPixel Auflösung
Kameraschnittstellen GigE,  USB3, 10GigE, Coax-Express
Echtzeit-Auswertung Optionales Softwaremodul

Das Anwendungsspektrum der Q400-Systeme ist sehr breit gefächert.
Die wesentlichen Voraussetzung für den Einsatz sind

  1. der optische Zugang der zu messenden Bauteiloberfläche
  2. ein auf der Oberfläche vorhandenes natürliches Muster oder ein präpariertes Specklemuster

Es kann auf nahezu allen Materialen gemessen werden: Holz, Metalle, Kunststoffe, (Metall)-Schäume, Gummi, Verbundmaterialien (Composites), Papier, u.v.m.

Typische Einsatzgebiete:

  • Materialprüfung zur Bestimmung von Materialparametern wie E-Modul, Poisson-Zahl, u.v.m.
  • Bauteilprüfung: Komponententests, Festigkeitsprüfung, Tests in Belastungsrahmen, Prüfständen, Temperaturkammern, Zugprüfmaschinen
  • Validierung von FEM-Simulationen
  • Rißausbreitung, Rißwachstum
  • Delaminationsversuche
  • Bruchmechanische Untersuchungen
  • Dynamische Tests: Crashtests, Fussgängerschutz, Airbagprüfung, Schnellzerreissversuche
  • Vibrationsmessung, Schwingungsprüfung
  • Ermüdungsversuche, Zeitstandversuche
  • Messung von Wärmeausdehnungskoeffizienten

Zur Liste von wissenschaftlichen Veröffentlichungen bei denen das Q400-System eingesetzt wurde.

 

Zu den Anwendungsbeispielen

Deformationsanalyse & Bauteilprüfung

Materialprüfung

Vibrationsanalyse

 

Eine oder mehrere digitale Kameras zeichnen den Verformungsvorgang auf. Die Objektoberfläche verfügt über ein stochastisches (natürliches oder präpariertes) Muster ("Specklemuster"). Die Bilder werden automatisch mittels subpixelgenauer Bildkorrelationsalgorithmen (Grauwertkorrelation, digitale Bildkorrelation) ausgewertet. Dabei wird das lokale Oberflächenmuster in den Kamerabildern präzise zugeordnet.

 

Mustererkennung

Beim Bildkorrelationsverfahren wird das Grauwertmuster ("Specklemuster") in kleinen Nachbarschaftsumgebungen ("Subset" oder "Facette", hellblau in der Abbildung eingezeichnet) in den aufgezeichneten Kamerabildern verfolgt und die Verschiebung zum Ausgangszustand subpixelgenau gemessen.

Messprinzip der digitalen Bildkorrelation - Deformation der SubsetsReferenzzustand vs. Verformter Zustand

 

Ortsaufgelöste Messung

Bei der Auswertung von Bildern und Bildsequenzen mit digitaler Bildkorrelation wird die Verschiebung und Verformung der Bauteiloberfläche an jedem Kamerapixel gemessen. Die daraus gewonnenen flächenhafte Information ist sehr aussagekräftig.

Die Abbildungen zeigen das Specklemuster eines Bauteils vor und nach der Belastung sowie die daraus berechnete Dehnung.
Ausgangszustand beim Druckversuch
Ausgangszustand
Endzustand beim Druckversuch
Endzustand
Mittels Bildkorrelation gemessene Dehnungsverteilung bei einem Druckversuch
Dehnungsverteilung
   

Ergebnisvideo der Oberflächendehnung bei der Druckbelastung eines Bauteils gemessen mit Digitaler BildkorrelationHauptdehnung E1 der Bildsequenz als Animation.

 
 

 

3D-Bildkorrelation

Bei der 3D-Bildkorrelation werden während der Objektverformung Stereobilder mit zwei Kameras aufgezeichnet. Aus der Stereo-Korrelation zwischen linkem und rechtem Kamerabild wird die Geometrie und Lage des Objektes für jeden Verformungszustand gemessen. Die zeitliche Korrelation erlaubt die Bestimmung der 3D-Verschiebung und 3D-Verformung des Bauteils. Die beiden Specklebilder unten sind zeitgleich mit der linken und rechten Kamera eines Stereosystems aufgezeichnet.

Messung der 3D Bauteilgeometrie durch Stereokorrelation
3D-Geometrie durch Stereokorrelation

 

Zeitverlauf

Aus der zeitlichen Korrelation der Stereobilder einer Sequenz werden die 3D Verschiebungen und Verformungen sowie die Oberflächendehnungen zum Referenzzustand berechnet.

Ortsaufgelöste Messung der Oberflächendehnung an einem Flügel beim Biegeversuch mittels BildkorrelationsverfahrenDehnungsberechnung durch Stereokorrelation und zeitliche Korrelation.
Software Funktionalität

Istra4D

Modulare Software mit integrierter

  • Kamerasteuerung
  • Echtzeit-Kalibrierung
  • Bildaufnahme
  • Auswertung

Import und Export von externen Bildquellen (z.B. von Hochgeschwindigkeitskamera, Mikroskop)

Visualisierung der ortsaufgelösten Messergebnisse als 2D-Farboverlay oder als 3D-Darstellung

Datenanzeige an Punkten, Linien, Polygonlinien sowie kreisförmigen und polygonförmigen Bereichen

Definition von "virtuellen Dehnungsmessstreifen"

Definition von "virtuellen Extensometern" mit definierbarer Länge

Diagrammdarstellung von zeitlichen Verläufen und Polygonschnitten

Vielfältige Möglichkeiten des Datenexports (ASCII, STL, HDF5)

Erzeugung von AVI-Videos und Bildexport der Ergebnisbilder

Integrierte Auswertemodule (Skripting)

  • Automatische Berechnung von komplexen Messgrößen
  • Erzeugung von Ergebnisdiagrammen
  • Im Lieferumfang sind vielfältige Auswertemodule z.B. für die Bestimmung von Materialparametern
  • Einfache Anpassung der Auswertemodule durch den Anwender oder LIMESS

Datenblätter:

Veröffentlichungen:


Q400 - Mehr Kameras für mehr Nutzen

 

Bildkorrelation, Dehnungssensor und Dehnungsmessung in der Industrie

Die Bildkorrelation bzw. digital image correlation ist ein bewährtes Verfahren zur Messung kleinster Verschiebungen und Dehnungen. Sie beruht im Allgemeinen auf der digitalen Bildanalyse einer Reihe von Bildern, die während der Verformung des zu untersuchenden Objekts aufgenommen wurden, mit dem Ziel, Bereiche mit ähnlichem Aussehen in verschiedenen Bildern zu identifizieren. Mit diesem Verfahren können sehr kleine Verschiebungen gemessen werden, die mit anderen Mitteln nicht feststellbar sind.

Dehnungsmessung im Überblick

Es gibt viele verschiedene Arten von Dehnungssensoren, jeder mit seinen eigenen Vor- und Nachteilen. Der häufigste Typ ist der piezoelektrische Dehnungssensor, der mechanische Energie in elektrische Energie umwandelt. Andere Arten von Dehnungssensoren sind Bragg-Gitter-Sensoren aus optischen Fasern und Sensoren aus Kohlenstoffnanoröhren.

Bei der Dehnungsmessung werden die Größe und die Richtung von die Verformung eines Objekts gemessen werden. Dies kann durch direkte oder indirekte Methoden geschehen. Bei der direkten Methode wird die Verformung direkt mit einem Messgerät wie einem Mikrometer oder einem digitalen Messschieber gemessen. Bei der indirekten Methode wird die Verformung aus anderen Messungen abgeleitet, z. B. aus Änderungen der Länge, Breite oder Dicke.

Die Dehnungsmessung wird in vielen verschiedenen Branchen zur Qualitätskontrolle und Überwachung eingesetzt. Besonders wichtig ist sie in der Automobilindustrie, wo sie zur Überwachung des Herstellungsprozesses von Autoteilen und zur Sicherstellung der Einhaltung von Sicherheitsnormen eingesetzt wird. Auch in der Luft- und Raumfahrtindustrie wird die Dehnungsmessung eingesetzt, um Flugzeugteile während der Herstellung und Prüfung zu überwachen.

Häufig sicherheitsrelevant: Dehnungsmessungen, Bildkorrelation und Co.

Bildkorrelation, Dehnungssensor und Dehnungsmessung sind allesamt unverzichtbare Werkzeuge in vielen Branchen. Mit ihrer Hilfe können Ingenieure und Techniker die Qualität der Produkte, Maschinen und Konstruktionen und damit auch die Sicherheit der Anwender und Nutzer gewährleisten.

Anwendungsbeispiele Deformationsanalyse

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