njemački

Flächenhafte Erfassung von Oberflächenverformungen mit Objektrasterverfahren und Polarisationsfiltern

Die meßtechnische Erfassung der Formänderung von Bauteilen zur experimentellen Bestimmung ihrer Festigkeit sowie zur Verifizierung numerischer Simulationen erfordert Verfahren, welche die gesuchte Information feldmäßig liefern. Dafür eignen sich bevorzugt optische Methoden. Sie wirken berührungslos und rückwirkungsfrei. Die registrierten Meßdaten sind automatisiert auswertbar. Das Ergebnis besteht jeweils aus Kontur-, Konturänderungs-, Verschiebungs- und Dehnungsfeldern, die sowohl den Vergleich zwischen einem Anfangs- und Endzustand als auch die Differenz zweier nur wenig voneinander unterschiedlicher Zustände innerhalb einer sonst größeren Veränderung beschrieben. Beim Objektrasterverfahren ist die Position eines jeden Oberflächenpunktes durch seine Helligkeit- bzw. Helligkeitsverteilung seiner Umgebung bestimmt. Helligkeitsprofil (d.h. Raster) und Objekt sind fest miteinander verbunden, so daß sich der Verschiebungsvektor jedes Punktes bezüglich zweier Formzustände des Objektes jeweils vollständig bestimmen läßt. Der Aufbau besteht aus zwei Kameras, die die Objektoberfläche aus zwei unterschiedlichen räumlichen Positionen aufnehmen. Mit dem Photogrammetrieansatz lassen sich Koordinaten und Verschiebungen in 3D und Dehnungen in 2D ermitteln. Um gute Helligkeitsverteilungen zu erreichen, werden deterministische oder stochastische Raster verwendet. Man verwendet oft Lacke, da sie in verschiedenen Farben erhältich sind. Nachteile von Lacken sind Rißbildung in Bereichen großer Verformungen und schlechte Hochtemperaturbeständigkeit. Die genannten Nachteile können durch die Anwendung von Titandioxid auf polierten Objektoberflächen vermieden werden. Da Titandioxid nur in der Farbe weiß vorliegt, ist für ein kontrastreiches Raster eine besondere Beleuchtung notwendig. Die Dunkelfeldbeleuchtung ist das typische Verfahren zur Erzielung guter Kontraste: Eine gerichtete Beleuchtung erfolgt beinahe tangential zur Objektoberfläche. Von der polierten Objektoberfläche reflektiert das Licht an den Kameras vorbei, so daß diese Stellen dunkel in den Kamerabildern erscheinen. An der Titandioxid-Beschichtung wird das Licht diffus in die Kameras reflektiert ; es entstehen helle Flächen. Probleme bereiten gekrümmte oder gebeulte Flächen und große out-of-plane Verschiebungen, da von diesen Stellen oft störenden Reflexionen in Kamerarichtung entstehen. Eine neue Lösung für ein kontrastreiches Raster und gleichzeitige Vermeidung von störenden Reflexionen bietet die Anwendung von gekreuzten Polarisationsfilter. Die Objektoberfläche wird aus einer beliebigen Position mittels einer mit einem Polarisationsfilter ausgerüsteten Lichtquelle beleuchtet. Das polarisierte Licht wird von polierten Oberflächen reflektiert und bleibt polarisiert. Wenn die Kameraobjektive Polarisationsfilter haben, die senkrecht zu Polarisationsrichtung des reflektierten Lichts eingestellt sind, kommt es zur vollständigen Reflexionsunterdrückung - die polierten Flächen erscheinen dunkel in den Kamerabildern. Das polarisierte Licht wird hingegen von der Titandioxid-Beschichtung diffus und unpolarisiert reflektiert und kann deswegen die Polarisationsfilter der Kameras passieren - diese Stellen werden hell abgebildet. Die durchgeführten Versuche beweisen, daß auch bei stark gekrümmten Objektoberflächen keine störenden Reflexionen auftreten und daß der Rasterkontrast in den Kamerabildern hervorragend ist. Die ermittelten Ergebnisse zeigen eine Steigerung der Meßgenauigkeit.

3D-Objektrasterverfahren; optische Meßmethoden; Verschiebungs- und Dehnungsfelder; Polarisationsfilter; Titandioxid-Beschichtung

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