Schnelle bildgebende Verformungsmessung

Beim Schweißen oder Schneiden entstehen lokal und zeitlich begrenzt Belastungsspitzen an den bearbeiteten Materialstellen. Dies kann zu nicht reversiblen Verspannungen führen. Sie mindern den Wert eines Bauteils beträchtlich, das sie aufwändige Nachbesserungen notwendig machen. Fraunhofer IPM entwickelt schnelle und robuste Messtechnik für die Werkstoffprüfung, mit der sich solche Deformationen mikro- oder auch nanometergenau messen lassen. Die Messsysteme eignen sich zur Materialprüfung ebenso wie zur Messung von Maschinenteilen oder elektronischen Komponenten im laufenden Betrieb.

Messung axialer Verformungen mittels Electronic Speckle Pattern Interferometry (ESPI)

Ein System von Fraunhofer IPM zur Mikro-Deformationsmessung  detektiert minimale Änderungen der Bauteil-Topografie sehr schnell, flächig und bis in den Nanometerbereich. Damit können sehr kleine Änderungen oder Deformationen der Bauteiloberfläche, wie sie etwa durch mechanische oder thermische Belastung entstehen, auch bei schnellen Produktionsabläufen exakt gemessen werden. Das System arbeitet nach dem Prinzip der Elektronischen Speckle-Muster-Interferometrie (ESPI). Die entscheidenden Vorteile dieser Messung sind die Bildgebung und die Genauigkeit im nm-Bereich in Beobachtungsrichtung.

Dehnungsmessung mittels Bildkorrelation (Digital Image Correlation, DIC)

Dehnungsgeregelte Ermüdungsversuche unter zyklischer Belastung sind Standard bei der Qualifizierung neuer Werkstoffe wie etwa Leichtbaumaterialien für den Automobil- oder Flugzeugbau. Fraunhofer IPM und Fraunhofer IWM haben ein berührungs- und markierungsfrei arbeitendes Dehnungsmesssystem für die Werkstoffprüfung entwickelt. Es vereint erstmals die Vorteile bisher verfügbarer optischer und taktiler Messmethoden in einem einzigen System. Das auf dem Verfahren der Bildkorrelation basierende Extensometer verkürzt dank einer Messrate von mehr als 1 kHz die Prüfdauer drastisch und kann bei Temperaturen bis zu 1000 °C eingesetzt werden. GPU-basierte Algorithmen werten 74.000 Dehnungs- oder Verschiebungsmesspunkte pro Sekunde aus. Dies ermöglicht eine Echtzeitauswertung der gesamten Oberfläche eines Bauteils unter mechanischer oder thermischer Belastung mit 10 Hz.

Mit dieser Kombination aus integraler Dehnungsmessung zur Dehnungsregelung und Dehnungsfeldmessung können beispielsweise Risswachstumsversuche enorm vereinfacht werden: Risse werden im dehnungsgeregelten Modus erzeugt und Risswachstumsparameter wie Risslänge, Rissöffnung oder Rissflankenverschiebungen werden  in regelmäßigen Abständen aktualisiert – auf uniaxialen wie auf biaxial arbeitenden Prüfmaschinen. Bisher sind dazu mehrere Sensoren notwendig. Darüber hinaus können die Dehnungsfelddaten mit Werkstoffmodellen abgeglichen werden.