Optische Extensometer: Wer genau hinschaut, sieht mehr

Für viele Prüfanwendungen bieten berührungslos messende Extensometer Vorteile gegenüber den klassischen, berührenden Extensometern. Einer ihrer Hauptmerkmale steckt im Namen: Sie berühren die Probe nicht, und es besteht aufgrund der optischen Messung keine Wechselwirkung zwischen der Probe und dem Messgerät.

Ein weiterer, noch kaum bekannter Vorteil ergibt sich dadurch, dass optische Extensometer die ganze Probe im Blick haben: Von den Kameras werden Bilder aufgezeichnet, die mehr Informationen liefern, als nur die Dehnung. Damit kann beispielsweise die Bruchlage automatisch bestimmt oder die Ausgangsmesslänge nachträglich geändert werden. So lässt sich viel Probenmaterial und Prüfzeit einsparen.
laserXtens
Optische Extensometer sind den berührenden Extensometern, in vielerlei Hinsicht überlegen. Da sie keinen physischen Kontakt zur Probe haben, beeinflussen sie deren Verhalten nicht durch Prüfschneiden und Mitnahmekräfte. Eine Verfälschung der Messergebnisse durch das Messgerät selbst ist damit ausgeschlossen. Aus der Entkopplung folgt auch, dass optische Extensometer vor Beschädigungen durch die Prüflinge gut geschützt sind und von sprödbrechenden oder "peitschenden" Proben mit hoher Bruchenergie, wie Elastomeren, Drähten und Seilen, nicht in Mitleidenschaft gezogen werden. Zudem sind auch kleine oder kurze Proben für optische Systeme erreichbar, wenn berührende Systeme keinen Platz mehr zwischen den Werkzeugen finden. Messungen in Temperierkammern erfolgen durch eine spezielle Glasscheibe und liefern mittlerweile bessere Ergebnisse als Fühleraufnehmer, da sich ein in sich geschlossenes System herstellen lässt.

videoXtens – der Alleskönner
Innerhalb der optischen, berührungslosen Extensometer von ZwickRoell gibt es drei unterschiedliche Technologien. Die bekannteste Technologie ist der kamerabasierte videoXtens, der den größten Anwendungsbereich abdeckt. Im Extensometer verbirgt sich eine Kamera mit einem Objektiv. Je nach Brennweite des Objektivs ergibt sich ein kleineres oder größeres Gesichtsfeld – das ist der Bereich der Probe, der von der Kamera erfasst wird. Auf die Probe werden Messmarken aufgebracht, die die Messlänge markieren. Die Software testXpert III erkennt die Messmarken automatisch und übernimmt die Anfangsmesslänge ins System. Während der Prüfung werden die Marken verfolgt, indem Bild für Bild ausgewertet wird. Eine spezielle Markiermethodik und intelligente Algorithmen in der Software führen zu einer ausgezeichneten Messgenauigkeit.

Alle Messkanäle sind exakt synchronisiert. Die Software für die optischen Extensometer ist in testXpert III integriert, so werden alle Daten aus der Prüfung zusammen in einer Software gespeichert und ausgewertet.

Ganz genau hinschauen durch Array-Technologie
Das videoXtens-System lässt sich je nach Anwendung modular zusammenstellen. Der erforderliche Messbereich für die Prüfung und die gewünschten Messwerte setzen die Vorgaben für das nötige Gesichtsfeld und die Auflösung des Objektivs. Hier ist eine Abhängigkeit gegeben: Ein Objektiv mit großem Gesichtsfeld bietet eine kleine Auflösung, ein Objektiv mit kleinem Gesichtsfeld eine hohe Auflösung.

Um eine hohe Auflösung in einem großen Messbereich zu bieten, hat ZwickRoell die Array-Technologie entwickelt. Dabei werden mehrere Kameras mit hochauflösenden Objektiven in Reihe geschaltet. Die überlappenden Gesichtsfelder werden per Software zu einem großen Bild zusammengefasst. So entsteht ein videoXtens mit sehr hoher Auflösung und großem Messbereich. Beispielsweise der videoXtens 2-120 HP, der eine Auflösung von 0,15 µm im Messbereich von bis zu 140 mm bietet. Er erfüllt auch die strengen Kalibrieranforderungen der ISO 527-1 Anhang C zur Ermittlung des Zugmoduls. Und das sogar für Prüfungen bei erhöhten oder erniedrigten Temperaturen in den ZwickRoell Temperierkammern.

Genau hinschauen – mehr sehen
Da optische Extensometer die ganze Probe oder einen großen Teil der Probe im Blick haben, ergeben sich verschiedene Möglichkeiten für mehr Informationen durch eine reine Software-Options-Erweiterung ohne aufwändiges Aufrüsten der Hardware.

Beispielsweise die gleichzeitige Bestimmung der Querdehnung, der biaxialen Messung. Oder das Setzen mehrere Punkte auf die Probenoberfläche – bis zu 100 Messpunkte sind möglich.

Automatische Bestimmung der Bruchlage – keine Probe mehr verwerfen
Noch deutlicher wird der Mehrwert bei der automatischen Bestimmung der Bruchlage, durch die die Anfangsmesslänge automatisch um die Bruchstelle gelegt werden kann. Wie das funktioniert? Mit Hilfe der Software testXpert III und der Option Dehnungsverteilung werden bis zu 16 gleichverteilte Messpunkte auf der Probe festgelegt. Während der Prüfung werden die einzelnen Dehnungen zwischen diesen Messpunkten erfasst und verfolgt. Die Anfangsmesslänge wird automatisch um den Bereich mit der größten Dehnung gelegt, da dort der Bruch zu erwarten ist. So befindet sich der Bruch dann auch automatisch in der Mitte der Messlänge.

Der Kundennutzen liegt auf der Hand: Es werden viel Probenmaterial und Prüfzeit eingespart, da keine Probe mehr verworfen werden muss.

16 virtuelle Messmarken auf einer RippenstahlProbe
Hochgenaue Zugmodulermittlung nach ISO 527 in der Temperierkammer
Nachträglich die Anfangsmesslänge ändern
Die Bilder der Prüfung können auch gespeichert werden. Die Option Test Re-Run nutzt diese aufgezeichnete Bilderserie, um im Nachhinein die Anfangsmesslänge zu ändern oder zu verschieben. Auf Basis der neuen Anfangsmesslänge wird in testXpert III eine Neukalkulation durchgeführt. Die Dehnung sowie alle damit verbundenen Messwerte werden neu berechnet und transparent als separate Prüfung in der Software gespeichert.

Die Option wird angewendet, wenn es beispielsweise in der Bauteilprüfung darum geht, lokale Dehnungen an unterschiedlichen Stellen auszuwerten oder wenn im Standard-Zugversuch die Einschnürung der Probe außerhalb der ursprünglichen Ausgangsmesslange eingetreten ist.

laserXtens – ohne Messmarken geht es noch genauer
Der laserXtens von ZwickRoell ist einzigartig, da er keine aufgebrachten Messmarken benötigt. Damit entfällt die Probenmarkierung und die Optionen können noch effektiver genutzt werden. Durch die ZwickRoell Array-Technologie bietet das System eine hohe Auflösung (0,07µm) in einem großen Gesichtsfeld (220 mm). Ein einzigartiges und patentiertes System.

Der laserXtens arbeitet auf Basis der Laser Speckle Korrelation. Laserstrahlen werden durch die natürliche Oberflächenrauigkeit auf der Probe gestreut und erzeugen ein Speckle-Muster, das wie ein Fingerabdruck einzigartige Erkennungsmerkmale bietet. Darauf lassen sich per Software testXpert III virtuelle Messmarken beliebig festlegen.

Ein Vorteil zu Video-Systemen: das Speckle-Muster des laserXtens hat über die ganze Probenoberfläche und bei jeder weiteren Probe immer die gleichhohe Qualität und ist nicht vom Anwender abhängig, der das Muster aufbringt. Eine gute Basis für sichere Prüfergebnisse.

Der laserXtens ist aber nicht nur bezüglich der Prüfung ohne Messmarken einzigartig. Er ist auch das erste berührungslose Extensometer für dehngeschwindigkeitsgeregelte Versuche nach ISO 6892-1 Methode A1. Der laserXtens schaut ganz genau hin.

Wer die maximale Flexibilität und Funktionalität möchte, kombiniert den laserXtens mit dem videoXtens und erhält zwei Extensometer in einem mit allen Optionen. Eine perfekte Grundlage für Forschungslabore und Universitäten.


Fazit
Optische Extensometer decken Standardanwendungen ab und bieten einen Mehrwert durch Zusatzfunktionen im Vergleich zu den berührenden Extensometern. ZwickRoell bietet eine große Auswahl und immer das passende: Für jede Anwendung das richtige System. Dies ist möglich durch die jahrzehntelange anwendungstechnische Erfahrung und die eigene Entwicklung und Produktion im Hause ZwickRoell. Dadurch stehen heute Innovationen zur Verfügung, die sichere Prüfergebnisse ermitteln und helfen Prüfzeit und Probenmaterial einzusparen.

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