Optische Messtechnik mit Hochgeschwindigkeitskameras

Beschreibung

Hochgeschwindigkeitskameras sind charakterisiert durch eine Bildwiederholrate, die deutlich größer als die üblichen 25 fps (frames per second = Bilder pro Sekunde) ist. Sie erlauben damit die Beobachtung von Prozessen, die ansonsten nicht zeitlich aufzulösen wären. Hierbei werden Serien von Bildern genutzt, um der zeitlichen Entwicklung eines Prozesses folgen zu können. Es sind besondere technische Lösungen für das kurzzeitige Speichern von großen Datenmengen erforderlich. Normalerweise ist der Speicher, dessen Größe die Aufnahmedauer beschränkt, direkt an der Kamera oder an der Bilderfassungskarte integriert. Daher erfolgt die Steuerung der Bildaufnahme üblicherweise durch ein Triggersignal, das mit dem zu beobachtenden Prozess synchronisiert ist.

Anwendungsbeispiel

Das Auftreten des Portevin-Le Châtelier (PLC) Effekts während der plastischen Deformation von Zugproben aus Metalllegierungen führt zu einer lokalen Konzentration der Verformung für die Dauer von wenigen Millisekunden in einer als PLC-Band bezeichneten Region. Die Anwendung einer Hochgeschwindigkeitskamera dient der Untersuchung der Bandentstehung und vereinfacht damit die Erkennung der zugrundeliegenden Dynamik. Außerdem ist die Bestimmung der lokalen Dehnrate von besonderer Bedeutung, da das Phänomen eine enge Beziehung zur Verformungsgeschwindigkeit des Materials aufweist.

Für die Aufnahme von PLC-Bändern wird eine Kamera mit 1000 fps verwendet, die einen Bereich von 8×4 mm² mit einer Auflösung von 7,8 µm/Pixel erfasst. Die Kamera ist mit einem internen Speicher für eine Aufnahmedauer von höchstens einer Sekunde ausgestattet, der auch als Ringspeicher genutzt werden kann. Das bedeutet, dass Bilder kontinuierlich in den schnellen Speicher geschrieben werden, wobei die jeweils älteste Aufnahme durch das aktuelle Bild ersetzt wird. Nach dem Empfang des Triggersignals wird die 4 GB umfassende Bildfolge auf die Festplatte eines handelsüblichen Computers übertragen. Das Triggersignal wird durch ein optisches Extensometer erzeugt, das die Dehnungsverteilung über der gesamten Probe überwacht und das Entstehen eines PLC-Bandes erkennen kann. Wenn ein Band den von der Kamera erfassten Bereich durchlaufen hat wird die Bildaufnahme angehalten. Nach dem Versuch werden alle Bildfolgen durch ein Bildkorrelationsverfahren ausgewertet, um die Dehnungsverteilung Schritt für Schritt zu bestimmen.

Kontakt

Dr.-Ing. Marc Fischer
Tel.: (0531) 391-7023
Email: marc.fischer@tu-bs.de