Das Aramis System von Gom Metrology misst berührungslos und materialunabhängig basierend auf dem Prinzip der digitalen Bildkorrelation. Die mit hochauflösenden bzw. High-Speed-Kameras (bis über 1.000.000Hz) erfassten Bilder von Prüfkörpern unter Belastung werden anschließend ausgewertet. Das System bestimmt Grauwertverteilungen für tausende Teilbereiche in jedem Kamerabild und gibt subpixelgenaue Positionen korrespondierender Messpunkte in allen Bildern aus, aus denen dann durch Triangulation 3D-Koordinaten berechnet werden. Die Auswertung dieser Oberflächeninformationen aller Laststufen über die Zeit im 3D-Raum liefert exakte X-, Y- und Z-Verschiebungen, -Geschwindigkeiten und -Beschleunigungen. Des Weiteren ermittelt Aramis aus den 3D-Koordinaten Oberflächendehnungen, wie z.B. Haupt- und Nebenformänderung. Auf Basis dieser Messdaten werden Materialkenndaten bestimmt, numerische Simulationen validiert, Bauteilbewegungen überprüft und Komponentenverformungen analysiert.
Thermografie
Die Infratec Thermografiesysteme der VarioCam HD-Serie und der ImageIR-Serie mit neuester Detektortechnologie zeichnen sich durch ihre messtechnische Eigenschaften aus. Die Kameras erreichen eine geometrische Auflösung von bis zu 2.560×2.048 IR-Pixeln. Damit lassen sich Bilder und Sequenzen in hoher geometrischer Auflösung erstellen und geometrisch bedingte Messfehler effektiv vermeiden. Aufgrund der thermischen Auflösung von bis zu 20mK können auch kleinste Temperaturunterschiede exakt dargestellt werden. Der Einsatz von IR-Optiken mit f/1.0-Konzeption und hoher Lichtstärke ermöglicht das Erstellen von Thermogrammen, die frei von unerwünschten Warmblendeneffekten oder Bildinhomogenitäten sind. Der speziell entwickelte Kalibrieralgorithmus mit einer Haupt- und zwei Nebenkennlinien dient zur Kompensation schwankender Umgebungstemperaturen und ermöglicht wiederholgenaue Messungen auch bei wechselnden thermischen Verhältnissen. Es können hochfrequente IR-Sequenzen vollradiometrisch mit bis zu 105kHz aufgenommen werden. Die Speicherung der Temperaturdaten erfolgt mit der X/Y-Koordinate. Aufgrund der verzögerungsfreien Triggerung ist eine Synchronisation mit externen Prozessen sowie externen Kameras möglich, was eine eindeutige Zuordnung der resultierenden Daten (Temperaturwerte und digitale Bilddaten) ermöglicht.
Synchronisation
Um beide Messergebnisse miteinander kombinieren zu können, werden der Aramis 3D- Sensor und die IR-Kamera auf den gleichen Bereich der zu messenden Probenoberfläche ausgerichtet und die Bildaufnahme beider Systeme durch ein elektrisches Triggersignal synchronisiert. Die Temperatur- und 3D-Koordinatenergebnisse werden in der Aramis Professional Software zueinander ausgerichtet, sodass jeder gemessenen 3D-Koordinate ein Temperaturwert zugeordnet wird. Dadurch kann die Temperaturänderung ortsfest auf der Oberfläche über den gesamten Prüfzeitraum analysiert und in Verbindung mit 3D-Verschiebungen und -Oberflächendehnungen ausgewertet werden. Somit wird die separate Analyse von thermischen Veränderungen und mechanischen Verformungen ermöglicht.
Anwendungsbeispiel Zugversuch
Beim quasistatischen Zugversuch ermöglicht die Kombination beider Messverfahren eine synchronisierte und ortsgebundene Analyse der Dehnungsergebnisse mit der Temperatur der Probenoberfläche. Während der Anfangsphase des Zugversuchs (elastischer Dehnungsbereich und kurz danach) lässt sich mithilfe der thermografischen Auswertung bei größer werdender Verformung eine Abkühlung der Probe aufgrund des thermoelastischen Effekts feststellen. Im weiteren Versuchsverlauf kommt es dagegen durch die Verformungsarbeit im plastischen Verformungsbereich zu einer stetigen Erwärmung der Probe bis hin zum Bruch. Auch im Bereich des Komponenten- bzw. Bauteilversuchs lassen sich das Gom Aramis System und InfraTec Infrarotkameras in gleicher Weise anwenden, um Informationen über das thermische und mechanische Bauteilverhalten zu gewinnen, die zur Validierung von numerischen Simulationen herangezogen werden können.