ARAMIS Hochgeschwindigkeits-DIC-Systeme

Die digitale Bildgebungstechnologie entwickelt sich ständig weiter. Neben der Auflösung ist die Abbildungsgeschwindigkeit von Digitalkameras für viele Bildgebungsanwendungen von großer Bedeutung. In der Regel werden Digitalkameras als Hochgeschwindigkeitskameras eingestuft, wenn sie Bildgeschwindigkeiten von mindestens 1000 Bildern pro Sekunde (fps) liefern. Die maximal erreichbare Abbildungsgeschwindigkeit wird immer weiter gesteigert. Zurzeit sind Kameras mit maximal erreichbaren Bildraten von bis zu mehreren Millionen Bildern pro Sekunde erhältlich.

Viele Hochgeschwindigkeitskameras sind mit Imaging-Chips ausgestattet, die das Zuschneiden ermöglichen. Das Cropping ermöglicht die Verringerung der Bildauflösung, um eine höhere Abbildungsgeschwindigkeit zu erreichen. Einige Schlüsselfaktoren für Hochgeschwindigkeitskameras sind die Bildgeschwindigkeit, angegeben in Bildern pro Sekunde (fps), und die Lichtempfindlichkeit (ISO). Der Vorteil der Abbildungsgeschwindigkeit liegt auf der Hand. Je schneller Sie Bilder von dynamischen Verformungs- oder Bewegungsprozessen aufnehmen können, desto genauer können Sie die beobachteten Veränderungen untersuchen. Der Vorteil der Lichtempfindlichkeit des Bildgebungschips ist vielleicht nicht so offensichtlich, aber auch er ist ein wichtiger Faktor. Die Aufnahme hochdynamischer Ereignisse erfordert viel Licht, damit die Bilder später genügend Kontrast aufweisen. Wenn Sie nicht genügend Licht haben, sind Ihre Bilder möglicherweise zu dunkel, um sie zu analysieren. Vor diesem Hintergrund bekommt die Lichtempfindlichkeit des Imaging-Chips eine praktische Bedeutung. Je höher die Lichtempfindlichkeit, desto weniger Licht benötigen Sie, um noch Bilder mit ausreichendem Kontrast zu erhalten. Dies ist besonders nützlich, wenn es darum geht, Hochgeschwindigkeitsbewegungen oder Verformungen von Materialproben zu messen, die normalerweise sehr klein sind. Es kann schwierig sein, in den engen Räumen eines Materiallabors alle Lichtquellen anzuordnen und auf die kleinen Proben zu richten. Jede Lampe, die Sie entbehren können, macht Ihnen das Leben leichter und die Einrichtung des 3D-Messsensors bequemer.

Ein weiterer Vorteil eines Bildsensors mit höherer Lichtempfindlichkeit ist, dass die Belichtungszeiten kürzer gehalten werden können. Sehr kurze Belichtungszeiten sind insbesondere für Hochgeschwindigkeitstests in der Materialforschung, aber auch für Crashtests in der Automobilindustrie erforderlich. Bei zu langen Belichtungszeiten besteht die Gefahr, dass die zu untersuchenden schnellen Bewegungen oder Verformungen nicht mehr scharf abgebildet werden können. In diesen Fällen wird der Begriff "Bewegungsunschärfe" verwendet. Solche bewegungsunscharfen Bilddaten sind dann für die Auswertung mit der digitalen Bildkorrelationsmethode nicht geeignet.

Digitale Hochgeschwindigkeits-Bildkorrelationssysteme sind sehr vielseitige Werkzeuge für die Untersuchung von 3D-Bewegungen und Verformungen bei mechanischen Prüfungen. Die Anwendungsmöglichkeiten für diese Sensoren sind also enorm. Digitale Hochgeschwindigkeits-Bildkorrelationssensoren werden unter anderem in folgenden Bereichen eingesetzt:

• Aufpralltests in der Luft- und Raumfahrtindustrie (Vogelschlagtest an der Windschutzscheibe eines Flugzeugs, NASA-Rückkehrtestprogramm für das Space Shuttle einschließlich Aufpralltest an der Vorderkante des Flügels)
• Airbag-Auslösetests in der Automobilindustrie
• Schwingungsuntersuchungen an Bauteilen und Strukturen (z. B. Messung der Durchbiegung der Rotorblätter eines Hubschraubers)
• Falltests in der Automobilindustrie zur Beurteilung der Crash-Tauglichkeit des Fahrgestells und der Fahrzeugkomponenten, wie z. B. des Batterieträgers von Elektrofahrzeugen
• Prüfung von Materialien mit hoher Dehnungsgeschwindigkeit (z. B. Split-Hopkinson-Bar-Tests)
• Kopfaufpralltests an den Windschutzscheiben von Autos zur Verbesserung des Fußgängerschutzes
• Biomechanische Bewegungs- und Deformationsstudien (z. B. Pumpen der Herzklappe)
• Ballistische Aufprallstudien (Geschosseinschlag auf Schutzhelme oder Kevlarwesten)
  

ARAMIS ist ein optisches Messsystem zur berührungslosen Erfassung von Dehnungen, Verschiebungen, Geschwindigkeiten, Beschleunigungen, Drehungen und Winkeln. ARAMIS kombiniert die Technologie der Punktverfolgung mit dem Ansatz der digitalen Bildkorrelation zur Erfassung von 3D-Koordinaten und daraus abgeleiteten Größen wie Verschiebungen und Dehnungen im Zeitverlauf.

ARAMIS kann auf zwei Arten zur Messung von Dehnungen und Verschiebungen eingesetzt werden. Mit nur einer Kamera für die Messung bietet ARAMIS 2D-DIC- und Punktverfolgungsfunktionen, d. h. Sie können flache Proben oder Objekte messen und Translationen in X- und Y-Richtung sowie ebenförmige Dehnungen verfolgen.

Die volle Leistungsfähigkeit von ARAMIS kommt zum Tragen, wenn Sie zwei Kameras für die Messung von Dehnungen und Verschiebungen in 3D einsetzen. Mit einem so genannten Stereokamerasensor können Sie Proben und Objekte beliebiger Form vermessen und Übersetzungen im 3D-Raum verfolgen. Wichtig für erfolgreiche Messungen mit dem optischen 3D-Sensor ist ein stabiler Aufbau der beiden Kameras (idealerweise in einer Sensorbaugruppe, wie sie ARAMIS anbietet) sowie eine Kalibrierung des Stereokamerasensors mit Hilfe eines geeigneten Kalibrierobjekts.