AT505036A4

AT505036A4 - Vorrichtung zur uniaxialen dehnungsmessung an zugproben

Info

Publication number: AT505036A4
Application number: AT13932007A
Authority: AT
Inventors: Markus Brandner; Thomas Thurner; Gerhard Kukutschki; Norbert Enzinger
Original assignee: Univ Graz Tech; Forschungsholding Tu Graz Gmbh
Priority date: 2007-09-06
Filing date: 2007-09-06
Publication date: 2008-10-15
Also published as: AT505036B1

Description

P10776
VORRICHTUNG ZUR UNIAXIALEN DEHNUNGSMESSUNG AN ZUGPROBEN
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur uniaxialen Dehnungsmessung an Zugproben, die innerhalb eines ein Fluidum enthaltenden Behälters auf einer Probenaufnahme angeordnet, beidseitig in Spannbacken eingespannt und auf Zug mit einer definierten Kraft belastbar sind und ein Kameramittel zur Erfassung der Verschiebung einer auf der Probe angebrachten Markierung ausserhalb des Fluidums vorgesehen ist.
Zugversuche, insbesondere Kriechversuche an Kunststoffproben (,,Zugkriechpj»bben") werden an genormten Probestücken durchgeführt und sind beispielsweise in DIN EN 899-1 geregelt. Aus den Ergebnissen solcher Kriechversuche, die zur Erzielung einer guten Auflösung meist vier oder mehr Proben verwenden, kann ein isochrones Spannungs-DehnungsDiagramm erstellt werden.

Um das Kriechverhalten auch bei von der Raumtemperatur abweichenden Temperaturen bzw. unter dem Einfluss flüssiger Medien im Sinne einer thermischen und chemischen Alterung besttmrnen zu können, werden die Proben in einem Behälter untersucht, der mit einem beheizten oder gekühlten Fluidum, z.B. mit einem Mineralöl, gefüllt werden kann. Ein weiteres Problem sind äusserst geringe Längenänderungen, die auch bei äusserst langen Messzeiten, z.B. 500 h, verlässlich erfasst werden müssen. Typisch ist beispielsweise eine Auflösung 5 [mu]m bei 50 mm Basislänge. Die Verwendung von Messuhren oder die Messung über ein Mikroskop scheiden wegen der umständlichen und personalintensiven Bedienung ebenso aus, wie Dehnaufhehmer, da die erforderlichen Aufnehmer und Messverstärker über lange Zeiträume ein ungünstiges Driftverhalten zeigen.

Da Längenänderungen an der Probe sinnvollerweise nur berührungslos und optisch, im Allgemeinen durch ein Fenster des Behälters, gemessen werden können, bietet sich der Einsatz einer Kamera, beispielsweise eine CCD-Kamera an, welche Büder der Längenänderung an Hand von Markierungen erfasst.
Eine Aufgabe der Erfindung liegt in der Schaffung einer Vorrichtung, welche eine zuverlässige Dehnungsmessung, insbesondere an Kunststoff-Kriechproben bei Langzeitmessungen gestattet.
Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung der eingangs genannten Art gelöst, bei welcher erfindungsgemass auf einer Probe an zwei in Abstand voneinander befindlichen Positionen eine Probenmarkierung und in unmittelbarer Nachbarschaft jeder Probenmarkierung an der ortsfesten Probenaufhahme zumindest eine Referenzmarkierung angeordnet ist, wobei zwei Kameras vorgesehen sind,

die je eine Probenmarkierung sowie die zugehörige Referenzmarkierung erfassen und während der Messung aufeinanderfolgende Aufnahmen der Proben- und Referenzmarkierung durchführen, und eine Auswerteeinrichtung, welcher die Bilddaten der Kameras zugeführt sind, dazu eingerichtet ist, aus den relativen Verschiebungen je zwischen Probenmarkierung und Referenzmarkierung die gesamte Verschiebung der beiden Probenmarkierungen für zwei ZeitschrittÄu ermitteln.
Die Erfindung schafft dadurch eine Vorrichtung, welche Dehnungsmessungen höchster Präzision ermöglicht, die weitgehend automatisch ablaufen, sodass sie auch kostengünstig, nämlich mit geringem Personalaufwand durchgeführt werden können.
Bei einer zweckmässigen, da die Berechnung der Verschiebung wesentlich vereinfachendenAusführung ist vorgesehen,

dass jede Referenzmarkierung koplanar zu der zugehörigen Probenmarkierung angeordnet ist.
Falls die Markierungen aus einer Anzahl von Punkten auf einem Trägermaterial bestehen, wobei durch die Anzahl und/ oder Anordnung der Punkte die Art der Markierung sowie die Probe identifizierbar ist, können diese Markierungen nicht nur leicht produziert sondern auch sicher von einer Kamera erfasst werden. Dabei ist es ratsam, wenn die Referenzmarkierung zumindest vier Punkte zur Festlegung eines Koordinatensystems aufweist.

Insbesondere ist es aus fertigungstechnischer Sicht zweckmässig, wenn die Punkte auf einen Blechträger mit Laser eingebrannt sind.
Eine weitere zweckmässige Weiterbildung zeichnet sich dadurch aus, dass mehrere Proben parallel zueinander in einem Behälter angeordnet und mit individuellen Kräften belastbar sind sowie eine Kameraeinheit mit zwei Kameras vorgesehen ist, welche wahlweise so platzierbar ist, dass die beiden Kameras jeweils den Markierungen einer der Proben definiert zugeordnet sind.

Auf diese Weise kann die gesamte Messvorrichtung kostengünstig gestaltet werden, auch wenn eine Vielzahl von Proben gleichzeitig gemessen werden soll.
Ein zuverlässiges Verfahren zur Ermittlung der Verschiebung aus den Büddaten der Kameras bei einer Vorrichtung nach der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass zu aufeinanderfolgenden Zeitschritten der Positionsvektor von Referenzmarkierung zu Probenmarkierung an beiden Positionen erfasst und abgespeichert wird, aus den Werten zweier aufeinanderfolgender Zeitschritte die Verschiebungen an den Positionen zum Zeitschritt i und aus diesen Verschiebungen die gesamte Verschiebung der beiden Probenmarkierungen ermittelt wfrdae.
Wenn für jeden Zeitschritt eine Anzahl N von Aufnahmen der Markierungen erstellt wird, wobei die Zeit, innerhalb welcher die N- Aufnahmen für einen Zeitschritt erfolgen, klein ist,

gegen die Zeit zwischen aufeinanderfolgenden Zeitschritten, lässt sich die Messgenauigkeit erheblich steigern.
Eine einfach realisierbare Variante zeichnet sich dadurch aus, dass die Position der von jeder Kamera erfassten Referenzmarkierung innerhalb der Bildebene bestimmt wird, sodann die Parameter der Homographie zwischen der Bildebene und der Markierungsebene aus der Abbildung der Referenzmarkierung ermittelt werden, weiters die Position der Probenmarkierungen in der Büdebene bestimmt werden und durch Anwendung der inversen Homographie die Position der Probenmarkierung innerhalb der Markierungsebene ermittelt wird.
Die Erfindung samt weiteren Vorteüen ist im Folgenden an Hand beispielsweiser Ausführungsformen näher erläutert, die in der Zeichnung veranschaulicht sind.

In dieser zeigen
Fig. 1 eine schematische Übersicht in Seitenansicht einer Vorrichtung nach der Erfindung, teilweise geschnitten,
Fig. 2 eine zu Fig. 1 gehörige schematische Draufsicht auf eine Probe samt Markierungen, in etwas anderem Massstab,
Fig. 3a und b eine technische Realisierung einer Vorrichtung nach der Erfindung in einer Aufsicht (Fig. 3a) und einer Seitenansicht (Fig. 3b),
Fig. 4 einen schematischen Schnitt durch eine Kameraeinheit mit zwei Kameras,
Fig. 5 schematisch das angewendete Transformationsprinzip,
Fig. 6 in einer Draufsicht ähnlich Fig. 2 die vektorielle Basis für die Berechnung der Verschiebung,
Fig. 7 das Ablauf diagramm für die Ermittlung der Verschiebungen an zwei Positionen und
Fig. 8 ein Ablaufdiagramm unter Berücksichtigung von Geometriemodellen und Kalibrationsdaten.
Nun wird an Hand der Fig.

1 bis 3b eine Vorrichtung nach der Erfindung an einer möglichen Ausführungsfonn erläutert. Die Vorrichtung dient zur Messung der Dehnung an einer Probe 1, deren Form, wie bereits eingangs erwähnt, genormt ist, wobei die Messlänge L hier 50 mm beträgt. Die Probe 1 soll in einem Fluidum 2, beispielsweise erwärmten Mineralöl, *
- 4 -
angeordnet sein, wobei zu diesem Zweck ein Behälter 3, zum Beispiel eine Wanne, dienen kann. Die Probe 1 befindet sich auf einer Probenaufhahme 4 und ist in dieser mit Hilfe von Spannbacken 5a, 5b gelagert. Die Probe ist an ihren verbreiterten Enden in diesen Spannbacken eingespannt und an einer Seite, in Fig. 1 und 2 an der rechten Seite, über die Spannbacke 5b fest mit der Probenaufnahme 4 verbunden, wogegen die Probe an der anderen Seite über die Spannbacke 5a mit Zug belastet wird.

Dazu kann eine Kraft F beispielsweise mit Hilfe eines über Rollen 9 umgelenkten Seils 10 aufgebracht werden, wobei darauf zu achten ist, dass keine Biegemomente in die Probe eingebracht werden. In diesem Sinn muss einerseits das die Zugkraft aufbringende Seil an der Spannbacke 5a gelagert sein und andererseits die in der Zeichnung rechte Spannbacke 5b z.B. gleichfalls über ein entsprechend gelagertes SeÜ mit der Probenaufhahme 4 verbunden sein.
Auf der Probe 1 ist an zwei in Abstand voneinander befindlichen Positionen A, B je eine Probenmarkierung 6ap bzw. 6bp angebracht.

Jeder dieser Probenmarkierungen ist an der ortsfesten Probenaufhahme 4 eine Referenzmarkierung 6ar bzw. 6br zugeordnet und bei der gezeigten Ausführungsform ist überdies auch an der gegenüber liegenden Seite auf der Probenauf ahrne eine weitere Referenzmarkierung 6'ar an der Position A bzw. 6'br an der Position B vorgesehen. Sämtliche beschriebenen Markierungen befinden sich in einer Ebene und in der Praxis erfolgt die Anbringung dieser Markierungen dadurch, dass ein Folienoder blattförmiges Trägermaterial, welches die gewünschten Markierungen enthält, quer über die Probe 1 und auf die Probenaufhahme 4 entsprechend Fig. 2 aufgeklebt wird. Die Auftrennung in die je drei gezeigten Markierungen nach Fig.2 erfolgt dann durch einfaches Abschneiden mit einer Klinge.
Weiters sind zwei Kameras 7a, 7b vorgesehen, welche je die an den Positionen A bzw. B vorhandenen Proben- bzw.

Ref erenzmarkierungen erfassen. Diese Kameras führen während der Messung aufeinanderfolgende Aufnahmen der Proben- und Referenzmarkierung durch und die Büddaten der Kamera sind einer Auswerteeinrichtung 8 zugeführt, wobei in letzterer die relativen Verschiebungen je zwischen Probenmarkierung und Referenzmarkierung und daraus die gesamte Verschiebung der beiden Probenmarkierungen zu bestimmten Zeitschritten ermittelt werden kann. Auf diese Ermittlung der Verschiebung wird weiter unten näher eingegangen.
Zuvor sei anhand der Fig. 3a und 3b eine in der Praxis ausgebÜdete Vorrichtung erläutert, bei welcher in einem Behälter eine Probe mit entsprechenden Probenaufriahmen untergebracht ist.

Man erkennt (näher bezeichnet ist lediglich die im Vord rgrund Hegende erste Teilanordnung) eine Kunststoffprobe 1, die in Spanribacken 5 und j>r eingespannt ist, wobei die Spannbacken samt der Probe in der Probenaufhahme 4 geführt sind. Weiters erkennt man auch ein Seil 10, mit dessen Hilfe über Rollen 9 und nicht gezeigte Gewichte eine Kraft auf die Probe 1 aufgebracht werden kann.
In üblichen Testanordnungen kann eine Vielzahl derartiger Vorrichtungen nebeneinander angeordnet sein, beispielsweise kann eine Vierfach-Anordnung dazu vorgesehen sein, entweder vier verschiedene Proben gleichzeitig zu messen oder an vier identischen Proben verschiedene Kräfte wirken zu lassen.
In Fig. 3a erkennt man auch deutlich die Proben- und Referenzmarkierungen, wobei zu bemerken ist, dass die Markierungen bei diesem Beispiel aus einer Anzahl von Punkten auf einem Trägermaterial bestehen.

Man hat es in der Hand, durch die Anzahl und/ oder geometrische Anordnung der Punkte die Art der Markierung sowie die Probe zu identifizieren. Jedenfalls, dies wird später noch näher erläutert, werden für die Referenzmarkierung zumindest vier Punkte benutzt, um ein Koordinatensystem festlegen zu können. Es hat sich als sinnvoll gezeigt, wenn das Trägermaterial als dünnes Blech ausgebildet ist, auf dem die Punkte mit Hilfe eines Lasers eingebrannt sind.
Auf der Referenzmarkierung benötigt man zumindest vier Punkte, um die Homographie und damit das Koordinatensystem und die Perspektive festlegen zu können. Der Vektor zu der Probenmarkierung geht dann von dem Nullpunkt aus.

Die Probenmarkierung könnte prinzipiell aus einem einzigen Punkt bestehen, in der Praxis verwendet man mehrere Punkte und nimmt als Bezugspunkt z.B. den Schwerpunkt der Punkteanordnung.
Der Probe 1 in Fig. 3 kann während der Messung eine Kameraeinheit 11 zugeordnet werden, die schematisch in Fig. 4 gezeigt ist. Diese Kameraeinheit 11 besitzt ein dichtes Gehäuse 12, in dessen Inneren die beiden Kameras Ta und Tb untergebracht sind. An der Unterseite ist dieses Gehäuse durch ein Glasfenster 13 abgeschlossen, sodass die beiden Kameras 7a und 7b durch dieses Fenster 13 die Positionen A und B samt den entsprechenden Markierungen erfassen können.

Um eine konekte Zuordnung zu gewährleisten, sind, wie aus Fig. 4 hervorgeht, an jeder Probenaufhahme 4 zwei Passstifte 14 in diagonaler Anordnung vorhanden, die mit Passvertiefungen 15 in dem Gehäuse 12 der Kameraeinheit 11 zusammen wirken können. Es ist zweckmässig, wenn eine Vertiefung als Passbohrung und die zweite Vertiefung als Langloch zur Aufnahme mermischer Spannungen bzw. Längenänderungen ausgebüdet ist.
Zu erwähnen ist noch, dass in der Praxis das Innere der Kameraeinheit 11 unter leichtem Überdruck, z.B. mittels eines Gebläses, gehalten wird, damit weder Flüssigkeiten noch Gase, wie Dämpfe der erwärmten Flüssigkeit, in das Innere des Gehäuses 12 eindringen können Die erwähnte Flüssigkeit ist beispielsweise ein Mineralöl, das thermostatgesteuert auf eine bestimmte Temperatur, z.B. 80[deg.] C, erwärmt wird.

Es kann auch chemische Zusätze enthalten, deren Einfluss auf die Probe untersucht werden soll. Zur Messung wird die Kameraeinheit 11 über die zu messende Probe und Probenaufhahme abgesenkt und so positioniert, dass die Passstifte 14 in die Passvertiefungen 15 eingreifen. Das Fenster 13 der Kameraeinheit 11 befindet sich nun knapp oberhalb der zu erfassenden Markierungen und es hat sich in der Praxis als zweckmässig herausgestellt, das Fluidum, hier eine Mineralöl, zumindest im Bereich der Unterseite des Fenster 13 in Bewegung zu halten, um die dauernde Ablagerung von Gas- oder Luftblasen, welche die Messung beeinträchtigen würden, zu vermeiden.
Unter Bezugnahme auf Fig. 5 sei zum weiteren Verständnis der Erfindung kurz das BildTransformationsprinzip erläutert, wobei zur Vereinfachung eine Erklärung der Konektur der Linsenverzeichnung weggelassen wird.

Es wir zunächst die Position der von einer Kamera erfassten Referenzmarkierung 6ar innerhalb der Büdebene IIBÜCI bestimmt,, sodann werden die Parameter der Homographie H zwischen der Bildebene und der Markierungsebene II aus der Abbüdung der Referenzmarkierung ermittelt. Weiters wird die Position einer Probenmarkierung 6ap in der Büdebene Efeüd bestimmt und durch Anwendung der inversen Homographie [Eta]<1>die Position der Probenmarkierung innerhalb der Markierungsebene [pi] ermittelt.

Des Weiteren erlaubt die Anwendung der inversen Transformation, ausgehend von dem Büd der Probenmarkierung einen Rückschluss auf die relative Verschiebung innerhalb der der Ebene IL wobei von der Annahme ausgegangen wird, dass die Eigenschaften des Mediums zwischen Kamera und Referenzmarkierung die gleichen sind, wie zwischen Kamera und Probenmarkierung.
Nachstehend wird an Hand der Fig. 6 und 7 das Prinzip der Verschiebungsmessung erläutert, wobei Vektoren im Beschreibungstext in Kursivschrift gehalten sind.

Vonaussetzung für das Messprinzip ist, dass zwischen den Referenz-Koordinatensystemen (OA und OB) eine reine Translation d besteht, die zeitlich konstant sein muss.
Zeitschritt i - 1
[Lambda]w + Zi-i - bn - d = 0
Zeitschritt i
fli + U. - h. - d = 0
(ss[iota]-1 + [Delta]a,i) + ( ,-! + [Delta]i) - i-l + [Delta]b,i) - d = 0 *
[Delta]a,i + [Delta]i- [Delta]b,[iota] = 0
[Delta]i = [Delta]b,[iota] - [Delta]a,i gesuchte Verschiebung
wobei bedeuten:
[Delta]a,i gemessene Verschiebung an der Position A zum Zeitschritt i [Delta]b,i gemessene Verschiebung an der Position B zum Zeitschritt iy_0* [beta] Translation von OA nach OB , durch Konstruktion gegeben und konstant
Die relative Verschiebung [Delta]a,i bedeutet dabei "Verschiebung zum Zeitschritt i bezogen auf den Zeitschritt i-1".

Für den Bezugszeitschritt i-1 sind beliebige Zeitpunkte wählbar, wobei sich mit i = 0 (Versuchsstart) eine Messung der Absolutverschiebung ergibt.
Fig. 8 zeigt den Ablauf der Messung eines Verschiebungsvektors ([alpha]i oder h) und beinhaltet Verarbeitungsschritte (Rechtecksymbole) und Datenquellen (Zylindersymbole). Der Kontrollfluss der Auswertung verläuft von oben links entlang der ersten Zeile und dann weiter von links nach rechts in der zweiten Zeile. Alle Komponenten sind mit römischen Ziffern zur leichteren Referenz gekennzeichnet.
(I) Eine Büdsequenz mit N, z.B. N=10, Einzelbüdern wird aufgenommen. Die Verwendung einer Sequenz dient zur Verbesserung der Robustheit des Verfahrens.

Das Ergebnis von (I) sind N Einzelbuder aufgenommen unter identen geometrischen Bedingungen.
(II) Aus der Büdsequenz werden im ersten Schritt jene Bereiche extrahiert in denen die Referenzmarkierung abgebildet ist. Innerhalb dieser Regionen werden die geometrische Lageparameter der Markierung (hier: Schwerpunkte) extrahiert. Durch Einsatz des geometrischen Modells (TV) und durch Verwendung von Methoden der robusten Statistik, wie z.B. "RANSAC" (Random Sample Consensus) werden die geometrischen Lageparameter ausreisserbefreit.

Das Ergebnis von (H) sind 1 Punkte in Büdkoordinaten mit der zugeordneten Unsicherheitsmatrix (hier: Kovarianzmatrix, da Gaussannahme).
(TU) Unter Verwendung von Geometrieinformation (IV) der Referenzmarkierungen, den ermittelten Büdkoordinaten aus (U) und von Kalibrationsparametern (V) der Kamera werden die Parameter einer Transformation mit folgenden Eigenschaften ermittelt - Die Transformation setzt Punkte der Referenzmarkierung mit deren AbbÜdungen im Kamerabüd in Zusammenhang.
- Dieselbe Transformationsvorschrift gut für den Zusammenhang zwischen Punkten an den Probenmarkierungen und deren AbbÜdungen im Kamerabüd.
Für die Transformation kommen AbbÜdungen der Perspektivert-Geometrie in Frage, die auch auf geometrische Kahbrationsparameter der Kamera, wie z.B. die mtrinsischen Parameter der Kamera zurückgreifen können.

Speziell hier wird eine Untergruppe der Perspektiven AbbÜdungen - die 2D/2D Homographie - verwendet. Diese Abbüdung setzt voraus, dass die Punkte der Referenzmarkierung und der Probenmarkierung koplanar angeordnet sind. Diese Anforderung wird konstruktiv umgesetzt, was bereits weiter oben erläutert wurde. Weiteres berücksichtigt die Transformation die geometrische Verzeichnung aufgrund des Kameraobjektivs (Linsenverzeichnung).
Die Bestimmung der Transformationsparameter erfolgt bei jeder Messung, wodurch -[beta]ieh-Fehlpositionierungen der Kamera mit dem direkten Einfluss auf die Transformationsparameter kompensiert werden können. Dies ermöglicht erhebliche konstruktive Erleichterungen, da die Positioniergenauigkeit keinen Einfluss auf die Messgenauigkeit hat.

Die Bestimmung der Parameter berücksichtigt die Unsicherheit der Eingangsparameter.
Das Ergebnis von (III) ist ein Satz von Transformationsparametern und deren Unsicherheitsmatrix.
(IV) Das Geometrische Modell der Referenzmarkierung charakterisiert wesentliche Eigenschaften der Markierung, wie Punktposition und -grosse, sowie eine eventuell aufgebrachte Codierung in Form eines optischen Musters, wobei z.B. acht Punkte eindeutig die Referenz, inkl. Prüfzeichen repräsentieren können. Ebenso ist eine Miteinbeziehung der herstellungsbedingten Unsicherheit der einzelnen Markierungen möglich.
Das Ergebnis von (IV) ist ein Satz von 2D Punkten, gegeben im Koordinatensystem der jeweiligen Position Ort A bzw. B, deren Unsicherheitsmatrizen, sowie weiterer Attribute zur Identifizierung der Referenzmarkierungen.
(V) Kahbrationsparameter der Kamera.

Diese bÜden einen Teü der Transformationsvorschrift und werden vor Inbetriebnahme in einem KaÜbrauonsverfahren bestimmt. - 9 -
Eine laufende Adaption der Parameter im Zuge der Messungen ist möglich, doch wurden in einem praktischen Aufbau ausschliesslich Linsenverzeichnungsparameter ohne zeitliche Adaption verwendet.
Das Ergebnis von (V) ist ein Satz von Parametern, der die jeweiligen Kameraeigenschaften beschreibt und im Rahmen einer Kalibration (vor Inbetriebnahme oder auch während der Messung) bestimmt wird.
(VT) Aus der Büdsequenz (aus I), den geschätzten Transformationsparametern (aus TTT), der geometrischen Modellinformation (IX), sowie optional der letzten gemessenen Position (VIII) werden jene Bereiche extrahiert in denen die Probenmarkierung abgebüdet ist.

Innerhalb dieser Regionen werden die geometrischeVLageparameter der Markierungen, hier die Schwerpunkte, extrahiert und durch Verwendung von Methoden der robusten Statistik, RANSAC ausreisserbefreit. Durch Verwendung von (IX) und (III) wird eine Zuordnung von gemessenen Markierungspositionen und deren Modell hergestellt. Diese Zuordnung wird als Datenassoziation bezeichnet und ist Voraussetzung für die spätere Bestimmung der Position in (VII). Das letzte Ergebnis aus einer Datenbank (VJJJ) kann in Kombination mit einem Bewegungsmodell (hier: konstante Position angenommen) zur Verbesserung der Datenassoziation herangezogen werden.

Das Ergebnis von (VI) sind k Punkte in Büdkoordinaten mit der zugeordneten Unsicherheitsmatrix.
(VII) Die Positionen der Messmarkierungen und deren zugeordnete Unsicherheit werden unter Verwendung von (IX) zu einem geometrischen Beschreibungsparameter (hier: Schwerpunkt der Markierungsgeometrie) zusammengefasst und unter Verwendung der in (IJJ) bestimmten Transformationsparameter in eine Position im Weltkoordinatensystem, transformiert. Das Ergebnis von (VII) ist eine Position der Messmarkierung in Weltkoordinaten mit der zugeordneten Unsicherheitsmatrix.
(VIII) Datenbank früherer (Zwischen-)Messergebnisse. Das Ergebnis von (VTfl) ist das Zwischenergebnis "Verschiebung im Fenster" mit der zugeordneten Unsicherheitsmatrix.
(IX) Geometrisches Modell der Messmarkierung.

Wie (TV) (hier: keine IdentifikationsCodierung vorgesehen, da konstruktiv bedingt mit einer Referenzmarkierung verknüpft). Das Ergebnis von (LX) ist ein Satz von 2D Punkten, gegeben im Koordinatensystem des jeweiligen Fensters (Position A, B) sowie deren Unsicherheitsmatrizen.
Die Vorrichtung nach der Erfindung kann selbstverständlich auch zu Dehnungsmessung an anderen Proben, als an Kunststoffproben verwendet werden, somit auch an metallischen Proben, und die Messung muss nicht notwendigerweise eine Kriechprüfung betreffen. So können auch einfache Dehnungsmessungen im elastischen Bereich einer Probe und über nur kurze Zeiträume durchgeführt werden.
Wien, den ¯6.

S<[beta]>. 2007

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Liste der Bezugszeichen
1 Probe
2 Fluidum
3 Behälter
4 Probenaufnahme
5a,b Spannbacken
6ap, 6bp Probenmarkierung
6ar, 6br Referenzmarkierung
6'ar, 6'br Referenzmarkierung
7a, 7b Kamera
8 Auswerteeinrichtung
9 Rolle
10 Seü
11 Kameraeinheit
12 Gehäuse
13 Glasfenster
14 Passstifte

<EMI ID=11.2>
15 Passvertiefungen
A, B Position ai, bi Positionsvektoren der Punkte A, B
[Delta]a,i, [Delta]b,i Verschiebung an A, B
[Delta]i Gesamtverschiebung i Zeitschritt
L Messlänge

Claims

ANSPRÜCHE

1. Vonichtung zur uniaxialen Dehnungsmessung an Zugproben (1), die innerhalb eines ein Fluidum (2) enthaltenden Behälters (3) auf einer Probeaufnahme (4) angeordnet, beidseitig in Spannbacken (5a, 5b) eingespannt und auf Zug mit einer definierten Kraft (F) belastbar sind und ein Kameramittel zur Erfassung der Verschiebung einer auf der Probe angebrachten Probenmarkierung ausserhalb des Fluidums vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer Probe (1) an zwei in Abstand voneinander befindlichen Positionen (A, B) eme Probenmarkierung (6ap, 6bp) und in unmittelbarer Nachbarschaft jeder Probenmarkierung an der ortsfesten Proberiaiifnahme (4) zumindest eine Referenzmarkierung (6ar, 6br) angeordnet ist, wobei zwei Kameras (Ta, Tb) vorgesehen sind,

die je eine Probenmarkierung sowie die zugehörige Referenzmarkierung erfassen und während der Messung aufeinanderfolgende Aufnahmen der Proben- und Referenzmarkierung durchführen, und eine Auswerteeinrichtung (8), welcher die Büddaten der Kameras zugeführt sind, dazu eingerichtet ist, aus den relativen Verschiebungen ([Delta]a,i, [Delta]w) je zwischen Probenmarkierung und Referenzmarkierung die gesamte Verschiebung ([Delta]i) der beiden Probenmarkierungen für zwei Zeitschritte (i, i-1) zu ermitteln.

1. Vonichtung zur uniaxialen Dehnungsmessung an Zugproben (1), die innerhalb eines ein Fluidum (2) enthaltenden Behälters (3) auf einer Probenaufhahme (4) angeordnet, beidseitig in Spannbacken (51, 5r) eingespannt und auf Zug mit einer definierten Kraft (F) belastbar sind und ein Kameramittel zur Erfassung der Verschiebung einer auf der Probe angebrachten Probenmarkierung ausserhalb des Fluidums vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer Probe (1) an zwei in Abstand voneinander befindlichen Positionen (A, B) eine Probenmarkierung (6ap, 6bp) und in unmittelbarer Nachbarschaft jeder Probenmarkierung an der ortsfesten Probenaufhahme (4) zumindest eine Referenzmarkierung (6ar, 6br) angeordnet ist, wobei zwei Kameras (7a, 7b) vorgesehen sind,

die je eine Probenmarkierung sowie die zugehörige Referenzmarkierung erfassen und während der Messung aufeinanderfolgende Aufhahrnen der Proben- und Referenzmarkierung durd führen, und eine Auswerteeinrichtung (8), welcher die Büddaten der Kameras zugeführt sind, dazu eingerichtet ist, aus den relativen Verschiebungen ([Delta]a,[iota], [Delta]b,[iota]) je zwischen Probenmarkierung und Referenzmarkierung die gesamte Verschiebung ([Delta]i) der beiden Probenmarkierungen für zwei Zeitschritte (i, i-1) zu ermitteln.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede Referenzmarkierung (6ar, 6br) koplanar zu der zugehörigen Probenmarkierung (6ap, 6bp) angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Probenmarkierung (6ap, 6bp) zwei, beidseitig der Probe vorgesehene Referenzmarkierungen (6ar, 6'ar, 6br, 6'br) zugeordnet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Probenmarkierung (6ap, 6bp) zwei, beidseitig der Probe vorgesehene Referenzmarkierungen (6'ar, 6'br) zugeordnet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Markierungen aus emer Anzahl von Punkten auf einem Trägermaterial bestehen, wobei durch die Anzahl und/ oder Anordnung der Punkte die Art der Markierung sowie die Probe identifizierbar ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Markierungen aus einer Anzahl von Punkten auf einem Trägermaterial bestehen, wobei durch die Anzahl und/ oder Anordnung der Punkte die Art der Markierung sowie die Probe identifizierbar ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzmarkierung zumindest vier Punkte zur Festlegung eines Koordinatensystems aufweist.

NACHGEREICHT

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6. Vonichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Punkte auf einen Blechträger mit Laser eingebrannt sind.

6. Vornchtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Punkte auf einen Blechträger mit Laser eingebrannt sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Proben parallel zueinander in einem Behälter angeordnet und mit individuellen Kräften belastbar sind sowie eine Kameraeinheit mit zwei Kameras vorgesehen ist, welche wahlweise so platzierbar ist, dass die beiden Kameras jeweüs den Markierungen einer der Proben definiert zugeordnet sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Proben parallel zueinander in einem Behälter angeordnet und mit individuellen Kräften belastbar sind sowie eine Kameraeinheit mit zwei Kameras vorgesehen ist, welche wahlweise so platzierbar ist, dass die beiden Kameras jeweils den Markierungen einer der Proben definiert zugeordnet sind.

8. Verfahren zur Ermittlung der Verschiebung ([Delta]i) aus den Büddaten der Kameras (7a, Tb) bei einer Vorrichtung nach emem der Ansprüche 1 bis T, dadurch gekennzeichnet, dass zu aufeinanderfolgenden Zeitschritten (0,.., i-1, i,...) der Positionsvektor (ai bzw. bi) von Referenzmarkierung zu Probenmarkierung an beiden Positionen ( A, B) erfasst und abgespeichert wird, aus den Werten zweier aufeinanderfolgender Zeitschritte ( i-1, i) die Verschiebungen ([Delta]a,i , [Delta]b,i) an den Positionen (A, B) zum Zeitschritt (i) und aus diesen Verschiebungen die gesamte Verschiebung ([Delta]i) der beiden Probenmarkierungen ermittelt werden.

8. Verfahren zur Ermittlung der Verschiebung ([Delta]i) aus den Büddaten der Kameras (7a, Tb) bei einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis T, dadurch gekennzeichnet, dass zu aufeinanderfolgenden Zeitschritten (0,.., i-1, i,...) der Positionsvektor (ai bzw. bi) von Referenzmarkierung zu Probenmarkierung an beiden Positionen ( A, B) erfasst und abgespeichert wird, aus den Werten zweier aufeinanderfolgender Zeitschritte ( i-1, i) die Verschiebungen ([Delta]a,i , [Delta]b,[iota]) an den Positionen (A, B) zum Zeitschritt (i) und aus diesen Verschiebungen die gesamte Verschiebung ([Delta]i) der beiden Probenmarkierungen ermittelt werden.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass für jeden Zeitschritt ( i) eine Anzahl (N) von Aufnahmen der Markierungen erstellt wird, wobei die Zeit, innerhalb welcher die N- Aufnahmen für einen Zeitschritt erfolgen, klein ist, gegen die Zeit zwischen aufeinanderfolgenden Zeitschritten (i-1, i).

10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Position der von jeder Kamera (Ta, Tb) erfassten Referenzmarkierung (6ar, 6br) innerhalb der Büdebene ([pi]Büd) bestimmt wird,, sodann die Parameter der Homographie (H) zwischen der Büdebene und der Markierungsebene (IT) aus der AbbÜdung der Referenzmarkierung ermittelt werden, weiters die Position der Probenmarkierungen (6ap, 6bp) in der Büdebene (ÜBM) bestünmt werden und durch Anwendung der inversen Homographie (H-<1>) die Position der Probenmarkierung innerhalb der Markierungsebene (IT) ermittelt wird.

Wien, den ¯[alpha] S[beta]p.2007 -12-

ANSPRÜCHE

10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Position der von jeder Kamera (Ta, Tb) erfassten Referenzmarkierung (6ar, 6br) innerhalb der Büdebene ([pi]Bud) bestimmt wird,, sodann die Parameter der Homographie (H) zwischen der Büdebene und der Markierungsebene (IT) aus der Abbüdung der Referenzmarkierung ermittelt werden, weiters die Position der Probenmarkierungen (6ap, 6bp) in der Büdebene (I[Iota]Büd) bestimmt werden und durch Anwendung der inversen Homographie (H-<1>) die Position der Probenmarkierung innerhalb der Markierungsebene (IT) ermittelt wird.

Wien, den <EMI ID=15.1>