DE3144379C2

DE3144379C2 - Verfahren zur Durchführung von Rißuntersuchungen und Prüfkörper zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE3144379C2
Application number: DE19813144379
Authority: DE
Inventors: Friedhelm Dipl.-Ing. 6070 Langen Goeke
Original assignee: Carl Schenck AG
Current assignee: Carl Schenck AG
Priority date: 1981-11-07
Filing date: 1981-11-07
Publication date: 1987-01-02
Also published as: GB2108684A; JPS5887444A; FR2516244A1; FR2516244B1; GB2108684B; DE3144379A1

Abstract

Bei einem Verfahren zur Durchführung von Rißuntersuchungen, insbesondere zur Messung von Rißlängen und/oder zur Untersuchung des Rißfortschritts, bei Prüfkörpern, Materialproben und Bauteilen, bei dem die Oberfläche an einer Meßstelle am Prüfkörper o.dgl. vorbehandelt und der Prüfkörper danach einer Belastung unterworfen wird, wobei die Meßstelle mit einer Beleuchtungseinrichtung angestrahlt, mittels einer Aufnahmekamera erfaßt und auf einem Bildschirm vergrößert abgebildet wird und bei einem hierfür geeigneten Prüfkörper sollen Vereinfachungen erzielt werden. Hierzu wird die Oberfläche (2) der Meßstelle (5) nach einer mechanischen Bearbeitung mit einer dünnen Schicht (3) aus einem durchsichtigen, zusammen mit dem Prüfkörper (1) reißenden Lack überzogen. Bei Belastung des Prüfkörpers (1) wird die Meßstelle (5) durch die Beleuchtungseinrichtung (4) unter einem Einfallswinkel ( α) angestrahlt, bei dem sich im wesentlichen Totalreflexion an der Lackschicht (3) ergibt. Der Prüfkörper (1) wird vor Aufbringung der Lackschicht (3) lediglich geschliffen. Durch Reflexions- und Brechungserscheinungen an der Rißstelle der Lackschicht ergibt sich eine klare und kontrastreiche Rißabbildung. Durch das Schleifen des Prüfkörpers und die Aufbringung einer dünnen Lackschicht kann das bisher erforderliche aufwendige Hochglanzpolieren der Oberfläche des Körpers entfallen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Durchführung von Rißuntersuchungen, insbesondere zur Messung von Rißlängen und/oder zur Untersuchung des Rißfortschritts, bei Prüfkörpern, Materialproben oder Bauteilen, bei dem die Oberfläche einer Meßstelle am Prüfkörper od. dgl. vorbehandelt und der Prüfkörper danach einer Belastung unterworfen wird, wobei die Meßstelle mit einer Beleuchtungseinrichtung angestrahlt, mittels einer Aufnahmekamera erfaßt und auf einem Bildschirm vergrößert abgebildet wird, sowie einen Prüfkörper zur Durchführung des Verfahrens.
Aus der DE-AS 10 98 741 ist es bekannt, zur Ermittlung von Richtung und Größe und Dehnungen in beanspruchten Bauteilen, die Bauteile mit einem spröden Lacküberzug zu versehen, der bei Beanspruchung quer zur Hauptdehnungsrichtung aufreißt. Diese als Dehnungslinienverfahren bekannte Meßmethode dient zur einfachen optischen Erkennung von Materialdehnungen.
Aus der DE-PS 5 34 158 ist es bekannt, zur Feststellung der Dehnung eines Materials auf die Oberfläche eines Probestabes oder einfacher Maschinenteile ein Instrument aufzusetzen, welches die Änderung der Meßlänge unter entsprechender Last anzeigt. Hierbei kann die Längenänderung der Meßstrecke mit Hilfe eines reflektierten Lichtstrahles festgestellt werden, der auf einen am Instrument angebrachten und sich bei Längenänderung drehenden Spiegel geworfen wird.
Bei einem bekannten Verfahren zur Durchführung von Rißuntersuchungen und bei einem hierfür geeigneten Prüfkörper wird die Oberfläche des Prüfkörpers an der erwarteten Rißstelle hochglanzpoliert. Dies ist erforderlich, um Oberflächenrisse am Prüfkörper mit einer Beleuchtungs- und Aufnahmeeinrichtung auf einem Bildschirm erkennbar zu machen und um sie anschließend auswerten zu können. Die Risse können so fein sein, daß sie insbesondere bei entlasteter Rißstelle, beispielsweise mit bloßem Auge nicht mehr festzustellen sind. Das Polieren des Prüfkörpers ist jedoch zeitaufwendig und teuer.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das bekannte Verfahren zu vereinfachen und einen Prüfkörper zu schaffen, bei dem sich die Rißbildung und Rißausbreitung auf dem Bildschirm der Beobachtungs- und Meßeinrichtung besonders gut erkennen bzw. in einer Auswerteeinrichtung gut erfassen läßt. Diese Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale gelöst. Die Ansprüche enthalten auch Ausgestaltungen der Erfindung.
Durch das Überziehen der vorbehandelten Meßstelle mit einer dünnen, durchsichtigen Lackschicht eines Lacks, der zusammen mit dem Prüfkörper reißt, und durch das Anstrahlen der Meßstelle unter einem Winkel, bei dem sich im wesentlichen Totalreflexion an der Lackschicht ergibt, läßt sich eine besonders klare und kontrastreiche Abbildung des Oberflächenrisses auf dem Bildschirm erzielen. Der Riß erscheint dabei hell auf dunklem Untergrund. Durch die eindeutige Rißabbildung wird die Auswertung des Versuchs, insbesondere die Messung der Rißlänge und die Untersuchung des Rißfortschritts erleichtert.
Der erzielte Kontrast ist weitgehend unabhängig von der Rißaufweitung. Wenn sich die Rißflanken bei Entlastung des Probekörpers schließen, bleibt der Riß trotzdem deutlich sichtbar. Bei einem Prüfkörper o. dgl. zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Oberfläche der Meßstelle vor dem Auftrag der dünnen Lackschicht geschliffen. Die ist weniger aufwendig als das Polieren der Meßstelle.
Die Erfindung wird an einem Ausführungsbeispiel in der Zeichnung schematisch dargestellt und in der Beschreibung näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 Meßanordnung mit Prüfkörper, Beleuchtungseinrichtung und Aufnahmekamera (Seitenansicht),
Fig. 2 Querschnitt durch einen angerissenen Prüfkörper,
Fig. 3 Draufsicht auf eine angerissene CT-Probe.
Die in Fig. 1 in Seitenansicht dargestellte Meßanordnung zeigt einen Prüfkörper (Probe) 1, der in nicht dargestellter Weise z. B. in einer Vertikalprüfmaschine aufgenommen ist und z. B. dynamisch belastet werden kann. Die Belastung wirkt im dargestellten Beispiel in der Papierebene bzw. parallel zur Papierebene und senkrecht zur dargestellten Mittellinie des Prüfkörpers 1. Bei dem Prüfkörper handelt es sich um eine sogenannte CT-Probe (Compact-Tension-Probe) für Bruchmechanikuntersuchungen. Es können jedoch auch andere Prüfkörperarten, Materialproben, Bauteile od. dgl. untersucht werden.
Der Prüfkörper 1 weist an der zu prüfenden Oberfläche 2 eine dünne, durchsichtige Lackschicht 3 auf. An der Prüfmaschine ist in geeigneter Weise eine Beleuchtungseinrichtung 4 angeordnet, mit der eine Meßstelle 5 des Prüfkörpers 1 angestrahlt wird. der Winkel α (zwischen der Oberfläche 2 des Prüfkörpers und der Achse der Beleuchtungseinrichtung 4), unter dem das Licht von der Beleuchtungseinrichtung auf die Meßstelle 5 fällt, soll so gewählt werden, daß das ausgestrahlte Licht möglichst vollständig von der Lackschicht zurückgeworfen wird. Als zweckmäßig hat sich ein Lichteinfallswinkel α von etwa 20° erwiesen. Die Lichteinfallsrichtung in bezug auf den zu erwartenden Riß legt man so fest, daß das Licht etwa quer, d. h. im Winkel von 90°, auf den Riß fällt. Dadurch ergibt sich eine besonders deutliche Rißabbildung. Der Lichteinfallswinkel α, die Lichteinfallsrichtung sowie die Lichtstärke kann vom Bedienungspersonal so gewählt und optimiert werden, daß die Oberfläche 2 des Prüfkörpers 1 auf dem Bildschirm möglichst einheitlich dunkel und ein Riß möglichst hell erscheint.
Mit einer Aufnahmekamera 6 wird das Bild der Meßstelle 5 aufgenommen und zusammen mit einem auftretenden Riß vergrößert auf einen Bildschirm bzw. auf eine Auswerteeinrichtung übertragen. Auf dem Bildschirm kann z. B. der Rißfortschritt beobachtet werden. Mit Hilfe einer Auswerteeinrichtung können z. B. Rißlängenmessungen und weitere Untersuchungen vorgenommen werden. Die Winkelstellung der Aufnahmekamera in bezug auf die Prüfkörperoberfläche wird so gewählt, daß sich eine möglichst gute Rißabbildung ergibt. Als zweckmäßig hat sich ein Winkel von etwa 40° zwischen der Kameraachse und einer Senkrechten auf die Prüfkörperoberfläche ergeben.
Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch einen Prüfkörper mit einer Rißstelle (Schnitt A-B in Fig. 3). Der Prüfkörper 1 mit der Lackschicht 3 weist einen Riß 7 auf. Mit dem Prüfkörper ist auch die Lackschicht gerissen. Das von der Beleuchtungseinrichtung kommende Licht ist durch Pfeile angedeutet. Das Licht, das auf die unversehrte Oberfläche der Lackschicht auftrifft, wird praktisch vollständig reflektiert, so daß dieser Teil des Bildes auf dem Bildschirm dunkel erscheint. In der gerissenen Zone der Lackschicht treten Reflexions- und Brechungseffekte auf, welche die Rißflanken deutlich aufleuchten lassen. Durch die Totalreflexion auf der gesamten übrigen Meßstellenoberfläche ergibt sich eine helle und kontrastreiche Abbildung des Risses auf dunklem Hintergrund.
Fig. 3 zeigt in der Draufsicht einen Ausschnitt aus einer gekerbten und angerissenen Probe 1 (CT-Probe). Der Riß 7 an der Probe 1 ist in der gestreichelt angedeuteten Meßstelle 5 auf dem Bildschirm deutlich als weißer Strich erkennbar.
Vor dem Auftragen der Lackschicht wird die Probe zweckmäßigerweise an der Meßstelle geschliffen. Eine Feinstbearbeitung (Hochglanzpolieren) ist nicht erforderlich. Die Rauhtiefe der Oberfläche sollte nach dem Schleifen ca. 10 µm betragen.
Als Lack wird ein durchsichtiger, hochglänzender Kunststofflack verwendet. Bewährt hat sich z. B. ein Ein-Komponenten- Polyurethan-Lack und ein Zweikomponenten-Lack. Die Sprödigkeit des Lacks muß an das Dehnungsverhalten des zu prüfenden Materials angepaßt sein. Die Lackschicht soll zusammen mit dem Prüfkörper reißen. Der Lack darf weder zu spröde noch zu zäh sein, da sonst eine einwandfreie Übertragung des Risses von der Probenoberfläche in die Lackschicht nicht gewährleistet ist. Die Sprödigkeit des Lacks kann beispielsweise bei Einkomponentenlack durch Zusatz von Weichmachern oder durch Tempern bei erhöhter Temperatur und bei Zweikomponentenlack durch entsprechende Dosierung des Härters beeinflußt werden.
Die Lackschicht muß dick genug sein, um die Oberflächenrauhigkeit der Probenoberfläche abzudecken, so daß durch die Oberfläche selbst möglichst keine störenden Brechungserscheinungen verursacht werden. Die Lackschicht darf jedoch nicht zu dick sein, da sonst die Schicht möglicherweise nicht ganz reißt und somit falsche Meßergebnisse erzielt werden. Als zweckmäßig hat sich eine Dicke der Lackschicht von einigen Hundertstel Millimetern erwiesen. Der Lack wird hierzu mit einem weichen Pinsel entsprechend dünn aufgetragen.
Nach dem Trocknen bzw. Aushärten sollte die Lackschicht eine möglichst glatte und glänzende Oberfläche aufweisen, damit das einfallende Licht gut reflektiert wird.

Claims

1. Verfahren zur Durchführung von Rißuntersuchungen, insbesondere zur Messung von Rißlängen und/oder zur Untersuchung des Rißfortschritts, bei Prüfkörpern, Materialproben und Bauteilen, bei dem die Oberfläche einer Meßstelle am Prüfkörper od. dgl. vorbehandelt und der Prüfkörper danach einer Belastung unterworfen wird, wobei die Meßstelle mit einer Beleuchtungseinrichtung angestrahlt, mittels einer Aufnahmekamera erfaßt und auf einem Bildschirm vergrößert abgebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche (2) der Meßstelle (5) nach einer mechanischen Bearbeitung mit einer dünnen Schicht (3) aus einem durchsichtigen, zusammen mit dem Prüfkörper (1) reißenden Lack überzogen wird und daß bei Belastung die Meßstelle (5) durch die Beleuchtungseinrichtung (4) unter einem Lichteinfallswinkel (α) angestrahlt wird, bei dem sich im wesentlichen Totalreflexion an der Lackschicht (3) ergibt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßstelle (5) unter einem flachen Einfallswinkel (α) (etwa 20°) angestrahlt wird.

3. Prüfkörper, Materialprobe oder Bauteil für Rißuntersuchungen, bei dem die Oberfläche einer Meßstelle vorbehandelt ist, zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche (2) der Meßstelle (5) geschliffen und mit einer dünnen Schicht (3) aus einem durchsichtigen Lack überzogen ist, der zusammen mit dem Prüfkörper (1) reißt.

4. Prüfkörper od. dgl. nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Lackschicht (3) einige Hundertstel Millimeter beträgt.

5. Prüfkörper od. dgl. nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Lack ein Kunststofflack verwendet ist.