laserXtens HP Extensometer - High Precision Messen

Der laserXtens besteht aus zwei Messköpfen mit digitalen Kameras und Laserlichtquellen, die auf motorisierten Schlitten montiert sind.

  • Damit können die Abstände zwischen den Kameras variiert und somit unterschiedliche Ausgangsmesslängen eingestellt werden.
  • Die laserXtens Systeme verfügen über eine Auflösung 0,11 μm, mit der auch Messungen an kleinen Probengeometrien einfach durchführbar sind.
  • Aufgrund der Flexibilität und einfachen Handhabung eignet sich der laserXtens sowohl für Anwendungen im klassischen Qualitätssicherungsbereich, als auch in der Forschung und Entwicklung.
  • Der Prüfling wird mit Laserlicht beleuchtet, wodurch ein Speckle-Muster an der Probenoberfläche erzeugt wird.
  • Über Tunnel mit unterschiedlichen Längen werden Umfeldeinflüsse (z.B. Luftverwirbelungen) minimiert. 
laserXtens + laserXtens HP Extensometer

laserXtens Systeme im Überblick

Anwendungsbeschreibung

Extensometer aus der Familie der laserXtens Systeme messen berührungslos Verformungen an unterschiedlichsten Materialien.

Eine Applikation von Messmarken ist aufgrund des Messprinzips nicht notwendig. Daraus ergibt sich für den Einsatz der laserXtens-Systeme ein weites Anwendungsfeld:

  • Zug-, Biege- und Druckprüfungen an Metallen und Kunststoffen.
  • Prüfungen an Bauteilen.
  • Tests an Proben, bei denen ein Probenkontakt nicht erwünscht oder aufgrund der Probenbeschaffenheit nicht möglich ist.
  • Verformungsmessungen an Proben, die bei Bruch aufgrund eines Peitscheneffektes ein berührendes Messsystem beschädigen könnten.
  • Prüfungen in Temperierkammern und Hochtemperaturprüfungen möglich.
  • Anwendungen, bei denen biaxale Verformungsmessungen notwendig sind.

Auch Messungen an kleinen Probengeometrien sind mit laserXtens-Systemen mit hoher Auflösung einfach durchführbar. Aufgrund der Flexibilität und einfachen Handhabung eignet sich der laserXtens sowohl für Anwendungen im klassischen Qualitätssicherungsbereich als auch in der Forschung und Entwicklung.

Vorteile und Merkmale

  • Hohe Präzision und Auflösung
  • Der laserXtens verfügt über eine hohe Präzision im Mikro- und Makro-Messbereich.
  • Der laserXtens HP erfüllt die Klasse 0,5 der ISO 9513 (Klasse B2 der ASTM E83).
  • Auch kleinste Proben sind messbar
  • Es können Proben ab 1 mm Breite/Durchmesser geprüft werden. Nach Vorprüfungen eventuell auch kleinere Proben.
  • Im Gegensatz zu berührenden Aufnehmern oder reinen Videolösungen kann der laserXtens mit hoher Genauigkeit auch Dehnungen an kurzen Proben mit Messlängen ab 1,5 mm messen.
  • Kein Probenkontakt - keine Probenmarkierung
  • Der laserXtens hat keinen Kontakt zur Probe, die Messung wird durch das Laserlicht nicht beeinflusst.
  • Probenmarkierungen werden nicht benötigt. Dies bringt Zeitersparnis, insbesondere bei hohem Probendurchsatz.
  • Der laserXtens kann mit verschiedenem Abstand zur Probe angebaut werden und ist daher unter anderem zum Einsatz in Temperierkammern geeignet, wo das Anbringen von Messmarken durch die Umgebungsbedingungen sehr schwierig sein kann.
  • Einfacher Einsatz auch in automatisierten Anlagen, da keine manuelle Probenvorbereitung notwendig ist.
  • Ohne zusätzliche Markierungen kann der laserXtens auch Querdehnungen erfassen; biaxiales Messen ist möglich.
  • Konkurrenzlose Funktionen und Optionen
  • Der laserXtens HP kann für dehngeschwindigkeitsgeregelte Versuche nach ISO 6892-1 Methode A1 „Closed Loop“ eingesetzt werden (für Messlängen ≥ 50 mm).
  • Der laserXtens Array HP kann für dehngeschwindigkeitsgeregelte Versuche nach ISO 6892- 1 Methode A1 „Closed Loop“ eingesetzt werden (für Messlängen ≥ 30 mm).
  • Bestimmung der r&n-Werte nach ISO 10113 und ISO 10275 durch optionale Erweiterung.
  • Der laserXtens ist in der Prüfsoftware testXpert II integriert. Dazu wird ein separater Monitor empfohlen, damit das Livebild des laserXtens parallel zur testXpert II-Anzeige verfolgt werden kann.
  • Die Matrix-Option ermöglicht die zwei-dimensionale Messung an bis zu 100 Messstellen, die entweder beliebig oder in Matrizenform auf einer ebenen Probenoberfläche verteilt werden können. Damit können lokale Dehnungen und Inhomogenitäten der Probe ermittelt werden.
  • Eine weitere Software-Option erlaubt es, an mehreren Messstellen entlang der Messlänge der Probe die Dehnungsverteilung zu ermitteln. Zudem ist es möglich, die Bruchdehnung nach Anhang H der ISO 6892-1 zu bestimmen (nur laserXtens Compact und laserXtens Array HP).
  • In 3- und 4-Punkt-Biegeversuchen ist es optional möglich, die Durchbiegung der Probe zu ermitteln. Die Messung kann hierfür an einem oder an drei Punkten erfolgen (mit einer maximalen Messbasis von 15 mm).

Probenspektrum

laserXtens
  • Folgende Probenarten sind mit dem laserXtens prüfbar:
  • Alle Arten von Flachproben aus Kunststoffen und Gummi, Dicke: 0,5 ... 12 mm
  • Flachproben aus Metall, Dicke: 0,1 ... 30 mm
  • Rundproben aus Metall, Durchmesser >1 mm ... 30 mm

laserXtens-Systeme bestehen aus Messköpfen mit digitalen Kameras und Laserlichtquellen.
Die Probenoberfläche wird mit Vollbild-Digitalkameras aufgezeichnet, während das Laserlicht die Probe beleuchtet. Das Laserlicht ist kohärent, es wird an der Probenoberfläche gestreut. Dadurch entsteht ein Specklemuster, das die Probenoberfläche im Kamerabild kontrastreich hervorhebt.

Das Specklemuster entspricht einer Art Fingerabdruck der Probenoberfläche. Diese Muster können als virtuelle Messmarken verwendet werden. Dazu umrahmt man Teilbereiche per Auswertefeld und definiert so die Messstellen, an denen die Oberflächenbewegung gemessen werden soll.

Wird die Probe belastet, verschieben sich die virtuellen Messmarken. Der laserXtens verfolgt diese virtuelle Messmarke mit Hilfe eines hochentwickelten Korrelationsalgorithmus. Dieser Vorgang wird Speckle-Tracking genannt.

Aus der relativen Verschiebung der virtuellen Messmarken zueinander und deren Ausgangszustand am Beginn der Messung berechnet die Software des laserXtens die Dehnung an der Probe.
Standardmäßig können zwei oder optional auch mehrere virtuelle Messmarken im Bild definiert werden.

Wichtige Hinweise

Der laserXtens wurde für einen Großteil der klassischen Werkstoffe und Prüfaufgaben entwickelt.

Für einen verlässlichen Betrieb des laserXtens müssen aufgrund physikalischer Gegebenheiten mehr Rahmenbedingungen eingehalten werden als beim Einsatz berührender Längenänderungsaufnehmer, z. B.:

  • Die Probenoberfläche muss genügend Laserlicht reflektieren, um genügend gut ausgebildete Speckle-Muster zu erzeugen. Dies ist bei den meisten Metallen und Kunststoffen gegeben. Bei Bedarf können mit einfachen Hilfsmitteln die Bedingungen an der Probenoberfläche verbessert werden.
  • Die Probe muss fest in der Prüfachsenmitte fixiert sein, um Bewegungen aus der Messachse heraus zu minimieren.
  • Für ein sicheres, genaues Arbeiten ist ein vibrationsarmes Umfeld notwendig (Laborbedingungen).

Als Probenhalter eignen sich alle Systeme, welche die Probe fest in der Prüfachsenmitte fixieren, z. B. Hydraulik-, Pneumatik-, oder Schraub-Probenhalter.

Bei Kunststoffen sind Vorversuche erforderlich, um die Reflektionseigenschaften des Materials zu überprüfen.

Durch Vorversuche kann das Zwick Prüflabor außerdem die optimale Konfiguration für Ihren Anwendungsfall zusammenstellen. Überprüft werden die Beschaffenheit der Probenoberfläche (sicheres Messsignal, Auflösung), die verwendeten Probenhalter (Vermeidung von Out-of-Plane Bewegungen) und der notwendige Messweg. Zwick garantiert das zuverlässige Arbeiten des laserXtens auf Basis der vorgeprüften Proben und Versuchsbedingungen (= Prozesssicherheit).

Hinweise zum Einsatz mit Temperierkammern und Hochtemperaturöfen

Beim Einsatz des laserXtens HP und laserXtens Array HP in Verbindung mit Temperierkammern und Hochtemperaturöfen ist zu berücksichtigen, dass das Messsignal aufgrund der veränderten optischen Prüfbedingungen negativ beeinflusst wird. Im Wesentlichen sind dies Luftverwirbelungen in der temperierten Kammer bzw. dem Ofen und außen am Sichtfenster bzw. Ofenschlitz. Um diese Einflüsse zu minimieren, muss der Luftstrom um die Probe beruhigt und die Luftverwirbelungen am Sichtfenster bzw. Schlitz durch optische Tunnels minimiert werden. Diese Lösungen werden kundenspezifisch konzipiert. Aufgrund der Abmessungen der Temperierkammer wird der laserXtens HP hier mit größerem Abstand zur Probe montiert, wodurch sich eine veränderte Auflösung und Genauigkeitsklasse ergeben. (technische Angaben auf Anfrage).

Technischer Überblick

laserXtens High Precision

laserXtens HP

  • laserXtens Längenänderungsaufnehmer zum Anbau an ein AllroundLine-Prüfsystem
  • Messkopf mit motorisierter Messlängenverstellung (automatische L0-Einstellung), 2 digitale Kameras inkl. Objektive f = 75 mm, 2 Laserlichtquellen rot, Software für Bilderfassung, Auswertung der Kreuzkorrelation und Übergabe an testXpert II, Zubehörkoffer mit Kalibriertools
  • Zum laserXtens HP werden außerdem 2 Tunnels mitgeliefert, die äußere Einflüsse wie Luftverwirbelungen reduzieren (kurzer/langer Tunnel: 226 mm/100 mm, freier Weg vom Tunnelende bis zur Prüfachse).

Typ

laserXtens HP

Artikel-Nr.

1001638

Laserschutzklasse gemäß DIN EN 60825-1 (11-2001)

2[1]

Anfangsmesslänge

3 ... 200

mm

Messweg mit Speckle-Tracking

  • 40 mm bei einer Messlänge von 20 ... 200 mm (max. 220 mm minus Messlänge)
  • 20 mm minus Messlänge von 3 ... 20 mm

Messweg Durchflussmessung

Nach dem Messweg durch Speckle-Tracking schaltet der laserXtens auf Durchflussmessung um.

Dehnungsregelung nach ISO 6892-1 Methode A1

bei Systemabstand 380 mm

ab 50[2]

mm

bei Systemabstand 570 mm

-

Auflösung

bei Systemabstand 380 mm

0,11[3]

µm

bei Systemabstand 570 mm

0,15[4]

µm

Genauigkeit

bei Systemabstand 380 mm

Klasse 0,5

nach EN ISO 9513

bei Systemabstand 570 mm

Klasse 1

nach EN ISO 9513

Typische Messfrequenz (einstellbar)

70

Hz

Messgeschwindigkeit, max. am Messpunkt

500

mm/min

Probendicke

Flachproben, gemessen auf der breiten Seite

≤30

mm

Flachproben, gemessen auf der Probenkante

>1[5]

mm

Rundproben

1 ... 30[5]

mm

  1. Keine Schutzmaßnahmen erforderlich.
  1. testXpert II V 3.3 oder höher erforderlich
  1. bei Probenabstand 380 mm
  1. bei Probenabstand 570 mm
  1. Vorversuche sind für Proben mit Probendicke < 1 mm notwendig.

Der laserXtens HP arbeitet mit testXpert II (ab Version 3.2) und in Kombination mit testControl bzw testControl II.

Hierfür ist ein freier Steckplatz in testControl II erforderlich.
Das benötigte INC-Modul ist bereits im Lieferumfang enthalten.

Software Optionen für laserXtens Extensometer

Dehnungsverteilung

Die Option Dehnungsverteilung ermöglicht die Bestimmung von lokalen Dehnungen an mehreren Messstellen entlang der Messlänge der Probe. Die Auswertung von bis zu 16 Messstellen ist möglich. Ferner kann durch diese Option eine Symmetrierung der Anfangsmesslänge um die Einschnürung automatisch in Echtzeit erfolgen (nach Anhang H, ISO 6892-1).

Zweite Messachse

Mit dieser Option kann gleichzeitig zur Bestimmung der Längsdehnung eine lokale Querdehnung gemessen werden.

2D-Punktematrix

Diese Option erlaubt die zweidimensionale Vermessung von Messpunkten auf einer ebenen Probenfläche. Dadurch ist es möglich, lokale Dehnungen und Inhomogenitäten des Probekörpers unter Last zu ermitteln. Als Messwerte stehen sowohl die X- und Y-Koordinaten als auch die Distanzen zwischen den Punkten zur Verfügung
Bis zu 100 Messpunkte in beliebiger Anordnung oder in Matrizenform können vermessen werden. Die Darstellung in testXpert II ist auf 15 Kanäle begrenzt.

Durchbiegung

Der laserXtens ermittelt auch die Durchbiegung bei 3- oder 4-Punkt-Biegeversuchen. Die Messung kann hierfür an einem Punkt (Verschiebung einer Messstelle) oder an drei Punkten (Relativverschiebung der mittleren zu den beiden äußeren Messstellen) mit einer maximalen Messbasis von 15 mm erfolgen (laserXtens Array HP 20 mm).

Siemens setzt auf optische Dehnungsmessung aus dem Hause Zwick

Siemens bietet im Kraftwerksgeschäft seinen Kunden das komplette Spektrum an Produkten, Dienstleistungen und Lösungen für die Energieerzeugung und -verteilung. Wichtigste Produkte sind hierbei Dampfturbinen - und Generatoren, sowie Gasturbinen. Höhere Betriebstemperaturen und -drücke stellen dabei ganz besondere Anforderungen an die Materialprüfung. Siemens setzt hierbei auf Hochtemperatur-Prüflosungen von Zwick.
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