Laser-Doppel-Scanner

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Laser-Doppel-Scanner

Funktionsprinzip

Der Laser-Doppel-Scanner ist ein spezielles Laserextensometer, welches im Transmissionsmodus arbeitet und für die quasistatische bruchmechanische Zähigkeitscharakterisierung (siehe Bruchmechanische Prüfung) entwickelt wurde. Der erzeugte Laserstrahl wird mit einem rotierenden Spiegel oder Prisma abgelenkt und mittels Strahlungsteilers in zwei parallele Teilstrahlen aufgespalten, die horizontal im Bereich von 0 bis 50 mm justierbar sind. Bei einem Objektabstand zwischen Messsystem und CT-Prüfkörper von 200 mm liegt die realisierte messtechnische Auflösung im Bereich von 0,1 bis 0,5 µm (Bild 1).

Bild 1:

Schematische Darstellung des Messprinzips des Laser-Doppel-Scanners

Technische Daten

• Halbleiterlaser-Diode 670 nm mit regelbarer Leistung, Transmissionsmodus
• Prismen-Rotationsscanner mit 20 ms Messrate
• Auflösung = 0,15 μm bei Objektabstand von 200 mm
• Messbereich = 50 mm, Laserstrahlen von 0 − 50 mm frei justierbar
• Digitale Steuerverbindung zu INSTRON 5507-Universalprüfmaschine (UPM)

Anwendung

In der experimentellen Technischen Bruchmechanik wird unter statischen Lastbedingungen zumeist der Compact-Tension (CT) – Prüfkörper zur Ermittlung des Risswiderstandsverhaltens und Optimierung der Zähigkeit von Kunststoffen verwendet. Für die Bestimmung bruchmechanischer Kennwerte, wie J-Integral, Spannungsintensitätsfaktor oder kritische Rissöffnungsverschiebung ist die Bestimmung der Lastangriffspunktverschiebung sowie der Rissöffnung erforderlich, die bei konventioneller Anwendung dieser Methode über den Traversenweg und einen COD-Aufnehmer ermittelt werden. Mit diesem im Transmissionsmodus arbeitenden Lasermesssystem werden diese Messwerte optoelektronisch über die Flanken des CT-Prüfkörpers gemessen, wobei die Adaption an eine Temperierkammer die Aufnahme von Temperaturabhängigkeiten gestattet.

Mit dem Laser-Doppel-Scanner werden die Kraftangriffspunktverschiebungen v_L und die Kerbaufweitung v simultan erfasst, wobei die Kanten des CT-Prüfkörpers als Messbezugspunkte dienen. Die Messungen können bei Raumtemperatur oder in der Temperierkammer bei abweichenden Temperaturen und bei Traversengeschwindigkeiten bis zu 200 mm/min durchgeführt werden (Bild 2).

Die Auswertung der F-v- und F-v_L-Diagramme zur Ermittlung bruchmechanischer Kennwerte kann nach unterschiedlichen Konzepten der Bruchmechanik erfolgen.

Bild 2:

Vergleich der J-Werte für Messungen mittels Laser-Doppel-Scanners und Traversenweg der Universalprüfmaschine

Literaturhinweise

• Grellmann, W., Bierögel, C.: Laserextensometrie anwenden. Einsatzmöglichkeiten und Beispiele aus der Kunststoffprüfung. Materialprüfung 40 (1998) 11–12, 452–459
• Grellmann, W. Seidler, S. (Hrsg.): Kunststoffprüfung. Carl Hanser Verlag, München (2015) 3. Auflage, S. 262 (ISBN 978-3-446-44350-1; E-Book: ISBN 978-3-446-44390-7; siehe AMK-Büchersammlung unter A 18)
• Bierögel, C., Grellmann, W.: Determination of Local Deformation Behaviour of Polymers by Means of Laser Extensometry. In: Grellmann, W., Seidler, S. (Eds.): Deformation and Fracture Behaviour of Polymers. Springer, Berlin (2001) 365–384
• Grellmann, W., Langer, B.: Methods for Polymer Diagnostics for the Automotive Industry. Materialprüfung 55 (2013) 17–22 Download als pdf
• Bierögel, C., Grellmann, W.: Ermittlung des lokalen Deformationsverhaltens von Kunststoffen mittels Laserextensometrie. In: Grellmann, W., Seidler, S. (Hrsg.): Deformation und Bruchverhalten von Kunststoffen. Springer, Berlin (1998) 331–344