Laser-Doppel-Scanner

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Polymer Service GmbH Merseburg
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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

Siehe auch

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 (2025) 4. Auflage, S. 252 (ISBN 978-3-446-44718-9; E-Book: ISBN 978-3-446-48105-3; siehe AMK-Büchersammlung unter A 23)

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 (ISBN 978-3-642-07453-0; E-Book: ISBN 978-3-662-04556-5)

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