Verformungsmessung an Schweißkonstruktionen unter Einsatz des Objektrasterverfahrens

Der Minimierung des schweißbedingten Verzugs von Stahl- und Aluminiumkonstruktionen kommt nach wie vor große Bedeutung zu. Die Finite Elemente Methode ist für derartige Optimierungsaufgaben gut geeignet. Die Verifikation der FEM-Simulationen erfordert jedoch den Vergleich der Simulationsergebnisse mit experimentell ermittelten Daten des Schweißverzugs. Konventionelle Verfahren zur Verformungs- und Dehnungsmessung, wie etwa taktile Wegmeßsysteme und Dehnungsmessstreifen, ermöglichen nur die Messung einer sehr begrenzten Anzahl von Objektpunkten. Es wir d ein optisches Messverfahren vorgestellt, das basierend auf dem Objektrasterprinzip die Erfassung des dreidimensionalen Verformungsfeldes sowie des Dehnungsfeldes eines Werkstückes mit hoher lateraler Auflösung ermöglicht. Hierzu wird auf die Oberfläche des Werkstückes eine stochastische Rasterstruktur appliziert, welche unter Anwendung von Mustererkennungsalgorithmen die Zuordnung homologer Bild punkte in den zwei aufgezeichneten unterschiedlichen Kameraansichten des Objekts ermöglicht. Durch Anwendung photogrammetrischer Methoden kann aus diesen Bildinformationen die dreidimensionale Geometrie des Werkstücks ermittelt werden. Wird eine derartige Geometrieerfassung in unterschiedlichen Verformungszuständen vor genommen, können sowohl das dreidimensionale Verformungsfeld des Werkstücks als auch die Dehnungen an dessen Oberfläche bestimmt werden. Durch die photogrammetrische Verknüpfung mehrerer unterschiedlicher Teilansichten eines Objekts ist selbst die Vermessung komplexer Strukturen möglich, wobei die Verformungs- und Dehnungsfelder, die aus den verschiedenen Teilmessungen resultieren, in einem gemeinsamen globalen Koordinatensystem dargestellt werden können. Es werden Messbeispiele vorgestellt, aus denen die Leistungsfähigkeit des beschriebenen Verfahrens zu ersehen ist. Neben Messungen an Strukturen, deren Geometrie die Kombination verschiedener Teilansichten erfordert, wird ebenfalls dargelegt, dass sich diese Messtechnik so in den Schweißprozess integrieren lässt, dass auch der zeitliche Verlauf der Verformungen während des Schweißvorgangs sowie der Abkühlphase ermittelt werden kann