WARTO WIEDZIEĆ

Rozwój technologii bezkontaktowych był bezpośrednią konsekwencją potrzeby eliminacji wpływu urządzenia pomiarowego na badany materiał. W wielu zastosowaniach - szczególnie przy materiałach delikatnych, elastycznych lub podatnych na uszkodzenia - kontakt fizyczny z próbką stanowi istotne źródło błędów.

Wśród pierwszych rozwiązań bezkontaktowych znalazły się ekstensometry laserowe.

Systemy laserowe

Ekstensometry laserowe wykorzystują zjawisko odbicia i rozpraszania światła laserowego od powierzchni próbki. W trakcie badania próbka jest oświetlana wiązką lasera, a system optyczny rejestruje zmiany w charakterystyce odbicia w miarę jej odkształcania.

Zastosowanie zaawansowanych algorytmów przetwarzania obrazu umożliwia przekształcenie tych zmian w dane ilościowe opisujące odkształcenie.

Systemy laserowe oferują szereg istotnych zalet:

• brak kontaktu z próbką, 

• możliwość badania materiałów wrażliwych mechanicznie, 

• zdolność pracy w warunkach podwyższonej temperatury (np. w komorach środowiskowych), 

• wysoki poziom bezpieczeństwa w przypadku próbek uwalniających energię przy zniszczeniu. 

Jednakże ich zastosowanie wiąże się również z pewnymi ograniczeniami. Szczególnie problematyczny okazuje się pomiar bardzo małych odkształceń, gdzie dokładność systemów laserowych jest niższa niż w przypadku niektórych metod kontaktowych. Dodatkowo systemy te bywają mniej elastyczne pod względem konfiguracji i zastosowań.

Ekstensometry wideo - integracja optyki i cyfrowej analizy obrazu

Rozwój technologii cyfrowych, w szczególności kamer wysokiej rozdzielczości oraz wydajnych systemów przetwarzania danych, doprowadził do powstania nowej generacji urządzeń: ekstensometrów wideo.

Stanowią one rozwinięcie idei pomiaru bezkontaktowego, łącząc precyzję optyki z możliwościami analizy obrazu w czasie rzeczywistym.

Zasada działania

Podstawowym elementem systemu jest kamera cyfrowa rejestrująca obraz próbki podczas jej obciążania. Obraz ten jest przesyłany (np. poprzez interfejs IEEE 1394 - FireWire) do komputera, gdzie podlega analizie.

Na powierzchni próbki nanoszone są znaczniki - mogą to być linie, punkty, naklejki lub inne kontrastowe elementy. System analizuje ich położenie w kolejnych klatkach obrazu.

Kluczowe znaczenie mają tu algorytmy przetwarzania obrazu, które:

• analizują zmiany jasności (skali szarości), 

• identyfikują krawędzie znaczników, 

• określają ich położenie z dokładnością subpikselową. 

Odkształcenie podłużne wyznaczane jest jako zmiana odległości między znacznikami, natomiast odkształcenie poprzeczne - jako zmiana szerokości próbki.

Istotnym elementem jest automatyczne wyznaczenie długości pomiarowej na początku testu, co eliminuje błędy związane z ręcznym oznaczaniem próbki.

Przewagi technologiczne

Ekstensometry wideo oferują szereg przewag nad zarówno systemami kontaktowymi, jak i wcześniejszymi rozwiązaniami bezkontaktowymi:

• brak jakiegokolwiek wpływu na próbkę, 

• eliminacja problemów związanych z poślizgiem elementów pomiarowych, 

• brak błędów wynikających z bezwładności części ruchomych, 

• brak zużycia mechanicznego, 

• zwiększone bezpieczeństwo w przypadku gwałtownego zniszczenia próbki. 

Jednocześnie systemy te charakteryzują się wyjątkową wszechstronnością. Jedna kamera może być wykorzystywana zarówno do pomiaru odkształceń podłużnych, jak i poprzecznych. Możliwe jest także stosowanie różnych pól widzenia oraz prowadzenie wielu analiz jednocześnie.