Bei der Bestimmung von Materialkennwerten liefern optische Messverfahren einen größeren Gültigkeitsbereich, insbesondere im plastischen Bereich, da sie die Plastifizierung lokal messen. Es können also Kennwerte ermittelt werden, die diese lokale Plastifizierung berücksichtigen. Für die Umformtechnik werden somit Fließkurven aus dem Zug- und Bulgeversuch, Grenzformänderungskurven uva. ermittelt.

Höhere Anforderungen an die Crashsicherheit im Automobilbereich, sowie an das dynamische Verhalten anderer Produkte haben einen hohen Bedarf nach aussagekräftigeren experimentellen Methoden zur Folge. Die berührungslos arbeitende optische 3D-Messtechnik bietet diesbezüglich besondere Vorteile, da keine Sensorik den hohen Geschwindigkeiten bzw. Beschleunigungen ausgesetzt ist.

Zur Untersuchung dieser schnellen Prozesse werden CMOS-Kameras eingesetzt, die eine ausreichende Bildrate ermöglichen, um den Versuch, der in der Regel wenige Millisekunden dauert, mit einer ausreichend hohen Bildanzahl aufzunehmen. Zur Gewinnung von dreidimensionalen Daten werden darüber hinaus zwei Kameras eingesetzt, die zwecks genauer 3D-Ergebnisse synchron betrieben werden müssen (Bild 1). In der Regel kann diese Anforderung durch modernere und baugleiche Kameras von Herstellern wie Photron, Vision Research, Redlake, NAC u.a. erfüllt werden.

Typischerweise erreichen solche Kameras Bildraten von 1-3kHz bei einer Bildgröße von ca. 1MPixel. Bei reduzierter Bildauflösung werden höhere Bildraten von bis zu 50kHz oder darüber erreicht.

Das Bruchverhalten vieler Werkstoffe ist abhängig von der Belastungsgeschwindigkeit. Zur Bereitstellung von dehnratenabhängigen Kennwerten wird ARAMIS mit High-Speed-Kameras im Schnellzerreißversuch eingesetzt.

Bild 2 zeigt einen entsprechenden Zugversuch an einer Kunststoffprobe wobei mit den Kameras eine Bildrate von 45.000 Bildern pro Sekunde erzielt worden ist. Der gesamte Versuch bis zum Bruch hat eine Dauer von 1.3ms und wird somit in nahezu 60 Stufen aufgenommen. Die resultierende Dehnrate für den Ort des Versagens beträgt 1500/s.

Der Bewegungsverlauf des Sägeblattantriebs einer Pendelhubstichsäge kann in Bild 3 beobachtet werden. Es wird die Bewegung des Sägeblattes in Sägerichtung (Pendelhub) sowie die Bewegung der Führungsrolle mit Hilfe des PONTOS-Systems dargestellt. Dazu werden Marken auf die beweglichen aber auch auf die feststehenden Teile der Stichsäge wie das Gehäuse angebracht. Die Starrkörperbewegungen wie Schwingungen und die Vorwärtsbewegung der Säge wird anhand der Bewegung des Gehäuses ermittelt und vom Bewegungsablauf der beweglichen Teile kompensiert. Damit kann hier die Relativbewegung der Komponenten zu anderen Komponenten wie das Gehäuse ermittelt werden. Ein Sägezyklus wird in 20ms absolviert, dabei werden 200 Bilder aufgenommen. Im Bereich ab ca. 14ms ist ein Abheben des Sägeblattes von der Führungsrolle zu beobachten.

Die Hauptformänderungen (Major Strain) an einer kreisförmigen Platte die mit einem Bolzen durchstoßen wird, werden in Bild 4 gezeigt. Die Bildrate beträgt 30.000 Bildern pro Sekunde und der Bruch tritt ca. nach 1,5ms und bei einer Hauptdehnung von 7% auf. Aus den Verschiebungen senkrecht zur Bauteiloberfläche kann eine Verformungsgeschwindigkeit von 5m/s ermittelt werden.

Das Herunterfallen eines Mobiltelefons ist eine Erfahrung, die nahezu jeder schon einmal gemacht hat. Gespannt schaut man nach eventuellen Schäden, die sich durch den Fall ergeben haben. Empfindliche Teile, wie die zunehmend größer werdende Displays oder die Elektronik müssen, für solche Fälle durch das Gehäuse oder flexible Aufhängungen entsprechend geschützt werden.

Mit PONTOS können die beim Aufprall entstehende Deformationen an dem Gehäuse und den übrigen Komponenten nicht nur visuell und qualitativ sondern auch quantitativ gemessen und dargestellt werden.

Bild 5 zeigt den Fallversuch eines Mobiltelefons. Anhand von Punkten am Display des Telefons können die relativen 3D-Verschiebungen vom Display zu dem Gehäuse ermittelt werden. Die maximale Verschiebung des Displays beträgt 0,55mm bei einer Fallhöhe von 1m. Auch die Verformung des Gehäuses oder andere Relativbewegungen können beim Aufprall gemessen werden.

Hochgeschwindigkeitskameras im Automobilcrashversuch sind seit Jahrzehnten etabliert. Die digitalen Kameras haben durch die synchrone Bildaufnahme allerdings erst in den letzten Jahren die Voraussetzungen für wirkliche 3D-Messungen geschaffen. PONTOS ist ein besonders schnell und einfach zu bedienendes Messsystem um flexibel an Crashaufgaben herangeführt zu werden. Die Software andererseits erlaubt vielfältige Auswertemöglichkeiten.