Ein Methodenvergleich zwischen zwei optischen, flächenhaften, berührungslosen Messverfahren zur Bestimmung von Verschiebungen an einer Holzprobe

Abstract

Diese Diplomarbeit beschäftigt sich mit zwei optischen, flächenhaften, berührungslosen Messverfahren zur Bestimmung von Verschiebungen auf Objektoberflächen. Es handelt sich hierbei um ein interferometrisches Verfahren, der Electronic Speckle Pattern Interferometry (ESPI) und ein rein optisches Verfahren, der Digital Image Correlation (DIC). Basierend auf dem jeweiligen Messprinzip werden die signifikanten Parameter beider Methoden diskutiert. Es werden einfache einaxiale Zugversuche mit Zugscherproben bestehend aus Sperrholzplatten mit beiden Messmethoden vergleichend durchgeführt. Durch numerische Differentiation werden die Tensorkomponenten der Längs-, Quer- und Schubdehnung aus den gemessenen Verschiebungen in In-plane-Richtung berechnet. Die so erhaltenen Dehnungsbilder unterzieht man anschließend einer qualitativen und quantitativen Gegenüberstellung. Die zuvor besprochenen theoretischen signifikanten Parameter werden mit dem experimentellen Resultat verglichen. Dabei kommt es bei der DIC zu einer feineren Ortsauflösung als zu erwarten war. Diesen Widerspruch kann man jedoch mit der neu zu definierenden Größe, der Pixelauflösung, erklären. Die Überlegungen, die zu diesem neuen Parameter geführt haben, werden dabei anschaulich besprochen. Ein qualitativer Vergleich der Dehnungsbilder zeigt eine hohe Übereinstimmung für charakteristische Bereiche derselben. Eine statistische Auswertung der gewonnenen Messwerte beider Methoden weist eine hohe Korrelation zwischen den quantitativen Messwerten auf. Für die in dieser Diplomarbeit angewandte Problemstellung liefern beide Messmethoden äquivalente Ergebnisse, womit eine sinnvolle Anwendung beider Methoden für den Werkstoff Holz bei ähnlichen Versuchsbedingungen gewährleistet ist.<br />

This diploma thesis focuses on two recent optical, full field, contact-less and highly sensitive in-plane deformation measurements: An interferometric method called Electronic Speckle Pattern Interferometry (ESPI) and an optical method called Digital Image Correlation (DIC).<br />Based on their physical principles significant parameters for both methods are discussed. A simple uniaxial tensile experiment was planned with the goal to compare both techniques on wood under real measuring conditions. For the measured in-plane-displacements the strain distributions in axial, transversal and shear direction were calculated by means of numerical differentiation. These results were used for the comparison between the two investigated methods. The discussed significant parameters were compared with those results which show a higher spatial resolution for the DIC method than expected. With the introduction of a new parameter this antagonism can be solved. Both the qualitative and the quantitative comparison show good correlation between the results. As we can see, this investigation proves that both techniques are suitable for microscale measurements on wood and that they fulfil the requirement for similar results.