Bestimmung der Umwandlungstemperaturen von Stahlproben mit Hilfe von Lasersprenkeln

Durch Messung der temperaturabhängigen Längenänderung kann die Temperatur bestimmt werden, bei der eine Gefügeumwandlung in Stahlproben stattfindet. Bei der Lasersprenkelmethode wird die Probenoberfläche mit einem Laser beleuchtet und von oben mit einer Kamera beobachtet. Gleichzeitig wird die Probe mit Hilfe einer Induktionsspule erwärmt. Um die Wärmestrahlung und das Licht, das von der glühenden Probe ausgeht, zu filtern, wird ein blauer Laser verwendet und vor der Kamera werden entsprechende Filter angebracht.

Schematische Darstellung des Aufbaus

Messung

Während der Messung wird die Probe induktiv erwärmt und gleichzeitig werden die vom Laser erzeugten Speckle-Muster mit der Kamera beobachtet. Je nach Geschwindigkeit der Messung können bis zu 50 Bilder pro Sekunde aufgenommen werden.

Bewertung

Die Kamera erzeugt solche Bildsequenzen:

Da die Sprenkel hauptsächlich durch Interferenzeffekte auf Oberflächenunebenheiten der Probe entstehen, kann die Bewegung der Sprenkel auf der Oberfläche durch Verfolgung benutzerdefinierter Bereiche gemessen werden.
Ein spezieller Algorithmus, der auf einer Kreuzkorrelation zweier aufeinanderfolgender Bilder basiert, bestimmt die Bewegung der Bereiche im Bild.
Die Größe und Position der Bereiche ist vom Benutzer frei wählbar. Zusätzlich zur Verfolgung der Gesamtdistanz der Bereiche kann die Verfolgungsrichtung auf vertikale und horizontale Richtung beschränkt werden.

Dies ermöglicht die Messung des anisotropen Ausdehnungsverhaltens von Proben. Die gemessene Ausdehnung ist unabhängig von der Schubstangenausdehnung.
Ein großer Vorteil gegenüber der LVDT-Messung ist, dass die Temperatur auf der kleinen Fläche, die von der Kamera erfasst wird, viel homogener verteilt ist als über die gesamte Probenlänge. So lassen sich Gefügeübergänge deutlicher erkennen als mit dem LVDT.

Vergleich mit der Messung der Schubstange

Dieses Bild zeigt das Messsignal des LVDT in X-Richtung (schwarz) und das Messsignal der Speckles-Kamera in Y-Richtung (blau). Die Anfangs- und Endpunkte der Phasenübergänge sind deutlicher zu erkennen.

Messung einer Zugprobe

Bei Zugproben kann die Dehnungsmessung durch die Definition mehrerer unabhängiger Bereiche erfolgen. Es ist möglich, diese Bereiche zu verfolgen und die Ausdehnung zwischen diesen Punkten in axialer Richtung zu messen.