Optische Verformungsfeldmessungen

In der Elektronik ist die thermische Ermüdung die häufigste Ausfallursache. Für eine fundierte Bewertung der Zuverlässigkeit einer Struktur sind experimentelle Tests zur Fehleranalyse und zur Bestimmung der physikalischen Ursachen von Fehlern notwendig.

Aufgrund immer kürzer werdender Zyklen in der Produktentwicklung und dem daraus resultierenden Zeitdruck bieten ergänzende Simulationen auf Grundlage von Finite-Elemente-Modellen einen erheblichen Vorteil für das Verständnis des Strukturverhaltens. Der Umfang experimenteller Versuche kann damit erheblich eingeschränkt werden. Die virtuelle Umgebung erlaubt sowohl eine Zuverlässigkeitsprognose auf Basis der Berechnungsergebnisse als auch eine Zuverlässigkeitsbewertung in überschaubarer Zeit.

Um die Glaubwürdigkeit der Ergebnisse der FEM-Berechnungen zu bestätigen, wurde am Fraunhofer IKTS die Optical Deformation Unit (ODU) entwickelt. Mit dieser können Verformungsexperimente durchgeführt werden, die eine FEM Modellkalibrierung und -verifizierung ermöglichen.

Es existieren wenige Messverfahren, die thermomechanische Verformungen hochaufgelöst analysieren können. Die digitale Bildkorrelation erlaubt dies. Sie ist ein mächtiges Tool im Tandem mit der Simulation. Das Messprinzip basiert dabei auf der Wiederholung der folgenden Schritte:

1. Registrierung von Merkmalen in einem Auswertungsbereich des Referenzzustandes (Referenzbild).
2. Wiedererkennung dieser charakteristischen Merkmale im Messzustand (Messbild).
3. Quantifizierung der Lage der relevanten Bildausschnitte zueinander über Korrelationsalgorithmen.
4. Ermittlung der Relativverschiebung der entsprechenden Punkte und deren Umgebung und Verformungsfeldvisualisierung.