Integrierte Messkette für den Einsatz von DMS in der Materialprüfung. 22. testxpo Ulm 15. Oktober 2013

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1 Integrierte Messkette für den Einsatz von DMS in der Materialprüfung 22. testxpo Ulm 15. Oktober 2013

2 HBM Lösungsanbieter im Bereich Test & Measurement Sensoren Datenerfassung Software DMS verteilbar simulieren erfassen Kraft kompakt analysieren verteilen Drehmoment high-speed simulieren testen messen 2

3 1. Anwendungsbeispiele 2. Integrierte Messkette 3. Workflow 4. Zusammenfassung 3

4 Anwendungsbeispiel: Biegeversuch für ortothrope Materialien Bei Biegeversuchen mit ortothropen Materialien wird die Längsdehnung und die Querkontraktion der Probe mit 2 DMS gemessen. Aus Biegungen entlang der beiden Hauptachsen und im 45 Grad Winkel dazu können die 2 E-Module, 2 Querkontraktionszahlen und der Schubmodul ermittelt werden Quelle: PD Dr.-Ing. habil. Martin Stockmann (2010): Anwendung von Dehnungsmessstreifen in der Werkstoffprüfung. Vortrag testxpo 2010, 19. Zwick Roell Fachmesse für Prüftechnik, Ulm 4

5 Anwendungsbeispiel: Scherung in Lagenebene Bei der Bestimmung des Schubmoduls und der Schubfestigkeit im ±45º Grad Zugversuch werden die Schubverformungen mit zwei DMS längs und quer zur Probenkörperachse bestimmt. Die Fasern verlaufen dabei unter ± 45º zur Probenkörperachse. Quelle: Zwick Roell Broschüre "Prüfsysteme und Prüfmaschinen für Composites" 5

6 Anwendungsbeispiel: Iosipescu Verfahren Für V-Kerb Schubversuche mit Faserverbundwerkstoffen nach dem Iosipescu Verfahren zur Ermittlung des Schubmoduls werden 2 DMS auf der Probe angebracht. Quellen: (1) J.C. Xavier et.al. (2004): A comparison between the Iosipescu and off-axis shear test methods for the characterization of Pinus Pinaster Ait. Composites: Part A (35) (2004) (2) Zwick Roell Broschüre "Prüfsysteme und Prüfmaschinen für Composites" 6

7 Anwendungsbeispiel: Laststeigerungsversuch für Kunststoffe Im Laststeigerungsversuch für Kunststoffe erhöht der Einsatz von Dehnungssensoren die Genauigkeit der Dehnungsmessung und damit die Genauigkeit der näherungsweisen mathematischen Bestimmung der Belastungsgrenzen. Quelle: Christiane Kessler, IKV RWTH Aachen (2012): Prüfverfahren zur Beschreibung der Dauergebrauchseigenschaften von Kunststoffen. Vortrag testxpo 2012, 21. Zwick Roell Fachmesse für Prüftechnik, Ulm 7

8 Anwendungsbeispiel: Druckfestigkeit nach Schlagbeanspruchung Bei der Prüfung von Faserverbundwerkstoffen auf Druckfestigkeit nach Schlagbeanspruchung (CAI) wird das obere Ende der Probe mit DMS auf Biegung und Knickung überwacht. Quelle: Zwick Roell Broschüre "Prüfsysteme und Prüfmaschinen für Composites" 8

9 Anwendungsbeispiel: Alignment der Prüfmaschine nach ISO 527 EN / ISO (Anhang B, informativ) empfiehlt für Zugversuche mit faserverstärkten Kunststoffen das Alignment mit Hilfe eines Prüflings aus dem gleichen Material, auf dem 3 DMS angebracht sind. 9

10 Anwendungsbeispiel: Alignment der Prüfmaschine NADCAP Richtlinien fordern die regelmäßige Überprüfung des Alignment von Prüfmaschinen für Zug/Druckversuche DMS parallel zur Längsachse des Prüfkörpers in 2-3 Ebenen Bestimmung der Biegedehnung für 4 Einbaupositionen des Prüfkörpers Prüfintervalle je nach Versuchsart mindestens alle 6 Monate, 1 Jahr, 2 Jahre oder 5 Jahre Prüfung ggf. vor jedem Versuch Quelle: Prof.. Dr.-Ing. habil. Rainer Franke, IMA GmbH Dresden (2012): Anforderungen an die mechanische Werkstoffprüfung eines NADCAP-zertifizierten Prüfdienstleisters. Vortrag testxpo 2012, 21. Zwick Roell Fachmesse für Prüftechnik, Ulm. NADCAP = National Aerospace and Defense Contractors Accreditation Program 10

11 1. Anwendungsbeispiele 2. Integrierte Messkette 3. Workflow 4. Zusammenfassung 11

12 Integrierte Messkette / Systemtopologie Der HBM DMS Messverstärker ist über ein Synchronisationskabel mit testcontrol (II) und per Ethernet mit dem PC verbunden. Auf dem PC ist neben testxpert auch die HBM Datenerfassungssoftware catman Easy installiert. 12

13 QuantumX Modulares und Skalierbares DAQ System Universaleingänge für > 15 Sensor Typen MX840A, MX440A 16 Kanal Module für Dehnung, Spannung, Temperatur MX1615, MX1601, MX1609, MX1609-T Schnelle (96 ks/s) Module für Kraft, Vibration, Drehmoment MX410, MX460 Datentransfer Module (Datenlogger, Analogausgänge, CAN Bus, EtherCAT) CX22-W, MX878, MX879, MX471,CX27

14 QuantumX DMS-Brückenmessverstärker MX1615 Ein Messverstärker mit technologischem Vorsprung von HBM! 16 Eingangskanäle, kanalweise individuell parametrierbar DMS Vollbrücke in 6-Leiter-Technik DMS Halbrücke in 5-Leiter-Technik Einzel-DMS (Viertelbrücke) in 3 oder 4-Leiter-Technik interne 120 Ω und 350 Ω Ergänzungswiderstände + Shunt Brückenspeisung: Gleichspannung oder Trägerfrequenz Elektrische Spannung: +/- 10 V oder V Temperaturmessung: PT100, Ohm'scher Widerstand Datenrate / Signalbandbreite pro Kanal: 20 khz / 3 khz 14

15 QuantumX / Integration in Prüfstände und Prüfmaschinen.NET API HBM catman Easy / catman AP LabVIEW, DIAdem, DASYLab Treiber

16 catman Easy Datenerfassungssoftware Mit catman Easy können die HBM Messverstärker konfiguriert, die Messdaten erfasst und sowohl online als auch im Post-Processing analysiert werden. Gerätekonfiguration Geräte finden und verbinden Kanalkonfiguration mit Sensordatenbank oder direkt: Sensortyp Speisung Messbereich Skalierung Abtastrate Filter Datenerfassung und Online Analyse Start- und Stop Bedingungen Trigger Visualisierung Datenspeicherung Berechnete Kanäle Datenbereinigung und -analyse (Post-Processing) Datenimport und - export Visualisierung Datenbereinigung Datenreduktion (Klassierung) Analysen (Statistik, FFT,...) Berechnungen (Algebra, Spannungsanalyse,...) 16

17 1. Anwendungsbeispiele 2. Integrierte Messkette 3. Workflow 4. Zusammenfassung 17

18 Integrierte Messkette / Workflow catman Easy 3.4 testxpert II 3.5 Kanäle konfigurieren Prüfung durchführen Messrate wählen Zeitsynchronisation konfigurieren Testmessungen (optional) DMS in Prüfvorschrift integrieren Messprojekt (.mep) speichern Messprojekt (.mep) laden Peripherie Setup.mep 18

19 catman Easy / Sensordatenbank (1): Vorlagen Die Sensordatenbank von catman Easy enthält Vorlagen für alle gängigen DMS-Schaltungstypen. 19

20 catman Easy / Sensordatenbank (2): Eigene Sensoren Nach Anlage eines DMS als eigener Sensor in der Datenbank werden k Faktor sowie die gewünschte Speiseart und -spannung angepasst. 20

21 catman Easy / Kanalkonfiguration Per Drag-and-Drop wird der DMS aus der Sensordatenbank dem gewünschten Kanal des Messverstärkers zugewiesen. DMS_1 21

22 catman Easy / Messrate Im Zusammenspiel mit testxpert werden alle Kanäle der Standard Messratengruppe zugeordnet, und die maximale Abtastrate liegt bei 1200 Hz. 22

23 catman Easy / Testmessungen (Optional) Für optionale Testmessungen vor dem eigentlichen Prüfablauf können die Messdaten einfach visualisiert und ausgewertet werden. 23

24 catman Easy / Messprojekt Die Konfiguration des Messverstärkers und der Datenerfassung wird zur Übergabe an testxpert II 3.5 als Messprojekt (.MEP Datei) gespeichert. 24

25 Veränderungen im Vergleich zu testxpert II Versionen 3.4 Quantum X Module können integriert werden Modernes Ribbon Style GUI von catman für die Kanalkonfiguration Keine doppelte Eingabe der Abtastrate mehr erforderlich Volle Funktionalität von catman Easy zur Visualisierung und Auswertung von Testmessungen 25

26 testxpert II / Peripherie Setup Der DMS Messverstärker ist per Ethernet mit dem Prüfrechner verbunden und wird im Peripherie Setup von testxpert II PC ausgewählt. 26

27 testxpert II / Laden des Messprojektes Das catman Easy Messprojekt wird als Konfigurationsdatei in testxpert geladen. 27

28 testxpert II / Integration der DMS Kanäle in die Prüfvorschrift Die im Messprojekt definierten Sensoren werden in der Liste Maschine angezeigt. In der Prüfvorschrift werden die benötigten Kanäle angelegt, mit den entsprechenden Sensoren verbunden und dann automatisch mit gespeichert. 28

29 testxpert II / Synchronisation der DMS Kanäle Zur Zeitsynchronisation der DMS mit den Sensoren in der Prüfmaschinen gibt die testcontrol (II) Elektronik beim Prüfungsstart ein 5 V Spannungssignal an den Messverstärker aus und liest dieses wieder ein. 29

30 1. Anwendungsbeispiele 2. Integrierte Messkette 3. Workflow 4. Zusammenfassung 30

31 Zusammenfassung 1. Die HBM Messverstärker Quantum X und MGCplus zur Erfassung von DMS- und zahlreichen anderen Signalen können in Zwick Roell Prüfmaschinen mit testcontrol (II) Elektronik und testxpert II 3.5 Software integriert werden 2. Diese Integration basiert auf Standard Software und erfordert keinerlei Programmierung durch den Anwender 3. Die Konfiguration der HBM Messverstärker ist mit der Sensordatenbank der HBM Datenerfassungssoftware catman Easy einfach möglich 4. Mit catman Easy können die Daten von Testmessungen einfach visualisiert und analysiert werden 5. Die Konfiguration des Messverstärkers wird in einer Datei gespeichert und in testxpert II importiert 6. In testxpert II können die externen Signale einfach in die Prüfvorschrift integriert werden 31

32 Dr.-Ing. Karl-Michael Nigge Leiter Produktmanagement Test & Measurement Hottinger Baldwin Messtechnik GmbH Im Tiefen See 45, D Darmstadt Telefon: _KMN_Integrierte Messkette für den Einsatz von DMS in der Materialprüfung.pptx measure and predict with confidence