Um Konstruktion, Simulation und Entwicklungszyklen zu beschleunigen, setzt die Automobilindustrie verstärkt optische Messsysteme statt herkömmlicher Dehnungsmessstreifen, Beschleunigungssensoren oder Extensometern ein. Sie schätzt dabei besonders, dass sie die Verfahren ohne Aufwand in bestehende Testvorrichtungen und Prüfstände integrieren kann.
Für Test- und Prüfingenieure ist vor allem die Frage interessant, wie sich Bauteile und Komponenten während eines Crash- und Impacttests verhalten. Hierzu ist eine genaue Analyse des dynamischen Verhaltens einzelner Bauteile und Komponenten nötig. Zur besseren Darstellung und Veranschaulichung stehen punktuelle und flächenhafte Messverfahren zur Verfügung. Zum Einsatz kommen optische Messsysteme aber nicht nur bei Crash- und Impact-, sondern auch bei Windkanaltests, auf Fahrwerks- und Motorenprüfständen, bei Türen-, Hauben-, Klappenversuchen sowie Vibrations- und Schwingungsanalysen.
Für Schlittenversuche beispielsweise werden üblicherweise punktuelle Messverfahren als schnelle Methode zur Erprobung von Sitzen, Rückhaltesystemen und Innenraumteilen eingesetzt. Bei diesen Versuchsaufbauten kommen weder teure Prototypen noch ganze Fahrzeuge zu Schaden, da diese nur bis zu einer vordefinierten Geschwindigkeit beschleunigt werden. So lassen sich die Auswirkungen von Frontal-, Seiten- und Heckcrashs kostengünstig darstellen. Unabhängig vom Versuchsaufbau, zeigen punktuelle Messsysteme wie Pontos 3D-Verschiebungsvektoren, während sie zusätzlich die Geschwindigkeit und Beschleunigung messen.
Anhand der gesammelten Messdaten werden unter anderem Bewegungen von Sitzen und Crashtest-Dummies ermittelt. Die Auswertung ermöglicht vollständige 6DoF-Analysen, beispielsweise Rotation und Translation eines Dummy-Kopfes. Auch die Bewegung und Drehung des Oberkörpers können gemessen werden, ebenso die Aufprallgeschwindigkeit des Kopfes auf die Kopfstütze und die Bewegung der Beine.
Dabei werden die Verschiebungen der gemessenen Punkte dreidimensional dargestellt. Testingenieure können anhand der Daten genau analysieren, wie sich Kopf und Rumpf im Raum bewegen. Das wiederum erlaubt Rückschlüsse auf die Sicherheit von Sitz- und Gurtsystemen, zeigt aber auch, ob die Gefahr eines Kopfaufpralls im Interieur besteht.
Punktuelle Messverfahren lassen sich einfach in verschiedene Prüfstände integrieren. Zu messende Punkte werden über Messmarken identifiziert. Der Versuchsaufbau wird außerdem durch die integrierte Positionierung beschleunigt. Mittels optisch getracktem Taster können die in Testvorschriften angegebenen Soll-Positionen etwa von Dummies und Sitzen schnell bestimmt und markiert werden. Die Messungen selbst können durch die integrierte Beleuchtung und den flexiblen Trigger für Bildaufnahmen auch unter schwierigen Umgebungsbedingungen leicht ausgeführt werden. Für Dauerbelastungstests bis hin zu Highspeed-Anwendungen sind Bildaufnahmefrequenzen von bis zu 1.000.000 Hz möglich. Darüber hinaus können synchron Analogkanäle (Kraft, Weg, Winkel, Temperatur etc.) aufgenommen werden.
In anderen Versuchsaufbauten sind bei sicherheitsrelevanten Bauteilen flächenhafte Informationen über dynamische Deformationen besonders wichtig. Daher kommen flächenhafte Messverfahren häufig bei Crash- und Impacttests, aber auch bei Komponentenversuchen, zum Beispiel an Airbags, sowie auf Reifenprüfständen zum Einsatz.
Airbag-Gehäuse und das Öffnungsverhalten der Airbags werden dabei mit Highspeed-Kameras analysiert. Anhand der flächenhaften Messdaten ist die Berechnung von Oberflächendehnungen und Verschiebungen in allen Ebenen möglich. Genutzt werden flächenhafte Messverfahren auch bei Aufprallversuchen, zum Beispiel auf Windschutzscheiben. Da die Scheiben in modernen Fahrzeugen aus mehreren Materialschichten bestehen, sind numerische Simulationen für das Verhalten unter Last häufig ungenau. Mit Hilfe der vollflächigen Messdaten, die hier mit den Highspeed-Kameras von Aramis erfasst werden, sind verlässliche Aussagen zur Ausbreitung von Rissen auf Windschutzscheiben möglich, die sonst unbemerkt geblieben wären.
Analysen statischer Verformungen finden in der Klimakammer statt
Die Qualitätskontrolle umfasst neben dem dynamischen Bauteil- und Komponentenverhalten auch statische Verformungen im Vorher-/Nachher-Vergleich. Mit portablen, optischen Systemen wie Tritop werden dafür die Koordinaten von dreidimensionalen Objekten mittels Photogrammmetrie ermittelt. Eingesetzt werden solche Systeme bei Klimakammerversuchen, um punktuelle Verformungen und Veränderungen an Spalt- und Bündigkeitsmaßen unter verschiedenen Temperaturen und Umweltbedingungen zu analysieren.
Die Messungen erlauben damit Aussagen zur Steifigkeit der verwendeten Materialien sowie über die Qualität der Konstruktion. Photogrammmetrie-Systeme werden auch genutzt, um den Zustand eines Fahrzeuges vor und nach einem Frontalaufpralltest zu dokumentieren. Anhand der 3D-Koordinaten aus beiden Messreihen können punktuelle Verformungsvektoren in x-, y- und z-Richtung bestimmt werden. Daraus lassen sich dann Deformationen, zum Beispiel an der A-, B- und C-Säule, ableiten. ■
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