Qualitätskontrolle Messung der Breitenänderung bei Zugversuchen nach japanischer Norm

Autor / Redakteur: Peter Stipp / M.A. Frauke Finus

Wie stark die Anforderungen an die Qualität von Blechen in der Automobilindustrie steigen, zeigt die Norm JIS Z 2254 nach japanischem Standard. Dazu gehören die erweiterte Messung der Breite an mindestens drei gleichverteilten Stellen und die Klassifizierung der Lage der Brucheinschnürung. Zwick hat mit einer Weiterentwicklung seines Extensometers jetzt darauf reagiert.

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Berührungslose Messung der Breitenänderung an der Metallprobe mit einem hochauflösenden Video-Extensometer.
Berührungslose Messung der Breitenänderung an der Metallprobe mit einem hochauflösenden Video-Extensometer.
(Bild: Zwick)

Die japanische Automobilindustrie setzt neue Maßstäbe in der Produktion und Qualitätssicherung verwendeter Materialien. So sind beispielsweise die Anforderungen an die Qualität von Blechen vor ihrer Weiterverarbeitung deutlich gestiegen. Dazu gehört die Bestimmung des r-Werts nach dem Japanese Industrial Standard (JIS) Z 2254. Der r-Wert ist ein Maß für die Richtungsabhängigkeit (Anisotropie) plastischer Verformungen in Blechproben und wird während des Zugversuchs über die Breitenänderung bestimmt.

Berührungslose Breitenmessung

Die Norm JIS Z 2254 verlangt bei manueller Messung, dass die Breite an mindestens drei entlang der Messlänge gleichverteilten Stellen sowie an den beiden Enden erfasst wird. Das ist eine deutliche Verschärfung der Anforderung, denn bislang erfolgte die manuelle Breitenmessung an der Probe vor der Belastung an den Messstellen des Längenänderungsaufnehmers und im Zentrum der Messlänge. Nach einer kurzen Streckphase mit plastischer Dehnung und nach Entlastung wurde die Probe entnommen und es erfolgte eine zweite Messung an den Messstellen des Längenänderungsaufnehmers sowie in der neuen Mitte des Messbereichs (Messlänge plus plastische Dehnung).

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Aktuell fordert ein namhafter japanischer Stahlerzeuger, dass die Messung nach JIS Z 2254 als kontinuierliche Online-Messung für eine neue automatisierte Anlage erfolgt. Das soll einerseits die Vergleichbarkeit zur bisherigen händischen Messung und andererseits eine Steigerung der Genauigkeit im Vergleich zur Messung an nur einer Stelle sicherstellen.

Zur Messung der Dehnung bei Zugversuchen werden Extensometer eingesetzt. Die hierbei am häufigsten genutzte Messmethode ist die berührende Messung. Das hängt mit den geringen Kosten und der heutigen hohen Präzision der berührenden Differenzwegmessung zusammen. Das leistet auch das von Zwick entwickelte und modular aufgebaute Extensometer Makro Xtens. Die Übertragung einer gemessenen Längenänderung zum Auswertesystem erfolgt über Messfühler und Messschneiden und erlaubt zusätzlich die geforderte automatische Betätigung.

Da die Messung des r-Wertes bei Zugversuchen die Bestimmung der Breitenänderung fordert, wird zusätzlich der berührungslos arbeitende Breitenänderungsaufnehmer Video Xtens eingesetzt. Er verfolgt die Messschneiden des Längenänderungsaufnehmers während der Prüfung, um die Messstellen für die Breitenänderung während des Tests kontinuierlich nachführen zu können. Der Video Xtens arbeitet berührungslos, bietet eine automatische Messmarkenerkennung und Erfassung der Anfangsmesslänge und erlaubt eine präparationsfreie Prüfung bei Proben mit strukturierter Oberfläche durch Mustererkennung. Er kann sowohl manuell als auch automatisch über die von Zwick entwickelte Prüfsoftware testXpert II bedient werden. Diese steht für eine neue Software-Generation in der Materialprüfung, die auf der aktuellsten Microsoft Windows-Plattform und mit modernsten Software-Technologien entwickelt wurde.

Brucheinschnürung klassifiziert

Eine weitere Anforderung war die Klassifizierung der Lage der Brucheinschnürung gemäß JIS Z2241 nach A, B und C. Danach ist die Bruchdehnung nur dann gültig, wenn der Bruch nicht näher an einem der Enden der Messlänge als ein Viertel der Ausgangsmesslänge eintritt. Da diese Anforderungen mit kontaktierenden Aufnehmern nur schwer oder gar nicht zu erfüllen sind, hat Zwick seinen bestehenden Video Xtens-Breitenänderungsaufnehmer erweitert und angepasst. Dieses System besteht aus zwei Kameras mit unterschiedlichen Objektiven, um einerseits die Breitenänderung präzise zu erfassen und andererseits die gesamte Messlänge bis zum Bruch zu überwachen.

Die erste Kamera zur exakten Breitenmessung nützt das Rücklichtverfahren, um die Position der beiden Messschneiden des Makro Xtens während des gesamten Versuchsverlaufes online zu bestimmen. An diesen Stellen sowie in deren Mitte erfolgt dann die vollautomatische Messung der drei geforderten Breiten. Dazu werden die Messlinien für die Breitenänderungsmessung entsprechen der Dehnung während des Versuchs „verschoben“. Die zweite Kamera erfasst ebenfalls im Rücklichtverfahren die Probenkontur der gesamten parallelen Länge. Sie erkennt die Lage der Brucheinschnürung und kann so die Klassifizierung der Probe nach A, B oder C durchführen. Beide Kameras werden auf engstem Raum in einem Gehäuse untergebracht und können dank einer ausgefeilten Spiegelumlenktechnik die Probe aus derselben Richtung erfassen.

Gemeinsam mit dem Makro Xtens und Test Xpert II bietet das Gesamtkonzept eine Lösung aus bewährter mechanischer Messtechnik und konsequenter Weiterentwicklung des vielfach erfolgreich eingesetzten Video Xtens Breitenänderungsaufnehmers. Damit ist Zwick in der Lage höchste Qualitätsansprüche der Automobilindustrie zu erfüllen. Diese innovative Lösung geht einher mit einer in 2014 gestarteten Qualitätsinitiative des Prüfmaschinenherstellers. Sie deckt sämtliche Abläufe „vom Kunden bis zum Kunden“ ab. Das heißt, von der Auftragsbearbeitung, der Fertigung und Montage über den Versand bis hin zur Installation beim Kunden. Ziel ist es, die Betriebsabläufe so zu verbessern, dass größte Qualitätsansprüche bei gleichzeitiger Effizienzsteigerung umgesetzt werden können.

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