Photogrammetrische Methoden gewinnen zunehmend an Bedeutung im bau­tech­nischen Versuchswesen. Die Auswertung von Bildsequenzen ermöglicht eine kontakt­lose, flächenhafte, hochaufgelöste und hochgenaue Veränderungs­detek­tion von Ober­flächen in der Materialprüfung und Bauwerksüberwachung. Diese Arbeit behan­delt einige Aspekte der Deformationsanalyse auf Basis von Bild­sequenzen mit Hilfe triangulierter Verschiebungsfelder. Zunächst wird auf Unter­suchungen zu Defor­ma­tionen ebener Objektoberflächen, die mit mono­kularen Bild­sequenzen beo­bachtet wurden, eingegangen. Im weiteren Verlauf wird auf Stereobildsequenzen über­ge­gangen, die Deformations­mes­sungen für beliebige Ober­flächen erlauben. Im ersten Teil der Arbeit wird gezeigt, wie Verschiebungsfelder in monokularen Bild­sequenzen bestimmt werden können. Die Bildpunkte, an welche die Verschie­bungen geknüpft sind, werden zu einem Dreiecksnetz trianguliert. Jedes einzelne Dreieck wird auf Änderungen zu der Referenzepoche, die als die erste Epoche ohne jegliche Defor­mation definiert ist, untersucht. Ein gängiges Verfahren zur Analyse solcher Verän­derungen ist die Berechnung von Haupt­dehnungen für jedes Dreieck. Schwell­werte können zur Erkennung deformierter Bereiche und die farbkodierte Darstellung der Hauptdehnungen für eine visuelle Betrachtung genutzt werden. In den räumlich verteilten Hauptdehnungen sowie im zeitlichen Ablauf treten Rausch­effekte auf. Deshalb werden verschiedene Filtermethoden zur Rausch­unter­drückung untersucht. Dabei kommt ein Filter zum Einsatz, der gleichzeitig in der räumlichen sowie der zeitlichen Dimension filtert. Es werden aber auch Filter unter­sucht, die in beiden Dimensionen getrennt filtern. Aus den Hauptdehnungen können nicht direkt Rissbreiten abgeleitet werden. Diese spielen für die Materialprüfung im Bauwesen allerdings eine wichtige Rolle, wes­wegen sich diese Arbeit auch mit der Berechnung von Riss­breiten in Dreiecks­netzen befasst. Als deformierte Dreiecke werden diejenigen detektiert, deren Hauptdehnung einen Schwellwert überschreiten. Für diese Kandidaten werden im Folgenden Rissbreiten bestimmt. Drei verschiedene Verfahren für die Ermittlung von Rissbreiten werden vorgestellt und verglichen. Die Dehnbarkeit faserbewehrter Komposite, die unter anderem zur Verstärkung von Mauern und anderen Bauwerken verwendet werden, wird bei Belastung durch die Bildung multipler Rissstrukturen gewährleistet. Auf Grund dessen widmet sich ein weiterer Teil der Dissertation der Auswertung multipler Riss­strukturen. Hierzu werden dichte Verschiebungsfelder berechnet. Dann wird zunächst eine Auswahl der verfolgten Punkte genutzt, um ein grobes Dreiecks­netz zu generieren. Deformierte Dreiecke der ausgedünnten triangu­lierten Punktmenge werden mit dem Betrag des relativen Trans­lations­vektors, der als Deformations­maß eingeführt wird, detektiert. Eine iterative Verdichtung des Dreiecknetzes in defor­mierten Bereichen ermöglicht die Auswertung enger Riss­muster. Zudem erlaubt eine Ausgleichung, dass nicht-triangulierte Punkte des dichten Verschie­bungs­feldes in die Rissbreiten­berechnung einbe­zogen werden können. Ein weiterer Bestandteil der Arbeit ist die Betrachtung unebener Oberflächen, die mit Stereokamerasystemen beobachtet werden. Dazu werden die Algorithmen für die zweidimensionale Auswertung entsprechend übertragen und erweitert. Auf Basis von Verschiebungsfeldern dreidimensionaler Punkte wird auch hier ein Dreiecksnetz zur Änderungsdetektion genutzt. So wird am Beispiel von dynamischen Dehnungstests an zylindrischen Probe­körpern ein Algorithmus zur Rissbreitenmessung auf nicht ebenen Ober­flächen vorge­stellt. Dabei wird angenommen, dass die Defor­mationen ausschließlich tangential zur Oberfläche auftreten. Dies erlaubt die Transformation (Kongruenz­abbildung) der Dreiecke in einen zwei­dimen­sionalen Raum und auch eine zwei­dimensionale Auswertung. Außerdem wird eine Methode zur Berechnung des dreidimensionalen Riss­öffnungs­vektors präsentiert. Dieses Verfahren ist eine Erweiterung zum vorher­gehenden Algorithmus und erlaubt zudem die Vermessung vertikaler Defor­ma­tionen. Defor­mierte Dreiecke im trian­gulierten dreidimensionalen Verschie­bungs­feld werden mit Hilfe des zwei­dimen­sionalen Relativ­translations­vektor­betrags der in den zwei­dimen­sionalen Raum transformierten Dreiecke detek­tiert. Anschließend folgt für alle defor­mierten Dreiecke durch Hinzunahme min­des­tens eines undeformierten Nachbar­dreiecks die Berechnung eines drei­dimen­sionalen relativen Trans­lations­vektors, mit Hilfe dessen die Komponenten des Riss­öffnungsvektors ermittelt werden.:Kurzfassung iii Abstract v 1. Einführung 1 1.1. Struktur der Arbeit 1 1.2. Motivation 2 1.3. Verwandte Arbeiten 4 1.4. Ziele der Arbeit 7 2. Photogrammetrische Deformationsmessung in monokularen Bildsequenzen 8 2.1. Filtermethoden in Dreiecksnetzen 9 2.2. Rissbreitenberechnung mit Hilfe von Dreiecksnetzen 19 2.3. Strategie zur Rissbreitenmessung für multiple Rissstrukturen 29 3. Photogrammetrische Deformationsmessung in Stereobildsequenzen 50 3.1. Rissbreitenberechnung für tangentiale Deformationen auf nicht ebenen Oberflächen mit gegebenem 3D-Verschiebungsfeld 51 3.2. Berechnung des dreidimensionalen Rissöffnungsvektors bei gegebenem 3D-Verschiebungsfeld 59 4. Diskussion 70 5. Ausblick 77 5.1. Bestimmung der Anzahl der Risse 77 5.2. Rissspitzenbestimmung und -verfolgung 78 5.3. Anwendung der entwickelten Algorithmen auf Voxeldaten 78 5.4. Modellerweiterung durch Relativrotation 82 5.5. Genauigkeitssteigerungen für die Rissposition 82 5.6 Verbesserung der Rissnormalenschätzung 82 Literaturverzeichnis 83 Abkürzungsverzeichnis 89 Tabellenverzeichnis 90 Abbildungsverzeichnis 90 / Photogrammetric methods are gaining importance in civil engineering material testing and structural health monitoring. The analysis of image sequences ensures an extensive change detection of surfaces with a high spatial resolution and a high accuracy. This thesis deals with some aspects of deformation analysis based on image sequences and triangulated displacement fields. At the beginning, the examination of planar surfaces of specimens observed with monocular image sequences is considered. Later, a transition to stereo image sequences is given because they allow a deformation measurement of arbitrary surfaces. The first part of the thesis shows how to derive displacement fields from monocular image sequences. The matching points corresponding to the displace­ments are triangulated into a mesh. Each triangle is compared to the reference epoch which is defined as the first time epoch under zero load without any deformation. As a current method, principal strains are used to detect deformations. Thresholds can be used to find deformed areas. In addition, color-coded maps of the principal strains are helpful for a visual detection. In the field of the principal strains, noise effects appear in the spatial as well as in the temporal domain. Therefore, different filter methods are applied to reduce noise. In addition to filter techniques that are applied independently in the time and the spatial domain, a combined spatio-temporal filter is tested. Crack widths cannot be derived directly from principal strains but crack widths are an important issue in civil engineering material testing. For this reason, this thesis also gives attention to the computation of crack widths in triangle meshes. The principal strains of the triangles are tested for exceeding a threshold to detect deformed triangles. For the deformed triangles, crack widths are computed. Three different methods for the crack width determination are presented and compared. Multiple cracking ensures the ductility of loaded fiber-reinforced composites used to strengthen walls among other things. Therefore, another part of the dissertation deals with the photogrammetric analysis of multiple crack patterns. Herein, dense displacement fields are computed. Then, a thinned-out set of points is triangulated into a mesh. For each triangle, the norm of the relative translations vector defined as a new quantity to detect deformations is deter­mined and used to find cracked triangles. The mesh is densified iteratively in deformed areas to ensure an analysis of narrow crack structures. In addition, a least squares algorithm is presented which allows that points of the displace­ment field, that are not part of the mesh, can be included in the crack width computation. A further part of the dissertation deals with non-planar surfaces observed with stereo camera systems. The algorithms of the two dimensional analysis are adapted and extended to use them for these applications. These methods are based on three dimensional displacement fields and also use triangle meshes to detect deformed areas. One algorithm concentrates on the crack width measurement of non-planar surfaces with deformations that are only tangential to the surface. The method is applied on a cylindrical specimen in a dynamic tension test. The assumption that deformations are tangential to the surface allows the transformation of the triangles in the two dimensional space and also a two dimensional analysis. In addition, an algorithm for the computation of the three dimensional crack opening vectors is presented. This method is an extension to the foregoing algorithm and is capable of measuring vertical deformations. To find deformed triangles in the triangulated three dimensional displacement field, the triangles are transformed in the two dimensional space in a first step. In a second step, the norm of the two dimensional relative translation vector is determined and tested if it exceeds a threshold. In the following, for each deformed triangle, the three dimensional relative translation vector is computed using a undeformed neighbor triangle. At the end, the three dimensional relative translation vectors can be transformed to the crack opening vectors.:Kurzfassung iii Abstract v 1. Einführung 1 1.1. Struktur der Arbeit 1 1.2. Motivation 2 1.3. Verwandte Arbeiten 4 1.4. Ziele der Arbeit 7 2. Photogrammetrische Deformationsmessung in monokularen Bildsequenzen 8 2.1. Filtermethoden in Dreiecksnetzen 9 2.2. Rissbreitenberechnung mit Hilfe von Dreiecksnetzen 19 2.3. Strategie zur Rissbreitenmessung für multiple Rissstrukturen 29 3. Photogrammetrische Deformationsmessung in Stereobildsequenzen 50 3.1. Rissbreitenberechnung für tangentiale Deformationen auf nicht ebenen Oberflächen mit gegebenem 3D-Verschiebungsfeld 51 3.2. Berechnung des dreidimensionalen Rissöffnungsvektors bei gegebenem 3D-Verschiebungsfeld 59 4. Diskussion 70 5. Ausblick 77 5.1. Bestimmung der Anzahl der Risse 77 5.2. Rissspitzenbestimmung und -verfolgung 78 5.3. Anwendung der entwickelten Algorithmen auf Voxeldaten 78 5.4. Modellerweiterung durch Relativrotation 82 5.5. Genauigkeitssteigerungen für die Rissposition 82 5.6 Verbesserung der Rissnormalenschätzung 82 Literaturverzeichnis 83 Abkürzungsverzeichnis 89 Tabellenverzeichnis 90 Abbildungsverzeichnis 90

Der Tagungsband wurde im Rahmen des 10th Youth Symposium on Experimental Solid Mechanics vom 25. bis 28. Mai 2011 an der Technischen Universität Chemnitz publiziert. Es werden aktuelle Arbeiten von jungen Wissenschaftlern aus 11 Nationen auf dem Gebiet der experimentellen Festkörpermechanik vorgestellt. Dabei reichen die Beiträge von Material- über Bauteilprüfung bis zur Biomechanik und beleuchten eine Reihe unterschiedlicher Messmethoden und Anwendungen. / This proceedings were published on the occasion of the 10th Youth Symposium on Experimental Solid Mechanics from 25th to 28th May 2011 at the Chemnitz University of Technology. It presents the current work from young researchers from 11 nations in the field of experimental solid mechanics. The contributions have a range from materials testing over components testing to biomechanics and examine a number of different measurement methods and applications.

Der Tagungsband wurde im Rahmen des 10th Youth Symposium on Experimental Solid Mechanics vom 25. bis 28. Mai 2011 an der Technischen Universität Chemnitz publiziert. Es werden aktuelle Arbeiten von jungen Wissenschaftlern aus 11 Nationen auf dem Gebiet der experimentellen Festkörpermechanik vorgestellt. Dabei reichen die Beiträge von Material- über Bauteilprüfung bis zur Biomechanik und beleuchten eine Reihe unterschiedlicher Messmethoden und Anwendungen. / This proceedings were published on the occasion of the 10th Youth Symposium on Experimental Solid Mechanics from 25th to 28th May 2011 at the Chemnitz University of Technology. It presents the current work from young researchers from 11 nations in the field of experimental solid mechanics. The contributions have a range from materials testing over components testing to biomechanics and examine a number of different measurement methods and applications.

Magnetisch-induktive Techniken finden seit langer Zeit viele Anwendungsfelder in der Medizin, Sicherheitstechnik und der Industrie. Obwohl die technischen Grundlagen seit vielen Jahrzehnten bekannt sind, werden auf Basis detaillierter Analysen spezielle Lösungsansätze verfolgt, die neuartiges Anwendungspotential erschließen sollen. Dazu dienen verbesserte Werkzeuge wie Computersimulationen und analytische Berechnungen sowie neu kombinierte Methoden und Aufbauten aus Leistungselektronik und Signaldetektion. Die Vorteile magnetisch-induktiver Techniken sind dabei u.a., dass sie das Prüfobjekt nicht schädigen, berührungslos arbeiten, robust gegenüber Verschmutzungen und einfach im Aufbau sind. Ein Nachteil dieser Technik ist die unzureichende Auflösung von feinen Strukturen. In der aktuellen Forschung und Entwicklung werden unterschiedliche Spulenanordnungen zur Anwendung in industriellen und medizinischen Fragestellungen untersucht und optimiert. Thema dieser Arbeit ist es, durch Verbesserung der Spuleneigenschaften, neue Anwendungsbereiche für die zerstörungsfreie Materialprüfung zu erschließen. Es wird eine Methode vorgestellt, die Eigenschaften magnetisch-induktiver Tastspulen zu verbessern und so den Aufwand bei der Signalverarbeitung zur Rekonstruktion im Rechner zu reduzieren sowie die Auflösung zu erhöhen. Dazu werden zwei Spulenanordnungen, Transmissions - Tastspulen und Gradiometer - Tastspulen, vergleichend gegenübergestellt und ihre technischen Grenzen aufgezeigt. / Magneto-inductive techniques are found in many fields of application areas so in medicine, security technology and industry. Although the technical basis has been known for many decades, special solutions are pursued on the basis of detailed analysis that should open new application potential. These are enhanced tools such as computer simulations, analytical calculations, new combined methods and structures of power electronics and signal detection. The advantages of magneto-inductive techniques are that they do not damage the test object, are contactless, robust against dirt and simple in construction. A disadvantage of this technique is the insufficient resolution of fine structures. In current research and development different coil assemblies are investigated in industrial and medical applications. The aim of this work is to improve the coil properties by changing geometric constructions and current patterns of the coils, in order to allow a sharper localization of objects in space and to tap new application areas for non-destructive testing. A method to improve the properties of magneto-inductive coils and thus to reduce the effort in signal processing and image reconstruction as well as to increase the resolution is presented. Two different coil assemblies, gradiometer – coils and transmission – coils, are compared and their technical limits shown.

Magnetisch-induktive Techniken finden seit langer Zeit viele Anwendungsfelder in der Medizin, Sicherheitstechnik und der Industrie. Obwohl die technischen Grundlagen seit vielen Jahrzehnten bekannt sind, werden auf Basis detaillierter Analysen spezielle Lösungsansätze verfolgt, die neuartiges Anwendungspotential erschließen sollen. Dazu dienen verbesserte Werkzeuge wie Computersimulationen und analytische Berechnungen sowie neu kombinierte Methoden und Aufbauten aus Leistungselektronik und Signaldetektion. Die Vorteile magnetisch-induktiver Techniken sind dabei u.a., dass sie das Prüfobjekt nicht schädigen, berührungslos arbeiten, robust gegenüber Verschmutzungen und einfach im Aufbau sind. Ein Nachteil dieser Technik ist die unzureichende Auflösung von feinen Strukturen. In der aktuellen Forschung und Entwicklung werden unterschiedliche Spulenanordnungen zur Anwendung in industriellen und medizinischen Fragestellungen untersucht und optimiert. Thema dieser Arbeit ist es, durch Verbesserung der Spuleneigenschaften, neue Anwendungsbereiche für die zerstörungsfreie Materialprüfung zu erschließen. Es wird eine Methode vorgestellt, die Eigenschaften magnetisch-induktiver Tastspulen zu verbessern und so den Aufwand bei der Signalverarbeitung zur Rekonstruktion im Rechner zu reduzieren sowie die Auflösung zu erhöhen. Dazu werden zwei Spulenanordnungen, Transmissions - Tastspulen und Gradiometer - Tastspulen, vergleichend gegenübergestellt und ihre technischen Grenzen aufgezeigt. / Magneto-inductive techniques are found in many fields of application areas so in medicine, security technology and industry. Although the technical basis has been known for many decades, special solutions are pursued on the basis of detailed analysis that should open new application potential. These are enhanced tools such as computer simulations, analytical calculations, new combined methods and structures of power electronics and signal detection. The advantages of magneto-inductive techniques are that they do not damage the test object, are contactless, robust against dirt and simple in construction. A disadvantage of this technique is the insufficient resolution of fine structures. In current research and development different coil assemblies are investigated in industrial and medical applications. The aim of this work is to improve the coil properties by changing geometric constructions and current patterns of the coils, in order to allow a sharper localization of objects in space and to tap new application areas for non-destructive testing. A method to improve the properties of magneto-inductive coils and thus to reduce the effort in signal processing and image reconstruction as well as to increase the resolution is presented. Two different coil assemblies, gradiometer – coils and transmission – coils, are compared and their technical limits shown.

Dieser Beitrag bietet einen Überblick über den aktuellen Sachstand auf dem Gebiet der additiven Fertigungsverfahren mit Beton, auch 3D-Betondruck genannt. Im Einzelnen wird auf die zugehörige Materialprüfung von druckbarem bzw. gedrucktem frischem, erhärtendem und erhärtetem Beton eingegangen. Außerdem werden mögliche Varianten zur Integration der Bewehrung in die additive Fertigung mit Beton dargelegt.