Technikum OGKB - SHEAROGRAFIE & HOLOGRAFIE

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Interferometrische Messverfahren sind Verfahren, die mit der Überlagerung (Interferenz) von Wellen Größen wie beispielsweise Abstände messen. Grundsätzlich sind hier alle Arten von Wellen möglich und entsprechend vielseitig sind die Möglichkeiten. Im Technikum OGKB haben wir uns jedoch auf die optischen Verfahren spezialisiert. Insbesondere die elektronische Specklemuster-Holografie (ESPI) und Specklemuster-Shearografie (ESPSI) sind unsere Forschungsschwerpunkte.

Es handelt sich bei beidem um  optische Oberflächenmessverfahren, die berührungslos und zerstörungsfrei Dehnungen des Bauteils im μm Bereich erfassen. Dabei gibt die Holografie Aufschluss über die Verformung selbst und die Shearografie über deren Änderung, also die erste Ableitung der Verformung.

Gezielt eingesetzt ist es damit möglich, sehr schnell etwaige Fehlstellen zu detektieren. Da es sich um materialunabhängige Verfahren handelt, bieten sie sich für den Einsatz in den Bereichen Qualitätskontrolle und Bauteiloptimierung an.

Interferometrische Verfahren im Technikum OGKB

Holografie

Prinzip:

  • Messung der Verformung
  • Aufnahme eines Objektes im Doppelbelichtungsverfahren im un- und belasteten Zustand Überlagerung der Aufnahme mit einer Referenzwelle
  • Abbildung von Makrointerferenzstreifen, die Rückschlüsse auf die Verformung geben

Vorteile:

  • Die Prüfung erfolgt zerstötungsfrei, materialunabhängig und flächendeckend
  • Relativ einfacher Aufbau
  • Hochpräzise

Nachteile:

  • Schwingungsisolierung notwendig, da das Verfahren sehr empfindlich gegenüber Umgebungseinflüssen und Starrkörperverschiebungen ist
  • Keine direkte Messung der Dehnungen und Neigungen (Differentiation erforderlich)
  • Messbereich der Verformung liegt zwischen 0,1 µm und 8 µm
  • Schlechte Eignung für Messungen in der Produktion und vor Ort

 

Shearografie

Prinzip:

  • Beleuchtung eines Objektes mit kohärentem Licht (Laser)
  • Diffuse Reflektion des Lichtes an der Objektoberfläche
  • Entstehung von Mikrointerferenzerscheinungen (Specklekorrelation) durch Vershearung (Verschiebung) des Bildes im Michelson-Aufbau
  • Aufnahme von leicht verschobenen (shearing) und mit sich selbst überlagerten Bilder  (self-referencing) im un- und belasteten Zustand
  • Verrechnung beider Aufnahmen
  • Entstehung von Korrelationsstreifen durch Interferenzerscheinungen (Makrointerferenzen) der beiden Aufnahmen

Vorteile:

  • Keine Schwingungsisolierung notwendig, da das Verfahren relativ unempfindlich gegen störende Umgebungseinflüsse und Starrkörperverschiebungen ist
  • Geeignet für Messungen in der Produktion bzw. vor Ort am real belasteten Bauteil
  • Schnelles Auffinden von Dehnungs- bzw. Neigungskonzentrationen, die an Schwachstellen, Fehlstellen oder in überbeanspruchten Bereichen auftreten
  • Schnelle Analyse der aufgenommenen Bilder durch elektronische Auswertung der Interferenzstreifen
  • Direkte Messung der Dehnung und Neigung (keine Differentiation erforderlich)
  • Relativ einfacher, robuster Aufbau und leichtes Handling
  • Da nahe beieinander liegende Objektpunkte miteinander interferieren, können auch Laser mit geringer Kohärenzlänge eingesetzt werden
  • Die Prüfung erfolgt zerstörungsfrei, materialunabhängig und flächendeckend
  • Variabler Messbereich durch Einstellen des Shearbetrages

Nachteile:

  •     Messung nur von reellen Dehnungen möglich
  •     Dehnungsmessungen nur bis ca. 0,5.10 -4 - 1% möglich

 

Messgeräte im Technikum OGKB

Interferoskop
Das Interferoskop ist eine der neusten Eigenentwicklungen des Gerätebaulabors.Das Wort Interferoskop setzt sich, genau wie seine Funktionsweise, aus den beiden Bestandteilen Interferometrie und Endoskop zusammen. Es handelt sich dabei um einen Messkopf zur shearographischen Out-Of-Plane-Verformungsmessung durch ein Endoskop. Sowohl die Beleuchtung, als auch die Beaobachtung des zu untersuchenden Objektes erfolgt durch das Endoskop. So ist es möglich durch kleinste Öffnungen in Hohlräume zu schauen und diese shearographisch zu untersuchen. Im Rahmen unserer Forschung wird dieses Gerät stetig weiterentwickelt, und wir sind immer auf der Suche nach interessierten Studenten, die hieran mitarbeiten möchten.

Shearografie Messkreuz
Mit dem Shearographiemesskreuz können großflächige Untersuchungen durchgeführt werden. Durch vier variabel einstellbare und einzeln shutterbare Laserdioden ist eine sehr präzise Beleuchtung des Messobjektes möglich. Auf Grund von Filtern im Wellenlängenbereich der Laserdioden sind Messungen auch bei normlaer Umgebungsbeleuchtung uneingeschränkt möglich.

Mikroferoskop
Das Mikroferoskop ist ebenfalls eine Entwicklung des Technikums. Hierbei wurden die Verfahren Holografie und Mikroskopie gekoppelt, um besonders kleine Bauteile zu untersuchen, bei denen sich die Shearografie aufgrund des für die Auflösung zur Detektion von Fehlstellen benötigten Mindest-Shearbetrags nicht eignet. Hier gibt es eine Vielzahl an Anwendungen, wodurch der Bedarf an Forschung weiterhin immens ist. Als Hochschule haben wir natürlich ein großes Interesse daran, dass unsere Forschung nicht auf dem Papier bleibt, sondern auch umgesetzt wird, um durch Innovation und Effizienz Ressourcen zu sparen. Daher haben wir es uns zur Aufgabe gemacht, Verfahren und Labormessgerät voranzutreiben, und letztlich Industrie- und Serienreife zu erreichen.

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