Band 70, Heft 2 - 2

Absolut messende Interferometer werden für die Bestimmung größerer Längen bei praktischen Anwendungen selten genutzt. Die Vorteile überwiegen die Kosten bei vielen Anwendungen nicht. Es wird ein absolut messendes Interferometer vorgestellt, das geringere Anforderungen an Laser, Längenreferenz und Umgebungsbedingungen stellt. Das Messprinzip, die Komponenten und Untersuchungen zur Messunsicherheit des Interferometers werden beschrieben.

Die Erfassung von Scherströmungen erfordert Geschwindigkeitsmessverfahren mit hoher Ortsauflösung. Laser-Doppler-Sensoren eignen sich dafür aufgrund des präzisen, berührungslosen Messprinzips. Die Ortsauflösung ist aber in der Regel durch die Größe des Messvolumens auf typisch 50 μm begrenzt. In diesem Aufsatz wird auf ein neuartiges Messprinzip eingegangen, das eine ortsaufgelöste Geschwindigkeitsmessung innerhalb des Messvolumens ermöglicht. Die Ortsauflösung ist nur durch die Signalqualität begrenzt. Erreicht wurde eine Ortsauflösung von ca. 1,6 μm. Steile Scherschichten können erfasst werden. Die Anwendungen des Laser-Doppler-Geschwindigkeitsprofilsensors liegen z.B. in der Messung von Grenzschichtströmungen sowie von Rohrströmungen.

Das Erkennen und Klassifizieren von Fehlern ist eine wichtige Aufgabe der optischen zerstörungsfreien Materialprüfung in der industriellen Qualitätskontrolle. Eine Vielzahl von Daten über Fehler im Material sind in interferometrischen Streifenmustern enthalten. Diese Daten müssen für die weitere Auswertung reduziert werden. Eine Möglichkeit der Datenreduktion ist durch die Wavelet-Transformation gegeben. Fehler in interferometrischen Streifenmustern sollen durch Wavelet-Filter erkannt, lokalisiert und klassifiziert werden. Wavelet-Funktionen sind sowohl im Ortsraum als auch im Frequenzraum lokalisiert und eignen sich deshalb zur Extraktion von Merkmalen ohne Verlust der räumlichen Zuordnung. Eine Klassifizierung der Interferogramme ist möglich, da die Fehlerklassen charakteristische Eigenschaften haben, die mit bestimmten Klassen von Wavelet-Filtern erkannt werden können.

In diesem Artikel werden Prinzip, Aufbau und Einsatzmöglichkeiten sowie ausgewählte Messergebnisse für zwei auf Laser-Speckle-Verfahren beruhende Sensorsysteme erläutert und gegenübergestellt. Der grundsätzliche Unterschied zwischen den Systemen besteht in der optischen Anordnung. Im ersten System werden zwei kleine, mit Laserlicht beleuchtete Oberflächenbereiche maßstabsgetreu auf eine Kamera mit genau definierter Geometrie (CCD) abgebildet und deren belastungsbedingte Verschiebung mit hoher Auflösung ermittelt. Der Laser übernimmt dabei die Funktion der Erzeugung eines kontrastreichen Musters, welches charakteristisch für die betrachteten Oberflächenbereiche der Probe ist ( Fingerabdruck der Oberfläche). Die Differenz der beiden Verschiebungswerte, bezogen auf die durch den Abstand der beobachteten Bereiche definierte Basislänge, ergibt die gesuchte Dehnung der Probe. Da die Auflösung des Systems mit zunehmender Basislänge besser wird und das Messprinzip aber über eben diese Basislänge mittelt und viele Anwender einen Sensor benötigen, der die Messgröße ortsmäßig auflösen kann, wurde ein in dieser Hinsicht verbessertes Verfahren basierend auf einer Idee von Yamaguchi entwickelt. In diesem Artikel werden Eigenschaften und Anwendungsmöglichkeiten beider Systeme gegenübergestellt und diskutiert.

Methoden zum Erfassen der 3D-Form von Objekten sind seit vielen Jahren bekannt. In verschiedenen Anwendungen ist es jedoch notwendig, die Objektform und -farbe komplex geformter Objekte vollständig zu erfassen. Die Verwendung von Farbkameras hat den Nachteil niedriger Auflösung, niedriger Bildraten und kann Formmessfehler verursachen. Die hier vorgestellte Messmethode ermöglicht die simultane Erfassung von Form und Farbe unter ausschließlicher Verwendung von Monochromkameras.

Der Einsatz und die Nutzung von miniaturisierten Bauteilen oder Produkten ist seit Jahren etabliert, sei es in der Telekommunikation oder Automobilbranche. Jedoch ist die Frage nach geeigneten Produktionsverfahren und -mitteln immer aktuell und ist in vielen Fällen noch nicht ausreichend gelöst bzw. es stehen noch Lösungen aus. Gerade Bereiche der Prozesskontrolle bzw. -regelung mittels Messtechnik bergen Entwicklungspotentiale. Der vorliegende Artikel zeigt die Entwicklung eines faserbasierten Abstandsmesssystems und dessen Einsatzmöglichkeiten.

Ständig steigende Anforderungen an die Qualitätsprüfung in der industriellen Fertigung erfordern neue Verfahren zur schnellen und zerstörungsfreien Oberflächenprüfung. Für die Formvermessung technischer Oberflächen bietet sich hierfür die Zwei-Wellenlängen-Technik der Speckle-Interferometrie an. Die bisher sehr hohe Störempfindlichkeit interferometrischer Messungen auf erschütterungsbedingte Bewegungen des Messobjektes sowie eine lange Rechenzeit zur Auswertung der Interferogramme ließen eine industrielle Anwendung kaum zu. Ein neu konzipierter Interferometeraufbau wird vorgestellt, der mittels zweier räumlich getrennter Kameras die simultane Aufzeichnung aller für die interferometrische Formvermessung notwendigen Daten und somit auch die Messung an bewegten Objekten erlaubt. Eine am Datenfluss orientierte, hardwarebasierte Auswertung mit FPGAs (Field Programmable Gate Arrays) ermöglicht die Online-Auswertung mit einer hohen Bildrate, wodurch der Aufbau als Messeinrichtung für den industriellen Einsatz attraktiv wird.

Die inverse Streifen- und Muster-Projektionstechnik wird vorgestellt und mit Anwendungsbeispielen verknüpft. Die Technik erlaubt eine schnelle und robuste 3D-Qualitätskontrolle sowie eine schnelle Formprüfung, da nur ein Kamerabild zur Auswertung jeweils eines Zustandes benötigt wird. Beliebige Muster können unabhängig von der Objekthöhenstruktur an das Objekt angepasst werden. Beliebige (gemessene) Bilddaten können für den Experimentator direkt auf dem Objekt an den korrespondierenden Positionen markiert werden (Augmented Reality).