Shearografie (ESPSI) zur Qualitätssicherung
Die Shearografie (ESPSI) ist ein interferometrisches Diagnoseverfahren zur berührungslosen und flächenhaften Detektion von Fehlstellen und Schäden an Bauteilen durch Messung von Verformungskonzentrationen bei einer äußeren Lastbeanspruchung. Dieses Verfahren ermöglicht die Messung von In-Plane- und Out-of-Plane-Verformungen im Bereich weniger Nanometer, sodass eine sehr geringe Bauteilbelastung nötig ist, um ein eindeutiges Prüfergebnis zu erhalten. Aufgrund der geringen Störanfälligkeit und der schnellen Echtzeitprüfung ist dieses Verfahren sehr gut in Produktionsprozesse integrierbar. Insbesondere bei Werkstoffverbund können mit der Shearografie Defekte aufgedeckt werden, die mit anderen Verfahren nur unzureichend oder gar nicht gefunden werden können.
Interferenzlinienmuster bilden homogene Out-of-Plane-Verformungen bei guter Bindung der Kupplungsbeläge ab
Quelle: Fraunhofer TEG
Interferenzlinienmuster bilden inhomogene Out-of-Plane-Verformungen ab, wie sie bei schlechter Bindung der Kupplungsbeläge auftreten
Quelle: Fraunhofer TEG
Die Shearografie (ESPSI) ist ein interferometrisches Prüfverfahren, mit dem Oberflächenverformungen durch Laufzeitmessung eines Laserstrahls gemessen werden können. Dabei wird der vom Prüfobjekt reflektierte Laserstrahl mit einem ebenfalls aus dieser Lichtquelle abgeleiteten Referenzstrahl verglichen. Durch die Überlagerung variiert die Intensität der Summe beider Strahlen zwischen hell und dunkel, dadurch entsteht ein sogenanntes Specklebild. Die Überlagerung zweier solcher digitaler Aufnahmen bei verschiedenen Belastungszuständen ergibt ein Interferenzlinienmuster. Bei der ESPI (Electronic Speckle Pattern Inferometry) kommt der Referenzstrahl normalerweise mit dem Prüfobjekt nicht in Berührung. Damit stören während der Aufnahme der beiden Lastzustände schon kleinste Relativbewegungen zwischen Kamera und Prüfobjekt.
Aus diesem Grund werden bei einem modifizierten Verfahren, Electronic Speckle Pattern Shearing Inferometry ESPSI, zwei gegeneinander leicht verschobene (engl. sheared) Objektbilder verglichen. Objektstrahl und Referenzstrahl werden beide von dicht nebeneinander liegenden Punkten auf dem zu prüfenden Objekt gewonnen. Somit sind sie nahezu den gleichen Störungen unterworfen. Dies macht einen entscheidenden Vorteil gegenüber der ESPI für die praktische Anwendung aus, da das Prüfsystem wesentlich unempfindlicher gegenüber Störungen wie Vibrationen und Wärmebewegungen reagiert. Als Ergebnis liefert die Shearografie den Gradienten der Verformung in Scherrichtung. Dadurch entstehen typische Doppelringmuster.
Die Shearografie eignet sich insbesondere zur Detektion von Defekten im Werkstoffverbund, welche mit anderen Verfahren nur unzureichend oder gar nicht gefunden werden können. So kann zum Beispiel die Qualität der Bindung von Kupplungsbelägen nachgewiesen werden, indem die Out-of-Plane-Verformungen von wärmebeaufschlagten Kupplungsscheiben mittels Shearografie ermittelt werden (Fraunhofer TEG in Kooperation mit dem Institute of Mechanical and Manufacturing Engineering der University of Loughborough).
Das System wird auf der Control 2007, 8.-11. Mai, in Sinsheim (Halle 6, Stand 6306) vorgestellt.
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