Shearografie

Ein Klebefehler in einem Laminat führt bei leichter mechanischer Belastung z.B. durch leichte Erwärmung zu einer Oberflächendeformation, die mit Shearografie berührungslos und ganzflächig erfasst werden kann. Dazu wird das zu prüfende Bauteil grossflächig mit Laserlicht beleuchtet und mit einer Kamera beobachtet. Die Optik der Kamera erzeugt dabei ein Doppelbild des Objektes, das um einen einstellbaren Scherbetrag seitlich gegeneinander versetzt auf dem Kamerachip abgebildet wird.  

Das führt dazu, dass Laserstrahlen über je zwei im Scherabstand voneinander entfernte Punkte auf jeweils einen Kamerapixel gelangen. Daraus resultieren Interferenzerscheinungen, in denen die relative Lage der Punkte zueinander sowie zu Kamera und Laser verschlüsselt ist. Da die Objektoberfläche im Verhältnis zur Lichtwellenlänge rau ist, kann man nichts erkennen. Man nennt dieses Bild ein sog. Speckle-Bild.

Verformt sich das Bauteil nun, so führen Relativbewegungen zwischen den im Scherabstand befindlichen Punkten auf der Objektobefläche zu einer Änderung der Interferenzerscheinungen und es entsteht ein neues Speckle-Muster. Das Differenzbild zwischen diesen beiden Speckle-Bildern zeigt nur noch die Änderungen der Bewegungen zwischen den benachbarten Objektpunkten an. Dies ist mathematisch der Gradient der Verformung. Im Vergleich würde eine lokale Verformung als Beule im Shearogramm als Doppelanzeige (Schmetterlingsmuster) angezeigt.

Dabei ist die Auflösung ausserordentlich hoch: Das Verfahren zeigt Verformungen ab ca. 0.1 µm (1/10'000 mm) zuverlässig an.

Anwendungen

Die folgenden Beispiele zeigen einige Anwendungen der Shearografie. Sie eignet sich besonders zur schnellen Prüfung von Composite Werkstoffen. Häufigster Anwendungsfall ist die Luft- und Raumfahrt sowie die Marinetechnik (Yachtbau).

Testpanel für die Automobilindustrie

Belastung durch Erwärmung mit IR-Strahler; die Bilder links zeigen das Original-Phasenbild, die rechten das ausgewertete und nachverarbeitete Ergebnis, in dem die Umrisse der Fehler deutlich werden.

(ISI-SyS)

Hubschrauber - Rotorblatt

Rotorblatt aus Composite - Material, Belastung durch Unterdruck (ca. 20mbar). Die lange hellblaue Kante zeigt den Übergang von von einer Titan-Stossleiste in den Kohlefaserkörper.

(Dantec-Dynamics)