LEHRE UND FORSCHUNG 2011 - an der Fachhochschule Trier
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Bild 2: Gesamtaufbau, bestehend aus Mikroferoskopmodul, Kamera, Stereomikroskop, Optotronik und PC mit<br />
<strong>der</strong> Auswertesoftware Optis 2<br />
unterschiedliche, optische Strahlengänge im<br />
Gerät integriert (Bild 1). Beide Abläufe arbeiten<br />
im Doppelbelichtungsverfahren. In einer ersten<br />
Aufnahme wird das Untersuchungsobjekt im<br />
Grundzust<strong>an</strong>d mit einer CCD-Kamera abgebildet.<br />
Anschließend wird das Objekt belastet. Im Rechner<br />
wird die Aufnahme des Ausg<strong>an</strong>gszust<strong>an</strong>des<br />
von <strong>der</strong> Aufnahme des verformten Zust<strong>an</strong>ds subtrahiert.<br />
Das Differenzbild wird nach Verarbeitung<br />
und Auswertung am Monitor visualisiert.<br />
Abschließend können die Ergebnisdaten als Farbgrafik,<br />
mit Angabe <strong>der</strong> Verformungen, ausgegeben<br />
werden. Der grundsätzliche Versuchsaufbau<br />
und -ablauf entspricht dem <strong>der</strong> klassischen Hologramminterferometrie.<br />
Anstelle <strong>der</strong> Hologrammplatte<br />
tritt jedoch eine CCD-Kamera, die über eine<br />
FireWire-Schnittstelle <strong>an</strong> einen Rechner <strong>an</strong>geschlossen<br />
ist.<br />
THEORETISCHE GR<strong>UND</strong>LAGEN<br />
Die Electronic-Speckle-Pattern-Interferometrie<br />
(ESPI), auch als „Digital-Holografie“ bezeichnet,<br />
ist ein kohärent optisches und berührungsloses<br />
Oberflächen-Messverfahren.<br />
Zur Untersuchung <strong>der</strong> Verformungen in <strong>der</strong> Ebene<br />
(inpl<strong>an</strong>e: u, v) und senkrecht zur Ebene (outof-pl<strong>an</strong>e:<br />
w) werden zwei ähnliche Verfahren <strong>an</strong>gewendet.<br />
Beim Eintreffen des Objekt- und Referenzstrahls<br />
(Bild 1) in die CCD-Kamera im Grundzust<strong>an</strong>d hat<br />
<strong>der</strong> resultierende Laserstrahl eine Intensität von:<br />
(1)<br />
Dabei ist <strong>der</strong> Mittelwert <strong>der</strong> Intensität (Hintergrundhälligkeit),<br />
.die Modulation des Interferenzterms<br />
(Kontrast) und die zufällige, relative Phasenlage<br />
vor <strong>der</strong> Belastung. Nach <strong>der</strong> Belastung<br />
wird folgende Intensität gemessen:<br />
(2)<br />
Die zufällige, relative Phasenlage nach <strong>der</strong> Belastung<br />
wird durch berücksichtigt. Um eine qu<strong>an</strong>titative<br />
Auswertung zu ermöglichen, müssen die<br />
drei Unbek<strong>an</strong>nten, nämlich , und Phasenverteilung<br />
ausgerechnet werden. Zur Lösung dieses<br />
Problems wird die zeitliche Phasenschiebetechnik<br />
eingesetzt. Bei dieser Methode werden<br />
nachein<strong>an</strong><strong>der</strong> mindestens drei Interferogramme<br />
jedes Verformungszust<strong>an</strong>des gespeichert, während<br />
dessen <strong>der</strong> optische Weg des Laserstrahls<br />
durch Piezoaktoren verän<strong>der</strong>t wird. Um die Endgleichung<br />
(5) zu vereinfachen und möglichst wenige<br />
Rechenoperationen ausführen zu müssen,<br />
werden <strong>an</strong>statt drei, vier Bil<strong>der</strong> jedes Zust<strong>an</strong>des<br />
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