Michael Schuth, Wassili Buerakov
Handbuch Optische Messtechnik
Praktische Anwendungen für Entwicklung, Versuch, Fertigung und Qualitätssicherung
Vorwort
6
Inhaltsverzeichnis
8
Die Autoren
26
Firmen, die mit Praxisbeispielen im Handbuch vertreten sind
28
Einleitung
30
1 Geschichte der Optik
30
2 Bedeutung der opti schen Technologien heute
36
2.1 Bedeutung der optischen Technologien in der Technik
36
2.2 Bedeutung der optischen Technologien im Militärsektor
39
2.3 Bedeutung der optischen Technologien in der Medizin
39
3 Bedeutung der optischen Technologie in Zukunft
41
4 Literaturverzeichnis
44
TEIL I 3D-Formerfassung
46
1 Einleitung
48
1.1 Historischer Rückblick
48
1.2 Nichtoptische Messtechnik
48
1.3 Übersicht
50
2 Lichtschnittverfahren
54
2.1 Verfahrensgrundlagen
54
2.2 Beschreibung des Lichtschnittverfahrens
55
2.3 Messeinflüsse beim Lichtschnittverfahren
58
2.4 Grenzen des Lichtschnittverfahrens
59
2.5 Kalibrierung beim Lichtschnittverfahren
60
2.6 Nachbearbeitung der Messdaten beim Lichtschnittverfahren
61
2.7 Anwendungsbeispiele für das Lichtschnitt verfahren
62
2.7.1 Geometriekontrolle von Gussrohren
62
2.7.2 Prüfung von Jochprofilträgern ohne Taktzeitverlust
64
2.7.3 Vermessen eines Traktors
65
2.7.4 Engineering eines Flugzeug innenraums – vom Scan zum 3D-CAD-Modell
66
2.7.5 Robotergeführte optische CMM-Scanner
68
2.7.6 Verbau von Windschutzscheiben
69
2.7.7 Spalt-Bündigkeitsmessung an Karosserieteilen
70
2.7.8 Nietenprüfung im Flugzeugbau
70
2.7.9 Vermessen von Karossen
70
2.7.10 Reverse Engineering im Rennsport
71
2.7.11 Vermessen und Auswerten der Tornadolinie
74
2.7.12 Das messtechnische Geheimnis der Poleposition von Red Bull Technology
76
2.7.13 Einsatz multisensorischer Messsysteme in Fertigung von hochpräzisen Bauteilen
78
2.7.14 Optische Qualitätssicherung im Fahrzeugbau bei Volvo
80
2.7.15 Optische Untersuchung von im Gesenk geschmiedeten Implantaten
81
2.7.16 Vermessung von Blechteilen im Automobilbau
83
2.7.17 Digitalisieren eines komplexen Türschließsystems
83
2.7.18 Laserscantechnik in einer Zinkdruckgießerei
87
3 Streifenprojektion
89
3.1 Verfahrensgrundlagen
89
3.2 Beschreibung des Streifenprojektionverfahrens
90
3.2.1 Zeitlich codierte Verfahren
90
3.2.2 Gray-Code
91
3.2.3 Phasen-codierte Verfahren
91
3.2.4 Frequenzcodierte Verfahren
92
3.2.5 Örtlich codierte Verfahren
92
3.2.6 Sonstige Codierverfahren
93
3.2.7 Vergleich der Codierverfahren
93
3.2.8 Streifenprojektionstechniken
94
3.2.9 Zweikamerasysteme
94
3.2.10 Vermessung von Kleinstrukturen bzw. kleinen Objekten
95
3.3 Kalibrierung bei der Streifenprojektion
95
3.4 Anwendungsbeispiele der Streifenprojektion
95
3.4.1 Systemlösung ATOS (GOM GmbH): Vollflächige Geometriemessung
96
3.4.2 3D Digitalisierung eines Gebissabdrucks
100
3.4.3 Schadensanalyse bei Pkw-Pkw-Kollisionen
101
3.4.4 Fahrzeuginnenraumvermessung
102
3.4.5 Nicht-industrielle Anwendungen (Archäologie)
102
3.4.6 3D-Vermessung von Jagdwaffen
103
3.4.7 3D-Vermessung im Werkzeugbau
105
3.4.8 3D-Vermessung im Formenbau
106
3.4.9 Digitalisierung eines Fahrzeugdesignmodells
106
3.4.10 Optische Qualitätssicherung des neuen Honda Civic
108
3.4.11 Schnelle Nietenprüfung im Flugzeugbau
111
3.4.12 Untersuchung von Spaltmaßen im Automobilbau
112
3.4.13 Untersuchung eines Turbinenlaufrads
113
3.4.14 3D-Qualitätsprüfung von Getriebe gehäusen für Nutzfahrzeuge
115
3.4.15 3D-Qualitätsprüfung von Lagergehäusen für Vier-Takt-Motoren
116
3.4.16 3D-Qualitätsprüfung von Turbinenschaufeln
117
3.4.17 3D-Qualitätsprüfung und Fahrzeug vermessung in der Formel 1TM
118
4 Photogrammetrie
120
4.1 Prinzip der Photogrammetrie
120
4.1.1 Verfahrensgrundlagen
120
4.1.2 Messverfahren der Photogrammetrie
121
4.2 Anwendungsbeispiele der Photogrammetrie
123
4.2.1 Einsatz mobiler optischer Koordinatenmesstechnik beim Aufbau von Offshore-Windenergieanlagen
123
4.2.2 Qualitätssicherung an BMW-Cabriolets
128
4.2.3 Mobile 3D-Koordinatenmesstechnik für den Schiffbau
135
4.2.4 3D-Vermessung von Fenstern für Luxusyachten
140
4.2.5 Vermessung der Rotorblattflansche von Windkraftanlagen
140
4.2.6 Messen unter anspruchsvollen Bedingungen
142
4.2.7 3D-Inspektion von Zügen
144
5 Triangulationssensor
146
5.1 Verfahrensgrundlagen
146
5.2 Messverfahren des Triangulationssensors
146
5.3 Anwendungsbeispiele der Triangulationssensoren
147
5.3.1 Dickenmessung von Gummibahnen für das Baugewerbe
147
5.3.2 Dickenmessung von Folie
148
5.3.3 Zweiseitige Dickenmessung mit Laserprofilsensoren
148
6 Weißlichtinterferometrie
151
6.1 Verfahrensgrundlagen
151
6.2 Beschreibung des Weißlichtinterferometrie verfahrens
152
6.3 Anwendungsbeispiele der Weißlichtinterferometrie
153
6.3.1 Vergleich zu taktilen Messsystemen
153
6.3.2 Oberflächenuntersuchungen mit Weißlichtinterferometrie
154
7 Optische Kohärenztomografie
156
7.1 Verfahrensgrundlagen
156
7.2 Messverfahren der optischen Kohärenztomografie
156
8 Konfokale Mikroskopie
158
8.1 Verfahrensgrundlagen
158
8.2 Messverfahrens der konfokalen Mikroskopie
159
8.3 Anwendungsbeispiele der konfokalen Mikroskopie
161
8.3.1 Vermessung der Schneidkante einer Gewindeschneidplatte
161
8.3.2 Oberflächenstruktur- und Rauheiterfassung
163
8.3.3 Anwendungsbeispiele aus der Medizintechnik
165
8.3.4 Konfokale Mikroskopie bei additiven Fertigungsverfahren
166
8.3.5 Untersuchung von Mikrostrukturen in Forschung und Produktion
167
9 Chromatisch-konfokales Messverfahren
170
9.1 Verfahrensgrundlagen
170
9.1.1 Beschreibung des chromatisch-konfokalen Messverfahrens
170
9.1.1.1 Chromatisch-konfokale Spektralinterferometrie
172
9.2 Anwendungsbeispiele der chromatisch-konfokalen Mikroskopie
173
9.2.1 Untersuchung von Dichtelementen und -flächen
173
9.2.2 Anwendungsbeispiele aus der Medizin
174
10 Streulichtsensor
176
10.1 Verfahrensgrundlagen
176
10.2 Messverfahren des Streulichtsensors
177
10.3 Anwendungsbeispiele des Streulichtsensors
179
10.3.1 Rauheitsmessung während des Walzenschleifens
179
10.3.2 Flächenrauheitsmessung von Kegelrollen
179
10.3.3 100%-Messung bei gehonten Lagerringen
180
11 Lasertracer
181
11.1 Verfahrensgrundlagen
181
11.2 Messverfahren des Lasertracers
182
11.3 Anwendungsbeispiele der Lasertracer
183
11.3.1 Inspektion von Flugzeugen
183
11.3.2 Steigerung der Effizienz von Wasserkraftwerken
185
11.3.3 Vermessung von Schienenfahrzeugen und deren Komponenten
188
12 Autofokussensor
190
12.1 Verfahrensgrundlagen
190
12.2 Messverfahren des Autofokussensors
190
13 Kontrastvergleichs autofokussensor
194
13.1 Verfahrensgrundlagen
194
13.2 Messverfahren des Kontrastvergleichs autofokussensors
194
13.2.1 Telezentrische Zoomobjektive für die Kontrastvergleichsautofokussensoren
195
13.2.2 Optische Grenzen des Kontrast vergleichsautofokussensors
196
14 Interferometrische Abstands- bzw. Entfernungsmessung
198
14.1 Verfahrensgrundlagen
198
14.2 Messverfahren zur interferometrischen Abstands- bzw. Ent fernungsmessung
199
14.2.1 Homodyne Interferometrie
199
14.2.2 Homodyne Interferometrie mit Quadraturerfassung
200
14.2.3 Heterodyne Interferometrie
200
14.2.4 Vermessung von großen Bauteilen mithilfe eines Laserradars
201
15 Konoskopische Holografie
204
15.1 Verfahrensgrundlagen
204
15.2 Messverfahren der konoskopischen Holografie
205
16 Ellipsometrie
207
16.1 Verfahrensgrundlagen
207
16.2 Messverfahren der Ellipsometrie
208
17 3D-Formprüfinterferometrie
210
17.1 Verfahrensgrundlagen
210
17.2 Beschreibung des Messverfahrens der 3D-Formprüfinterferometrie
211
17.3 Aufbau und Funktionsweise des Prismen interferometers
212
17.4 Anwendungsbeispiele der 3D-Formprüf interferometrie
214
17.4.1 Ebenheitsprüfung von polierten, geläppten, flachgehonten und feingeschliffenen Präzisionsteilen
215
17.4.2 Messung großer Flächen
215
18 Mehrwellenlänge- Interferometrie
217
18.1 Verfahrensgrundlagen
217
18.2 Messverfahren der Mehrwellenlänge- Interferometrie
218
18.3 Anwendungsbeispiele der Mehrwellenlänge-Interferometrie
221
18.4 Linsenvermessung mithilfe eines Mehrwellenlängen-Interferometers
221
19 Fokus-Variation
224
19.1 Verfahrensgrundlagen
224
19.2 Messverfahren der Fokus-Variation
225
19.3 Anwendungsbeispiele der Fokus-Variation
226
19.3.1 Hochgenaue Oberflächenmessung von Schaftwerkzeugen in der spangebenden Industrie
226
19.3.2 3D Oberflächenmessungen in der Mikropräzisionsfertigung
227
20 Deflektometrie
229
20.1 Verfahrensgrundlagen
229
20.2 Messverfahren der Deflektometrie
230
20.3 Anwendungsbeispiele der Deflektometrie
231
21 Makyoh-Sensor
233
21.1 Verfahrensgrundlagen
233
21.2 Messverfahren mit Makyoh-Sensor
234
22 Schattenwurfverfahren
235
22.1 Verfahrensgrundlagen
235
22.2 Beschreibung des Schattenwurfverfahrens
236
22.3 Anwendungen des Schattenwurfverfahrens
236
22.3.1 Berührungslose Schneidkanten vermessung
236
22.3.2 Automatische Holzplatten vermessung
237
23 Terrestrisches Laserscanning
238
23.1 Verfahrensgrundlagen
238
23.2 Messverfahren des terrestrischen Laserscannings
239
23.3 Anwendungsbeispiele des terrestrischen Laserscannings
241
23.3.1 Terrestrische Flugzeugvermessung
242
23.3.2 Digitalisierung des Wasserkraftwerkes Atlantis
242
23.3.3 Terrestrische Truck-Vermessung
243
24 Shape from Shading
244
24.1 Verfahrensgrundlagen
244
24.2 Messverfahren Shape from Shading
245
25 Hybride Messverfahren
247
25.1 Verfahrensgrundlagen
247
25.2 Beschreibung der hybriden Messverfahren
248
25.3 Anwendungsbeispiele der hybriden Mess verfahren
250
26 Literaturverzeichnis zu Teil I
252
TEIL II Temperaturerfassung
254
1 Einleitung
256
1.1 Historischer Rückblick
256
1.2 Nichtoptische Messtechnik
257
1.3 Grundbegriffe
257
1.4 Übersicht
258
2 Thermografie
260
2.1 Verfahrensgrundlagen
260
2.2 Messverfahren der Thermografie
261
2.2.1 Wichtige Einflussgrößen bei thermografischen Messungen
262
2.2.1.1 Emissionsgrad
262
2.2.1.2 Atmosphäreneinfluss bei thermografischen Messungen
264
2.2.1.3 Einfluss von Strahlungsquellen bei thermografischen Messungen
264
2.2.1.4 Aufbau einer modernen Thermografiekamera
265
2.2.1.5 Einfluss der Auflösung einer Thermografiekamera
265
2.2.1.6 Kalibrierung
266
2.3 Anwendungsbeispiele der Thermografie
266
2.3.1 Bauthermografie
267
2.3.2 Thermografische Untersuchung von Elektrobauteilen
268
2.3.3 Thermografische Untersuchung einer Großraumpumpe
268
2.3.4 Thermografische Untersuchung von Elektroanlagen
269
2.3.5 Thermografie in der vorbeugenden Instandhaltung
270
2.3.6 Automatische Zustands überwachung von Gießpfannen (Transport von Flüssigstahl)
272
2.3.7 Steuerung der Temperaturverteilung in Druckgussformen
276
2.3.8 Steuerung der Temperaturverteilung bei Thermoformingprozessen
277
2.3.9 Kontrolle von Bierfässern
277
2.3.10 Detektion von Mikroleckagen
278
2.3.11 Erfassung der Temperaturverteilung bei Überwachungsaufgaben
279
2.3.12 Schlackedetektion
280
2.3.13 Detektion von Reststoffen in Edelstahlformen
281
2.3.14 Wahrnehmung menschlicher Gefühle
282
2.3.15 Thermografische Untersuchungen der Zerspanzone
284
2.3.16 Wärmebildkameras im Bereich der Brennstoffzellen- und Batterietechnologie
286
3 Pyrometrie
288
3.1 Verfahrensgrundlagen
288
3.2 Messverfahren der Pyrometrie
288
3.2.1 Bauarten der Pyrometer
289
3.2.2 Einfluss des Messabstands auf pyrometrische Messungen
291
3.2.3 Kalibrierung
293
4 Faseroptische Temperatur messung
294
4.1 Verfahrensgrundlagen
294
4.2 Messverfahren der faseroptischen Temperaturmessung
295
4.2.1 Integriertes faseroptisches Mess system (DTS) mit Messung der Raman-Streuung
296
4.2.2 Integriertes faseroptisches Messsystem (DTS) mit Messung der Rayleigh-Streuung
297
4.2.3 Faseroptische Temperaturmessung mit Faser-Bragg-Gittern
298
4.2.4 Kombination aus faseroptischer und pyrometrischer Temperaturmessung
299
4.2.5 Thermochrome faseroptische Temperaturmessung
300
4.2.6 Weitere faseroptische Messprinzipien
301
5 Literaturverzeichnis zu Teil II
302
TEIL III Strömungsuntersuchung
304
1 Einleitung
306
1.1 Historischer Rückblick
306
1.2 Nichtoptische Messtechnik
307
1.3 Übersicht
308
1.4 Dopplereffekt
308
2 Laser-Doppler-Anemometrie (LDA/LDV)
310
2.1 Verfahrensgrundlagen
310
2.2 Messverfahren der LDA
311
2.2.1 Zweistrahl-Laser-Doppler-Anemometrie
312
2.2.2 Referenzstrahl-Laser-Doppler-Anemometrie
313
2.2.3 Weitere Laser-Doppler-Anemometrie-Ausführungen
314
3 Phasen-Doppler-Anemometrie (PDA)
315
3.1 Verfahrensgrundlagen
315
3.2 Messverfahren der PDA
315
4 Laser-2-Fokus Anemometrie (L2F)
317
4.1 Verfahrensgrundlagen
317
4.2 Messverfahren der L2F
317
5 Particle Image Velocimetry (PIV)
320
5.1 Verfahrensgrundlagen
320
5.2 Messverfahren der Particle Image Velocimetry
321
5.3 Anwendungsbeispiele
323
5.3.1 Anwendung des Verfahrens PIV in der Motorenentwicklung
323
5.3.2 Anwendung des Verfahrens PIV in der Fluidmechanik
324
6 Particle Tracking Velocimetry (PTV)
326
6.1 Verfahrensgrundlagen
326
6.2 Messverfahren der Particle Tracking Velocimetry
326
7 Laserinduzierte Fluoreszenz (LIF)
329
7.1 Verfahrensgrundlagen
329
7.1.1 Messverfahren der laserinduzierten Fluoreszenz
329
7.2 Anwendungsbeispiele
330
7.2.1 Anwendung des Messverfahrens LIV bei Untersuchung von Zerstäubungs prozessen
330
7.2.2 Anwendung des Messverfahrens PLIF bei Untersuchung von Verbrennungen
332
8 Doppler Global Velocimetry (DGV)
333
8.1 Verfahrensgrundlagen
333
8.2 Messverfahren der Doppler Global Velocimetry
333
9 Sonstige Verfahren zur Unter suchung von Fluidströmungen
335
9.1 Global Phase Doppler (GPD), Interferometric Particle Imaging (IPI)
335
9.2 Teilchenbasierte Stoß-Visualisierung (TSV)
336
9.3 Filtered Rayleigh Scattering (FRS)
336
9.4 Anwendungsbeispiele der Verfahren IMI (Inter ferometric Mie Imaging) und Shadow bei Unter suchung von Partikeln
337
9.5 Sonderverfahren – Interferometrische Mehrwellenlängen-Kinematografie
338
10 Literaturverzeichnis zu Teil III
339
TEIL IV Optische Untersuchung mechanischer Schwingungen und Bewegungsanalyse
340
1 Einleitung
342
1.1 Historischer Rückblick
342
1.2 Nichtoptische Mess technik
343
1.3 Übersicht
343
1.4 Grundbegriffe
343
1.4.1 Mechanische Schwingung
344
1.4.2 Darstellung von Schwingungen
345
1.4.3 Übertragungsfunktion
345
1.4.4 Messen von Schwingungen
346
2 Laservibrometrie
348
2.1 Verfahrensgrundlagen
348
2.2 Messverfahren der Vibrometrie
349
3 Bildkorrelation
350
3.1 Verfahrensgrundlagen
350
3.2 Messverfahren der Bildkorrelation
351
3.3 Anwendungsbeispiele für die Bildkorrelation zur Schwingungsmessung
354
4 Holografie zur Schwingungsmessung
356
4.1 Verfahrensgrundlagen
356
4.2 Messverfahren der Holografie
356
4.2.1 Elektronische Speckle-Pattern-Interferometrie (ESPI)
358
4.2.2 Erweiterung der klassischen Holografie auf dynamische Schwingungsanalyse
361
5 Bildbasierte Schwingungs analyse und Videostroboskopie
363
5.1 Verfahrensgrundlagen
363
5.2 Messverfahren der Videostrobo skopie und der bildbasierten Schwingungsanalyse
364
5.3 Anwendungsbeispiele der bildbasierten Schwingungs analyse und der Videostroboskopie
365
5.3.1 Vibrationsanalyse an einer Elektronikplatine
365
5.3.2 Prüfung der Rotorblätter von Windenergieanlagen
365
5.3.3 Hochgeschwindigkeitsmessung von Radbewegungen
367
6 Shearografie zur Schwingungsmessung
370
6.1 Verfahrensgrundlagen
370
6.2 Verfahren der Shearo grafischen Schwingungsmessung
371
6.3 Anwendungsbeispiel der Shearografischen Schwingungsanalyse
373
7 Faseroptische Schwingungsmessung
376
7.1 Verfahrensgrundlagen
376
7.2 Verfahren der faser optischen Schwingungsmessung
377
8 Literaturverzeichnis zu Teil IV
378
TEIL V Oberflächenanalyse
380
1 Einleitung
382
1.1 Historischer Rückblick
382
1.2 Mechanische Grundlagen
383
1.2.1 Oberflächenrauheit, Form- und Lagetoleranzen
383
1.2.2 Rauheitskenngrößen
384
1.2.3 Übersicht der Normen
395
1.3 Nichtoptische Mess technik
395
2 Optische Verfahren vs. taktile Verfahren
398
2.1 Messbereich/Mess genauigkeit der optischen Verfahren
399
2.2 Typische Anwendungen der Verfahren
399
2.3 Übersicht der optischen Verfahren
399
3 Streulichtverfahren zur Oberflächenanalyse
401
4 Weißlichtinterferometrie zur Oberflächenanalyse
402
5 Fokusvariation zur Oberflächenanalyse
404
6 Streifenprojektion zur Oberflächenanalyse
408
7 Konfokalmikroskopie zur Oberflächenanalyse
410
8 Literaturverzeichnis zu Teil V
414
TEIL VI Messen von mechanischen Spannungen
416
1 Einleitung
418
1.1 Historischer Rückblick
418
1.2 Nichtoptische Messtechnik
418
1.3 Mechanische Grundlagen der Spannungen
419
1.4 Übersicht
421
2 Spannungsoptisches Durchlichtverfahren (klassische Spannungsoptik)
423
2.1 Verfahrensgrundlagen
423
2.2 Messverfahren der Durchlicht-SPO
424
2.3 Anwendungsbeispiele des Verfahrens der Spannungsoptik (SPO)
428
2.3.1 Untersuchung von Brillengläsern und Gestellen
428
2.3.2 Untersuchung von Kerbwirkungen und Spannungsverläufen zur Bauteil opti mierung und mechanischen Analyse
430
2.3.3 Spannungsverläufe „einfrieren“
432
2.3.4 Messung von Restspannungen in Glasflaschen
432
3 Spannungsoptisches Reflexionsverfahren
436
3.1 Verfahrensgrundlagen
436
3.2 Funktionsweise des Reflexionsverfahrens
437
3.3 Anwendungsbeispiele des Reflexionsverfahrens
438
3.3.1 Untersuchung des Spannungs verhaltens in Knochen durch Implantate
439
3.3.2 Messungen in der Luft- und Raumfahrtindustrie
439
4 Thermoelastische Spannungsanalyse (TSA)
441
4.1 Verfahrensgrundlagen
441
4.2 Funktionsweise der TSA
442
4.3 Anwendungsbeispiel der TSA
443
5 Shearografie zur Messung von Spannungen
445
5.1 Verfahrensgrundlagen
445
5.2 Funktionsweise der Shearografie zur Spannungsmessung
446
6 Holografie zur Messung von Spannungen
449
6.1 Verfahrensgrundlagen
449
6.2 Funktionsweise der holografischen Spannungsmessung
450
6.3 Anwendungsbeispiel Scheibenbremsuntersuchung zur holografischen Spannungsmessung
452
7 Bildkorrelation zur Messung von Spannungen
454
7.1 Verfahrensgrundlagen
454
7.2 Funktionsweise der Bildkorrelation zur Spannungsmessung
455
7.3 Anwendungsbeispiele der Bildkorrelation
457
7.3.1 Untersuchung eines Zahnrads
457
7.3.2 Untersuchung einer Rohrzange
457
7.3.3 Untersuchung von zugbelasteten Rundproben
458
7.3.4 Untersuchung von scherbelasteten Proben
459
7.3.5 Untersuchung von Rissen
459
8 Literaturverzeichnis zu Teil VI
461
TEIL VII Abstands- und Geschwindigkeitsmessung
462
1 Einleitung
464
1.1 Historischer Rückblick
464
1.2 Nichtoptische Messtechnik
464
1.3 Grundbegriffe
466
1.4 Übersicht
466
2 Interferometrische Abstands- und Geschwindigkeitsmessung
468
2.1 Verfahrensgrundlagen
468
2.2 Das Messverfahren zur interferometrischen Abstands- und Geschwindigkeitsmessung
469
3 Laserdistanzmessung
471
3.1 Verfahrensgrundlagen
471
3.2 Das Messverfahren zur Laserdistanzmessung
472
3.2.1 Einzelpulsmessung
472
3.2.2 Phasenvergleichsmessung
473
3.2.3 Puls-Akkumulations-Messverfahren
473
4 Lasertriangulation
475
4.1 Verfahrensgrundlagen
475
4.2 Das Messverfahren zur Lasertriangulation
476
4.3 Anwendungsbeispiele der Lasertriangulation
478
4.3.1 Vermessung von Spannstahl
478
4.3.2 Automatische Positionierung von Synchronringen
478
5 Konfokale und chromatisch- konfokale Abstandsmessung
479
5.1 Verfahrensgrundlagen
479
5.2 Das Messverfahren der konfokalen und der chromatisch-konfokalen Abstandsmessung
480
5.2.1 Konfokale Abstandsmessung
480
5.2.2 Chromatisch-konfokale Abstandsmessung
481
6 Radiointerferometrie
483
6.1 Verfahrensgrundlagen
483
6.2 Das Messverfahren der Radiointerferometrie
484
6.3 Astronomische Abstandsmessung
484
6.3.1 Parallaxe
485
6.3.2 Rotverschiebung
487
7 Literaturverzeichnis zu Teil VII
489
TEIL VIII Verformungsmessung
490
1 Einleitung
492
1.1 Historischer Rückblick
492
1.2 Nichtoptische Mess technik
493
1.3 Übersicht
494
2 Holografie zur Verformungs messung
496
2.1 Verfahrensgrundlagen
496
2.2 Das Verfahren der Holografie
497
2.3 Anwendungsbeispiele der Holografie zur Verformungsmessung
500
2.3.1 Verformungsmessung eines Bremssattels und Vergleich mit FEM-Berechnungen
501
3 Shearografie zur Verformungsmessung
506
3.1 Verfahrensgrundlagen
506
3.2 Das Messverfahren Shearografie
507
4 Bildkorrelation zur Verformungsmessung
512
4.1 Verfahrensgrundlagen
512
4.2 Das Messverfahren Bildkorrelation
513
4.3 Anwendungsbeispiele der Bildkorrelation
515
4.3.1 Formänderungsanalyse von Umformvorgängen
515
4.3.2 Messen der Verformung von Zug-, Druck- und Biegeproben
516
4.3.3 Dynamische Verformungsmessung
518
4.3.4 Einsatz der Bildkorrelation in der Medizin
520
4.3.5 Untersuchung von Brücken mithilfe der Bildkorrelation
523
4.3.6 Einsatz der Bildkorrelation in der Fahrzeug- bzw. Luftfahrtindustrie
524
4.3.7 Untersuchung einer Flugzeugtür
526
4.3.8 360°-Untersuchung eines Druckbehälters
527
5 Streifenprojektion zur Verformungsmessung
529
5.1 Verfahrensgrundlagen
529
5.2 Das Verfahren der Streifenprojektion
530
5.3 Anwendungsbeispiele der Streifenprojektion
531
5.3.1 Untersuchung einer Membran
531
6 Photogrammetrie zur Verformungsmessung
533
6.1 Verfahrensgrundlagen
533
6.2 Das Verfahren der Photogrammetrie
534
6.3 Anwendungsbeispiele der Photogrammetrie
535
6.3.1 Untersuchung von Solarpanels
535
6.3.2 Verformungsmessung in der Klimakammer
536
6.3.3 Photogrammetrie zur Verformungs messung in der Raumfahrt
538
7 Literaturverzeichnis zu Teil VIII
542
TEIL IX Detektion von Schäden
544
1 Einleitung
546
1.1 Historischer Rückblick
546
1.2 Nichtoptische Messtechnik
547
1.3 Übersicht optischer Messverfahren
550
2 Terahertz
551
2.1 Verfahrensgrundlagen
551
2.2 Messverfahren für Terahertz-Strahlung
552
2.3 Anwendungsbeispiele
555
2.3.1 Erkennung verborgener Ondulationen in GFK-Materialien
555
2.3.2 Porenartige Materialdefekte in einem keramischen Kühlkörper
557
2.3.3 Untersuchung von Dichtringen in Kunststoffrohren
557
3 Thermografie
559
3.1 Verfahrensgrundlagen
559
3.2 Messverfahren der Thermografie
560
3.2.1 Passive Thermografie
562
3.2.2 Aktive Thermografie
563
3.2.3 Verfahren der aktiven Thermografie zur Überprüfung von Solarzellen
568
3.3 Anwendungsbeispiele der Thermografie zur Schadensdetektion
569
3.3.1 Detektion von Gaseinschlüssen im Schaum von Instrumententafeln (passive Thermografie)
569
3.3.2 Prüfung von Faserverbundwerkstoffen (Lockin-Thermografie)
570
3.3.3 Qualitätskontrolle an Leder (Lockin-Thermografie)
571
3.3.4 Kontrolle des Rumpfs von Flugzeugen (Lockin-Thermografie)
572
3.3.5 Inspektion von Laserschweißnähten (Puls-Thermografie)
573
3.3.6 Inspektion von Faserverbund werk stoffen (Transienten-Thermografie)
574
3.3.7 Inspektion von Instrumententafeln (Transienten-Thermografie)
575
3.3.8 Inspektion von Turbinenschaufeln (ultraschallangeregte Thermografie)
575
3.3.9 Inspektion von Bauteilen aus Faser keramik und aus Faserverbundwerk stoff (ultraschallangeregte Thermografie)
576
3.3.10 Prüfverfahren mit aktiver Thermografie in der Solarzellenproduktion
577
3.3.11 Thermografische Überprüfung von Faserverbundwerkstoffen (Lockin-Thermografie)
578
4 Computertomografie
580
4.1 Verfahrensgrundlagen
580
4.2 Messverfahren der Computertomografie
581
4.2.1 Erzeugung der Röntgenstrahlung
582
4.2.2 Detektion der Röntgenstrahlung
583
4.2.3 Einteilung der Röntgengeräte
585
4.3 Anwendungsbeispiele der Computertomografie
587
4.3.1 Computertomografie als Teil der Produktentwicklung
589
4.3.2 Fehler- und Maßanalyse im Leichtbau und Messdatengewinnung für Simulationen
590
4.3.3 Poren- und Restwandstärkeanalyse mittels der CT
591
4.3.4 Untersuchung von Turbinenschaufeln
592
4.3.5 Computertomografische Unter su chung von mechanischen Maschinen
592
4.3.6 Computertomografische Unter suchung von Einspritzinjektoren
592
4.3.7 Computertomografische Überprüfung von Fügenähten an Faserverbund bauteilen
594
5 Shearografie zur Detektion von Schäden
597
5.1 Verfahrensgrundlagen
597
5.2 Verfahren der shearo grafischen Detektion von Schäden
599
5.3 Anregungsarten zur shearografischen Fehlerdetektion
601
5.4 Anwendungsbeispiele der Shearografie zur Detektion von Schäden
610
5.4.1 Shearografische Untersuchung einer CFK-Platte
610
5.4.2 Shearografische Untersuchung von Druckleitungen
611
5.4.3 Endoskopische Untersuchung einer beschädigten Turbinenschaufel
612
5.4.4 Shearografische Inspektion von Helikopter-Rotorblättern
613
5.4.5 Shearografische Untersuchung der Windkrafträder
615
5.4.6 Shearografische Untersuchungen im Schiffbau
617
5.4.7 Automatisierte shearografische Untersuchungen in der Produktion
619
6 Holografie zur Detektion von Schäden
621
6.1 Verfahrensgrundlagen
621
6.2 Verfahren der holo grafischen Detektion von Schäden
622
6.3 Anwendungsbeispiel der Holografie zur Detektion von Fehlstellen
625
7 Laservibrometrie zur Detektion von Schäden
627
7.1 Verfahrensgrundlagen
627
7.2 Verfahren zur Detektion von Schäden mittels Laservibrometrie
628
7.2.1 Laservibrometrische Detektion von Fehlstellen mittels Lamb-Wellen
629
7.2.2 Detektion von strukturellen Fehlstellen mittels Laservibrometrie
630
8 Literaturverzeichnis zu Teil IX
632
TEIL X Normen in der optischen Messtechnik
634
1 Einleitung
636
1.1 Historie, Rückblick im Bereich Normung
636
1.2 Qualitätsmanagement, Normenbezug auf die Qualität von Produkten
637
2 Basiswissen Normung
639
2.1 Normen im Alltag
639
2.2 Zuordnung von Normen
640
2.2.1 Nationale (Deutsche) Normen
640
2.2.2 Europäische Normen
640
2.2.3 Internationale Normen
641
3 Übersicht von Normen in der Messtechnik, optischen Messtechnik
642
3.1 Allgemeine Normen der Messtechnik
642
3.2 Definitionen in der optischen Messtechnik
642
3.3 Magnetpulverprüfung (optisch)
643
3.4 Koordinatenmessgeräte (optisch)
643
3.5 Bestimmung und Messung von optischen Größen
643
3.6 Optische Komponenten und Messgeräte
643
3.7 Kalibrierung von optischen Systemen
644
3.8 Herstellung optischer Komponenten
644
3.9 Qualitätskontrolle für optische Systeme
644
3.10 Sicherheit optischer Systeme
644
3.11 Allgemeine Zahlen optischer Normen
645
4 Literaturverzeichnis zu Teil X
646
TEIL XI Laserschutz
648
1 Einleitung
650
2 Gefahren von Laserstrahlung
651
2.1 Schädigung des Auges
651
2.2 Schädigung der Haut
652
2.3 Schädigungen im Umfeld von Laserstrahlung
652
3 Klassifizierung von Laserstrahlung
654
4 Rechtliche Grundlagen
656
5 Schutzmaßnahmen
658
5.1 Technische und bauliche Schutzmaßnahmen
658
5.2 Organisatorische Schutzmaßnahmen
663
5.3 Persönliche Schutz maßnahmen
664
6 Zusammenfassung
669
Literaturhinweis zu Teil XI:
669
TEIL XII Optische Komponenten und Grundlagen
672
1 Einleitung
674
2 Licht und Optik
675
2.1 Eigenschaften des Lichts
675
2.2 Welle-Teilchen-Dualismus des Lichtes
676
2.3 Beugung
677
2.4 Brechung
677
2.5 Reflexion
679
2.6 Polarisation
680
2.6.1 Linear polarisiertes Licht
680
2.6.2 Unpolarisiertes Licht
681
2.6.3 Zirkular und elliptisch polarisiertes Licht
681
2.6.4 Polarisatoren
681
3 Optische Bauelemente
684
3.1 Linsen
684
3.2 Spiegel
689
3.3 Prismen, Reflexions prismen
689
3.4 Okulare
693
3.5 Blende
694
3.6 Objektive
695
3.7 Strahlteiler
696
3.7.1 Geometrische Strahlteiler
696
3.7.2 Physikalische Strahlteiler
696
3.7.3 Periodische Strahlteiler
697
3.8 Fassungen optischer Bauelemente
697
3.8.1 Fassungsarten
698
3.8.2 Konstruktionsgrundsätze für das Fassen optischer Bauelemente
698
3.8.3 Gläseraufnahmen, Halterungen verschiedenster Art
699
3.9 Glasfaserkabel (Lichtwellenleiter LWL, Endoskope)
700
3.9.1 Arten von Fasern
703
3.9.2 Fügen von Lichtwellenleitern (LWL)
705
4 Lasertechnik
706
4.1 Allgemeines zur Lasertechnik
706
4.2 Stationen in der Geschichte der Lasertechnik und Optoelektronik
707
4.3 Grundlagen der Lasertechnik
707
4.3.1 Anregungsformen
708
4.3.2 Wechselwirkung von Photonen und Atomen
708
4.3.3 Absorption eines Photons
709
4.3.4 Ionisation eines Atoms
709
4.4 Laser und Lasersysteme
711
4.4.1 Prinzipieller Aufbau eines Lasers
711
4.4.2 Festkörperlaser
712
4.4.3 Gaslaser
715
4.4.4 Flüssigkeitslaser
717
4.4.5 Weitere Laser
717
5 Grundlagen der Interferometrie
718
6 Allgemeines zu flächendeckenden Prüf- und Messverfahren, Einführung
720
7 Literaturverzeichnis zu Teil XII
722
Stichwortverzeichnis
724
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