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Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zur shearografischen Messung großflächiger Objekte mit einem Laserprojektor zum Erzeugen eines kohärenten Laserstrahls und mit einer shearografischen Messeinrichtung. Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zum shearografischen Vermessen eines großflächigen Objekts mit einem Laserprojektor und einer shearografischen Messeinrichtung.
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Das zerstörungsfreie Messen einer Oberfläche eines Gegenstands mittels interferometrischer Messverfahren ist prinzipiell bekannt und hat sich als zuverlässiges Verfahren etabliert. Beispielsweise werden hierzu Interferometer eingesetzt. Daneben sind Interferometer bekannt, die auf dem Prinzip der Shearografie beruhen.
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Die Shearografie ist ebenfalls ein zerstörungsfreies Laserprüfverfahren zur berührungslosen und hochempfindlichen Fehlerdetektion von Oberflächen. Es ist besonders geeignet für die Messung von modernen Leichtbaumaterialien aus Aluminium oder faserverstärkten Kunststoffen. So spielt die Shearografie eine zentrale Rolle bei der Qualitätssicherung in der Luft- und Raumfahrttechnik und in der Automobilindustrie, wo eine Reduzierung des Energieaufwands und des damit verbundenen Ressourcenverbrauchs zukunftsweisend ist. Eingesetzt wird die Shearografie aber auch bei dem Vermessen von großen Gebäuden, Schiffen oder bereits installierten Windrädern mit faserverstärkten Rotorblättern.
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Moderne Shearografie-Messgeräte arbeiten mit frei einstellbarem „Shear“. Hierbei handelt es sich um eine entscheidende Größe zur Empfindlichkeitseinstellung entsprechend der Messaufgabe.
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Eine auf dem Prinzip der Shearografie beruhende Messanordnung wird beispielsweise in der
WO 2020 164667 A1 beschrieben. Eine Shearografievorrichtung zum Vermessen großer Objekte und zur zerstörungsfreien Materialprüfung unter Zurhilfenahme einer Beugungseinrichtung ist in der
DE 10 2017 111 250A1 offenbart. Die
US 10,330,463B2 betrifft ein Shearografiesystem für eine zerstörungsfreie Prüfung , bei der mittels einer Kamera die Reflexionen einer mit unterschiedlichen Wellenlängen bestrahlten Testfläche detektiert werden.
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Die bekannten Messsysteme sind aufwändig und in der Umsetzung teuer. Insgesamt sind die Messsysteme recht empfindlich gegenüber Umwelteinflüssen wie Temperaturschwankungen, Vibrationen und störendem Fremdlicht. Insbesondere bei der Vermessung von großflächigen Objekten, wie Flugzeugen, Schiffen oder weit entfernten Rotorblättern eines Windrades ist der Einsatz starker Lichtquellen notwendig, wenn das gesamte Objekt beleuchtet und abgetastet werden soll. Bei der Verwendung von starken Laserquellen gelten jedoch erhöhte Anforderungen an die Lasersicherheit, so dass die zu vermessenden Objekte wie beispielsweise Flugzeuge von einer Umhausung in Form einer lasersicheren Messzelle umschlossen werden müssen, um die Anforderungen an die Lasersicherheit zu gewährleisten. Dies führt zu einem extrem hohen Kostenaufwand und ist in der Regel unrentabel. Teilweise ist ein Außeneinsatz, beispielsweise bei bereits in Betrieb genommenen Windrädern, nicht umsetzbar.
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Auch die auf dem Prinzip eines punktförmigen Abtastens des Messobjekts beruhenden Messsysteme sind für den Einsatz großflächiger Objekte nicht geeignet, da die für die Erfassung des Objekts notwendigen Messzeiten unrealistisch groß sind und eine sich über mehrere Tage oder Wochen erstreckende Messung unattraktiv teuer ist. Für eine mittelgroße Yacht sind mit gängigen, flächig arbeitenden Messsystemen Messzeiten für eine rasternde Prüfung, also das Überprüfen einzelner kleiner Messflächen, in der Größenordnung von zwei bis drei Wochen notwendig. Zudem ist es extrem aufwändig und schwierig, die zu untersuchenden Messflächen mit dem Messgerät zu erreichen, das wenige Zentimeter Abstand zur Fläche haben darf, wenn eine Messung im Außenbereich unter Einhaltung der Lasersicherheit durchgeführt werden soll.
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Es stellt sich somit die Aufgabe, eine verbesserte Messanordnung vorzuschlagen, die die Nachteile des Stands der Technik überwindet und großflächige Messobjekte effizient und kostengünstig vermessen kann.
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Gelöst wird die Aufgabe durch ein System zur shearografischen Messung großflächiger Objekte mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und mit einem Verfahren zum shearografischen Vermessen eines großflächigen Objekts mit den Merkmalen des Anspruchs 7.
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In einem Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein System zur shearografischen Messung großflächiger Objekte umfassend ein Laserprojektor zum Erzeugen eines kohärenten Laserstrahls und eine shearografische Messeinrichtung mit einer Auswerteeinheit. Der Laserprojektor erzeugt einen Laserstrahl, der einen Teil einer Fläche des Objekts beleuchtet und welcher örtlich ständig derart verändert wird, dass der Laserstrahl auf der Fläche des Objekts einen sich örtlich verändernden Laserbereich hervorruft. Der Laserbereich (Beleuchtungsbereich) wird an dem Objekt reflektiert und als Laserstrahl zur Messeinrichtung gelenkt. Die Messeinrichtung umfasst mindestens eine Blende, eine Kamera und eine Strahlaufspaltungseinheit zum Aufspalten des Laserstrahls in zwei Teilstrahlen und zum Vershearen der zwei Laserstrahlen zueinander. Die Kamera hat eine Detektionsfläche mit mehreren Pixeln zum Detektieren eines Laserstrahls. Die Messeinrichtung ist zum Messen des von dem Objekt reflektierten Laserstrahls ausgebildet. Die beiden erzeugten Teilstrahlen sind derart zueinander ausgerichtet, dass sie in der Kamera interferieren und eine Beleuchtungsfläche auf der Detektionsfläche der Kamera beleuchten. Die Beleuchtungsfläche ist dabei kleiner als die Detektionsfläche und nimmt nur einen Teil der Fläche in Anspruch. Die Kamera ist weiter dazu eingerichtet, die von dem Laserbereich reflektierte Laserstrahlung zu erfassen, wobei während einer Aufnahme der Kamera mehrere Beleuchtungsflächen auf der Detektionsfläche detektiert werden. Mittels der Auswerteeinheit kann eine Mehrzahl von durch den Laserstrahl beleuchteten Pixeln der Beleuchtungsfläche pro Aufnahme ausgewertet werden.
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Vorzugsweise erfolgt die Auswertung rasternd. Dabei wird unter rasternd im Sinne der Erfindung verstanden, dass eine hintereinander abfolgende Erfassung der Pixel des Detektionsbereichs stattfindet, wobei eine Mehrzahl von aneinandergrenzenden Pixeln erfasst wird.
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In einem weiteren Aspekt umfasst die Erfindung ein Verfahren zum shearografischen Vermessen mit einem Laserprojektor, der einen kohärenten Laserstrahl erzeugt, und mit einer shearografischen Messeinrichtung, die (mindestens) eine Blende, eine Strahlaufspaltungseinheit zum Aufspalten des Laserstrahls in zwei Teilstrahlen und eine Kamera mit einer Detektionsfläche mit mehreren Pixeln zum Detektieren des Laserstrahls umfasst. Das erfindungsgemäße Verfahren sieht zunächst einen Schritt des Erzeugens eines Laserstrahls mittels des Laserprojektors vor. Ein weiterer Schritt betrifft das Lenken des Laserstrahls auf eine Fläche des Objekts derart, dass ein Teil der Fläche des Objekts beleuchtet wird und der Laserstrahl auf der Fläche des Objekts einen Laserbereich hervorruft, der reflektiert und als Laserstrahl zur Messeinrichtung gelenkt wird. Ein weiterer Schritt betrifft das Messen des von dem Objekt reflektierten Laserstrahls mittels der Messeinrichtung. Hierbei erfolgt das Aufspalten des Laserstrahls in zwei vershearte Teilstrahlen mittels der Strahlaufspaltungseinheit. Ein weiterer Schritt betrifft das Lenken der Teilstrahlen zu der Kamera und Interferieren der Teilstrahlen in der Kamera, also auf dem Kamerachip. Weitere Schritte umfassen das Beleuchten einer mehrere Pixel der Detektionsfläche der Kamera umfassenden Beleuchtungsfläche. Das Ändern des Laserstrahls derart, dass auf der Fläche des Objekts ein örtlich veränderter Laserbereich hervorgerufen wird, ist ein weiterer Schritt des Verfahrens. Der folgende Schritt ist das Detektieren des Laserstrahls in der Kamera mittels Auslesen und Erfassen der Auslesedaten der beleuchteten oder aller Pixel der Detektionsfläche, wobei die Detektionsfläche größer als die Beleuchtungsfläche ist. In einem weiteren Schritt erfolgt ein Auswerten der erfassten Auslesedaten einer Mehrzahl von Laserstrahlen pro Aufnahme der Kamera.
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Weitere Aspekte können ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode zum Durchführen der Schritte des Verfahrens sein, wenn der Programmcode auf einem Computer ausgeführt wird sowie ein Computerprogramm, das auf einem Speichermedium gespeichert ist und das bei einer Ausführung auf einem Computer die Abarbeitung des hierin beschriebenen Verfahrens ganz oder teilweise bewirkt.
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Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen definiert und beschrieben. Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweiligen angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Insbesondere können das Verfahren und das Computerprogrammprodukt entsprechend der für das System in den abhängigen Ansprüchen beschriebenen Ausgestaltungen ausgeführt sein.
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Im Rahmen der Erfindung wurde erkannt, dass für einen wesentlichen Aspekt der Erfindung ein Projektor verwendet werden kann, der eine sich ständig in der Position verändernde Fläche beleuchten kann. Die Leuchtkraft darf hierbei sehr hoch sein und hält dennoch die Anforderungen an die Lasersicherheit ein, weil der Laserstrahl ständig seine Position verändert und nur kurze Zeit an einer Stelle verweilt. Für die Erfindung können somit hochwertige industrielle Laserprojektoren verwendet werden, die beispielsweise in der Veranstaltungstechnik für Lasershows eingesetzt werden. Auch sind derartige Projektoren bei der Projektion von Bauteilpositionierungen in der Montage von Bauteilen im Einsatz. Hierbei wird im Inneren des Geräts ein starker Laserpunkt erzeugt, der jedoch sehr schnell abgelenkt wird. Dies erfolgt oft mittels einem rotierendem Gyrosensor. Die Ablenkgeschwindigkeit über einer Abbildungsfläche liegt hier im Bereich von 50 Hz, sodass keine Augenschädigung von Personen möglich ist oder das Risiko zumindest sehr stark reduziert ist. Zudem ist ein Außenbetrieb mit einem derartigen Gerät möglich.
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Es hat sich herausgestellt, dass ein derartiges Gerät verwendet werden kann, um eine vollflächige Bildprojektion auch für größere Bereiche und Flächen von großen Objekten zu ermöglichen.
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Der Laserprojektor erzeugt erfindungsgemäß einen Laserstrahl, der ständig örtlich verändert wird, sodass auf der zu messenden Fläche des Objekts ein sich örtlich verändernder Laserbereich hervorgerufen wird. Der Beleuchtungsbereich (Laserbereich), der von dem Laser erzeugt wird, wandert also über die zu messende Fläche, sodass eine ständige Ablenkung und Änderung der Position des Laserbereichs erfolgt.
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Wie bei herkömmlichen shearografischen Messungen mit Laser wird der Laserbereich am Objekt reflektiert und in Form eines Laserstrahls zur Messeinrichtung gelenkt, um hier interferometrisch in zwei Teilstrahlen aufgespalten und zur Kamera gelenkt zu werden. Die Teilstrahlen fallen dabei auf die Detektionsfläche der Kamera und beleuchten hier einen Teil der Detektionsfläche, der als Beleuchtungsfläche verstanden wird. Die Beleuchtungsfläche ist somit kleiner als die Detektionsfläche. Sie umfasst wenigstens ein, bevorzugt mehrere Pixel der Detektionsfläche der Kamera.
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Die Kamera ist dazu eingerichtet, die von dem Laserbereich reflektierte Laserstrahlung zu erfassen, sodass eine Mehrzahl von Pixeln der Detektionsfläche von der Beleuchtungsfläche beleuchtet und pro Aufnahme der Kamera aufgenommen und ausgewertet werden kann.
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Hierbei erfolgt also eine (voll-)flächige Aufnahme der Detektionsfläche. Die Kamera arbeitet also als flächig erfassender Sensor. Dies hat den Vorteil, dass die Kamera bzw. ein entsprechender Sensor deutlich weniger aufwändig ist als ein Sensor, der rasternd erfasst. In dem System gemäß der vorliegenden Erfindung wird also ein flächig erfassender Sensor bzw. eine Kamera verwendet und anschließend eine rasternde Auswertung der einzelnen Aufnahmen vorgenommen. Die rasternde Auswertung erschließt also die hintereinander abfolgende Erfassung der Pixel des Detektionsbereichs ein. Vorzugsweise wird dabei eine Mehrzahl von aneinandergrenzenden Pixeln erfasst und ausgewertet. Somit ist nicht nur eine schnelle Erfassung von großen Objekten möglich. Vielmehr ergibt sich auch die Möglichkeit, dass eine schnelle und kostengünstige Auswertung der Aufnahmen der Kamera bzw. des Sensors durchgeführt werden kann.
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Im Rahmen der Erfindung wird die Kamera als ein mögliches Beispiel eines Sensors genannt. Der Begriff Kamera ist jedoch nicht einschränkend zu verstehen, sondern umfasst alle Arten von möglichen optischen Sensoren. Die Kamera kann beispielsweise eine Matrixkamera oder Zeilenkamera sein. Die Kamera kann mit einem oder mehreren Objektiven kombiniert werden, um den Fokus der eintreffenden Strahlen auf der Detektionsfläche zu variieren bzw. einzustellen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems ist die Bildwiederholrate der Kamera an die Bildrate des Laserprojektors angepasst. Die Bildrate des Laserprojektors ist dabei die Rate, mit der sich die Position des Lasers pro Zeiteinheit an einem Ort wiederholt. Unter Bildwiederholrate der Kamera ist die Abtastrate der Kamera zu verstehen. Sie korrespondiert mit der Beleuchtungsdauer der Kamera. Die Bildrate des Laserprojektors und Wiederholrate der Kamera sind aneinander angepasst. Das erfindungsgemäße System hat den Vorteil, dass die Messung sehr schnell erfolgen kann, weil Kamera und Laserprojektor aneinander angepasst sein können. Bevorzugt ist die Bildrate des Laserprojektors an die Bildwiederholrate der Kamera angepasst. Die Raten können gleich oder ähnlich sein. Bevorzugt beträgt die Bildrate des Laserprojektors und/oder die Bildwiederholrate der Kamera wenigstens 10 Hz, bevorzugt wenigstens 50 Hz, sehr bevorzugt wenigstens 100 Hz, weiter bevorzugt wenigstens 1 kHz, besonders bevorzugt wenigstens 10 kHz.
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Besonders bevorzugt ist die Bildwiederholrate der Kamera kleiner oder gleich der Bildrate des Laserprojektors. Damit wird für jeden einzelnen Laserbereich, der auf dem zu vermessenden Objekt erzeugt wird, ein oder mehrere Bilder aufgenommen, die für eine Auswertung zur Verfügung stehen. Prinzipiell ist es jedoch auch möglich, dass die Bildwiederholrate der Kamera größer ist als die Bildrate des Laserprojektors. Die Bildwiederholrate der Kamera entspricht der Beleuchtungsdauer bzw. der Abtastrate der Kamera.
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Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass der Laserprojektor zwei Laserstrahlen erzeugt, sodass zwei Orte auf dem Objekt gleichzeitig beleuchtet werden und zwei Laserstrahlen nach Reflektion an dem Objekt zur Messeinrichtung gelenkt werden. Auf diese Weise kann mit einer angepassten Bildwiederholrate der Kamera die Messung beschleunigt werden, ohne Abstriche in der Qualität der Messergebnisse machen zu müssen. Bevorzugt können auch mehr als zwei Laserstrahlen von dem Laserprojektor oder mehreren Laserprojektoren erzeugt werden.
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Die bevorzugte Erzeugung von zwei oder mehreren Laserstrahlen in dem Projektor hat sich in der Praxis als wünschenswert erwiesen, da sie deutlich effizienter in Bezug auf die Lichtintensität ist. Bevorzugt werden also zwei Laserbereiche gleichzeitig auf dem Objekt erzeugt. Diese Bereiche werden in der Messeinrichtung miteinander verglichen. Durch die hervorgerufene Vershearung entsteht ein Doppelbild in der Messeinrichtung. Der Abstand der beiden beleuchteten Bereiche auf der Messobjektoberfläche hängt somit vom Shearvektor (Shearbetrag und -richtung) ab. Der Shearbetrag beginnt typischerweise bei 0,5 mm (auf dem Messobjekt). Im Falle von großen Objekten, wie z.B. Schiffen oder Rotorflügeln von Windrädern sind auch größere Werte möglich, denkbar sind beispielsweise ein Shearbetrag von 1 mm bis 100 mm, in besonderen Situationen auch darüber, etwa bis 100 cm oder 500 cm.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Beleuchtungsfläche wenigstens ein Pixel der Detektionsfläche umfasst. Vorzugsweise ist die Beleuchtungsfläche so groß, dass sie wenigstens 4, besonders bevorzugt wenigstens 6, sehr bevorzugt wenigstens 8 Pixel der Detektionsfläche umfasst. Möglich ist es auch, dass beispielsweise bei der Verwendung einer Zeilenkamera als Sensor die Beleuchtungsfläche alle Pixel einer Zeile umfasst.
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Bevorzugt ist der Laserprojektor so ausgebildet, dass er einen Laserstrahl derart erzeugt, dass die Kamera mehrere Laserbereiche auf der Fläche des Objekts gleichzeitig erfassen kann.
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In einer weiter bevorzugten Ausführungsform erzeugt der Laserprojektor eine Laserstrahlung derart, dass der auf dem Objekt erzeugte Laserbereich eine Laserlinie ist. Auf diese Weise kann eine linienförmige Abtastung des zu vermessenden Objekts erfolgen. Die Laserlinie kann durch eine Optik oder ein optisches Hilfsmittel in dem Projektor oder im Zusammenspiel mit dem Projektor erzeugt werden. Der Laserprojektor könnte auch direkt eine Laserlinie erzeugen, beispielsweise mittels eines gewölbten Spiegels oder einer (Teil-)Kugel.
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Bevorzugt ist die verwendete Kamera eine Zeilenkamera. Weiter bevorzugt wird der beschriebene Zeilen-Projektor, der eine Laserlinie erzeugt, mit einer Zeilenkamera der Messeinrichtung kombiniert. So ist eine abgestimmte Beleuchtung und Messung mittels des Messsystems möglich.
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Alternativ aber ebenso bevorzugt kann der auf dem Objekt hervorgerufene Laserbereich ein runder Bereich sein. Der Bereich kann kreisförmig, oval oder elliptisch sein. Bevorzugt kann der runde Laserbereich auch punktförmig sein. Hierbei ist punktförmig jedoch so zu verstehen, dass der Laserpunkt eine endliche Ausdehnung hat. Vorzugsweise hat der auf dem Objekt erzeugte Laserbereich eine Größe von wenigstens 0,1 mm, bevorzugt wenigstens 1 mm, sehr bevorzugt wenigstens 10 mm, besonders bevorzugt wenigstens 10 cm. Bei einem runden Laserbereich ist der Durchmesser entsprechend.
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In einer bevorzugten Ausführung des Systems erzeugt der Laserprojektor während der Abtastung eines Bildes durch die Kamera eine vorgegebene Anzahl von Laserbereichen oder Laserpunkten auf dem Objekt, wobei die vorgegebene Anzahl von Laserbereichen auf dem Objekt bevorzugt größer 1 ist, sehr bevorzugt zwischen 1 und 5. Besonders bevorzugt werden 2 Bereiche verwendet, um eine nahezu ideale Überlagerung im Doppelbild zu erzeugen. Für ein Dual-Shearing sind 3 oder 4 Bereiche besonders bevorzugt.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand einiger ausgewählter Ausführungsbeispiele im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben und erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Systems zum Vermessen eines großen Objekts;
- 2 eine Prinzipzeichnung mit Projektor, Objekt und Detektionsfläche der Kamera;
- 3a, 3b die Detektionsfläche der Kamera zu zwei unterschiedlichen Zeitpunkten; und
- 4 ein schematisches Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Die 1 zeigt ein System 10 zum shearografischen Messen großflächiger Objekte umfassend einen Laserprojektor 12 zum Erzeugen eines kohärenten Laserstrahls und umfassend eine shearografische Messeinrichtung mit einer Auswerteinheit 22. Die Messeinrichtung 20 umfasst weiter eine mindestens Blende 24, die hinter einer Öffnung 26 eines Gehäuses 28 der Messeinrichtung 20 angeordnet ist. Hinter der Blende 24 ist bevorzugt eine Strahlaufspaltungseinheit 30 angeordnet, die zum Aufspalten eines Laserstrahls in zwei Teilstrahlen und zum Vershearen der zwei Teilstrahlen zueinander eingerichtet ist. Sie kann beispielsweise als Mach-Zehnder-Aufbau oder Michelson-Aufbau realisiert sein, dann mit zwei Blenden. Eine in Strahlungsrichtung hinter der Strahlaufspaltungseinheit 30 angeordnete Kamera 32 (optional mit Objektiv) detektiert die Laserstrahlen auf einer Detektionsfläche 50 mit mehreren Pixeln 54 (3a).
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Der Laserprojektor 12 bestrahlt ein Objekt 14, indem er einen Laserstrahl 40 erzeugt, der einen Teil einer Fläche 16 des Objekts 14 beleuchtet. Der Laserprojektor 12 ist so ausgebildet, dass er einen sich ständig verändernden Laserbereich 18 auf der Fläche 16 beleuchtet. Der Laserbereich 18 wandert also über das Objekt 14.
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Der Laserbereich 18 wird an dem Objekt 14 reflektiert und als Laserstrahl 42 zur Messeinrichtung 20 gelenkt. Der Strahl 42 passiert die Öffnung 26, die dahinter liegende Blende 24 und trifft auf die Strahlaufspaltungseinheit 30, in der der Laserstrahl 42 in zwei Teilstrahlen 44 aufgespalten wird, wobei die zwei Teilstrahlen 44 zueinander versheart sind.
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Die Teilstrahlen 44 gelangen zur Kamera 32, interferieren dort und beleuchten eine Beleuchtungsfläche 52 auf der Detektionsfläche 50 der Kamera 32, die kleiner als die Detektionsfläche ist.
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Entsprechend des sich ändernden Laserbereichs 18 auf dem Objekt 14 wandert auch die Beleuchtungsfläche, die von den Teilstrahlen 44 beleuchtet wird, auf der Detektionsfläche der Kamera.
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Die Kamera ist derart ausgebildet, dass sie die von dem Laserbereich reflektierte Laserstrahlung 42 in Form der beiden Teilstrahlen 44 erfasst, wobei während der Erfassungsdauer bzw. der Aufnahme mit der Kamera 42 mehrere unterschiedliche Beleuchtungsflächen auf der Detektionsfläche erfasst werden. Die auf der Detektionsfläche beleuchteten Pixel der Beleuchtungsfläche, die ebenfalls über die Detektionsfläche wandern, werden mit Hilfe der Auswerteeinheit 22 ausgewertet. Die Auswertung mittels Auswerteeinheit 22 erfolgt bevorzugt rasternd, d. h. es erfolgt eine hintereinander abfolgende Bearbeitung der erfassten Pixel des Detektionsbereichs, wobei bevorzugt eine Mehrzahl von aneinandergrenzenden Pixeln erfasst bzw. ausgewertet wird.
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Neben der Auswertung der erfassten Beleuchtungsflächen auf der Detektionsfläche hat die Auswertereinheit 22 bevorzugt eine Steuerungsfunktion, die beispielsweise mittels einer Steuerungskomponente ausgeführt sein kann. Die Auswerteeinheit 22 steuert bevorzugt den Laserprojektor 12 sowie die Kamera 32, sodass Kamera 32 und Laserprojektor 12 aneinander angepasst sind, insbesondere ist die Bildwiederholrate der Kamera an die Bildrate des Laserprojektors angepasst. Unter Bildrate des Laserprojektors wird die Erzeugung von unterschiedlichen Laserbereichen 18 auf dem Objekt 14 pro Zeiteinheit, insbesondere pro Sekunde, verstanden. Die Bildwiederholrate der Kamera 32 ist die Anzahl der Aufnahmen pro Zeiteinheit, insbesondere pro Sekunde, die die Kamera 32 aufnimmt.
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2 zeigt einen Teil des Systems 10 und ein schematisch dargestelltes Schiff 34 als Objekt 14, das von dem Laserprojektor 12 mittels des Laserstrahls 40 beleuchtet wird. Der beleuchtete Laserbereich 18 auf dem Schiff 34 reflektiert an dem Schiff und erzeugt einen Laserstrahl 42, der auf einer Detektionsfläche 50 der Kamera 32 eine Beleuchtungsfläche 52 beleuchtet, die mehrere Pixel 54 der Detektionsfläche 50 umfasst. In der hier gezeigten Ausführungsform umfasst die Beleuchtungsfläche 52 4 Pixel, wobei die Beleuchtungsfläche 52 über die Detektionsfläche 50 wandert. In der hier gezeigten bevorzugten Ausführung erzeugt der Laserprojektor 12 einen zeilenartigen Laserbereich 18, sodass auf der Detektionsfläche 50 der Kamera 32 lediglich eine Reihe von Pixeln 54 beleuchtet werden. Vorzugsweise ist die Kamera 32 als Zeilenkamera ausgebildet, sodass sie während einer Aufnahme eine Zeile an Pixeln 54 detektiert und damit mehrere nebeneinander angeordnete, vorzugsweise teilweise überlappende Beleuchtungsflächen 52 erfasst, die jeweils ebenfalls nur eine Pixelreihe beleuchten.
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Die 3a und 3b zeigen schematisch die Beleuchtungsfläche 50 der Kamera 32 zu unterschiedlichen Zeitpunkten. 3a zeigt zu einem ersten Zeitpunkt die Detektionsfläche 50, bei der die Beleuchtungsfläche 52 die 6 linken Pixel 54 der oberen Zeile umfasst. Dies entspricht einem ersten Laserbereich 18 auf dem Objekt 14. 3 b zeigt die Detektionsfläche 50 zu einem späteren Zeitpunkt, bei der die Beleuchtungsfläche 52 um drei Pixel nach rechts verschoben ist. Der Laserbereich 18 ist zu diesem Zeitpunkt auf dem Objekt 14 etwas gewandert und ruft deshalb eine nach rechts verschobene Beleuchtungsfläche 52 auf der Detektionsfläche 50 hervor.
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4 zeigt schematisch die einzelnen Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens zum shearografischen Vermessen eines großflächigen Objekts 14 mit einem Laserprojektor 12 zum Erzeugen eines kohärenten Laserstrahls und mit einer shearografischen Messeinrichtung 20, die eine Blende 24, eine Strahlaufspaltungseinheit 30 zum Aufspalten eines Laserstrahls 42 in zwei Teilstrahlen 44 hat und die eine Kamera 32 mit einer Detektionsfläche 50 mit mehreren Pixeln 54 zum Detektieren eines Laserstrahls umfasst. Erfindungsgemäß weist das Verfahren einen ersten Schritt des Erzeugens S10 eines Laserstrahls mittels des Laserprojektors 12 auf. In einem weiteren Schritt des Lenkens S12 wird der Laserstrahl 40 auf eine Fläche 16 des Objekts 14 derart gelenkt, dass ein Teil der Fläche 16 des Objekts 14 beleuchtet wird und der Laserstrahl 40 auf der Fläche des Objekts einen Laserbereich 18 hervorruft, der reflektiert und als Laserstrahl 42 zur Messeinrichtung 20 gelenkt wird. Das Verfahren umfasst weiter einen Schritt des Messens S14 des von dem Objekt 14 reflektierten Laserstrahls 42 mittels der Messeinrichtung 20. Ein Schritt des Aufspaltens S16 des Laserstrahls 42 in zwei vershearte Teilstrahlen 42 mittels der Strahlaufspaltungseinheit 30 ist ein weiterer Schritt des Verfahrens ebenso wie ein Schritt des Lenkens S18 der Teilstrahlen 44 zu der Kamera 32 und Interferieren der Teilstrahlen 44 in der Kamera 32. Das Verfahren umfasst weiter einen Schritt des Beleuchtens S20 einer mehrere Pixel 54 der Detektionsfläche 50 der Kamera 32 umfassenden Beleuchtungsfläche 52 und einen Schritt des Detektierens S22 des Laserstrahls in der Kamera 32 mittels Auslesen und Erfassen der Auslesedaten aller Pixel 54 der Detektionsfläche 50, wobei die Detektionsfläche 50 größer ist als die Beleuchtungsfläche 52. Ein Schritt des Änderns S24 des Laserstrahls 40 derart, dass auf der Fläche 16 des Objekts 14 ein örtlich veränderter Laserbereich 18 hervorgerufen wird, schließt sich an. In einem Schritt des Auswertens S26 der erfassten Auslesedaten einer Mehrzahl von Laserstrahlen pro Aufnahme der Kamera 32 schließt das Verfahren ab. Es werden also pro Aufnahme der Kamera 32 eine Mehrzahl von Beleuchtungsflächen 52 auf der Detektionsfläche 50 der Kamera 32 erfasst und mittels der Auswerteeinheit 22 ausgewertet, wobei die Auswertung vorzugsweise rasternd erfolgt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens umfasst dieses den optionalen Schritt des Erzeugens S28 eines sich örtlich ändernden Laserbereichs 18 auf der Fläche 16 des Objekts 14 derart, dass in einem Schritt S30 des Beleuchtens einer anderen, mehrere Pixel 54 der Detektionsfläche 50 der Kamera 32 umfassenden Beleuchtungsfläche 52 die dadurch entstehende andere Beleuchtungsfläche 52 beleuchtet wird, während die Aufnahme der Kamera 32 erfolgt, sodass eine Aufnahme der Kamera 32 mehrere Beleuchtungsflächen 52 umfasst.
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Die Erfindung wurde anhand der Zeichnungen und der Beschreibung umfassend beschrieben und erklärt. Die Beschreibung und Erklärung sind als Beispiel und nicht einschränkend zu verstehen. Die Erfindung ist nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt. Andere Ausführungsformen oder Variationen ergeben sich für den Fachmann bei der Verwendung der vorliegenden Erfindung sowie bei einer genauen Analyse der Zeichnungen, der Offenbarung und der nachfolgenden Patentansprüche.
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In den Patentansprüchen schließen die Wörter „umfassen“ und „mit“ nicht das Vorhandensein weiterer Elemente oder Schritte aus. Der undefinierte Artikel „ein“ oder „eine“ schließt nicht das Vorhandensein einer Mehrzahl aus. Ein einzelnes Element oder eine einzelne Einheit kann die Funktionen mehrerer der in den Patentansprüchen genannten Einheiten ausführen. Ein Element, eine Einheit, eine Vorrichtung und ein System können teilweise oder vollständig in Hard- und/oder in Software umgesetzt sein. Die bloße Nennung einiger Maßnahmen in mehreren verschiedenen abhängigen Patentansprüchen ist nicht dahingehend zu verstehen, dass eine Kombination dieser Maßnahmen nicht ebenfalls vorteilhaft verwendet werden kann. Ein Computerprogramm kann zusammen mit Hardware und/oder als Teil einer Hardware vertrieben werden, beispielsweise mittels des Internets oder mittels drahtgebundener oder drahtloser Kommunikationssysteme. Bezugszeichen in den Patentansprüchen sind nicht einschränkend zu verstehen.
