DE19736169A1

DE19736169A1 - Verfahren zur Verformungs- oder Schwingungsmessung mittels elektronischer Speckle-Pattern-Interferometrie

Info

Publication number: DE19736169A1
Application number: DE1997136169
Authority: DE
Inventors: Bernhard Prof Dr Lau; Valery Dipl Ing Petrov
Original assignee: FHU HOCHSCHULE fur TECHNIK
Current assignee: FHU HOCHSCHULE fur TECHNIK
Priority date: 1997-08-20
Filing date: 1997-08-20
Publication date: 1999-04-15

Description

Vorgestellt wird ein Verfahren zur Verformungs- oder Schwingungsmessung mittels elektronischer Speckle-Pattern-Interferometrie (ESPI), das auf Verformungen oder Schwingungen in der Ebene des Prüflings anspricht ("in-plane"-Speckle-Interferometrie). Dazu wird der Prüfling symmetrisch mit zwei kohärenten diffusen Wellenfeldern unter einem bestimmten Winkel beleuchtet (Abb. 1). Die kohärenten diffusen Wellenfelder werden mit Laserstrahlung unter Verwendung von streuenden Elementen, d. h. reflektie renden oder transluzenten Mattscheiben oder holographisch-optischen Elementen (HOE's) erzeugt. Das vom Objekt erzeugte Specklemuster wird mit einer Videokamera aufgenommen, wobei das Specklemuster vor und nach der Verformung registriert wird. Durch Auswertung dieser Specklemuster mittels Bildverarbeitung kann die Verfor mungs- oder Schwingungskomponente des Prüflings in der Ebene der beiden Beleuch tungswellen berechnet werden. Hierzu werden vom unverformten und vom verformten Zustand des Prüflings (bzw. von zwei verschiedenen Schwingungszuständen) jeweils mehrere Speckle-Bilder mit unterschiedlicher Phasenlage einer der beiden Beleuch tungswellen eingelesen und ausgewertet (Phasenschritt-Verfahren). Eine andere Mög lichkeit einer qualitativen Auswertung ist die Berechnung und bildliche Darstellung der Speckle-Korrelation je eines Specklebildes vom unverformten und vom verformten Zu stand (bzw. von zwei verschiedenen Schwingungszuständen).

Ein bisher eingesetztes Verfahren bestimmt diese Verformungs- oder Schwingungskom ponente durch Beleuchtung des Prüflings mit zwei kohärenten ebenen oder schwach ge krümmten sphärischen Wellen. Zur Erzeugung dieser Wellen wird üblicherweise ein un aufgeweitetes nahezu paralleles Laserstrahlbündel, wie es beispielsweise von einem Heli um-Neon-Laser abgegeben wird, mittels eines Strahlteilers in zwei Teilstrahlen aufgeteilt, die mit Spiegeln symmetrisch unter einen geeigneten Winkel auf das Objekt gelenkt wer den. Sie werden mit Linsensystemen aufgeweitet, um das Objekt auszuleuchten. Die Ju stierung eines solchen optischen Aufbaus ist schwierig und zeitraubend, insbesondere wenn Raumfilter in den Strahlengängen sind, und die benötigten Linsensysteme sind teu er. Der Winkel zwischen den beleuchtenden Wellenfeldern bestimmt die Empfindlichkeit des Meßverfahrens; seine Anpassung an die jeweiligen Anforderungen des Prüflings ist mit dem bisher eingesetzten Verfahren schwierig, zeitraubend und nur in bestimmten Grenzen möglich. Eine Änderung dieses Winkels ist praktisch mit einer Neujustierung des kompletten optischen Strahlengangs verbunden.

Bei dem vorliegenden Verfahren werden nur ein Strahlteiler, Umlenkspiegel und Diffuso ren benötigt, die allesamt keine hohe optische Qualität aufweisen müssen. HOE's als Diffusoren lassen sich relativ einfach herstellen. Die Justierung des optischen Aufbaus geschieht von dem Einsetzen der Diffusoren mit dem unaufgeweiteten Laserstrahl und ist sehr einfach und schnell zu bewerkstelligen. Der Winkel zwischen den beleuchtenden Wellenfeldern läßt sich einfach und schnell an die jeweiligen Anforderungen des Prüflings anpassen. Diese Vorteile lassen sich nur durch den Einsatz von Diffusoren anstelle von Strahlaufweitungsoptiken erreichen.

Claims

1. Verfahren zur Verformungs- oder Schwingungsmessung mittels elektronischer Speckle-Pattern-Interferometrie (ESPI), das auf Verformungen oder Schwingun gen in der Ebene des Prüflings anspricht ("in-plane"-Speckle-Interferometer), da durch gekennzeichnet, daß zur Beleuchtung des Prüflings diffuse kohärente Wel lenfelder angewandt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die diffusen kohären ten Wellenfelder mittels Strahlteilung aus einem unaufgeweiteten nahezu paralle len oder leicht konvergenten Laserstrahlbündel erzeugt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die diffusen kohärenten Wellenfelder durch diffus streuende, reflektierende, brechende oder beugende optische Elemente (allgemein als Diffusoren bezeichnet) erzeugt wer den.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß reflektierende oder transluzente Diffusoren verwendet werden.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Diffusoren als reflektierende oder transmittierende holographisch-optische Elemente ausge führt sein können.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Auswertung der Verformung oder Schwingung des Prüflings mittels Videokame ra und Bildverarbeitung ein Phasenschritt- oder Speckle-Korrelationsverfahren angewandt wird.

7. Anordnung zur Verformungs- oder Schwingungsmessung mittels elektronischer Speckle-Pattern-Interferometrie (ESPI), das auf Verformungen oder Schwingun gen in der Ebene des Prüflings anspricht ("in-plane"-Speckle-Interferometer) (Abb. 2), zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beleuchtung des Prüflings (1) diffuse kohärente Wellenfelder (2, 3) angewandt werden.

8. Anordnung nach Anspruch 7 (Abb. 2), dadurch gekennzeichnet, daß die diffusen kohärenten Wellenfelder mittels Strahlteilung (4) aus einem unaufgeweiteten na hezu parallelen Laserstrahlbündel (5) erzeugt werden

9. Anordnung nach Anspruch 7 und 8 (Abb. 2), dadurch gekennzeichnet, daß die diffusen kohärenten Wellenfelder mittels diffus streuender, reflektierender, bre chender oder beugender optischer Elemente (allgemein als Diffusoren bezeichnet) (6, 7) erzeugt werden.

10. Anordnung nach Anspruch 7 bis 10 (Abb. 2), dadurch gekennzeichnet, daß transluzente (als Beispiel 6) oder reflektierende (als Beispiel 7) Diffusoren ver wendet werden.

11. Anordnung nach Anspruch 7 bis 10 (Abb. 2), dadurch gekennzeichnet, daß die Diffusoren (6, 7) auch als holographisch-optische Elemente ausgeführt sein kön nen.

12. Anordnung nach Anspruch 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß daß zur Aus wertung der Verformung oder Schwingung des Prüflings mittels Videokamera und Bildverarbeitung (8) ein Phasenschritt- oder Speckle-Korrelationsverfahren angewandt wird.