Optische Verfahren

Die zeitaufgelöste Laser-Speckle-Photometrie (LSP) ist ein neues, am Fraunhofer IKTS entwickeltes Verfahren, mit dem Bauteiloberflächen charakterisiert werden können. Es basiert auf der Auswertung der zeitlichen Veränderung von Speckle-Mustern, die sich bei mechanischer oder thermischer Anregung der Prüfobjekte entwickeln. Dabei kann die Anregung sowohl aus dem Prozess selbst kommen (z. B. Schweißwärme) als auch durch gezieltes Einbringen (z. B. Wärme oder mechanischen Spannungen) während eines Prüfprozesses.

Das berührungslose Verfahren zeichnet sich durch einen einfachen, robusten Aufbau und im Vergleich zu konkurrierenden Messmethoden durch geringe Kosten aus. Die extrem kurzen Messzeiten prädestinieren es für den Inline-Einsatz in der industriellen Produktion und für In-situ-Messungen bei Wartungs- und Reparaturaufgaben.

Die Laser-Speckle-Photometrie verfügt über eine hohe Empfindlichkeit für Out-of-plane- und In-plane-Verschiebungen. Im Vergleich zu anderen Techniken, die sich auf die Verzerrung der gesamten Speckle-Muster oder der Fringes konzentrieren, wird bei der Laser-Speckle-Photometrie die räumlich-zeitliche Dynamik der Speckle gemessen, die durch die Intensitätsänderung jedes einzelnen Pixels im Kamerasensor hervorgerufen wird. Durch eine bestimmte Korrelationsfunktion kann die Wechselwirkung zwischen Speckle-Dynamik und dem Zustand der Probe ermittelt werden. Um Kenngrößen wie Porosität, Spannungen und Defekte zu bestimmen, wird ein kundenspezifisches Korrelationsmodell anhand von Referenzwerten, Prozessbedingungen und Werkstoffkennwerten herangezogen.

Technische Details

• Für alle nicht spiegelnden Werkstoffe anwendbar
  
• Bauraumgröße: unbegrenzt, homogene Ausleuchtung einer Fläche bis 100 x 100 mm², größere Flächen werden rasternd geprüft
  
• Laterale Auflösung: 10 μm (Metall) bis 100 μm (Keramik)
  
• Messgeschwindigkeit: 20 Messwerte/Sekunde, 30 Bilder/Minute
  

Anwendungsfelder

• Prozessüberwachung schneller Fertigungsabläufe, z. B. Inline-Werkstoffcharakterisierung bei additiven Fertigungsverfahren
  
• Bauwerksüberwachung (Spannungen und Defekte)
  
• Inline-Monitoring biotechnologischer Prozesse

Leistungsangebot

• Entwicklung kundenspezifischer LSP-basierter Prüfsysteme
  
• Vor-Ort-Messservice
  
• Geometrische Vermessung von elektronischen Bauteilen
  
• Auftragsforschung

Am Fraunhofer IKTS wird die Optische Kohärenztomographie (OCT) zur dreidimensionalen Erfassung und Abbildung von Strukturen verschiedenster Materialien wie Keramiken, Kunststoffe, Gläser, glasfaserverstärkte Kunststoffe oder biologische Materialien genutzt. Das nicht-invasive, tomographische Bildgebungsverfahren ermöglicht es, die Topographie von Oberflächen und inneren Strukturen in streuenden Medien sichtbar zu machen. Dazu wird das Untersuchungsobjekt mit breitbandigem, nahinfrarotem Licht bestrahlt und das Streulicht spektroskopisch verarbeitet.

Die Optische Kohärenztomographie erlaubt dabei Prüfungen in Echtzeit und ohne direkten Kontakt mit der Probe. Sie besticht zudem durch hohe Messgeschwindigkeiten, die die Erfassung volumetrischer Untersuchungsbereiche innerhalb weniger Sekunden ermöglicht. Diese Vorteile qualifizieren das Verfahren als einen effizienten und kostengünstigen Ansatz zur Inline-Defekterkennung (z. B. Siegelnahtprüfung) sowie zur Fremdkörperdetektion in Bulk-Materialien in verschiedensten Industriezweigen. Das Messverfahren kann für diverse Anwendungen adaptiert und für die jeweiligen Anforderungen optimiert werden.

Technische Details

• 3D-Bildgebungsverfahren für semitransparente Materialien
  
• Messbereich: 40 x 40 cm²
  
• Auflösung: < 10 μm
  
• Hohe Eindringtiefe: 1 bis 3 mm
  
• Hohe axiale Auflösung: 0,5 bis 15 μm
  
• Nicht-invasives, berührungsfreies Messverfahren
  
• Keine ionisierende Strahlung
  
• Mehr als 30 Querschnittsbilder pro Sekunde
  

Anwendungsfelder

Produktprüfung und Prozessüberwachung für:

• Kunststoff- und Verpackungsindustrie
  
• Keramikindustrie
  
• Elektronikindustrie
  
• Additive Fertigungsverfahren
  
• Nahrungsmittelindustrie
  
• Rolle-zu-Rolle-Prozesse
  

Leistungsangebot

• Statische und dynamische Schichtdickenmessung
• Dreidimensionale Strukturvisualisierung (Oberfläche und innere Struktur)
  
• Entwicklung kundenspezifischer Prüfsysteme
  
• Weiterentwicklung von Messalgorithmen und Bildauswertung
  
• Integration in bestehende Anlagen