Schuth / Buerakov Handbuch Optische Messtechnik
1. Auflage 2017
ISBN: 978-3-446-43661-9
Verlag: Carl Hanser
Format: PDF
Kopierschutz: 1 - PDF Watermark
Praktische Anwendungen für Entwicklung, Versuch, Fertigung und Qualitätssicherung
E-Book, Deutsch, 736 Seiten
ISBN: 978-3-446-43661-9
Verlag: Carl Hanser
Format: PDF
Kopierschutz: 1 - PDF Watermark
Die Herstellung eines Produktes erfordert von der Entwicklung bis zur Fertigung die unterschiedlichsten Technologien, Konzepte und Methoden. Das vorliegende Buch zeigt auf, wie man optische Messtechnik einsetzen kann, um in den verschiedenen Phasen des Produktentstehungsprozesses schneller, kostengünstiger und sicherer zum gewünschten Ergebnis zu kommen. Optische Messtechnik kann z.B. in der Entwicklungsphase zur Bauteiloptimierung, Schwachstellenanalyse, Konturvermessung von Prototypen, zur Dehnungsanalyse und Verformungsmessung eingesetzt werden. Mit optischen Verfahren können Bauteile optimiert, auf Fehler untersucht und die Materialauswahl unterstützt werden. In der Fertigung dient die optische Messtechnik zur Fertigungssteuerung und Qualitätssicherung. Das Spektrum der Anwendungen ist fast unbegrenzt. Die Autoren möchten im vorliegenden Buch dem Anwender anhand von vielen Praxisbeispielen aus der Industrie aufzeigen welche Anwendungen es gibt, wann sie sich rentieren und wie sie mit Unterstützung von Lieferanten umgesetzt werden können.
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1;Vorwort;6
2;Inhaltsverzeichnis;8
3;Die Autoren;26
4;Firmen, die mit Praxisbeispielen im Handbuch vertreten sind;28
5;Einleitung;30
5.1;1 Geschichte der Optik;30
5.2;2 Bedeutung der opti schen Technologien heute;36
5.2.1;2.1 Bedeutung der optischen Technologien in der Technik;36
5.2.2;2.2 Bedeutung der optischen Technologien im Militärsektor;39
5.2.3;2.3 Bedeutung der optischen Technologien in der Medizin;39
5.3;3 Bedeutung der optischen Technologie in Zukunft;41
5.4;4 Literaturverzeichnis;44
6;TEIL I 3D-Formerfassung;46
6.1;1 Einleitung;48
6.1.1;1.1 Historischer Rückblick;48
6.1.2;1.2 Nichtoptische Messtechnik;48
6.1.3;1.3 Übersicht;50
6.2;2 Lichtschnittverfahren;54
6.2.1;2.1 Verfahrensgrundlagen;54
6.2.2;2.2 Beschreibung des Lichtschnittverfahrens;55
6.2.3;2.3 Messeinflüsse beim Lichtschnittverfahren;58
6.2.4;2.4 Grenzen des Lichtschnittverfahrens;59
6.2.5;2.5 Kalibrierung beim Lichtschnittverfahren;60
6.2.6;2.6 Nachbearbeitung der Messdaten beim Lichtschnittverfahren;61
6.2.7;2.7 Anwendungsbeispiele für das Lichtschnitt verfahren;62
6.2.7.1;2.7.1 Geometriekontrolle von Gussrohren;62
6.2.7.2;2.7.2 Prüfung von Jochprofilträgern ohne Taktzeitverlust;64
6.2.7.3;2.7.3 Vermessen eines Traktors;65
6.2.7.4;2.7.4 Engineering eines Flugzeug innenraums – vom Scan zum 3D-CAD-Modell;66
6.2.7.5;2.7.5 Robotergeführte optische CMM-Scanner;68
6.2.7.6;2.7.6 Verbau von Windschutzscheiben;69
6.2.7.7;2.7.7 Spalt-Bündigkeitsmessung an Karosserieteilen;70
6.2.7.8;2.7.8 Nietenprüfung im Flugzeugbau;70
6.2.7.9;2.7.9 Vermessen von Karossen;70
6.2.7.10;2.7.10 Reverse Engineering im Rennsport;71
6.2.7.11;2.7.11 Vermessen und Auswerten der Tornadolinie;74
6.2.7.12;2.7.12 Das messtechnische Geheimnis der Poleposition von Red Bull Technology;76
6.2.7.13;2.7.13 Einsatz multisensorischer Messsysteme in Fertigung von hochpräzisen Bauteilen;78
6.2.7.14;2.7.14 Optische Qualitätssicherung im Fahrzeugbau bei Volvo;80
6.2.7.15;2.7.15 Optische Untersuchung von im Gesenk geschmiedeten Implantaten;81
6.2.7.16;2.7.16 Vermessung von Blechteilen im Automobilbau;83
6.2.7.17;2.7.17 Digitalisieren eines komplexen Türschließsystems;83
6.2.7.18;2.7.18 Laserscantechnik in einer Zinkdruckgießerei;87
6.3;3 Streifenprojektion;89
6.3.1;3.1 Verfahrensgrundlagen;89
6.3.2;3.2 Beschreibung des Streifenprojektionverfahrens;90
6.3.2.1;3.2.1 Zeitlich codierte Verfahren;90
6.3.2.2;3.2.2 Gray-Code;91
6.3.2.3;3.2.3 Phasen-codierte Verfahren;91
6.3.2.4;3.2.4 Frequenzcodierte Verfahren;92
6.3.2.5;3.2.5 Örtlich codierte Verfahren;92
6.3.2.6;3.2.6 Sonstige Codierverfahren;93
6.3.2.7;3.2.7 Vergleich der Codierverfahren;93
6.3.2.8;3.2.8 Streifenprojektionstechniken;94
6.3.2.9;3.2.9 Zweikamerasysteme;94
6.3.2.10;3.2.10 Vermessung von Kleinstrukturen bzw. kleinen Objekten;95
6.3.3;3.3 Kalibrierung bei der Streifenprojektion;95
6.3.4;3.4 Anwendungsbeispiele der Streifenprojektion;95
6.3.4.1;3.4.1 Systemlösung ATOS (GOM GmbH): Vollflächige Geometriemessung;96
6.3.4.2;3.4.2 3D Digitalisierung eines Gebissabdrucks;100
6.3.4.3;3.4.3 Schadensanalyse bei Pkw-Pkw-Kollisionen;101
6.3.4.4;3.4.4 Fahrzeuginnenraumvermessung;102
6.3.4.5;3.4.5 Nicht-industrielle Anwendungen (Archäologie);102
6.3.4.6;3.4.6 3D-Vermessung von Jagdwaffen;103
6.3.4.7;3.4.7 3D-Vermessung im Werkzeugbau;105
6.3.4.8;3.4.8 3D-Vermessung im Formenbau;106
6.3.4.9;3.4.9 Digitalisierung eines Fahrzeugdesignmodells;106
6.3.4.10;3.4.10 Optische Qualitätssicherung des neuen Honda Civic;108
6.3.4.11;3.4.11 Schnelle Nietenprüfung im Flugzeugbau;111
6.3.4.12;3.4.12 Untersuchung von Spaltmaßen im Automobilbau;112
6.3.4.13;3.4.13 Untersuchung eines Turbinenlaufrads;113
6.3.4.14;3.4.14 3D-Qualitätsprüfung von Getriebe gehäusen für Nutzfahrzeuge;115
6.3.4.15;3.4.15 3D-Qualitätsprüfung von Lagergehäusen für Vier-Takt-Motoren;116
6.3.4.16;3.4.16 3D-Qualitätsprüfung von Turbinenschaufeln;117
6.3.4.17;3.4.17 3D-Qualitätsprüfung und Fahrzeug vermessung in der Formel 1TM;118
6.4;4 Photogrammetrie;120
6.4.1;4.1 Prinzip der Photogrammetrie;120
6.4.1.1;4.1.1 Verfahrensgrundlagen;120
6.4.1.2;4.1.2 Messverfahren der Photogrammetrie;121
6.4.2;4.2 Anwendungsbeispiele der Photogrammetrie;123
6.4.2.1;4.2.1 Einsatz mobiler optischer Koordinatenmesstechnik beim Aufbau von Offshore-Windenergieanlagen;123
6.4.2.2;4.2.2 Qualitätssicherung an BMW-Cabriolets;128
6.4.2.3;4.2.3 Mobile 3D-Koordinatenmesstechnik für den Schiffbau;135
6.4.2.4;4.2.4 3D-Vermessung von Fenstern für Luxusyachten;140
6.4.2.5;4.2.5 Vermessung der Rotorblattflansche von Windkraftanlagen;140
6.4.2.6;4.2.6 Messen unter anspruchsvollen Bedingungen;142
6.4.2.7;4.2.7 3D-Inspektion von Zügen;144
6.5;5 Triangulationssensor;146
6.5.1;5.1 Verfahrensgrundlagen;146
6.5.2;5.2 Messverfahren des Triangulationssensors;146
6.5.3;5.3 Anwendungsbeispiele der Triangulationssensoren;147
6.5.3.1;5.3.1 Dickenmessung von Gummibahnen für das Baugewerbe;147
6.5.3.2;5.3.2 Dickenmessung von Folie;148
6.5.3.3;5.3.3 Zweiseitige Dickenmessung mit Laserprofilsensoren;148
6.6;6 Weißlichtinterferometrie;151
6.6.1;6.1 Verfahrensgrundlagen;151
6.6.2;6.2 Beschreibung des Weißlichtinterferometrie verfahrens;152
6.6.3;6.3 Anwendungsbeispiele der Weißlichtinterferometrie;153
6.6.3.1;6.3.1 Vergleich zu taktilen Messsystemen;153
6.6.3.2;6.3.2 Oberflächenuntersuchungen mit Weißlichtinterferometrie;154
6.7;7 Optische Kohärenztomografie;156
6.7.1;7.1 Verfahrensgrundlagen;156
6.7.2;7.2 Messverfahren der optischen Kohärenztomografie;156
6.8;8 Konfokale Mikroskopie;158
6.8.1;8.1 Verfahrensgrundlagen;158
6.8.2;8.2 Messverfahrens der konfokalen Mikroskopie;159
6.8.3;8.3 Anwendungsbeispiele der konfokalen Mikroskopie;161
6.8.3.1;8.3.1 Vermessung der Schneidkante einer Gewindeschneidplatte;161
6.8.3.2;8.3.2 Oberflächenstruktur- und Rauheiterfassung;163
6.8.3.3;8.3.3 Anwendungsbeispiele aus der Medizintechnik;165
6.8.3.4;8.3.4 Konfokale Mikroskopie bei additiven Fertigungsverfahren;166
6.8.3.5;8.3.5 Untersuchung von Mikrostrukturen in Forschung und Produktion;167
6.9;9 Chromatisch-konfokales Messverfahren;170
6.9.1;9.1 Verfahrensgrundlagen;170
6.9.1.1;9.1.1 Beschreibung des chromatisch-konfokalen Messverfahrens;170
6.9.1.1.1;9.1.1.1 Chromatisch-konfokale Spektralinterferometrie;172
6.9.2;9.2 Anwendungsbeispiele der chromatisch-konfokalen Mikroskopie;173
6.9.2.1;9.2.1 Untersuchung von Dichtelementen und -flächen;173
6.9.2.2;9.2.2 Anwendungsbeispiele aus der Medizin;174
6.10;10 Streulichtsensor;176
6.10.1;10.1 Verfahrensgrundlagen;176
6.10.2;10.2 Messverfahren des Streulichtsensors;177
6.10.3;10.3 Anwendungsbeispiele des Streulichtsensors;179
6.10.3.1;10.3.1 Rauheitsmessung während des Walzenschleifens;179
6.10.3.2;10.3.2 Flächenrauheitsmessung von Kegelrollen;179
6.10.3.3;10.3.3 100%-Messung bei gehonten Lagerringen;180
6.11;11 Lasertracer;181
6.11.1;11.1 Verfahrensgrundlagen;181
6.11.2;11.2 Messverfahren des Lasertracers;182
6.11.3;11.3 Anwendungsbeispiele der Lasertracer;183
6.11.3.1;11.3.1 Inspektion von Flugzeugen;183
6.11.3.2;11.3.2 Steigerung der Effizienz von Wasserkraftwerken;185
6.11.3.3;11.3.3 Vermessung von Schienenfahrzeugen und deren Komponenten;188
6.12;12 Autofokussensor;190
6.12.1;12.1 Verfahrensgrundlagen;190
6.12.2;12.2 Messverfahren des Autofokussensors;190
6.13;13 Kontrastvergleichs autofokussensor;194
6.13.1;13.1 Verfahrensgrundlagen;194
6.13.2;13.2 Messverfahren des Kontrastvergleichs autofokussensors;194
6.13.2.1;13.2.1 Telezentrische Zoomobjektive für die Kontrastvergleichsautofokussensoren;195
6.13.2.2;13.2.2 Optische Grenzen des Kontrast vergleichsautofokussensors;196
6.14;14 Interferometrische Abstands- bzw. Entfernungsmessung;198
6.14.1;14.1 Verfahrensgrundlagen;198
6.14.2;14.2 Messverfahren zur interferometrischen Abstands- bzw. Ent fernungsmessung;199
6.14.2.1;14.2.1 Homodyne Interferometrie;199
6.14.2.2;14.2.2 Homodyne Interferometrie mit Quadraturerfassung;200
6.14.2.3;14.2.3 Heterodyne Interferometrie;200
6.14.2.4;14.2.4 Vermessung von großen Bauteilen mithilfe eines Laserradars;201
6.15;15 Konoskopische Holografie;204
6.15.1;15.1 Verfahrensgrundlagen;204
6.15.2;15.2 Messverfahren der konoskopischen Holografie;205
6.16;16 Ellipsometrie;207
6.16.1;16.1 Verfahrensgrundlagen;207
6.16.2;16.2 Messverfahren der Ellipsometrie;208
6.17;17 3D-Formprüfinterferometrie;210
6.17.1;17.1 Verfahrensgrundlagen;210
6.17.2;17.2 Beschreibung des Messverfahrens der 3D-Formprüfinterferometrie;211
6.17.3;17.3 Aufbau und Funktionsweise des Prismen interferometers;212
6.17.4;17.4 Anwendungsbeispiele der 3D-Formprüf interferometrie;214
6.17.4.1;17.4.1 Ebenheitsprüfung von polierten, geläppten, flachgehonten und feingeschliffenen Präzisionsteilen;215
6.17.4.2;17.4.2 Messung großer Flächen;215
6.18;18 Mehrwellenlänge- Interferometrie;217
6.18.1;18.1 Verfahrensgrundlagen;217
6.18.2;18.2 Messverfahren der Mehrwellenlänge- Interferometrie;218
6.18.3;18.3 Anwendungsbeispiele der Mehrwellenlänge-Interferometrie;221
6.18.4;18.4 Linsenvermessung mithilfe eines Mehrwellenlängen-Interferometers;221
6.19;19 Fokus-Variation;224
6.19.1;19.1 Verfahrensgrundlagen;224
6.19.2;19.2 Messverfahren der Fokus-Variation;225
6.19.3;19.3 Anwendungsbeispiele der Fokus-Variation;226
6.19.3.1;19.3.1 Hochgenaue Oberflächenmessung von Schaftwerkzeugen in der spangebenden Industrie;226
6.19.3.2;19.3.2 3D Oberflächenmessungen in der Mikropräzisionsfertigung;227
6.20;20 Deflektometrie;229
6.20.1;20.1 Verfahrensgrundlagen;229
6.20.2;20.2 Messverfahren der Deflektometrie;230
6.20.3;20.3 Anwendungsbeispiele der Deflektometrie;231
6.21;21 Makyoh-Sensor;233
6.21.1;21.1 Verfahrensgrundlagen;233
6.21.2;21.2 Messverfahren mit Makyoh-Sensor;234
6.22;22 Schattenwurfverfahren;235
6.22.1;22.1 Verfahrensgrundlagen;235
6.22.2;22.2 Beschreibung des Schattenwurfverfahrens;236
6.22.3;22.3 Anwendungen des Schattenwurfverfahrens;236
6.22.3.1;22.3.1 Berührungslose Schneidkanten vermessung;236
6.22.3.2;22.3.2 Automatische Holzplatten vermessung;237
6.23;23 Terrestrisches Laserscanning;238
6.23.1;23.1 Verfahrensgrundlagen;238
6.23.2;23.2 Messverfahren des terrestrischen Laserscannings;239
6.23.3;23.3 Anwendungsbeispiele des terrestrischen Laserscannings;241
6.23.3.1;23.3.1 Terrestrische Flugzeugvermessung;242
6.23.3.2;23.3.2 Digitalisierung des Wasserkraftwerkes Atlantis;242
6.23.3.3;23.3.3 Terrestrische Truck-Vermessung;243
6.24;24 Shape from Shading;244
6.24.1;24.1 Verfahrensgrundlagen;244
6.24.2;24.2 Messverfahren Shape from Shading;245
6.25;25 Hybride Messverfahren;247
6.25.1;25.1 Verfahrensgrundlagen;247
6.25.2;25.2 Beschreibung der hybriden Messverfahren;248
6.25.3;25.3 Anwendungsbeispiele der hybriden Mess verfahren;250
6.26;26 Literaturverzeichnis zu Teil I;252
7;TEIL II Temperaturerfassung;254
7.1;1 Einleitung;256
7.1.1;1.1 Historischer Rückblick;256
7.1.2;1.2 Nichtoptische Messtechnik;257
7.1.3;1.3 Grundbegriffe;257
7.1.4;1.4 Übersicht;258
7.2;2 Thermografie;260
7.2.1;2.1 Verfahrensgrundlagen;260
7.2.2;2.2 Messverfahren der Thermografie;261
7.2.2.1;2.2.1 Wichtige Einflussgrößen bei thermografischen Messungen;262
7.2.2.1.1;2.2.1.1 Emissionsgrad;262
7.2.2.1.2;2.2.1.2 Atmosphäreneinfluss bei thermografischen Messungen;264
7.2.2.1.3;2.2.1.3 Einfluss von Strahlungsquellen bei thermografischen Messungen;264
7.2.2.1.4;2.2.1.4 Aufbau einer modernen Thermografiekamera;265
7.2.2.1.5;2.2.1.5 Einfluss der Auflösung einer Thermografiekamera;265
7.2.2.1.6;2.2.1.6 Kalibrierung;266
7.2.3;2.3 Anwendungsbeispiele der Thermografie;266
7.2.3.1;2.3.1 Bauthermografie;267
7.2.3.2;2.3.2 Thermografische Untersuchung von Elektrobauteilen;268
7.2.3.3;2.3.3 Thermografische Untersuchung einer Großraumpumpe;268
7.2.3.4;2.3.4 Thermografische Untersuchung von Elektroanlagen;269
7.2.3.5;2.3.5 Thermografie in der vorbeugenden Instandhaltung;270
7.2.3.6;2.3.6 Automatische Zustands überwachung von Gießpfannen (Transport von Flüssigstahl);272
7.2.3.7;2.3.7 Steuerung der Temperaturverteilung in Druckgussformen;276
7.2.3.8;2.3.8 Steuerung der Temperaturverteilung bei Thermoformingprozessen;277
7.2.3.9;2.3.9 Kontrolle von Bierfässern;277
7.2.3.10;2.3.10 Detektion von Mikroleckagen;278
7.2.3.11;2.3.11 Erfassung der Temperaturverteilung bei Überwachungsaufgaben;279
7.2.3.12;2.3.12 Schlackedetektion;280
7.2.3.13;2.3.13 Detektion von Reststoffen in Edelstahlformen;281
7.2.3.14;2.3.14 Wahrnehmung menschlicher Gefühle;282
7.2.3.15;2.3.15 Thermografische Untersuchungen der Zerspanzone;284
7.2.3.16;2.3.16 Wärmebildkameras im Bereich der Brennstoffzellen- und Batterietechnologie;286
7.3;3 Pyrometrie;288
7.3.1;3.1 Verfahrensgrundlagen;288
7.3.2;3.2 Messverfahren der Pyrometrie;288
7.3.2.1;3.2.1 Bauarten der Pyrometer;289
7.3.2.2;3.2.2 Einfluss des Messabstands auf pyrometrische Messungen;291
7.3.2.3;3.2.3 Kalibrierung;293
7.4;4 Faseroptische Temperatur messung;294
7.4.1;4.1 Verfahrensgrundlagen;294
7.4.2;4.2 Messverfahren der faseroptischen Temperaturmessung;295
7.4.2.1;4.2.1 Integriertes faseroptisches Mess system (DTS) mit Messung der Raman-Streuung;296
7.4.2.2;4.2.2 Integriertes faseroptisches Messsystem (DTS) mit Messung der Rayleigh-Streuung;297
7.4.2.3;4.2.3 Faseroptische Temperaturmessung mit Faser-Bragg-Gittern;298
7.4.2.4;4.2.4 Kombination aus faseroptischer und pyrometrischer Temperaturmessung;299
7.4.2.5;4.2.5 Thermochrome faseroptische Temperaturmessung;300
7.4.2.6;4.2.6 Weitere faseroptische Messprinzipien;301
7.5;5 Literaturverzeichnis zu Teil II;302
8;TEIL III Strömungsuntersuchung;304
8.1;1 Einleitung;306
8.1.1;1.1 Historischer Rückblick;306
8.1.2;1.2 Nichtoptische Messtechnik;307
8.1.3;1.3 Übersicht;308
8.1.4;1.4 Dopplereffekt;308
8.2;2 Laser-Doppler-Anemometrie (LDA/LDV);310
8.2.1;2.1 Verfahrensgrundlagen;310
8.2.2;2.2 Messverfahren der LDA;311
8.2.2.1;2.2.1 Zweistrahl-Laser-Doppler-Anemometrie;312
8.2.2.2;2.2.2 Referenzstrahl-Laser-Doppler-Anemometrie;313
8.2.2.3;2.2.3 Weitere Laser-Doppler-Anemometrie-Ausführungen;314
8.3;3 Phasen-Doppler-Anemometrie (PDA);315
8.3.1;3.1 Verfahrensgrundlagen;315
8.3.2;3.2 Messverfahren der PDA;315
8.4;4 Laser-2-Fokus Anemometrie (L2F);317
8.4.1;4.1 Verfahrensgrundlagen;317
8.4.2;4.2 Messverfahren der L2F;317
8.5;5 Particle Image Velocimetry (PIV);320
8.5.1;5.1 Verfahrensgrundlagen;320
8.5.2;5.2 Messverfahren der Particle Image Velocimetry;321
8.5.3;5.3 Anwendungsbeispiele;323
8.5.3.1;5.3.1 Anwendung des Verfahrens PIV in der Motorenentwicklung;323
8.5.3.2;5.3.2 Anwendung des Verfahrens PIV in der Fluidmechanik;324
8.6;6 Particle Tracking Velocimetry (PTV);326
8.6.1;6.1 Verfahrensgrundlagen;326
8.6.2;6.2 Messverfahren der Particle Tracking Velocimetry;326
8.7;7 Laserinduzierte Fluoreszenz (LIF);329
8.7.1;7.1 Verfahrensgrundlagen;329
8.7.1.1;7.1.1 Messverfahren der laserinduzierten Fluoreszenz;329
8.7.2;7.2 Anwendungsbeispiele;330
8.7.2.1;7.2.1 Anwendung des Messverfahrens LIV bei Untersuchung von Zerstäubungs prozessen;330
8.7.2.2;7.2.2 Anwendung des Messverfahrens PLIF bei Untersuchung von Verbrennungen;332
8.8;8 Doppler Global Velocimetry (DGV);333
8.8.1;8.1 Verfahrensgrundlagen;333
8.8.2;8.2 Messverfahren der Doppler Global Velocimetry;333
8.9;9 Sonstige Verfahren zur Unter suchung von Fluidströmungen;335
8.9.1;9.1 Global Phase Doppler (GPD), Interferometric Particle Imaging (IPI);335
8.9.2;9.2 Teilchenbasierte Stoß-Visualisierung (TSV);336
8.9.3;9.3 Filtered Rayleigh Scattering (FRS);336
8.9.4;9.4 Anwendungsbeispiele der Verfahren IMI (Inter ferometric Mie Imaging) und Shadow bei Unter suchung von Partikeln;337
8.9.5;9.5 Sonderverfahren – Interferometrische Mehrwellenlängen-Kinematografie;338
8.10;10 Literaturverzeichnis zu Teil III;339
9;TEIL IV Optische Untersuchung mechanischer Schwingungen und Bewegungsanalyse;340
9.1;1 Einleitung;342
9.1.1;1.1 Historischer Rückblick;342
9.1.2;1.2 Nichtoptische Mess technik;343
9.1.3;1.3 Übersicht;343
9.1.4;1.4 Grundbegriffe;343
9.1.4.1;1.4.1 Mechanische Schwingung;344
9.1.4.2;1.4.2 Darstellung von Schwingungen;345
9.1.4.3;1.4.3 Übertragungsfunktion;345
9.1.4.4;1.4.4 Messen von Schwingungen;346
9.2;2 Laservibrometrie;348
9.2.1;2.1 Verfahrensgrundlagen;348
9.2.2;2.2 Messverfahren der Vibrometrie;349
9.3;3 Bildkorrelation;350
9.3.1;3.1 Verfahrensgrundlagen;350
9.3.2;3.2 Messverfahren der Bildkorrelation;351
9.3.3;3.3 Anwendungsbeispiele für die Bildkorrelation zur Schwingungsmessung;354
9.4;4 Holografie zur Schwingungsmessung;356
9.4.1;4.1 Verfahrensgrundlagen;356
9.4.2;4.2 Messverfahren der Holografie;356
9.4.2.1;4.2.1 Elektronische Speckle-Pattern-Interferometrie (ESPI);358
9.4.2.2;4.2.2 Erweiterung der klassischen Holografie auf dynamische Schwingungsanalyse;361
9.5;5 Bildbasierte Schwingungs analyse und Videostroboskopie;363
9.5.1;5.1 Verfahrensgrundlagen;363
9.5.2;5.2 Messverfahren der Videostrobo skopie und der bildbasierten Schwingungsanalyse;364
9.5.3;5.3 Anwendungsbeispiele der bildbasierten Schwingungs analyse und der Videostroboskopie;365
9.5.3.1;5.3.1 Vibrationsanalyse an einer Elektronikplatine;365
9.5.3.2;5.3.2 Prüfung der Rotorblätter von Windenergieanlagen;365
9.5.3.3;5.3.3 Hochgeschwindigkeitsmessung von Radbewegungen;367
9.6;6 Shearografie zur Schwingungsmessung;370
9.6.1;6.1 Verfahrensgrundlagen;370
9.6.2;6.2 Verfahren der Shearo grafischen Schwingungsmessung;371
9.6.3;6.3 Anwendungsbeispiel der Shearografischen Schwingungsanalyse;373
9.7;7 Faseroptische Schwingungsmessung;376
9.7.1;7.1 Verfahrensgrundlagen;376
9.7.2;7.2 Verfahren der faser optischen Schwingungsmessung;377
9.8;8 Literaturverzeichnis zu Teil IV;378
10;TEIL V Oberflächenanalyse;380
10.1;1 Einleitung;382
10.1.1;1.1 Historischer Rückblick;382
10.1.2;1.2 Mechanische Grundlagen;383
10.1.2.1;1.2.1 Oberflächenrauheit, Form- und Lagetoleranzen;383
10.1.2.2;1.2.2 Rauheitskenngrößen;384
10.1.2.3;1.2.3 Übersicht der Normen;395
10.1.3;1.3 Nichtoptische Mess technik;395
10.2;2 Optische Verfahren vs. taktile Verfahren;398
10.2.1;2.1 Messbereich/Mess genauigkeit der optischen Verfahren;399
10.2.2;2.2 Typische Anwendungen der Verfahren;399
10.2.3;2.3 Übersicht der optischen Verfahren;399
10.3;3 Streulichtverfahren zur Oberflächenanalyse;401
10.4;4 Weißlichtinterferometrie zur Oberflächenanalyse;402
10.5;5 Fokusvariation zur Oberflächenanalyse;404
10.6;6 Streifenprojektion zur Oberflächenanalyse;408
10.7;7 Konfokalmikroskopie zur Oberflächenanalyse;410
10.8;8 Literaturverzeichnis zu Teil V;414
11;TEIL VI Messen von mechanischen Spannungen;416
11.1;1 Einleitung;418
11.1.1;1.1 Historischer Rückblick;418
11.1.2;1.2 Nichtoptische Messtechnik;418
11.1.3;1.3 Mechanische Grundlagen der Spannungen;419
11.1.4;1.4 Übersicht;421
11.2;2 Spannungsoptisches Durchlichtverfahren (klassische Spannungsoptik);423
11.2.1;2.1 Verfahrensgrundlagen;423
11.2.2;2.2 Messverfahren der Durchlicht-SPO;424
11.2.3;2.3 Anwendungsbeispiele des Verfahrens der Spannungsoptik (SPO);428
11.2.3.1;2.3.1 Untersuchung von Brillengläsern und Gestellen;428
11.2.3.2;2.3.2 Untersuchung von Kerbwirkungen und Spannungsverläufen zur Bauteil opti mierung und mechanischen Analyse;430
11.2.3.3;2.3.3 Spannungsverläufe „einfrieren“;432
11.2.3.4;2.3.4 Messung von Restspannungen in Glasflaschen;432
11.3;3 Spannungsoptisches Reflexionsverfahren;436
11.3.1;3.1 Verfahrensgrundlagen;436
11.3.2;3.2 Funktionsweise des Reflexionsverfahrens;437
11.3.3;3.3 Anwendungsbeispiele des Reflexionsverfahrens;438
11.3.3.1;3.3.1 Untersuchung des Spannungs verhaltens in Knochen durch Implantate;439
11.3.3.2;3.3.2 Messungen in der Luft- und Raumfahrtindustrie;439
11.4;4 Thermoelastische Spannungsanalyse (TSA);441
11.4.1;4.1 Verfahrensgrundlagen;441
11.4.2;4.2 Funktionsweise der TSA;442
11.4.3;4.3 Anwendungsbeispiel der TSA;443
11.5;5 Shearografie zur Messung von Spannungen;445
11.5.1;5.1 Verfahrensgrundlagen;445
11.5.2;5.2 Funktionsweise der Shearografie zur Spannungsmessung;446
11.6;6 Holografie zur Messung von Spannungen;449
11.6.1;6.1 Verfahrensgrundlagen;449
11.6.2;6.2 Funktionsweise der holografischen Spannungsmessung;450
11.6.3;6.3 Anwendungsbeispiel Scheibenbremsuntersuchung zur holografischen Spannungsmessung;452
11.7;7 Bildkorrelation zur Messung von Spannungen;454
11.7.1;7.1 Verfahrensgrundlagen;454
11.7.2;7.2 Funktionsweise der Bildkorrelation zur Spannungsmessung;455
11.7.3;7.3 Anwendungsbeispiele der Bildkorrelation;457
11.7.3.1;7.3.1 Untersuchung eines Zahnrads;457
11.7.3.2;7.3.2 Untersuchung einer Rohrzange;457
11.7.3.3;7.3.3 Untersuchung von zugbelasteten Rundproben;458
11.7.3.4;7.3.4 Untersuchung von scherbelasteten Proben;459
11.7.3.5;7.3.5 Untersuchung von Rissen;459
11.8;8 Literaturverzeichnis zu Teil VI;461
12;TEIL VII Abstands- und Geschwindigkeitsmessung;462
12.1;1 Einleitung;464
12.1.1;1.1 Historischer Rückblick;464
12.1.2;1.2 Nichtoptische Messtechnik;464
12.1.3;1.3 Grundbegriffe;466
12.1.4;1.4 Übersicht;466
12.2;2 Interferometrische Abstands- und Geschwindigkeitsmessung;468
12.2.1;2.1 Verfahrensgrundlagen;468
12.2.2;2.2 Das Messverfahren zur interferometrischen Abstands- und Geschwindigkeitsmessung;469
12.3;3 Laserdistanzmessung;471
12.3.1;3.1 Verfahrensgrundlagen;471
12.3.2;3.2 Das Messverfahren zur Laserdistanzmessung;472
12.3.2.1;3.2.1 Einzelpulsmessung;472
12.3.2.2;3.2.2 Phasenvergleichsmessung;473
12.3.2.3;3.2.3 Puls-Akkumulations-Messverfahren;473
12.4;4 Lasertriangulation;475
12.4.1;4.1 Verfahrensgrundlagen;475
12.4.2;4.2 Das Messverfahren zur Lasertriangulation;476
12.4.3;4.3 Anwendungsbeispiele der Lasertriangulation;478
12.4.3.1;4.3.1 Vermessung von Spannstahl;478
12.4.3.2;4.3.2 Automatische Positionierung von Synchronringen;478
12.5;5 Konfokale und chromatisch- konfokale Abstandsmessung;479
12.5.1;5.1 Verfahrensgrundlagen;479
12.5.2;5.2 Das Messverfahren der konfokalen und der chromatisch-konfokalen Abstandsmessung;480
12.5.2.1;5.2.1 Konfokale Abstandsmessung;480
12.5.2.2;5.2.2 Chromatisch-konfokale Abstandsmessung;481
12.6;6 Radiointerferometrie;483
12.6.1;6.1 Verfahrensgrundlagen;483
12.6.2;6.2 Das Messverfahren der Radiointerferometrie;484
12.6.3;6.3 Astronomische Abstandsmessung;484
12.6.3.1;6.3.1 Parallaxe;485
12.6.3.2;6.3.2 Rotverschiebung;487
12.7;7 Literaturverzeichnis zu Teil VII;489
13;TEIL VIII Verformungsmessung;490
13.1;1 Einleitung;492
13.1.1;1.1 Historischer Rückblick;492
13.1.2;1.2 Nichtoptische Mess technik;493
13.1.3;1.3 Übersicht;494
13.2;2 Holografie zur Verformungs messung;496
13.2.1;2.1 Verfahrensgrundlagen;496
13.2.2;2.2 Das Verfahren der Holografie;497
13.2.3;2.3 Anwendungsbeispiele der Holografie zur Verformungsmessung;500
13.2.3.1;2.3.1 Verformungsmessung eines Bremssattels und Vergleich mit FEM-Berechnungen;501
13.3;3 Shearografie zur Verformungsmessung;506
13.3.1;3.1 Verfahrensgrundlagen;506
13.3.2;3.2 Das Messverfahren Shearografie;507
13.4;4 Bildkorrelation zur Verformungsmessung;512
13.4.1;4.1 Verfahrensgrundlagen;512
13.4.2;4.2 Das Messverfahren Bildkorrelation;513
13.4.3;4.3 Anwendungsbeispiele der Bildkorrelation;515
13.4.3.1;4.3.1 Formänderungsanalyse von Umformvorgängen;515
13.4.3.2;4.3.2 Messen der Verformung von Zug-, Druck- und Biegeproben;516
13.4.3.3;4.3.3 Dynamische Verformungsmessung;518
13.4.3.4;4.3.4 Einsatz der Bildkorrelation in der Medizin;520
13.4.3.5;4.3.5 Untersuchung von Brücken mithilfe der Bildkorrelation;523
13.4.3.6;4.3.6 Einsatz der Bildkorrelation in der Fahrzeug- bzw. Luftfahrtindustrie;524
13.4.3.7;4.3.7 Untersuchung einer Flugzeugtür;526
13.4.3.8;4.3.8 360°-Untersuchung eines Druckbehälters;527
13.5;5 Streifenprojektion zur Verformungsmessung;529
13.5.1;5.1 Verfahrensgrundlagen;529
13.5.2;5.2 Das Verfahren der Streifenprojektion;530
13.5.3;5.3 Anwendungsbeispiele der Streifenprojektion;531
13.5.3.1;5.3.1 Untersuchung einer Membran;531
13.6;6 Photogrammetrie zur Verformungsmessung;533
13.6.1;6.1 Verfahrensgrundlagen;533
13.6.2;6.2 Das Verfahren der Photogrammetrie;534
13.6.3;6.3 Anwendungsbeispiele der Photogrammetrie;535
13.6.3.1;6.3.1 Untersuchung von Solarpanels;535
13.6.3.2;6.3.2 Verformungsmessung in der Klimakammer;536
13.6.3.3;6.3.3 Photogrammetrie zur Verformungs messung in der Raumfahrt;538
13.7;7 Literaturverzeichnis zu Teil VIII;542
14;TEIL IX Detektion von Schäden;544
14.1;1 Einleitung;546
14.1.1;1.1 Historischer Rückblick;546
14.1.2;1.2 Nichtoptische Messtechnik;547
14.1.3;1.3 Übersicht optischer Messverfahren;550
14.2;2 Terahertz;551
14.2.1;2.1 Verfahrensgrundlagen;551
14.2.2;2.2 Messverfahren für Terahertz-Strahlung;552
14.2.3;2.3 Anwendungsbeispiele;555
14.2.3.1;2.3.1 Erkennung verborgener Ondulationen in GFK-Materialien;555
14.2.3.2;2.3.2 Porenartige Materialdefekte in einem keramischen Kühlkörper;557
14.2.3.3;2.3.3 Untersuchung von Dichtringen in Kunststoffrohren;557
14.3;3 Thermografie;559
14.3.1;3.1 Verfahrensgrundlagen;559
14.3.2;3.2 Messverfahren der Thermografie;560
14.3.2.1;3.2.1 Passive Thermografie;562
14.3.2.2;3.2.2 Aktive Thermografie;563
14.3.2.3;3.2.3 Verfahren der aktiven Thermografie zur Überprüfung von Solarzellen;568
14.3.3;3.3 Anwendungsbeispiele der Thermografie zur Schadensdetektion;569
14.3.3.1;3.3.1 Detektion von Gaseinschlüssen im Schaum von Instrumententafeln (passive Thermografie);569
14.3.3.2;3.3.2 Prüfung von Faserverbundwerkstoffen (Lockin-Thermografie);570
14.3.3.3;3.3.3 Qualitätskontrolle an Leder (Lockin-Thermografie);571
14.3.3.4;3.3.4 Kontrolle des Rumpfs von Flugzeugen (Lockin-Thermografie);572
14.3.3.5;3.3.5 Inspektion von Laserschweißnähten (Puls-Thermografie);573
14.3.3.6;3.3.6 Inspektion von Faserverbund werk stoffen (Transienten-Thermografie);574
14.3.3.7;3.3.7 Inspektion von Instrumententafeln (Transienten-Thermografie);575
14.3.3.8;3.3.8 Inspektion von Turbinenschaufeln (ultraschallangeregte Thermografie);575
14.3.3.9;3.3.9 Inspektion von Bauteilen aus Faser keramik und aus Faserverbundwerk stoff (ultraschallangeregte Thermografie);576
14.3.3.10;3.3.10 Prüfverfahren mit aktiver Thermografie in der Solarzellenproduktion;577
14.3.3.11;3.3.11 Thermografische Überprüfung von Faserverbundwerkstoffen (Lockin-Thermografie);578
14.4;4 Computertomografie;580
14.4.1;4.1 Verfahrensgrundlagen;580
14.4.2;4.2 Messverfahren der Computertomografie;581
14.4.2.1;4.2.1 Erzeugung der Röntgenstrahlung;582
14.4.2.2;4.2.2 Detektion der Röntgenstrahlung;583
14.4.2.3;4.2.3 Einteilung der Röntgengeräte;585
14.4.3;4.3 Anwendungsbeispiele der Computertomografie;587
14.4.3.1;4.3.1 Computertomografie als Teil der Produktentwicklung;589
14.4.3.2;4.3.2 Fehler- und Maßanalyse im Leichtbau und Messdatengewinnung für Simulationen;590
14.4.3.3;4.3.3 Poren- und Restwandstärkeanalyse mittels der CT;591
14.4.3.4;4.3.4 Untersuchung von Turbinenschaufeln;592
14.4.3.5;4.3.5 Computertomografische Unter su chung von mechanischen Maschinen;592
14.4.3.6;4.3.6 Computertomografische Unter suchung von Einspritzinjektoren;592
14.4.3.7;4.3.7 Computertomografische Überprüfung von Fügenähten an Faserverbund bauteilen;594
14.5;5 Shearografie zur Detektion von Schäden;597
14.5.1;5.1 Verfahrensgrundlagen;597
14.5.2;5.2 Verfahren der shearo grafischen Detektion von Schäden;599
14.5.3;5.3 Anregungsarten zur shearografischen Fehlerdetektion;601
14.5.4;5.4 Anwendungsbeispiele der Shearografie zur Detektion von Schäden;610
14.5.4.1;5.4.1 Shearografische Untersuchung einer CFK-Platte;610
14.5.4.2;5.4.2 Shearografische Untersuchung von Druckleitungen;611
14.5.4.3;5.4.3 Endoskopische Untersuchung einer beschädigten Turbinenschaufel;612
14.5.4.4;5.4.4 Shearografische Inspektion von Helikopter-Rotorblättern;613
14.5.4.5;5.4.5 Shearografische Untersuchung der Windkrafträder;615
14.5.4.6;5.4.6 Shearografische Untersuchungen im Schiffbau;617
14.5.4.7;5.4.7 Automatisierte shearografische Untersuchungen in der Produktion;619
14.6;6 Holografie zur Detektion von Schäden;621
14.6.1;6.1 Verfahrensgrundlagen;621
14.6.2;6.2 Verfahren der holo grafischen Detektion von Schäden;622
14.6.3;6.3 Anwendungsbeispiel der Holografie zur Detektion von Fehlstellen;625
14.7;7 Laservibrometrie zur Detektion von Schäden;627
14.7.1;7.1 Verfahrensgrundlagen;627
14.7.2;7.2 Verfahren zur Detektion von Schäden mittels Laservibrometrie;628
14.7.2.1;7.2.1 Laservibrometrische Detektion von Fehlstellen mittels Lamb-Wellen;629
14.7.2.2;7.2.2 Detektion von strukturellen Fehlstellen mittels Laservibrometrie;630
14.8;8 Literaturverzeichnis zu Teil IX;632
15;TEIL X Normen in der optischen Messtechnik;634
15.1;1 Einleitung;636
15.1.1;1.1 Historie, Rückblick im Bereich Normung;636
15.1.2;1.2 Qualitätsmanagement, Normenbezug auf die Qualität von Produkten;637
15.2;2 Basiswissen Normung;639
15.2.1;2.1 Normen im Alltag;639
15.2.2;2.2 Zuordnung von Normen;640
15.2.2.1;2.2.1 Nationale (Deutsche) Normen;640
15.2.2.2;2.2.2 Europäische Normen;640
15.2.2.3;2.2.3 Internationale Normen;641
15.3;3 Übersicht von Normen in der Messtechnik, optischen Messtechnik;642
15.3.1;3.1 Allgemeine Normen der Messtechnik;642
15.3.2;3.2 Definitionen in der optischen Messtechnik;642
15.3.3;3.3 Magnetpulverprüfung (optisch);643
15.3.4;3.4 Koordinatenmessgeräte (optisch);643
15.3.5;3.5 Bestimmung und Messung von optischen Größen;643
15.3.6;3.6 Optische Komponenten und Messgeräte;643
15.3.7;3.7 Kalibrierung von optischen Systemen;644
15.3.8;3.8 Herstellung optischer Komponenten;644
15.3.9;3.9 Qualitätskontrolle für optische Systeme;644
15.3.10;3.10 Sicherheit optischer Systeme;644
15.3.11;3.11 Allgemeine Zahlen optischer Normen;645
15.4;4 Literaturverzeichnis zu Teil X;646
16;TEIL XI Laserschutz;648
16.1;1 Einleitung;650
16.2;2 Gefahren von Laserstrahlung;651
16.2.1;2.1 Schädigung des Auges;651
16.2.2;2.2 Schädigung der Haut;652
16.2.3;2.3 Schädigungen im Umfeld von Laserstrahlung;652
16.3;3 Klassifizierung von Laserstrahlung;654
16.4;4 Rechtliche Grundlagen;656
16.5;5 Schutzmaßnahmen;658
16.5.1;5.1 Technische und bauliche Schutzmaßnahmen;658
16.5.2;5.2 Organisatorische Schutzmaßnahmen;663
16.5.3;5.3 Persönliche Schutz maßnahmen;664
16.6;6 Zusammenfassung;669
16.6.1;Literaturhinweis zu Teil XI:;669
17;TEIL XII Optische Komponenten und Grundlagen;672
17.1;1 Einleitung;674
17.2;2 Licht und Optik;675
17.2.1;2.1 Eigenschaften des Lichts;675
17.2.2;2.2 Welle-Teilchen-Dualismus des Lichtes;676
17.2.3;2.3 Beugung;677
17.2.4;2.4 Brechung;677
17.2.5;2.5 Reflexion;679
17.2.6;2.6 Polarisation;680
17.2.6.1;2.6.1 Linear polarisiertes Licht;680
17.2.6.2;2.6.2 Unpolarisiertes Licht;681
17.2.6.3;2.6.3 Zirkular und elliptisch polarisiertes Licht;681
17.2.6.4;2.6.4 Polarisatoren;681
17.3;3 Optische Bauelemente;684
17.3.1;3.1 Linsen;684
17.3.2;3.2 Spiegel;689
17.3.3;3.3 Prismen, Reflexions prismen;689
17.3.4;3.4 Okulare;693
17.3.5;3.5 Blende;694
17.3.6;3.6 Objektive;695
17.3.7;3.7 Strahlteiler;696
17.3.7.1;3.7.1 Geometrische Strahlteiler;696
17.3.7.2;3.7.2 Physikalische Strahlteiler;696
17.3.7.3;3.7.3 Periodische Strahlteiler;697
17.3.8;3.8 Fassungen optischer Bauelemente;697
17.3.8.1;3.8.1 Fassungsarten;698
17.3.8.2;3.8.2 Konstruktionsgrundsätze für das Fassen optischer Bauelemente;698
17.3.8.3;3.8.3 Gläseraufnahmen, Halterungen verschiedenster Art;699
17.3.9;3.9 Glasfaserkabel (Lichtwellenleiter LWL, Endoskope);700
17.3.9.1;3.9.1 Arten von Fasern;703
17.3.9.2;3.9.2 Fügen von Lichtwellenleitern (LWL);705
17.4;4 Lasertechnik;706
17.4.1;4.1 Allgemeines zur Lasertechnik;706
17.4.2;4.2 Stationen in der Geschichte der Lasertechnik und Optoelektronik;707
17.4.3;4.3 Grundlagen der Lasertechnik;707
17.4.3.1;4.3.1 Anregungsformen;708
17.4.3.2;4.3.2 Wechselwirkung von Photonen und Atomen;708
17.4.3.3;4.3.3 Absorption eines Photons;709
17.4.3.4;4.3.4 Ionisation eines Atoms;709
17.4.4;4.4 Laser und Lasersysteme;711
17.4.4.1;4.4.1 Prinzipieller Aufbau eines Lasers;711
17.4.4.2;4.4.2 Festkörperlaser;712
17.4.4.3;4.4.3 Gaslaser;715
17.4.4.4;4.4.4 Flüssigkeitslaser;717
17.4.4.5;4.4.5 Weitere Laser;717
17.5;5 Grundlagen der Interferometrie;718
17.6;6 Allgemeines zu flächendeckenden Prüf- und Messverfahren, Einführung;720
17.7;7 Literaturverzeichnis zu Teil XII;722
18;Stichwortverzeichnis;724
Entfernungsmessung
Verformungsmessung
Schwingungsmessung
Temperaturmessung
Rauheitsmessung
Untersuchung von Fluidströmungen
3D-Objektvermessung
Fehlstellendetektion
Spannungsanalyse
Messung von Dreh- und Winkelgeschwindigkeiten
Schadstoffmessung
Partikelmessung
Schichtdickenmessung
Untersuchung von Kleinstrukturen
