Verformung von Bauteilen: Unsichtbares wird sichtbar gemacht

Bremer Wissenschaftler legt Handbuch zur holographischen Interferometrie vor

Das Versagen eines technischen Bauteils – wie beispielsweise eines Druckbehälters, eines Helikopterrotorblatts oder eines Satellitentanks – kündigt sich bei Belastung durch außergewöhnliche Verformungen im gefährdeten Bauteilbereich an. Geringe Belastungen rufen nur geringfügige Verformungen hervor: kleiner als mit bloßem Auge erkennbar. Eine Möglichkeit, diese Verformungen sichtbar zu machen, bietet die holographische Interferometrie, ein drei Dimensionen erfassendes physikalisches Messverfahren. Dr. Thomas Kreis, Wissenschaftler am Bremer Institut für Angewandte Strahltechnik (BIAS) und Lehrbeauftragter an der Universität Bremen, hat jetzt das „Handbook of Holographic Interferometry“ veröffentlicht, das einen umfassenden Überblick über die physikalischen Grundlagen, die Methoden und Anwendungen der holographischen Interferometrie gibt.

Wie misst die holographische Interferometrie? Es werden zwei Zustände des Bauteils – einer vor und einer nach einer geringen Belastungsänderung – mit Laserlicht beleuchtet, holographisch aufgenommen und die holographischen Bilder anschließend interferometrisch verglichen. Dabei erscheint die Bauteiloberfläche überzogen mit dunklen Streifen, die als Höhenlinien gleicher Verformung interpretiert werden können. Von Streifen zu Streifen liegen Höhenunterschiede kleiner als eine Lichtwellenlänge, also im Sub-Mikrometer-Bereich, vor. Bei diesem Verfahren der zerstörungsfreien Prüfung lassen sich Stellen außergewöhnlicher Verformung leicht entdecken. Dünne Stellen, Risse, Hohlräume oder Ablösungen deuten auf Bauteilfehler hin. Gleichmäßige Verformungen über die gesamte untersuchte Oberfläche sind typisch für Bauteile ohne Fehler. Da nur geringe Belastungsintensitäten notwendig sind, wird durch die holographische Prüfung das Bauteil nicht verändert. Die Prüfbelastung kann in Art und Richtung dem vorgesehenen Einsatz des Bauteils angepasst werden. So kann bezogen auf die konkrete Nutzung eine Bauteilgefährdung vorausgesagt werden. Ein weiterer Anwendungsfall der holographischen Interferometrie ist die experimentelle Spannungsanalyse. Dabei werden mit Computerhilfe aus den gemessenen Verformungen die Dehnungen und mechanischen Spannungen berechnet. Dies hilft unter anderem dem Ingenieur beim Optimieren seiner Konstruktionen.

Am Bremer Institut für Angewandte Strahltechnik wird die holographische Interferometrie seit mehr als 25 Jahren in Forschung und Anwendungen weiterentwickelt. Dr. Thomas Kreis, Abteilungsleiter am BIAS, hat eine Reihe von wesentlichen wissenschaftlichen Beiträgen zur holographischen Interferometrie veröffentlicht. Mit der jüngsten Publikation „Handbook of Holographic Interferometry“ gibt der Bremer Ingenieur Physikern, Ingenieuren oder Technikern von den elementaren Zusammenhängen über Softwarewerkzeuge bis zu technischen Anwendungskniffen das Rüstzeug zum erfolgreichen Einsatz dieser Lasermesstechnik in einer Vielfalt von Einsatzfällen. Breiten Raum nehmen dabei die modernen Methoden der Hologrammaufzeichnung mit Digitalkameras und numerischer statt bislang optischer Weiterverarbeitung ein. Auch dies ein Feld, auf dem am BIAS unter Anleitung und Beteiligung von Thomas Kreis wesentliche Forschungsergebnisse erzielt worden sind.

Thomas Kreis: „Handbook of Holographic Interferometry. Optical and Digital Methods.“ ISDN 3-527-40546-1,

Bremer Institut für Angewandte Strahltechnik (BIAS)
Dr. Thomas Kreis
Tel. 0421 218 5011
Email: kreis@bias.de