Elektronische Speckle-Interferometrie

Mittels elektronischer Speckle-Interferometrie (ESPI) lassen sich minimale Änderungen in der Topographie eines Bauteils sehr schnell, flächig und bis in den Nanometerbereich messen. In der Materialforschung wird das Verfahren genutzt, um die Auswirkungen verschiedener Effekte wie beispielsweise Vibrationen, thermische Belastungen oder auch mechanische Zug- und Scherspannungen zu messen.

Bei der elektronischen Speckle-Interferometrie wird ein aufgeweiteter Laserstrahl auf die Oberfläche eines Bauteils gelenkt. Bei rauen Oberflächen entstehen dabei durch Interferenz körnige Lichtflecke, sogenannte Speckle-Muster. Wenn nun Spannungen in der Oberfläche des Bauteils oder Bewegungen einer rauen Oberfläche den Abstand um Bruchteile der Wellenlänge verändern, verändert sich auch das Speckle-Muster entsprechend. Spezielle Computeralgorithmen rechnen diese Abweichungen mit hoher Geschwindigkeit um und weisen so Oberflächendeformationen nach.

Der große Vorteil der Speckle-Interferometrie ist ihre Genauigkeit: Das Messverfahren eignet sich daher vor allem, um minimale Deformationen zu messen. Klassische ESPI-Verfahren nutzen zeitliche Phasenschiebe-Verfahren. Für die Erfassung aller benötigten Informationen des aktuellen Verformungszustands ist dabei stets die Aufnahme einer Folge von Kamerabildern nötig. Das zu vermessende Objekt muss dabei während der Aufnahmezeit bezüglich Position und Form absolut stabil sein, da sonst keine Messung möglich ist. Das heißt, dass die Messungen nur im thermisch und mechanisch stabilen Zustand erfolgen können. Die Gesamtzeit, die für eine Versuchsreihe zur Untersuchung der mechanischen Verformung aufgrund thermischer Last benötigt wird, würde dadurch extrem lang. Verformungen aufgrund dynamischer thermischer oder mechanischer Prozesse zu untersuchen, ist praktisch unmöglich. Das auf der ESPI-Technologie basierende Messsystem von Fraunhofer IPM misst 500 Mal pro Sekunde – kommerzielle Geräte benötigen für eine vergleichbare Messung einige Sekunden.