Digitale Shearografie

Die Shearografie, auch Speckle-Pattern-Shearing-Interferometrie genannt, ist ein relativ neues kohärent-optisches Verfahren ähnlich der Holografie.  Die Shearografie benutzt jedoch das „self-referencing“ optische System.  Dadurch gewinnt dieses Verfahren gegenüber der Holografie viele Vorteile für den Einsatz in der industriellen Praxis.

Bild 1:  Prinzip der Shearografie;  Aufbau der einfachen digitalen Shearografie

Bild 1 zeigt die prinzipielle Funktionsweise der Shearografie.  Ein aufgeweiteter Laserstrahl beleuchtet das zu prüfende Objekt.  Der von der Objektoberfläche reflektierte Laserstrahl wird in der Bildebene einer CCD-Kamera (vgl. Bild 1) fokussiert.  Die Besonderheit dieser Kamera liegt darin, daß in bzw. vor dem Objektiv der Kameras eine Shearing-Einrichtung, z.B. ein optischer Keil, ein optisches Biprisma oder ein Michelson-Interferometer-Aufbau usw., integriert ist. Wegen des Shearing-Elements entstehen zwei geringfügig verschobene Bilder des Objekts in der Bildebene (vgl. Bild 2 ).  Die interferometrische Überlagerung beider geringfügig verschobener Bilder (ein Bild wird als das Referenzbild für das andere Bild benutzt) läßt schließlich ein Interferogramm, d.h. ein sogenanntes Speckle-Interferogramm, entstehen.  Deshalb wird diese Technik als Shearografie bezeichnet.  Aus dem genannten Aufbau ist ersichtlich, daß die Shearografie für die Erzeugung eines Interferogramms im Gegensatz zur Holografie und Speckle Pattern Interferometrie keinen zusätzlichen Referenzstrahl benötigt, sondern die sogenannten "self-referencing" Lichtstrahlen infolge des Shearing - Effekts nutzt.  Dies vereinfacht wesentlich den optischen Aufbau der Shearografie-Meßeinrichtung gegenüber der holografischen und Speckle Pattern Interferometrie.

Bild 2:  Zwei geringfügig verschobene Bilder in der Bildebene wegen der Shearing - Funktion

Analog zur Hologramm-Interferometrie werden bei den shearografischen Untersuchungen ebenfalls zwei Speckle-Interferogramme, hervorgerufen durch zwei Deformationszustände - das erste undeformiert, das zweite im belasteten Zustand gespeichert.  Durch Überlagerung der Intensitätsverteilungen zweier Speckle-Interferogramme durch die einfache digitale Subtraktion der Intensitätsverteilungen der zwei Speckle-Interferogramme mittels Signalprozessors eines Mikrocomputers entsteht ebenfalls ein sichtbares Streifenmuster, nämlich das Shearogramm,  das jedoch im Vergleich zum Hologramm nicht als Höhenlinien der Verformung zu interpretieren ist, sondern den Gradienten der Verformung in Shearrichtung kennzeichnet.   

[leicht verändert aus Dissertation von L.X. Yang:
Grundlagen und Anwendungen der Phasenschiebe-Shearografie zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung, Dehnungsmessung und Schwingungsanalyse, Dissertation, Universität Gh-Kassel, VDI-Fortschrittbericht 1997]