Handbuch Optische Messtechnik (eBook)

Michael Schuth ist Professor für Maschinenbau an der FH Trier mit den Fachrichtungen Gerätebau, Konstruktionslehre, CAD, Labor für Gerätebau, Optische Messtechnik, CAEWassili Buerakov ist Doktorand an der FH Trier

Vorwort 6
Inhaltsverzeichnis 8
Die Autoren 26
Firmen, die mit Praxisbeispielen im Handbuch vertreten sind 28
Einleitung 30
1 Geschichte der Optik 30
2 Bedeutung der  opti schen Technologien heute 36
2.1 Bedeutung der optischen Technologien in der Technik 36
2.2 Bedeutung der optischen Technologien im Militärsektor 39
2.3 Bedeutung der optischen Technologien in der Medizin 39
3 Bedeutung der  optischen Technologie in Zukunft 41
4 Literaturverzeichnis 44
TEIL I 3D-Formerfassung 46
1 Einleitung 48
1.1 Historischer Rückblick 48
1.2 Nichtoptische  Messtechnik 48
1.3 Übersicht 50
2 Lichtschnittverfahren 54
2.1 Verfahrensgrundlagen 54
2.2 Beschreibung des Lichtschnittverfahrens 55
2.3 Messeinflüsse beim Lichtschnittverfahren 58
2.4 Grenzen des Lichtschnittverfahrens 59
2.5 Kalibrierung beim Lichtschnittverfahren 60
2.6 Nachbearbeitung der Messdaten beim Lichtschnittverfahren 61
2.7 Anwendungsbeispiele für das Lichtschnitt verfahren 62
2.7.1 Geometriekontrolle von Gussrohren 62
2.7.2 Prüfung von Jochprofilträgern ohne Taktzeitverlust 64
2.7.3 Vermessen eines Traktors 65
2.7.4 Engineering eines Flugzeug innenraums – vom Scan zum 3D-CAD-Modell 66
2.7.5 Robotergeführte optische CMM-Scanner 68
2.7.6 Verbau von Windschutzscheiben 69
2.7.7 Spalt-Bündigkeitsmessung an Karosserieteilen 70
2.7.8 Nietenprüfung im Flugzeugbau 70
2.7.9 Vermessen von Karossen 70
2.7.10 Reverse Engineering im Rennsport 71
2.7.11 Vermessen und Auswerten der Tornadolinie 74
2.7.12 Das messtechnische Geheimnis der Poleposition von Red Bull Technology 76
2.7.13 Einsatz multisensorischer Messsysteme in Fertigung von hochpräzisen Bauteilen 78
2.7.14 Optische Qualitätssicherung im Fahrzeugbau bei Volvo 80
2.7.15 Optische Untersuchung von im Gesenk geschmiedeten Implantaten 81
2.7.16 Vermessung von Blechteilen im Automobilbau 83
2.7.17 Digitalisieren eines komplexen Türschließsystems 83
2.7.18 Laserscantechnik in einer Zinkdruckgießerei 87
3 Streifenprojektion 89
3.1 Verfahrensgrundlagen 89
3.2 Beschreibung des Streifenprojektionverfahrens 90
3.2.1 Zeitlich codierte Verfahren 90
3.2.2 Gray-Code 91
3.2.3 Phasen-codierte Verfahren 91
3.2.4 Frequenzcodierte Verfahren 92
3.2.5 Örtlich codierte Verfahren 92
3.2.6 Sonstige Codierverfahren 93
3.2.7 Vergleich der Codierverfahren 93
3.2.8 Streifenprojektionstechniken 94
3.2.9 Zweikamerasysteme 94
3.2.10 Vermessung von Kleinstrukturen bzw. kleinen Objekten 95
3.3 Kalibrierung bei der  Streifenprojektion 95
3.4 Anwendungsbeispiele der Streifenprojektion 95
3.4.1 Systemlösung ATOS (GOM GmbH): Vollflächige Geometriemessung 96
3.4.2 3D Digitalisierung eines Gebissabdrucks 100
3.4.3 Schadensanalyse bei Pkw-Pkw-Kollisionen 101
3.4.4 Fahrzeuginnenraumvermessung 102
3.4.5 Nicht-industrielle Anwendungen (Archäologie) 102
3.4.6 3D-Vermessung von Jagdwaffen 103
3.4.7 3D-Vermessung im Werkzeugbau 105
3.4.8 3D-Vermessung im Formenbau 106
3.4.9 Digitalisierung eines Fahrzeugdesignmodells 106
3.4.10 Optische Qualitätssicherung des neuen Honda Civic 108
3.4.11 Schnelle Nietenprüfung im Flugzeugbau 111
3.4.12 Untersuchung von Spaltmaßen im Automobilbau 112
3.4.13 Untersuchung eines Turbinenlaufrads 113
3.4.14 3D-Qualitätsprüfung von Getriebe gehäusen für Nutzfahrzeuge 115
3.4.15 3D-Qualitätsprüfung von Lagergehäusen für Vier-Takt-Motoren 116
3.4.16 3D-Qualitätsprüfung von Turbinenschaufeln 117
3.4.17 3D-Qualitätsprüfung und Fahrzeug vermessung in der Formel 1TM 118
4 Photogrammetrie 120
4.1 Prinzip der Photogrammetrie 120
4.1.1 Verfahrensgrundlagen 120
4.1.2 Messverfahren der Photogrammetrie 121
4.2 Anwendungsbeispiele der Photogrammetrie 123
4.2.1 Einsatz mobiler optischer Koordinatenmesstechnik beim Aufbau von Offshore-Windenergieanlagen 123
4.2.2 Qualitätssicherung an BMW-Cabriolets 128
4.2.3 Mobile 3D-Koordinatenmesstechnik für den Schiffbau 135
4.2.4 3D-Vermessung von Fenstern für Luxusyachten 140
4.2.5 Vermessung der Rotorblattflansche von Windkraftanlagen 140
4.2.6 Messen unter anspruchsvollen Bedingungen 142
4.2.7 3D-Inspektion von Zügen 144
5 Triangulationssensor 146
5.1 Verfahrensgrundlagen 146
5.2 Messverfahren des  Triangulationssensors 146
5.3 Anwendungsbeispiele der Triangulationssensoren 147
5.3.1 Dickenmessung von Gummibahnen für das Baugewerbe 147
5.3.2 Dickenmessung von Folie 148
5.3.3 Zweiseitige Dickenmessung mit Laserprofilsensoren 148
6 Weißlichtinterferometrie 151
6.1 Verfahrensgrundlagen 151
6.2 Beschreibung des Weißlichtinterferometrie verfahrens 152
6.3 Anwendungsbeispiele der Weißlichtinterferometrie 153
6.3.1 Vergleich zu taktilen Messsystemen 153
6.3.2 Oberflächenuntersuchungen mit Weißlichtinterferometrie 154
7 Optische Kohärenztomografie 156
7.1 Verfahrensgrundlagen 156
7.2 Messverfahren der optischen Kohärenztomografie 156
8 Konfokale Mikroskopie 158
8.1 Verfahrensgrundlagen 158
8.2 Messverfahrens der  konfokalen Mikroskopie 159
8.3 Anwendungsbeispiele der konfokalen Mikroskopie 161
8.3.1 Vermessung der Schneidkante einer Gewindeschneidplatte 161
8.3.2 Oberflächenstruktur- und Rauheiterfassung 163
8.3.3 Anwendungsbeispiele aus der Medizintechnik 165
8.3.4 Konfokale Mikroskopie bei additiven Fertigungsverfahren 166
8.3.5 Untersuchung von Mikrostrukturen in Forschung und Produktion 167
9 Chromatisch-konfokales  Messverfahren 170
9.1 Verfahrensgrundlagen 170
9.1.1 Beschreibung des chromatisch-konfokalen Messverfahrens 170
9.1.1.1  Chromatisch-konfokale Spektralinterferometrie 172
9.2  Anwendungsbeispiele der chromatisch-konfokalen Mikroskopie 173
9.2.1 Untersuchung von Dichtelementen und -flächen 173
9.2.2 Anwendungsbeispiele aus der Medizin 174
10 Streulichtsensor 176
10.1 Verfahrensgrundlagen 176
10.2 Messverfahren des Streulichtsensors 177
10.3 Anwendungsbeispiele des Streulichtsensors 179
10.3.1 Rauheitsmessung während des Walzenschleifens 179
10.3.2 Flächenrauheitsmessung von Kegelrollen 179
10.3.3 100%-Messung bei gehonten Lagerringen 180
11 Lasertracer 181
11.1 Verfahrensgrundlagen 181
11.2 Messverfahren des Lasertracers 182
11.3 Anwendungsbeispiele der Lasertracer 183
11.3.1 Inspektion von Flugzeugen 183
11.3.2 Steigerung der Effizienz von Wasserkraftwerken 185
11.3.3 Vermessung von Schienenfahrzeugen und deren Komponenten 188
12 Autofokussensor 190
12.1 Verfahrensgrundlagen 190
12.2 Messverfahren des  Autofokussensors 190
13 Kontrastvergleichs autofokussensor 194
13.1 Verfahrensgrundlagen 194
13.2 Messverfahren des Kontrastvergleichs autofokussensors 194
13.2.1 Telezentrische Zoomobjektive für die Kontrastvergleichsautofokussensoren 195
13.2.2 Optische Grenzen des Kontrast vergleichsautofokussensors 196
14 Interferometrische Abstands- bzw. Entfernungsmessung 198
14.1 Verfahrensgrundlagen 198
14.2 Messverfahren zur  interferometrischen Abstands- bzw. Ent fernungsmessung 199
14.2.1 Homodyne Interferometrie 199
14.2.2 Homodyne Interferometrie mit Quadraturerfassung 200
14.2.3 Heterodyne Interferometrie 200
14.2.4 Vermessung von großen Bauteilen mithilfe eines Laserradars 201
15 Konoskopische Holografie 204
15.1 Verfahrensgrundlagen 204
15.2 Messverfahren der konoskopischen Holografie 205
16 Ellipsometrie 207
16.1 Verfahrensgrundlagen 207
16.2 Messverfahren der  Ellipsometrie 208
17 3D-Formprüfinterferometrie 210
17.1 Verfahrensgrundlagen 210
17.2 Beschreibung des Messverfahrens der 3D-Formprüfinterferometrie 211
17.3 Aufbau und Funktionsweise des Prismen interferometers 212
17.4 Anwendungsbeispiele der 3D-Formprüf interferometrie 214
17.4.1 Ebenheitsprüfung von polierten, geläppten, flachgehonten und feingeschliffenen Präzisionsteilen 215
17.4.2 Messung großer Flächen 215
18 Mehrwellenlänge- Interferometrie 217
18.1 Verfahrensgrundlagen 217
18.2 Messverfahren der Mehrwellenlänge- Interferometrie 218
18.3 Anwendungsbeispiele der Mehrwellenlänge-Interferometrie 221
18.4 Linsenvermessung mithilfe eines Mehrwellenlängen-Interferometers 221
19 Fokus-Variation 224
19.1 Verfahrensgrundlagen 224
19.2 Messverfahren der Fokus-Variation 225
19.3 Anwendungsbeispiele der Fokus-Variation 226
19.3.1 Hochgenaue Oberflächenmessung von Schaftwerkzeugen in der spangebenden Industrie 226
19.3.2 3D Oberflächenmessungen in der Mikropräzisionsfertigung 227
20 Deflektometrie 229
20.1 Verfahrensgrundlagen 229
20.2 Messverfahren der Deflektometrie 230
20.3 Anwendungsbeispiele der Deflektometrie 231
21 Makyoh-Sensor 233
21.1 Verfahrensgrundlagen 233
21.2 Messverfahren mit Makyoh-Sensor 234
22 Schattenwurfverfahren 235
22.1 Verfahrensgrundlagen 235
22.2 Beschreibung des  Schattenwurfverfahrens 236
22.3 Anwendungen des Schattenwurfverfahrens 236
22.3.1 Berührungslose Schneidkanten vermessung 236
22.3.2 Automatische Holzplatten vermessung 237
23 Terrestrisches Laserscanning 238
23.1 Verfahrensgrundlagen 238
23.2 Messverfahren des  terrestrischen Laserscannings 239
23.3 Anwendungsbeispiele des terrestrischen Laserscannings 241
23.3.1 Terrestrische Flugzeugvermessung 242
23.3.2 Digitalisierung des Wasserkraftwerkes Atlantis 242
23.3.3 Terrestrische Truck-Vermessung 243
24 Shape from Shading 244
24.1 Verfahrensgrundlagen 244
24.2 Messverfahren Shape from Shading 245
25 Hybride Messverfahren 247
25.1 Verfahrensgrundlagen 247
25.2 Beschreibung der hybriden Messverfahren 248
25.3 Anwendungsbeispiele der hybriden Mess verfahren 250
26 Literaturverzeichnis zu Teil I 252
TEIL II Temperaturerfassung 254
1 Einleitung 256
1.1 Historischer Rückblick 256
1.2 Nichtoptische  Messtechnik 257
1.3 Grundbegriffe 257
1.4 Übersicht 258
2 Thermografie 260
2.1 Verfahrensgrundlagen 260
2.2 Messverfahren der  Thermografie 261
2.2.1 Wichtige Einflussgrößen bei thermografischen Messungen 262
2.2.1.1  Emissionsgrad 262
2.2.1.2 Atmosphäreneinfluss bei thermografischen Messungen 264
2.2.1.3 Einfluss von Strahlungsquellen bei thermografischen Messungen 264
2.2.1.4  Aufbau einer modernen Thermografiekamera 265
2.2.1.5 Einfluss der Auflösung einer Thermografiekamera 265
2.2.1.6 Kalibrierung 266
2.3 Anwendungsbeispiele der Thermografie 266
2.3.1 Bauthermografie 267
2.3.2 Thermografische Untersuchung von Elektrobauteilen 268
2.3.3 Thermografische Untersuchung einer Großraumpumpe 268
2.3.4 Thermografische Untersuchung von Elektroanlagen 269
2.3.5 Thermografie in der vorbeugenden Instandhaltung 270
2.3.6 Automatische Zustands überwachung von Gießpfannen (Transport von Flüssigstahl) 272
2.3.7 Steuerung der Temperaturverteilung in Druckgussformen 276
2.3.8 Steuerung der Temperaturverteilung bei Thermoformingprozessen 277
2.3.9 Kontrolle von Bierfässern 277
2.3.10 Detektion von Mikroleckagen 278
2.3.11 Erfassung der Temperaturverteilung bei Überwachungsaufgaben 279
2.3.12 Schlackedetektion 280
2.3.13 Detektion von Reststoffen in Edelstahlformen 281
2.3.14 Wahrnehmung menschlicher Gefühle 282
2.3.15 Thermografische Untersuchungen der Zerspanzone 284
2.3.16 Wärmebildkameras im Bereich der Brennstoffzellen- und Batterietechnologie 286
3 Pyrometrie 288
3.1 Verfahrensgrundlagen 288
3.2 Messverfahren der  Pyrometrie 288
3.2.1 Bauarten der Pyrometer 289
3.2.2 Einfluss des Messabstands auf pyrometrische Messungen 291
3.2.3 Kalibrierung 293
4 Faseroptische Temperatur messung 294
4.1 Verfahrensgrundlagen 294
4.2 Messverfahren der faseroptischen Temperaturmessung 295
4.2.1 Integriertes faseroptisches Mess system (DTS) mit Messung der Raman-Streuung 296
4.2.2 Integriertes faseroptisches Messsystem (DTS) mit Messung der Rayleigh-Streuung 297
4.2.3 Faseroptische Temperaturmessung mit Faser-Bragg-Gittern 298
4.2.4 Kombination aus faseroptischer und pyrometrischer Temperaturmessung 299
4.2.5 Thermochrome faseroptische Temperaturmessung 300
4.2.6 Weitere faseroptische Messprinzipien 301
5 Literaturverzeichnis zu Teil II 302
TEIL III Strömungsuntersuchung 304
1 Einleitung 306
1.1 Historischer Rückblick 306
1.2 Nichtoptische  Messtechnik 307
1.3 Übersicht 308
1.4  Dopplereffekt 308
2 Laser-Doppler-Anemometrie (LDA/LDV) 310
2.1 Verfahrensgrundlagen 310
2.2 Messverfahren der LDA 311
2.2.1  Zweistrahl-Laser-Doppler-Anemometrie 312
2.2.2  Referenzstrahl-Laser-Doppler-Anemometrie 313
2.2.3 Weitere Laser-Doppler-Anemometrie-Ausführungen 314
3 Phasen-Doppler-Anemometrie (PDA) 315
3.1 Verfahrensgrundlagen 315
3.2 Messverfahren der PDA 315
4 Laser-2-Fokus Anemometrie (L2F) 317
4.1 Verfahrensgrundlagen 317
4.2 Messverfahren der L2F 317
5 Particle Image Velocimetry (PIV) 320
5.1 Verfahrensgrundlagen 320
5.2 Messverfahren der Particle Image Velocimetry 321
5.3 Anwendungsbeispiele 323
5.3.1 Anwendung des Verfahrens PIV in der Motorenentwicklung 323
5.3.2 Anwendung des Verfahrens PIV in der Fluidmechanik 324
6 Particle Tracking Velocimetry (PTV) 326
6.1 Verfahrensgrundlagen 326
6.2 Messverfahren der Particle Tracking Velocimetry 326
7 Laserinduzierte Fluoreszenz (LIF) 329
7.1 Verfahrensgrundlagen 329
7.1.1 Messverfahren der laserinduzierten Fluoreszenz 329
7.2 Anwendungsbeispiele 330
7.2.1 Anwendung des Messverfahrens LIV bei Untersuchung von Zerstäubungs prozessen 330
7.2.2 Anwendung des Messverfahrens PLIF bei Untersuchung von Verbrennungen 332
8 Doppler Global Velocimetry (DGV) 333
8.1 Verfahrensgrundlagen 333
8.2 Messverfahren der Doppler Global Velocimetry 333
9 Sonstige Verfahren zur Unter suchung von Fluidströmungen 335
9.1 Global Phase Doppler (GPD), Interferometric Particle Imaging (IPI) 335
9.2 Teilchenbasierte Stoß-Visualisierung (TSV) 336
9.3 Filtered Rayleigh  Scattering (FRS) 336
9.4 Anwendungsbeispiele der Verfahren IMI (Inter ferometric Mie Imaging) und Shadow bei Unter suchung von Partikeln 337
9.5 Sonderverfahren – Interferometrische Mehrwellenlängen-Kinematografie 338
10 Literaturverzeichnis zu Teil III 339
TEIL IV Optische Untersuchung mechanischer Schwingungen und Bewegungsanalyse 340
1 Einleitung 342
1.1 Historischer Rückblick 342
1.2  Nichtoptische Mess technik 343
1.3 Übersicht 343
1.4 Grundbegriffe 343
1.4.1 Mechanische Schwingung 344
1.4.2 Darstellung von Schwingungen 345
1.4.3 Übertragungsfunktion 345
1.4.4 Messen von Schwingungen 346
2 Laservibrometrie 348
2.1 Verfahrensgrundlagen 348
2.2 Messverfahren der  Vibrometrie 349
3 Bildkorrelation 350
3.1 Verfahrensgrundlagen 350
3.2 Messverfahren der  Bildkorrelation 351
3.3 Anwendungsbeispiele für die Bildkorrelation zur Schwingungsmessung 354
4 Holografie zur Schwingungsmessung 356
4.1 Verfahrensgrundlagen 356
4.2 Messverfahren der  Holografie 356
4.2.1 Elektronische Speckle-Pattern-Interferometrie (ESPI) 358
4.2.2 Erweiterung der klassischen Holografie auf dynamische Schwingungsanalyse 361
5 Bildbasierte Schwingungs analyse und Videostroboskopie 363
5.1 Verfahrensgrundlagen 363
5.2 Messverfahren der Videostrobo skopie und der bildbasierten  Schwingungsanalyse 364
5.3 Anwendungsbeispiele der bildbasierten Schwingungs analyse und der Videostroboskopie 365
5.3.1 Vibrationsanalyse an einer Elektronikplatine 365
5.3.2 Prüfung der Rotorblätter von Windenergieanlagen 365
5.3.3 Hochgeschwindigkeitsmessung von Radbewegungen 367
6 Shearografie zur  Schwingungsmessung 370
6.1 Verfahrensgrundlagen 370
6.2 Verfahren der Shearo grafischen Schwingungsmessung 371
6.3 Anwendungsbeispiel der Shearografischen Schwingungsanalyse 373
7 Faseroptische Schwingungsmessung 376
7.1 Verfahrensgrundlagen 376
7.2 Verfahren der faser optischen Schwingungsmessung 377
8 Literaturverzeichnis zu Teil IV 378
TEIL V Oberflächenanalyse 380
1 Einleitung 382
1.1 Historischer Rückblick 382
1.2 Mechanische Grundlagen 383
1.2.1 Oberflächenrauheit, Form- und Lagetoleranzen 383
1.2.2 Rauheitskenngrößen 384
1.2.3 Übersicht der Normen 395
1.3 Nichtoptische Mess technik 395
2 Optische Verfahren vs.  taktile Verfahren 398
2.1 Messbereich/Mess genauigkeit der optischen Verfahren 399
2.2 Typische Anwendungen der Verfahren 399
2.3 Übersicht der optischen Verfahren 399
3 Streulichtverfahren zur  Oberflächenanalyse 401
4 Weißlichtinterferometrie zur Oberflächenanalyse 402
5 Fokusvariation zur  Oberflächenanalyse 404
6 Streifenprojektion zur  Oberflächenanalyse 408
7 Konfokalmikroskopie zur  Oberflächenanalyse 410
8 Literaturverzeichnis zu Teil V 414
TEIL VI Messen von mechanischen Spannungen 416
1 Einleitung 418
1.1 Historischer Rückblick 418
1.2 Nichtoptische  Messtechnik 418
1.3 Mechanische Grundlagen der Spannungen 419
1.4 Übersicht 421
2 Spannungsoptisches Durchlichtverfahren (klassische  Spannungsoptik) 423
2.1 Verfahrensgrundlagen 423
2.2 Messverfahren der Durchlicht-SPO 424
2.3 Anwendungsbeispiele des Verfahrens der  Spannungsoptik (SPO) 428
2.3.1 Untersuchung von Brillengläsern und Gestellen 428
2.3.2 Untersuchung von Kerbwirkungen und Spannungsverläufen zur Bauteil opti mie­rung und mechanischen Analyse 430
2.3.3 Spannungsverläufe „einfrieren“ 432
2.3.4 Messung von Restspannungen in Glasflaschen 432
3 Spannungsoptisches  Reflexionsverfahren 436
3.1 Verfahrensgrundlagen 436
3.2 Funktionsweise des  Reflexionsverfahrens 437
3.3 Anwendungsbeispiele des Reflexionsverfahrens 438
3.3.1 Untersuchung des Spannungs verhaltens in Knochen durch Implantate 439
3.3.2 Messungen in der Luft- und Raumfahrtindustrie 439
4 Thermoelastische Spannungsanalyse (TSA) 441
4.1 Verfahrensgrundlagen 441
4.2 Funktionsweise der TSA 442
4.3 Anwendungsbeispiel der TSA 443
5 Shearografie zur Messung von Spannungen 445
5.1 Verfahrensgrundlagen 445
5.2 Funktionsweise der  Shearografie zur  Spannungsmessung 446
6 Holografie zur Messung von Spannungen 449
6.1 Verfahrensgrundlagen 449
6.2 Funktionsweise der  holografischen  Spannungsmessung 450
6.3 Anwendungsbeispiel Scheibenbremsuntersuchung zur holografischen Spannungsmessung 452
7 Bildkorrelation zur Messung von Spannungen 454
7.1 Verfahrensgrundlagen 454
7.2 Funktionsweise der  Bildkorrelation zur  Spannungsmessung 455
7.3 Anwendungsbeispiele der Bildkorrelation 457
7.3.1 Untersuchung eines Zahnrads 457
7.3.2 Untersuchung einer Rohrzange 457
7.3.3 Untersuchung von zugbelasteten Rundproben 458
7.3.4 Untersuchung von scherbelasteten Proben 459
7.3.5 Untersuchung von Rissen 459
8 Literaturverzeichnis zu Teil VI 461
TEIL VII Abstands- und Geschwindigkeitsmessung 462
1 Einleitung 464
1.1 Historischer Rückblick 464
1.2 Nichtoptische  Messtechnik 464
1.3 Grundbegriffe 466
1.4 Übersicht 466
2 Interferometrische Abstands- und Geschwindigkeitsmessung 468
2.1 Verfahrensgrundlagen 468
2.2 Das Messverfahren zur interferometrischen Abstands- und Geschwindigkeitsmessung 469
3 Laserdistanzmessung 471
3.1 Verfahrensgrundlagen 471
3.2 Das Messverfahren zur Laserdistanzmessung 472
3.2.1 Einzelpulsmessung 472
3.2.2 Phasenvergleichsmessung 473
3.2.3 Puls-Akkumulations-Messverfahren 473
4 Lasertriangulation 475
4.1 Verfahrensgrundlagen 475
4.2 Das Messverfahren zur Lasertriangulation 476
4.3 Anwendungsbeispiele der Lasertriangulation 478
4.3.1 Vermessung von Spannstahl 478
4.3.2 Automatische Positionierung von Synchronringen 478
5 Konfokale und chromatisch- konfokale Abstandsmessung 479
5.1 Verfahrensgrundlagen 479
5.2 Das Messverfahren der konfokalen und der  chromatisch-konfokalen Abstandsmessung 480
5.2.1 Konfokale Abstandsmessung 480
5.2.2 Chromatisch-konfokale Abstandsmessung 481
6 Radiointerferometrie 483
6.1 Verfahrensgrundlagen 483
6.2 Das Messverfahren der Radiointerferometrie 484
6.3 Astronomische  Abstandsmessung 484
6.3.1 Parallaxe 485
6.3.2 Rotverschiebung 487
7 Literaturverzeichnis zu Teil VII 489
TEIL VIII Verformungsmessung 490
1 Einleitung 492
1.1 Historischer Rückblick 492
1.2 Nichtoptische Mess technik 493
1.3 Übersicht 494
2 Holografie zur Verformungs messung 496
2.1 Verfahrensgrundlagen 496
2.2 Das Verfahren der  Holografie 497
2.3 Anwendungsbeispiele der Holografie zur  Verformungsmessung 500
2.3.1 Verformungsmessung eines Bremssattels und Vergleich mit FEM-Berechnungen 501
3 Shearografie zur  Verformungsmessung 506
3.1 Verfahrensgrundlagen 506
3.2 Das Messverfahren  Shearografie 507
4 Bildkorrelation zur  Verformungsmessung 512
4.1 Verfahrensgrundlagen 512
4.2 Das Messverfahren  Bildkorrelation 513
4.3 Anwendungsbeispiele der Bildkorrelation 515
4.3.1 Formänderungsanalyse von Umformvorgängen 515
4.3.2 Messen der Verformung von Zug-, Druck- und Biegeproben 516
4.3.3 Dynamische Verformungsmessung 518
4.3.4 Einsatz der Bildkorrelation in der Medizin 520
4.3.5 Untersuchung von Brücken mithilfe der Bildkorrelation 523
4.3.6 Einsatz der Bildkorrelation in der Fahrzeug- bzw. Luftfahrtindustrie 524
4.3.7 Untersuchung einer Flugzeugtür 526
4.3.8 360°-Untersuchung eines Druckbehälters 527
5 Streifenprojektion zur  Verformungsmessung 529
5.1 Verfahrensgrundlagen 529
5.2 Das Verfahren der  Streifenprojektion 530
5.3 Anwendungsbeispiele der Streifenprojektion 531
5.3.1 Untersuchung einer Membran 531
6 Photogrammetrie zur  Verformungsmessung 533
6.1 Verfahrensgrundlagen 533
6.2 Das Verfahren der  Photogrammetrie 534
6.3 Anwendungsbeispiele der Photogrammetrie 535
6.3.1 Untersuchung von Solarpanels 535
6.3.2 Verformungsmessung in der Klimakammer 536
6.3.3 Photogrammetrie zur Verformungs messung in der Raumfahrt 538
7 Literaturverzeichnis zu Teil VIII 542
TEIL IX Detektion von Schäden 544
1 Einleitung 546
1.1 Historischer Rückblick 546
1.2 Nichtoptische  Messtechnik 547
1.3 Übersicht optischer  Messverfahren 550
2 Terahertz 551
2.1 Verfahrensgrundlagen 551
2.2 Messverfahren für  Terahertz-Strahlung 552
2.3 Anwendungsbeispiele 555
2.3.1 Erkennung verborgener Ondulationen in GFK-Materialien 555
2.3.2 Porenartige Materialdefekte in einem keramischen Kühlkörper 557
2.3.3 Untersuchung von Dichtringen in Kunststoffrohren 557
3 Thermografie 559
3.1 Verfahrensgrundlagen 559
3.2 Messverfahren der  Thermografie 560
3.2.1 Passive Thermografie 562
3.2.2 Aktive Thermografie 563
3.2.3 Verfahren der aktiven Thermografie zur Überprüfung von Solarzellen 568
3.3 Anwendungsbeispiele der Thermografie zur Schadensdetektion 569
3.3.1 Detektion von Gaseinschlüssen im Schaum von Instrumententafeln (passive Thermografie) 569
3.3.2 Prüfung von Faserverbundwerkstoffen (Lockin-Thermografie) 570
3.3.3 Qualitätskontrolle an Leder (Lockin-Thermografie) 571
3.3.4 Kontrolle des Rumpfs von Flugzeugen (Lockin-Thermografie) 572
3.3.5 Inspektion von Laserschweißnähten (Puls-Thermografie) 573
3.3.6 Inspektion von Faserverbund werk stoffen (Transienten-Thermografie) 574
3.3.7 Inspektion von Instrumententafeln (Transienten-Thermografie) 575
3.3.8 Inspektion von Turbinenschaufeln (ultraschallangeregte Thermografie) 575
3.3.9 Inspektion von Bauteilen aus Faser keramik und aus Faserverbundwerk stoff (ultraschallangeregte Thermo­grafie) 576
3.3.10 Prüfverfahren mit aktiver Thermografie in der Solarzellenproduktion 577
3.3.11 Thermografische Überprüfung von Faserverbundwerkstoffen (Lockin-Thermografie) 578
4 Computertomografie 580
4.1 Verfahrensgrundlagen 580
4.2 Messverfahren der  Computertomografie 581
4.2.1 Erzeugung der Röntgenstrahlung 582
4.2.2 Detektion der Röntgenstrahlung 583
4.2.3 Einteilung der Röntgengeräte 585
4.3 Anwendungsbeispiele der Computertomografie 587
4.3.1 Computertomografie als Teil der Produktentwicklung 589
4.3.2 Fehler- und Maßanalyse im Leichtbau und Messdatengewinnung für Simulationen 590
4.3.3 Poren- und Restwandstärkeanalyse mittels der CT 591
4.3.4 Untersuchung von Turbinenschaufeln 592
4.3.5 Computertomografische Unter su chung von mechanischen Maschinen 592
4.3.6 Computertomografische Unter suchung von Einspritzinjektoren 592
4.3.7 Computertomografische Überprüfung von Fügenähten an Faserverbund bauteilen 594
5 Shearografie zur Detektion von Schäden 597
5.1 Verfahrensgrundlagen 597
5.2 Verfahren der shearo grafischen Detektion von Schäden 599
5.3 Anregungsarten zur  shearografischen  Fehlerdetektion 601
5.4 Anwendungsbeispiele der Shearografie zur Detektion von Schäden 610
5.4.1 Shearografische Untersuchung einer CFK-Platte 610
5.4.2 Shearografische Untersuchung von Druckleitungen 611
5.4.3 Endoskopische Untersuchung einer beschädigten Turbinenschaufel 612
5.4.4 Shearografische Inspektion von Helikopter-Rotorblättern 613
5.4.5 Shearografische Untersuchung der Windkrafträder 615
5.4.6 Shearografische Untersuchungen im Schiffbau 617
5.4.7 Automatisierte shearografische Untersuchungen in der Produktion 619
6 Holografie zur Detektion von Schäden 621
6.1 Verfahrensgrundlagen 621
6.2 Verfahren der holo grafischen Detektion von Schäden 622
6.3 Anwendungsbeispiel der Holografie zur Detektion von Fehlstellen 625
7 Laservibrometrie zur Detektion von Schäden 627
7.1 Verfahrensgrundlagen 627
7.2 Verfahren zur Detektion von Schäden mittels Laservibrometrie 628
7.2.1 Laservibrometrische Detektion von Fehlstellen mittels Lamb-Wellen 629
7.2.2 Detektion von strukturellen Fehlstellen mittels Laservibrometrie 630
8 Literaturverzeichnis zu Teil IX 632
TEIL X Normen in der optischen Messtechnik 634
1 Einleitung 636
1.1 Historie, Rückblick im Bereich Normung 636
1.2 Qualitätsmanagement, Normenbezug auf die Qualität von Produkten 637
2 Basiswissen Normung 639
2.1 Normen im Alltag 639
2.2 Zuordnung von Normen 640
2.2.1 Nationale (Deutsche) Normen 640
2.2.2 Europäische Normen 640
2.2.3 Internationale Normen 641
3 Übersicht von Normen in der Messtechnik, optischen  Messtechnik 642
3.1 Allgemeine Normen der Messtechnik 642
3.2 Definitionen in der  optischen Messtechnik 642
3.3 Magnetpulverprüfung (optisch) 643
3.4 Koordinatenmessgeräte (optisch) 643
3.5 Bestimmung und  Messung von optischen Größen 643
3.6 Optische Komponenten und Messgeräte 643
3.7 Kalibrierung von  optischen Systemen 644
3.8 Herstellung optischer Komponenten 644
3.9 Qualitätskontrolle für optische Systeme 644
3.10 Sicherheit optischer  Systeme 644
3.11 Allgemeine Zahlen  optischer Normen 645
4 Literaturverzeichnis zu Teil X 646
TEIL XI Laserschutz 648
1 Einleitung 650
2 Gefahren von Laserstrahlung 651
2.1 Schädigung des Auges 651
2.2 Schädigung der Haut 652
2.3 Schädigungen im Umfeld von Laserstrahlung 652
3 Klassifizierung von  Laserstrahlung 654
4 Rechtliche Grundlagen 656
5 Schutzmaßnahmen 658
5.1 Technische und bauliche Schutzmaßnahmen 658
5.2 Organisatorische  Schutzmaßnahmen 663
5.3 Persönliche Schutz maßnahmen 664
6 Zusammenfassung 669
Literaturhinweis zu Teil XI: 669
TEIL XII Optische Komponenten und Grundlagen 672
1 Einleitung 674
2 Licht und Optik 675
2.1 Eigenschaften des Lichts 675
2.2 Welle-Teilchen-Dualismus des Lichtes 676
2.3  Beugung 677
2.4  Brechung 677
2.5  Reflexion 679
2.6 Polarisation 680
2.6.1 Linear polarisiertes Licht 680
2.6.2 Unpolarisiertes Licht 681
2.6.3 Zirkular und elliptisch polarisiertes Licht 681
2.6.4 Polarisatoren 681
3 Optische Bauelemente 684
3.1 Linsen 684
3.2 Spiegel 689
3.3 Prismen, Reflexions prismen 689
3.4 Okulare 693
3.5 Blende 694
3.6 Objektive 695
3.7 Strahlteiler 696
3.7.1 Geometrische Strahlteiler 696
3.7.2 Physikalische Strahlteiler 696
3.7.3 Periodische Strahlteiler 697
3.8 Fassungen optischer  Bauelemente 697
3.8.1 Fassungsarten 698
3.8.2 Konstruktionsgrundsätze für das Fassen optischer Bauelemente 698
3.8.3 Gläseraufnahmen, Halterungen verschiedenster Art 699
3.9 Glasfaserkabel (Lichtwellenleiter LWL, Endoskope) 700
3.9.1 Arten von Fasern 703
3.9.2 Fügen von Lichtwellenleitern (LWL) 705
4 Lasertechnik 706
4.1 Allgemeines zur  Lasertechnik 706
4.2 Stationen in der Geschichte der Lasertechnik und Optoelektronik 707
4.3 Grundlagen der  Lasertechnik 707
4.3.1 Anregungsformen 708
4.3.2 Wechselwirkung von Photonen und Atomen 708
4.3.3 Absorption eines Photons 709
4.3.4 Ionisation eines Atoms 709
4.4 Laser und Lasersysteme 711
4.4.1 Prinzipieller Aufbau eines Lasers 711
4.4.2 Festkörperlaser 712
4.4.3 Gaslaser 715
4.4.4 Flüssigkeitslaser 717
4.4.5 Weitere Laser 717
5 Grundlagen der Interferometrie 718
6 Allgemeines zu flächendeckenden Prüf- und Messverfahren, Einführung 720
7 Literaturverzeichnis zu Teil XII 722
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