Pressemitteilung: Echtzeit-Polarimeter zur bildgebenden Messung von mechanischen Spannungen in transparenten Materialien

Schematischer Aufbau eines Polarimeters.
© ilis GmbH

Schematischer Aufbau eines Polarimeters.

Die ilis GmbH aus Erlangen zeigt mit den Echtzeit-Polarimetern der StrainScope®-Serie eine bildgebende, hochauflösende Technologie zur Messung von mechanischen Spannungen in transparenten Materialien. Die digitale Messung ermöglicht objektive und reproduzierbare Messwerte und minimiert in Verbindung mit der einfachen Bedienung den Benutzereinfluss Die Ergebnisse können zur genaueren Analyse oder zu Dokumentationszwecken gespeichert werden. Das System kann sowohl zur produktionsnahen Qualitätsprüfung als auch für vielseitige Anwendungen in Forschung und Entwicklung eingesetzt werden.

Sowohl bei der Herstellung als auch bei der Weiterverarbeitung von Glas und Kunststoff beeinflussen innere Spannungen die mechanischen und optischen Eigenschaften der gefertigten Produkte. Die verlässliche Messung der Spannungen ist daher eine wichtige Voraussetzung, um die Qualität sicherzustellen bzw. Produktionsprozesse zu steuern.

Vergleich: linear (links) und zirkular (rechts) polarisierte Beleuchtung.
© ilis GmbH

Vergleich: linear (links) und zirkular (rechts) polarisierte Beleuchtung.

In vielen transparenten Materialen erfolgt die Messung indirekt über den physikalischen Effekt der Spannungsdoppelbrechung. Im idealen, unbelasteten Zustand ist das Material optisch isotrop, d. h. die Lichtgeschwindigkeit (und damit die Brechzahl) ist in allen Raumrichtungen gleich. Mechanische Spannungen führen zu einer Verformung der Materialstruktur, verändern also die Teilchendichte, und das Material wird doppelbrechend. Zur Messung wird polarisiertes Licht eingesetzt, dessen Polarisationszustand durch das doppelbrechende Material verändert wird. Der daraus entstehende optische Gangunterschied ist ein Maß für die Doppelbrechung und somit für die mechanischen Spannungen.

Herkömmliche Polariskope visualisieren die Spannungen oftmals durch Interferenzfarben und erlauben so zwar eine schnelle Beurteilung aber keine genaue Messung. Über einen Polarimeter-Aufbau können nach dem Sénarmont-Verfahren auch Spannungen an einem bestimmten Punkt bestimmt werden. Diese Messung wird jedoch manuell durchgeführt und ist dadurch langsam, unpräzise und aufgrund des hohen Bedienereinflusses ungeeignet für eine objektive Qualitätskontrolle in der produktionsnahen Umgebung.

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Der Echtzeit-Polarimeter zur bildgebenden Messung von mechanischen Spannungen in transparenten Materialien.
© ilis GmbH

Der Echtzeit-Polarimeter zur bildgebenden Messung von mechanischen Spannungen in transparenten Materialien.

In den vorgestellten Systemen ersetzt die hochauflösende Polarisationskamera »StrainCam HR« den Analysator und Bediener. Dies ermöglicht eine bildgebende, zuverlässige Messung in Echtzeit (20 Hz und mehr) auch an bewegten Objekten und direkt im Produktionsprozess. Die Ergebnisse sind objektiv, reproduzierbar und genau. Die Spannungsverteilung wird mit Hilfe farbcodierter Bilder visualisiert und die Software unterstützt den Bediener durch automatisierte Auswertemöglichkeiten. Die Technologie kann neben der linear polarisierten Lichtquelle auch mit einer zirkular polarisierten Variante konfiguriert werden. So kann der korrekte Betrag der Spannungen unabhängig von deren Ausrichtung bestimmt werden. Darüber hinaus liefert der zirkulare Aufbau auch die Orientierung der Spannungen (Azimuth-Winkel). Die StrainScope-Software ist einfach und schnell zu bedienen und die Dokumentations- und Analysemöglichkeiten sind sowohl für den Einsatz im produktionsnahen Umfeld als auch für Forschung und Entwicklung ausgelegt.

Die vorgestellte Technologie zeigt auch in den Ergebnissen zur Untersuchung der Prüfmittelfähigkeit (Gage R&R-Analyse gute bis sehr gute Ergebnisse, wohingegen manuelle Polarimeter in vielen Fällen als ungeeignet klassifiziert werden.