Zerstörungsfreie Analyse von Schweißprozessen mittels Hochgeschwindigkeits-Videokamera und gepulster Laserbeleuchtung
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- Damian Bäcker
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1 2. Fachseminar Optische Prüf- und Messverfahren - Vortrag 04 Zerstörungsfreie Analyse von Schweißprozessen mittels Hochgeschwindigkeits-Videokamera g und gepulster Laserbeleuchtung 2. Fachseminar Optische Prüf- und Messverfahren Was ist HSV? HSV steht für High-Speed-Video Es geht um die Aufzeichnung von schnellen, für das menschliche Auge nicht mehr erfassbare Prozesse Ein paar Beispiele: OLYMPUS Deutschland GmbH, Ulf Reimer Page 2 Lizenz: 1
2 OLYMPUS Deutschland GmbH, Ulf Reimer Page 3 Erdbeere compressed.avi DEKRA LKW.avi OLYMPUS Deutschland GmbH, Ulf Reimer Page 4 2
3 Wozu Hochgeschwindigkeitsaufnahmen? Hochgeschwindigkeits-Kamerasysteme g zeichnen tausende von Bilder pro Sekunde auf (Standard Videokamera z.b. 25 Bilder pro Sekunde) Wiedergabe von einzelnen Bildern und verlangsamten Videosequenzen Für schnelle Prozesse ist diese Anzahl an Bildern zu gering, die Details verschwimmen im Bild. Ermöglicht die Optimierung von schnell ablaufenden Prozessen durch Visualisierung der Ergebnisse Schnelle Darstellung der Bilder oder Filme nach der Aufnahme sparen Zeit bei der Optimierung i und somit Geld High-Speed-Video erreicht bei einer Auflösung von 1280x1024 Pixel eine Aufnahmerate von 2000 fps und maximal !! fps OLYMPUS Deutschland GmbH, Ulf Reimer Page 5 Eigenschaften Hochgeschwindigkeits-Kamerasystem Einfach Handhabung über Controll Display Unit (CDU) Hohe Auflösung x Pixel bei Bilder pro Sekunde Aufnahmegeschwindigkeiten bis zu Bilder pro Sekunde Belichtungszeiten bis 0,2 µs Hohe Lichtempfindlichkeit (6.000 / ASA) OLYMPUS Deutschland GmbH, Ulf Reimer Page 6 3
4 Was verbirgt sich hinter dem Titel? Beobachtung von schnell ablaufenden Prozessen, die aufgrund von Überblendung nicht einfach zu analysieren sind z.b. Überstrahlung bei Schweißenprozessen Plasmaspritzen Betrachtung von glühender Schmelze Lasermaterialbearbeitung Betrachtung von Einspritzvorgängen Ziel: Analysieren des Schweißvorganges um die Entstehung von Einschlüssen, Luckern etc. zu verstehen und damit zu verbessern OLYMPUS Deutschland GmbH, Ulf Reimer Page 7 MAG Schweißen (500A) ohne Laserbeleuchtung Aufnahmegeschwindigkeit: Bilder /Sekunde OLYMPUS Deutschland GmbH, Ulf Reimer Page 8 4
5 Filmaufnahme mit Laserbeleuchtung OLYMPUS Deutschland GmbH, Ulf Reimer Page 9 Eigenschaften der Laser-Beleuchtung Klein und kompakt Laserleistung W Wellenlängen 690 nm (rot, sichtbar) oder 810 nm (nahes IR) Monochromatisches und inkohärentes Licht, ideal für qualitativ hochwertige Bilder Laserpulslängen 10 ns 10 µs OLYMPUS Deutschland GmbH, Ulf Reimer Page 10 5
6 Wie kann die Überstrahlung ausgeblendet werden? Ausblendung der von Überstrahlungen durch ein gepulstes Diodenlaser- Beleuchtungssystem mit schmalbandigem Spektralbereich Synchronisierung von Beleuchtung und Bild zur Abstimmung der Laserpulslänge und der Frequenz Beleuchtung Hochgeschwindigkeits-Kamerasystem h it t Höchste Beleuchtungsdichte in kurzen Zeiträumen OLYMPUS Deutschland GmbH, Ulf Reimer Page 11 Laserdiodenbeleuchtung und Kamera werden aufeinander synchronisiert Selektion der kürzesten Belichtungsdauer an der Kamera verhindert die Integration der Beleuchtungsintensität des Highspeed Prozesses. Nur der Belichtungsimpuls der Laserdiode trägt zur Bildaufzeichnung bei OLYMPUS Deutschland GmbH, Ulf Reimer Page 12 6
7 Das engbandige Spektrum der Laserdiodenbeleuchtung und deren hohen Intensität läßt sich über ein passendes Bandpassfilter selektieren Die Hohe Pulsintensität überstrahlt den Anteil des Prozesspektrums um ein Vielfaches OLYMPUS Deutschland GmbH, Ulf Reimer Page 13 Bilder von Schweißprozessen Hybrid-Schweißprozeß (CO2 Laser + MAG) Schlüsselloch bei CO2 Laserschweißen Monochromatisches Licht Kurze, helle Laserpulse und kurze Belichtungszeit Kalte und heiße Bereiche im Bild gleichzeitig sichtbar OLYMPUS Deutschland GmbH, Ulf Reimer Page 14 7
8 Bilder von Schweißprozessen Laserschweißen von zwei unterschiedlichen Materialien Hochgeschwindigkeitsaufnahmen von MAG Schweißen Lichtbogen Beschichtung OLYMPUS Deutschland GmbH, Ulf Reimer Page 15 Film E-Schweißen (5.000fps, 3µS) OLYMPUS Deutschland GmbH, Ulf Reimer Page 16 8
9 Laserschweißen (10.000fps, 2µS) OLYMPUS Deutschland GmbH, Ulf Reimer Page 17 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit. OLYMPUS Deutschland GmbH, Ulf Reimer Page 18 9
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PeP Vom Kerzenlicht zum Laser Versuchsanleitung Versuch 3: Messung der Lichtgeschwindigkeit Messung der Lichtgeschwindigkeit mit dem Foucault schen Drehspiegelversuch Theoretische Grundlagen: Drehbewegungen