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2026-03-27T10:24:36Z

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'''Shearografie''' (alternative Schreibweisen: Scherografie oder engl. Shearography) ist die Kurzbezeichnung für die ''Laser Speckle Shearing Interferometrie'', ein [[Kohärenz (Physik)|kohärent]] optisches Messverfahren auf der Grundlage der Laser-Speckle-Technik. Wird eine optisch raue Oberfläche kohärent beleuchtet, so wird bei deren Abbildung auf der Bildebene eine körnige Struktur sichtbar, die als [[Speckle]]muster bezeichnet wird. Die Shearografie kann zur zerstörungsfreien Material- und Bauteilprüfung (NDT), zur Spannungs- und Dehnungsmessung und zur qualitativen bzw. quantitativen Schwingungsmessung unter industriellen Bedingungen eingesetzt werden.

== Einteilung der shearografischen Messverfahren ==
[[Datei:Steinbichler Shearography Mobile Testing-Unit.jpg|mini|Shearografie Inspektionssystem]]
[[Datei:Shearografiemeßverfahren.jpg|Shearografiemeßverfahren.jpg]]

== Funktionsweise der Digital-Shearografie ==
Die untenstehende Abbildung zeigt den Aufbau und die Funktionsweise der einfachen Digital-Shearografie. Mit einem aufgeweiteten [[Laserstrahl]] wird das Messobjekt beleuchtet. Die Oberfläche des Messobjektes reflektiert den Laserstrahl, der dadurch auf die Bildebene einer [[Digitalkamera]] fällt. Durch das Shearelement entstehen zwei geringfügig verschobene Bilder des Objekts in der Bildebene, wodurch ein [[Interferogramm]] entsteht.

Korreliert man nun zwei in unterschiedlichen Belastungszuständen des Messobjektes aufgezeichnete Interferogramme, dann entsteht ein charakteristisches Streifenbild, welches als Scherogramm bezeichnet wird. Die Korrelation besteht im einfachsten Fall aus einer punktweisen Subtraktion der Grauwerte der Einzelbilder und anschließender Betragsbildung. Die Analyse des Scherogrammes erlaubt Rückschlüsse auf Materialinhomogenitäten unter der Bauteiloberfläche, da Materialfehler zu einer inhomogenen Oberflächenverformung führen.

Die Streifen im Scherogramm können als Höhenschichtlinien des Verformungsgradienten interpretiert werden. Dies unterscheidet die Shearografie von der holografischen Interferometrie (HI) und von der Elektronischen Specklemuster-Interferometrie (ESPI). Bei den HI- und ESPI-Verfahren repräsentiert das Interferenzmuster die Verformung selbst. Die holografische Interferometrie ist im Artikel [[Holografie]] erläutert, ESPI ist in [[Elektronische Specklemuster-Interferometrie]] beschrieben.

Im Gegensatz zur HI und zu anderen interferometrischen Techniken ist die Shearography relativ unempfindlich gegenüber Vibrationen, da beide interferierenden Teilwellen über das Messobjekt geführt werden. Veränderungen der optischen Wege durch Erschütterungen kompensieren sich deshalb weitgehend. Daher wird die Shearography auch in „rauhen“ Umgebungen eingesetzt.

Der Keilwinkel des Shearelementes bestimmt die Größe der Scherung. Als Shearelement kann ein optischer Keil oder ein Biprisma eingesetzt werden. Alternativ kann auch ein optischer Aufbau auf Basis eines [[Michelson-Interferometer]]s verwendet werden. In diesem Fall wird die Scherung durch leichtes Verkippen eines Interferometerspiegels realisiert. Dies hat den Vorteil, dass die Größe der Scherung stufenlos verstellt werden kann.

[[Datei:Shearografischer Aufbau.jpg|Shearografischer_Aufbau.jpg]]

Schematischer Aufbau der einfachen Digital-Shearografie

== Anwendungen in der Industrie ==
Shearografie wird in kompakten [[Optomechatronik|optomechatronischen]] Geräten zur mobilen Inspektion mit kombinierter Temperatur- und Vakuumbelastung in der Industrie, vor allem in der [[Luftfahrt]] zur [[Werkstoffprüfung#Zerstörungsfreie Werkstoffprüfung|zerstörungsfreien Prüfung]] von [[Verbundwerkstoff]]en, eingesetzt. Hierbei liegt der Anwendungsfokus vor allem auf der zeitersparenden und bedienerfreundlichen Prüfung von wechselnden oder gleichen Aufgabenstellungen.

== Normung ==
Für die Shearografie gibt es vom [[Deutsches Institut für Normung|Deutschen Institut für Normung]] (DIN) bereits seit 1997 eine entsprechende [[DIN-Norm]]. Auch die [[ASTM International]] hat sich diesem Thema bereits in einer Norm angenommen.
* DIN 54180-1:2015-01 Zerstörungsfreie Prüfung – Shearografie – Teil 1: Allgemeine Grundlagen
* DIN 54180-2:2016-12 Zerstörungsfreie Prüfung – Shearografie – Teil 2: Geräte
* DIN V 54180-3:1997-03 Zerstörungsfreie Prüfung – Shearografie – Teil 3: Prüfung von Rohrleitungen (derzeit zurückgezogen)
* ASTM E2581 - 07 Standard Practice for Shearography of Polymer Matrix Composites, Sandwich Core Materials and Filament-Wound Pressure Vessels in Aerospace Applications

Bei der DIN V 54180-3 handelt es sich noch um eine [[Vornorm]].

== Quellen ==
* Thomas Kreis: ''Holographic Interferometry. Principles and Methods.'' Akademie-Verlag, Berlin 1996, ISBN 3-05-501644-0 (''Akademie Verlag Series in Optical Metrology'' 1).
* P. K. Rastogi (Hrsg.): ''Holographic Interferometry.'' Springer, Berlin u. a. 1994, ISBN 3-540-57354-2 (''Springer Series in Optical Sciences'' 68).
* Wolfgang Steinchen, Lianxiang Yang: ''Digital shearography. Theory and application of digital speckle pattern shearing interferometry.'' SPIE Press, Bellingham WA 2003, ISBN 0-8194-4110-4.
* U. Schnars, C. Falldorf, J. Watson, W. Jüptner: ''Digital Holography and Wavefront Sensing (Second Edition)''. Springer 2014, ISBN 978-3-662-44692-8.

== Weblinks ==
* [https://www.uni-kassel.de/fb15/imk/lshs/lshs.html Webseite der Universität Kassel] (bilingual)
* [https://www.din.de/ DIN-Webseite] (bilingual)
* [https://www.astm.org/ ASTM-Webseite] (multilingual)

[[Kategorie:Laseranwendung]]
[[Kategorie:Optomechatronik]]

Shearografie - Versionsgeschichte

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