Speckle-Messtechnik - Versionsgeschichte

Oluschinski am 28. August 2026 um 06:53 Uhr

2026-08-28T06:53:14Z

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	==Grundlagen der Messtechnik==		==Grundlagen der Messtechnik==

	Die Speckle-Messtechnik stellt die Grundlage einer Vielzahl von experimentellen Feldmessverfahren zur Erfassung lokaler Verschiebung, Dehnungen oder Dehnungsfelder an [[Prüfkörper]]n und [[Kunststoffbauteil\|Bauteilen]] aus verschiedenartigsten Werkstoffen (Metalle, Keramiken und [[Kunststoffe]]) dar. Auf der Basis dieser optischen Messtechnik können somit groß- oder kleinflächig, berührungslos und rückkopplungsfrei Informationen zur Form- bzw. Gestaltsänderung komplizierter und komplexer Bauteile unter mechanischer und/oder thermischer sowie medialer [[Beanspruchung]] erhalten werden. Die Ergebnisse können dann zur Verifizierung von Finite Elemente Methode (FEM)-Daten oder zur Überprüfung konstruktiver Details genutzt werden [1–3]. Wichtige Feldmessverfahren, die auf diesem messtechnischen Prinzip beruhen, sind das [[Raster-Reflexionsverfahren]], das [[Objekt-Rasterverfahren]], die ~~[[Electronic-Speckle-Pattern-Interferometrie\|~~Laser-Speckle-Interferometrie (ESPI)]] und die [[Shearographie]].<br>		Die Speckle-Messtechnik stellt die Grundlage einer Vielzahl von experimentellen Feldmessverfahren zur Erfassung lokaler Verschiebung, Dehnungen oder Dehnungsfelder an [[Prüfkörper]]n und [[Kunststoffbauteil\|Bauteilen]] aus verschiedenartigsten [[Werkstoff & Material\|Werkstoffen]] (Metalle, Keramiken und [[Kunststoffe]]) dar. Auf der Basis dieser optischen Messtechnik können somit groß- oder kleinflächig, berührungslos und rückkopplungsfrei Informationen zur Form- bzw. Gestaltsänderung komplizierter und komplexer Bauteile unter mechanischer und/oder thermischer sowie medialer [[Beanspruchung]] erhalten werden. Die Ergebnisse können dann zur Verifizierung von Finite Elemente Methode (FEM)-Daten oder zur Überprüfung konstruktiver Details genutzt werden [1–3]. Wichtige Feldmessverfahren, die auf diesem messtechnischen Prinzip beruhen, sind das [[Raster-Reflexionsverfahren]], das [[Objekt-Rasterverfahren]], die Laser-Speckle-Interferometrie (ESPI) und die [[Shearographie]].<br>
	Je nach Ausstattungsvariante der oben genannten Prüfsysteme können die flächenhaften Verschiebungen u und v in x- und y-Richtung (in-plane bei 2d) als auch die Verschiebungen w (out-of-plane bei 3d) in z-Richtung ausgewählter Oberflächenmerkmale in Echtzeit ermittelt und zur Berechnung der jeweiligen Verschiebungsvektoren und Dehnungsverteilungen verwendet werden.		Je nach Ausstattungsvariante der oben genannten Prüfsysteme können die flächenhaften Verschiebungen u und v in x- und y-Richtung (in-plane bei 2d) als auch die Verschiebungen w (out-of-plane bei 3d) in z-Richtung ausgewählter Oberflächenmerkmale in Echtzeit ermittelt und zur Berechnung der jeweiligen Verschiebungsvektoren und Dehnungsverteilungen verwendet werden.

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	*Bestimmung des Werkstoffverhalten und von [[Werkstoffkennwert]]en, wie [[Poissonzahl]], Spannungsüberhöhung infolge von [[Kerb]]en oder Werkstoffinhomogenitäten sowie Ermittlung von lokalen [[Elastizitätsmodul]]i.		*Bestimmung des Werkstoffverhalten und von [[Werkstoffkennwert]]en, wie [[Poissonzahl]], Spannungsüberhöhung infolge von [[Kerb]]en oder Werkstoffinhomogenitäten sowie Ermittlung von lokalen [[Elastizitätsmodul]]i.

	Die für die Prüfung erforderlichen Oberflächenmerkmale können natürlicher Art oder herstellungsbedingt sein, wie z. B. die Rauigkeit oder Poren bei Schäumen oder Luftblasen in Beton sowie Kunstharzen.<br>		Die für die [[Prüfen\|Prüfung]] erforderlichen Oberflächenmerkmale können natürlicher Art oder herstellungsbedingt sein, wie z. B. die Rauigkeit (siehe: [[Oberflächenprüftechnik]]) oder Poren bei Schäumen oder Luftblasen in Beton sowie Kunstharzen.<br>
	Falls sehr glatte und/oder reflektierende [[Oberfläche]]n vorliegen können diese Oberflächenstrukturen auch künstlich aufgebracht werden. Dazu werden auf der Oberfläche regelmäßige Rasterstrukturen, wie z. B. Linien- oder Punktemuster mittels Ätz- oder Siebdruck-Verfahren aufgebracht oder es werden auf dem zu untersuchenden Oberflächenbereich stochastische Muster durch Sprayen generiert. Je nach Größe des Prüfobjekts können hier kommerzielle Spraydosen z. B. für Autolacke (Graphitspray) oder das Paintbrush-Verfahren verwendet werden. Die entstehenden Muster auf der Oberfläche nennt man in Anlehnung an die ~~[[Electronic-Speckle-Pattern-Interferometrie\|~~ESPI]]- oder [[Shearographie]] Methode „Speckles“ bzw. „Fleckchen“, wobei diese zur Verfolgung der Verschiebungen auf der Oberfläche genutzt werden.		Falls sehr glatte und/oder reflektierende [[Oberfläche]]n vorliegen können diese Oberflächenstrukturen auch künstlich aufgebracht werden. Dazu werden auf der Oberfläche regelmäßige Rasterstrukturen, wie z. B. Linien- oder Punktemuster mittels Ätz- oder Siebdruck-Verfahren aufgebracht oder es werden auf dem zu untersuchenden Oberflächenbereich stochastische Muster durch Sprayen generiert. Je nach Größe des Prüfobjekts können hier kommerzielle Spraydosen z. B. für Autolacke (Graphitspray) oder das Paintbrush-Verfahren verwendet werden. Die entstehenden Muster auf der Oberfläche nennt man in Anlehnung an die ESPI- oder [[Shearographie]] Methode „Speckles“ bzw. „Fleckchen“, wobei diese zur Verfolgung der Verschiebungen auf der Oberfläche genutzt werden.

	Bei kohärenter Beleuchtung einer diffus reflektierenden optisch rauen Oberfläche oder mit künstlichen Mustern versehenen Oberfläche mit Wellenlängen, die in etwa der Strukturgröße entsprechen, erscheint diese in einer körnigen Struktur, den sogenannten Speckles, die auch als Licht- oder Lasergranulationen bezeichnet werden. Dieser Effekt basiert auf Interferenzerscheinungen von benachbarten Punkten, die als Streuzentren fungieren, und hängt von der Gesichtsfeldblende (Beobachtungsapertur) ab. Alle Arten von Bewegungen der Oberfläche lassen sich durch die Analyse der Speckle-Verschiebungen erfassen [4, 5]. Werden diese Speckles direkt auf einem Beobachtungsschirm projiziert, dann spricht man von subjektiven Speckles. Nutzt man dagegen komplexe optische Systeme zur Darstellung der Oberflächeneffekte, dann liegen sogenannte objektive Speckles vor.<br>		Bei kohärenter Beleuchtung einer diffus reflektierenden optisch rauen Oberfläche oder mit künstlichen Mustern versehenen Oberfläche mit Wellenlängen, die in etwa der Strukturgröße entsprechen, erscheint diese in einer körnigen Struktur, den sogenannten Speckles, die auch als Licht- oder Lasergranulationen bezeichnet werden. Dieser Effekt basiert auf Interferenzerscheinungen von benachbarten Punkten, die als Streuzentren fungieren, und hängt von der Gesichtsfeldblende (Beobachtungsapertur) ab. Alle Arten von Bewegungen der Oberfläche lassen sich durch die Analyse der Speckle-Verschiebungen erfassen [4, 5]. Werden diese Speckles direkt auf einem Beobachtungsschirm projiziert, dann spricht man von subjektiven Speckles. Nutzt man dagegen komplexe optische Systeme zur Darstellung der Oberflächeneffekte, dann liegen sogenannte objektive Speckles vor.<br>
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	Es existieren im Wesentlichen zwei verschiedene Messtechniken, die sich wie folgt einordnen lassen:		Es existieren im Wesentlichen zwei verschiedene Messtechniken, die sich wie folgt einordnen lassen:
	*Speckle-Pattern-Photographie		*Speckle-Pattern-Photographie
	*Speckle-Pattern-Interferometrie ~~(siehe: [[Electronic-Speckle-Pattern-Interferometrie]])~~		*Speckle-Pattern-Interferometrie

	===Speckle-Pattern-Photographie===		===Speckle-Pattern-Photographie===
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	Die Speckle-Interferometrie oder Speckle-Pattern-Interferometrie ist ebenfalls ein Messverfahren zur Vermessung kleinster Distanzänderungen auf der [[Oberfläche]] von Prüfobjekten, wobei kohärentes aufgeweitetes Laserlicht die Speckles erzeugt. Das Muster der Speckles ändert sich durch Interferenz, falls Verformungen der reflektierenden Oberfläche oder laterale Bewegungen einer rauen Oberfläche auftreten und den Interferenzabstand (5 nm bis 50 nm) um Bruchteile der Wellenlänge verändern.<br>		Die Speckle-Interferometrie oder Speckle-Pattern-Interferometrie ist ebenfalls ein Messverfahren zur Vermessung kleinster Distanzänderungen auf der [[Oberfläche]] von Prüfobjekten, wobei kohärentes aufgeweitetes Laserlicht die Speckles erzeugt. Das Muster der Speckles ändert sich durch Interferenz, falls Verformungen der reflektierenden Oberfläche oder laterale Bewegungen einer rauen Oberfläche auftreten und den Interferenzabstand (5 nm bis 50 nm) um Bruchteile der Wellenlänge verändern.<br>
	Dem vom Objekt erzeugten stochastischen Speckle-Feld wird dann ein deterministisches oder stochastisches Referenzwellenfeld überlagert.<br>		Dem vom Objekt erzeugten stochastischen Speckle-Feld wird dann ein deterministisches oder stochastisches Referenzwellenfeld überlagert.<br>
	Technische Relevanz besitzt hier insbesondere die ~~[[Electronic-Speckle-Pattern-Interferometrie\|~~Elektronische Speckle-Interferometrie-(ESPI)]]. Dabei lassen sich die von der oder den Kameras registrierten Verformungszustände als elektrische Signale speichern und mit Signalen von Folgezuständen subtraktiv oder multiplikativ überlagern. Damit sind zeitgemittelte und/oder doppelte Aufnahmen möglich, welche die [[Deformation]]en der Oberfläche lokal darstellen.		Technische Relevanz besitzt hier insbesondere die Elektronische Speckle-Interferometrie-(ESPI). Dabei lassen sich die von der oder den Kameras registrierten Verformungszustände als elektrische Signale speichern und mit Signalen von Folgezuständen subtraktiv oder multiplikativ überlagern. Damit sind zeitgemittelte und/oder doppelte Aufnahmen möglich, welche die [[Deformation]]en der Oberfläche lokal darstellen.

	Dieses vielseitige Prüfverfahren wird zur Darstellung kleinster lokaler Verformungen in der [[Werkstoffprüfung\|Werkstoff-]] und [[Bauteilprüfung]] sowie der Werkstoffentwicklung eingesetzt. Damit sind sowohl ~~Raueitsmessungen~~ an Oberflächen, die Ermittlung von Verschiebungs- und Dehnungsfeldern sowie innovative Rissprüfungen unter mechanischer, thermischer oder mediale Beanspruchung möglich [8–10].		Dieses vielseitige Prüfverfahren wird zur Darstellung kleinster lokaler Verformungen in der [[Werkstoffprüfung\|Werkstoff-]] und [[Bauteilprüfung]] sowie der Werkstoffentwicklung eingesetzt. Damit sind sowohl Rauheitsmessungen an Oberflächen (siehe: [[Oberflächenprüftechnik]]), die Ermittlung von Verschiebungs- und Dehnungsfeldern sowie innovative Rissprüfungen unter mechanischer, thermischer oder mediale [[Beanspruchung]] möglich [8–10].

			==Siehe auch==
			*[[Kunststoffdiagnostik]]
			*[[Objekt-Rasterverfahren]]
			*[[Shearographie]]
			*[[Raster-Reflexionsverfahren]]

	~~'''~~Literaturhinweise~~'''~~		==Literaturhinweise==

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	\|Springmann, M.: Identifikation von Materialparametern schädigungsmechanischer Gesetze unter Einbeziehung der Dehnungslokalisierung. Dissertation Technische Universität Bergakademie Freiberg, (2005), (ISBN 3-89820-926-1)		\|Springmann, M.: Identifikation von Materialparametern schädigungsmechanischer Gesetze unter Einbeziehung der Dehnungslokalisierung. Dissertation Technische Universität Bergakademie Freiberg, (2005) (ISBN 3-89820-926-1)
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	\|[4]		\|[4]
	\|Kußmaul, K.: In Gräfen H. (Hrsg.): Lexikon Werkstofftechnik. VDI Verlag GmbH, Düsseldorf (1993), (ISBN 978-3-1840-1328-8); siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter L 31)		\|Kußmaul, K.: In Gräfen H. (Hrsg.): Lexikon Werkstofftechnik. VDI Verlag GmbH, Düsseldorf (1993) (ISBN 978-3-1840-1328-8); siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter L 31)
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	\|[5]		\|[5]
	\|Lettner, J.: Speckle-basierte Messverfahren zur Charakterisierung rauer Oberflächen. Schriftenreihe Advances in Mechatronics, Band 23, Trauner Verlag, Linz, (2014), (ISBN 978-3-9903-3273-3)		\|Lettner, J.: Speckle-basierte Messverfahren zur Charakterisierung rauer Oberflächen. Schriftenreihe Advances in Mechatronics, Band 23, Trauner Verlag, Linz, (2014) (ISBN 978-3-9903-3273-3)
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	\|Rohrbach, C.: Handbuch für experimentelle Spannungsanalyse. VDI-Buch Springer Verlag, Berlin (1989), (ISBN 978-3-6424-48660-9; e-Book ISBN 978-3-642-48659-3)		\|Rohrbach, C.: Handbuch für experimentelle Spannungsanalyse. VDI-Buch Springer Verlag, Berlin (1989) (ISBN 978-3-6424-48660-9; E-Book: ISBN 978-3-642-48659-3)
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	\|Koch, A. W., Ruprecht, M. W., Toedter, O., Häusler, G., u. a.: Optische Meßtechnik an technischen Oberflächen: Praxisorientierte lasergestützte Verfahren zur Untersuchung technischer Objekte hinsichtlich Form, Oberflächenstruktur und Beschichtung (Reihe Technik). expert verlag, Renningen-Mamlsheim, (1998), (ISBN 978-3-8169-1372-6)		\|Koch, A. W., Ruprecht, M. W., Toedter, O., Häusler, G., u. a.: Optische Meßtechnik an technischen Oberflächen: Praxisorientierte lasergestützte Verfahren zur Untersuchung technischer Objekte hinsichtlich Form, Oberflächenstruktur und Beschichtung (Reihe Technik). expert verlag, Renningen-Mamlsheim, (1998) (ISBN 978-3-8169-1372-6)
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Oluschinski am 4. August 2023 um 10:09 Uhr

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	\|Kußmaul, K.: In Gräfen H. (Hrsg.): Lexikon Werkstofftechnik. VDI Verlag GmbH, Düsseldorf (1993), (ISBN 978-3-~~642~~-~~51732~~-7; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter L 31)		\|Kußmaul, K.: In Gräfen H. (Hrsg.): Lexikon Werkstofftechnik. VDI Verlag GmbH, Düsseldorf (1993), (ISBN 978-3-1840-1328-8); siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter L 31)
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	\|Lettner, J.: Speckle-basierte Messverfahren zur Charakterisierung rauer Oberflächen. Mechatronics, Band 23, Trauner Verlag, Linz, (2014), (ISBN 3-9903-3273-2)		\|Lettner, J.: Speckle-basierte Messverfahren zur Charakterisierung rauer Oberflächen. Schriftenreihe Advances in Mechatronics, Band 23, Trauner Verlag, Linz, (2014), (ISBN 978-3-9903-3273-3)
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	\|Rohrbach, C.: Handbuch für experimentelle Spannungsanalyse. Springer Verlag, Berlin (1989), (ISBN 978-3-~~540~~-~~62120~~-1)		\|Rohrbach, C.: Handbuch für experimentelle Spannungsanalyse. VDI-Buch Springer Verlag, Berlin (1989), (ISBN 978-3-6424-48660-9; e-Book ISBN 978-3-642-48659-3)
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	\|Koch, A. W., Ruprecht, M. W., Toedter, O., Häusler, G.: Optische Meßtechnik an technischen ~~Objekten~~. ~~Expert Verlag~~, Renningen-Mamlsheim, (1998), (ISBN 3-8169-1372-5)		\|Koch, A. W., Ruprecht, M. W., Toedter, O., Häusler, G., u. a.: Optische Meßtechnik an technischen Oberflächen: Praxisorientierte lasergestützte Verfahren zur Untersuchung technischer Objekte hinsichtlich Form, Oberflächenstruktur und Beschichtung (Reihe Technik). expert verlag, Renningen-Mamlsheim, (1998), (ISBN 978-3-8169-1372-6)
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	\|[10]		\|[10]
	\|Lehmann, P.: In-process Laser-Messmethoden auf der Grundlage der Fourieranalyse. ~~Expert Verlag~~, Renningen (2003)		\|Lehmann, P.: In-process Laser-Messmethoden auf der Grundlage der Fourieranalyse. expert verlag, Renningen (2003) (ISBN 978-3-8169-2192-9)
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	[[Kategorie:Optische Feldmessverfahren]]		[[Kategorie:Optische Feldmessverfahren]]

Oluschinski am 13. August 2019 um 08:15 Uhr

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	Bei kohärenter Beleuchtung einer diffus reflektierenden optisch rauen Oberfläche oder mit künstlichen Mustern versehenen Oberfläche mit Wellenlängen, die in etwa der Strukturgröße entsprechen, erscheint diese in einer körnigen Struktur, den sogenannten Speckles, die auch als Licht- oder Lasergranulationen bezeichnet werden. Dieser Effekt basiert auf Interferenzerscheinungen von benachbarten Punkten, die als Streuzentren fungieren, und hängt von der Gesichtsfeldblende (Beobachtungsapertur) ab. Alle Arten von Bewegungen der Oberfläche lassen sich durch die Analyse der Speckle-Verschiebungen erfassen [4, 5]. Werden diese Speckles direkt auf einem Beobachtungsschirm projiziert, dann spricht man von subjektiven Speckles. Nutzt man dagegen komplexe optische Systeme zur Darstellung der Oberflächeneffekte, dann liegen sogenannte objektive Speckles vor.<br>		Bei kohärenter Beleuchtung einer diffus reflektierenden optisch rauen Oberfläche oder mit künstlichen Mustern versehenen Oberfläche mit Wellenlängen, die in etwa der Strukturgröße entsprechen, erscheint diese in einer körnigen Struktur, den sogenannten Speckles, die auch als Licht- oder Lasergranulationen bezeichnet werden. Dieser Effekt basiert auf Interferenzerscheinungen von benachbarten Punkten, die als Streuzentren fungieren, und hängt von der Gesichtsfeldblende (Beobachtungsapertur) ab. Alle Arten von Bewegungen der Oberfläche lassen sich durch die Analyse der Speckle-Verschiebungen erfassen [4, 5]. Werden diese Speckles direkt auf einem Beobachtungsschirm projiziert, dann spricht man von subjektiven Speckles. Nutzt man dagegen komplexe optische Systeme zur Darstellung der Oberflächeneffekte, dann liegen sogenannte objektive Speckles vor.<br>
	Die Speckles entsprechen also einer Vielstrahlinterferenzerscheinung, die von Wellen hervorgerufen wird, die von vielen kohärenten stochastisch verteilten ~~Durchlichtoder~~ Auflicht-Lichtquellen (Objektbeleuchtung) erzeugt wird ('''Bild 1''').		Die Speckles entsprechen also einer Vielstrahlinterferenzerscheinung, die von Wellen hervorgerufen wird, die von vielen kohärenten stochastisch verteilten Durchlicht oder Auflicht-Lichtquellen (Objektbeleuchtung) erzeugt wird ('''Bild 1''').

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	\|Ritter, R.: Feldmeßmethoden zur Ermittlung von Weg- und ~~DehnungsgrößenÜbersicht~~ über den derzeitigen Stand. In: Tagungsband DVM-Tagung Werkstoffprüfung '93, Bad Nauheim, 2.–3.12. 1993: S. 131−143 (siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter M 49)		\|Ritter, R.: Feldmeßmethoden zur Ermittlung von Weg- und Dehnungsgrößen – Übersicht über den derzeitigen Stand. In: Tagungsband DVM-Tagung Werkstoffprüfung '93, Bad Nauheim, 2.–3.12. 1993: S. 131−143 (siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter M 49)
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Reincke am 18. Dezember 2017 um 11:50 Uhr

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Bei Beleuchtung einer diffus reflektierenden optisch rauen [[Oberfläche]] mit kohärentem Licht erscheint diese in einer körnigen Struktur (Speckle). Diese Erscheinung beruht auf Interferenzerscheinungen benachbarter Punkte und hängt von der Beobachtungsapertur ab. Bewegungen der Oberfläche lassen sich durch Analyse der Speckle-Verschiebungen erfassen.

Die verschiedenen Messtechniken gliedern sich in zwei Gruppen:

* Speckle-Pattern-Photographie: Durch eine photographische Doppelbelichtung vor und nach einer Belastung erhält man auf dem Film (auf Objektoberfläche fokussiert) durch die Lageänderung der Speckle eine Mikrogitterstruktur, wobei Abstand und Orientierung der Streifen Betrag und Richtung der In-plane-Verschiebung des jeweiligen Punktes angeben (Messbereich: ca. 10 µm bis 1mm). Befindet sich der Film in der Beugungsebene der Abbildungsoptik, lassen sich Out-of-Plane-Verschiebungen (Verkippungen) bestimmen.
* [[Electronic-Speckle-Pattern-Interferometrie (ESPI)|Speckle-Pattern-Interferometrie]]: Das Speckle-Muster wird zusammen mit einem Referenzlicht aufgezeichnet, wodurch hauptsächlich Out-of-Plane-Bewegungen interferometrisch registriert werden. Wie in der Holographie lassen sich Doppelbelichtungstechniken (Verschiebungsmessung) oder Time-Average-Verfahren (Schwingungsuntersuchungen) anwenden.

Da lediglich Speckle-Muster registriert werden, sind an das Auflösungsvermögen des Aufnahmematerials keine so hohen Ansprüche gestellt wie z. B. in der Holographie. Deshalb sind auch elektronische Kameras zur Speckle-Analyse und verglichen bzw. im Takt der Bildfrequenz gemittelt werden (ESPI: Electronic Speckle Pattern Correlation Interferometry).

'''Literaturhinweis'''

* Kußmaul, K.: In Gräfen H. (Hrsg.): Lexikon Werkstofftechnik. VDI Verlag GmbH, Düsseldorf (1993)