Um Verbundstoffe, Schweißnähte oder Klebeverbindungen auf Mängel hin zu testen, hat sich in Betrieben die zerstörungsfreie Prüfung mittels Ultraschall durchgesetzt. Doch da bereits ein Großteil des Schalls an der Grenzfläche zwischen Luft und Material reflektiert wird, muss ein Koppelmedium wie Wasser oder Gel aufgetragen und der Prüfkopf am Werkstück entlanggefahren werden. Dies bedingt einen umständlichen Aufbau und eine Erhöhung der Prüfdauer. Um die Qualitätssicherung durch ein berührungsfreies Verfahren zu ermöglichen und gleichzeitig eine neue Möglichkeit zur Inline-Prozessüberwachung bereitzustellen, hat die österreichische XARION Laser Acoustics ein neuartiges optisches Mikrofon entwickelt: Das laserbasierte Ultraschall-Mikrofon Eta250 Ultra beruht auf dem Funktionsprinzip, dass Schallwellen die Wellenlänge des Lichtes beeinflussen. Diese Veränderung wird mit einem miniaturisierten Interferometer gemessen, und in eine proportionale Ausgangsspannung gewandelt.
Messung über den Luftspalt
Der Ultraschall-Messvorgang lässt sich ohne Koppelmedium und berührungslos durchführen, was den Prüfaufwand deutlich reduziert, und eine automatisierte Prüfung mit Hilfe von Robotik ermöglicht. Der erfassbare Frequenzbereich von 10 Hz bis 2 MHz ist einzigartig, durch die kleinen und handlichen Abmessungen des Prüfkopfs lässt er sich ohne großen Aufwand an Roboterarmen oder Anlagen zur Prozessüberwachung montieren.
Datenübertragung per Lichtwellenleiter
Das optische Mikrofon selbst benötigt für die Messungen nur sehr wenig Platz: Der Sensorkopf ist lediglich 5 mm groß. Dies ermöglicht es, dass sich das Gerät ohne großen zeitlichen Aufwand und umständliche Umbau- und Anpassungsmaßnahmen der Anlagen an Roboterarmen montieren und in bereits bestehende Prüfprozesse integrieren lässt. Dadurch werden nicht nur zerstörungsfreie Materialprüfungen, sondern auch die Inline-Prozessüberwachung (also die Qualitätsprüfung direkt während dem Herstellungsprozess) erheblich erleichtert. Über ein Glasfaserkabel ist das optische Mikrofon an eine Kontrolleinheit angeschlossen; in dieser befinden sich der Laser, die Detektionseinheit und ein Vorverstärker. Die metallfreie Verkabelung ermöglicht auch Messungen in schwierigen Umgebungen wie etwa in der Nähe von elektromagnetischen Feldern und funktioniert auch über sehr große Distanzen ohne messbaren Signalverlust und Störungen durch Einstreuungen. So lassen sich automatisierte Fertigungsprozesse wie zum Beispiel das Laserschweißen auf die korrekte Ausführung überprüfen. Neben der Überwachung von Fertigungsprozessen in der Automobilbranche kann das optische Mikrofon aber ebenso zur zerstörungsfreien, kontaktlosen Ultraschall-Materialprüfung von Punktschweißverbindungen, Verbundstoffen oder Klebeverbindungen eingesetzt werden. Relevante Branchen sind die Auto- und Flugzeugindustrie, aber auch andere Bereiche, in denen automatisierte Serienprüfung zur Qualitätssicherung von hoher Relevanz ist.
