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Monitoring a laser beam heat treatment process by means of digital speckle photographyÜberwachung einer laserbasierten Wärmebehandlung mittels digitaler Speckle‐Fotografie

Abstract

In the current study displacements of a single angled tooth (helical gear, steel EN 20MnCr5) were measured with sub‐pixel accuracy by means of Digital Speckle Photography (DSP). The main aim was to assess the in‐process performance of DSP while measuring three dimensional deformations in a laser based heat treatment process. This task dictated the integration of DSP as a non‐invasive experimental method, which is insensitive to different interfering effects, e. g. vibrations and varying coefficients of refraction, into the heat treatment setup. The results attained were compared with data from laser triangulation measurements and FEM‐based temperature simulations and were found to show good agreement within the limitations of these methods. Knowledge of deformations of the component during the laser beam based heat treatment process allows an analysis of the effects of residual stress fields generated with a high power laser. This analysis aims at minimisation of unwanted distortions resulting from hardening heat treatment.

In dieser Veröffentlichung wird gezeigt, dass die Verschiebungen eines einzelnen Zahnes (Schrägzahnrad, Stahl‐EN 20MnCr5) mittels digitaler Speckle‐Fotografie (DSP) mit sub‐Pixel Genauigkeit gemessen werden kann. Das Ziel ist zu zeigen, dass sich diese In‐Prozess‐Messtechnik zur Vermessung dreidimensionaler Verformung während der Wärmebehandlung eignet. Bedingt durch das Einsatzgebiet, muss die Messtechnik kontaktfrei und unempfindlich gegen verschiedene störende Effekte wie z. B. Vibrationen und wechselnde Brechungsindizes sein. Die erzielten Ergebnisse wurden mit Daten aus Laser‐Triangulationsmessungen und FEM‐basierten Temperatur‐Simulationen verglichen. Es zeigte sich eine gute Übereinstimmung der Ergebnisse. Anhand der gemessenen Verschiebung soll evaluiert werden, inwieweit die Eigenspannungen des Bauteils durch einen Hochleistungslaser beeinflusst werden können, ohne dass sich das Bauteil verzieht.

Autoren:   Kamau, E. N.; Sakkiettibutra, J.; Falldorf, C.; Mundt, J.; Kopylow, C. v.
Journal:   Materialwissenschaft und Werkstofftechnik
Band:   43
Ausgabe:   1‐2
Jahrgang:   2012
Seiten:   130
DOI:   10.1002/mawe.201100900
Erscheinungsdatum:   01.01.2012
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