Ultraschall

Laserultraschalltechnologie ist ein Verfahren, bei dem ein gepulster Laser verwendet wird, um Ultraschallwellen zu erzeugen und zu erkennen. Überwiegend wird Laserultraschall zum Untersuchen von Fehlern in Verbundwerkstoffen in der Luft-
und Raumfahrtindustrie eingesetzt. Der eigentliche Vorteil von Laserultraschall besteht jedoch darin, dass er in jeder Branche verwendet werden kann, in der Messungen wichtig sind. Das zugrunde liegende physikalische Prinzip ist einfach: Wenn der Laserpuls auf die Oberfläche des zu untersuchenden Materials trifft, findet eine plötzliche, örtlich begrenzte und sofortige Wärmeausdehnung statt. Wenn die Laserleistung ausreichend hoch ist, um das Material zum Sieden zu bringen, entsteht über einen „Rückprallmechanismus“ des sich ausdehnenden Materials eine Ultraschallwelle. Bei noch höheren Laserleistungen – wenn das Material abgetragen wird – entsteht ein Plasma, dessen Ausdehnung erheblich zur Ultraschallerzeugung beiträgt.

IPG Photonics bietet ein breites Spektrum an gepulsten Faserlasern, die für die Erzeugung von Ultraschallwellen bei mittleren bis hohen Wiederholraten geeignet sind, darunter:

1)     Gepulste Nanosekunden-Faserlaser
2)     Gepulste Piko- und Femtosekunden-Faserlaser

Nach der Erzeugung der Ultraschallwellen über Laser erfolgt (meist auch mithilfe von Lasern) die Erkennung. Da die Ultraschallwelle optisch erkannt wird, zählen Interferometrie oder Fabry-Pérot-Erkennungsschemas zu den gängigen Verfahren. Bei den meisten Verfahren werden kontinuierliche oder lange Pulse (mehrere µs) verwendet, es gibt jedoch auch Anwendungsbereiche für kürzere Pulse. Das Prinzip ist trotzdem weitgehend identisch: Da die Ultraschallwelle eine Veränderung des Brechungsindexes der Umgebungsluft erzeugt, werden einfallende Laserpulse geringfügig abgelenkt, und es tritt eine Veränderung auf. Diese erkannte Veränderung wird in ein elektrisches Signal umgewandelt. Bei höheren Frequenzen unterscheidet sich das Erkennungsschema in einigen Punkten, da die Methode auf der Erkennung der Oberflächenbewegung der Probe beruht. Da die theoretische Nachweisgrenze von der Phononenfrequenz abhängt – die deutlich niedriger ist als die Photonenfrequenz –, ist die Empfindlichkeit von Laserultraschall dennoch sehr hoch.

Die CW- und gepulsten Faserlaser von IPG sind eine kosteneffiziente und robuste Alternative, die sich sowohl für die Erzeugung als auch die Erkennung von Ultraschallwellen in der Luft- und Raumfahrtindustrie bestens eignet.