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Messung von Schwankungen des optischen Brechungsindex in Folien mit Hilfe der Schlierentechnik

Dominik Hofer

Die Herstellung von Kunststofffolien von optischer Qualität ist ein komplexes Verfahren. Die von einem der Industriepartner des Instituts für Elektrische Messtechnik hergestellten Produktionsanlagen dieser Art von Folien wiesen Mängel im Endprodukt auf.
Es bildeten sich störende "Rattermarken" quer zur Produktionsrichtung aus (siehe Abbildung 1). Die Professoren der Mechatronik Linz wurden um Lösungsvorschläge gebeten, dennoch blieb das Problem bestehen. Das Institut für Elektrische Messtechnik begann das Problem zu charakterisieren und führte zunächst off-line Messungen einzelner Proben durch. Es stellte sich heraus, dass sich diese "Rattermarken" wie sogenannte Schlieren verhalten und in weiterer Folge wurde ein on-line fähiges schlierenoptisches Messgerät entwickelt, dass dieses physikalische Phänomen nutzt. Durch diesen neuen Messaufbau (siehe Abbildung 2) konnte direkt an der Produktionslinie bei laufenden Maschinen gemessen, die Periodizitäten der Schlieren bestimmt und schlussendlich auf den Verursacher geschlossen werden.

Abbildung 3: Die Anwendung stellt die Messdaten, deren Mittelwert (grün) und Grenzen (rot) grafisch dar. Rechts befinden sich die Parameter der Darstellung und der Hardware, oben die wichtigsten Befehle und unten eine einfache Statuszeile mit der Gesamtlänge des Datensatzes und der berechneten Position des Cursors im Datensatz. Die FFT kann on-line betrachtet und Daten als Matlab Level5 mat-File gespeichert werden.

Diese Arbeit beschäftigt sich zunächst mit dem Phänomen "Schliere" und einem dafür geeigneten Messprinzip: der Schlierentechnik. Der Messaufbau wird mit all seinen mechanischen und elektronischen Komponenten vorgestellt und erklärt. Anschließend werden mittels numerischer Approximation die durch Schlieren verursachten Beugungsmuster berechnet. Eine Charakterisierung des gesamten Aufbaus mittels eines Spatial Light Modulators (SLM) erlaubt es einen gültigen Messbereich zu definieren. Anhand dieser Kenntnisse wurden anschließend einzelne Proben von Folienstücken analysiert. Hauptaufgabe dieser Projektseminararbeit ist jedoch die Beschreibung der verwendeten Elektronik sowie der Software am Mikroprozessor und PC. Sie kann als Bedienungsanleitung des Anwenderprogramms (siehe Abbildung 3) und auch als Anleitung zum Quellcode gelesen werden. In Hinblick auf neue Aufgaben werden die Schnittstellen einzelner Funktionen, wie z.B. einer Fast-Fourier-Transformation, angegeben. Fertig erstellte Konzepte und Teillösungen sollen neuen Anwendungen leichter zugänglich gemacht werden.

25. September 2008