Das optisch-interferometrische Messverfahren der Shearografie ist eine anerkannte zerstörungsfreie Prüfmethode, die derweilen vor allem in der Prototypenentwicklung der Luft- und Raumfahrt eingesetzt wird. Messobjekte werden mit kohärentem Laserlicht beleuchtet und durch Shear-Optiken mittels Kamerabildaufnahme erfasst. Dabei werden bei geringster Anregung des Messobjektes Deformationen im Sub-Mikrometer Bereich sichtbar. Anomalien in diesem Deformationsverhalten lassen auf Materialfehler schließen. Durch die neuartige Methode des räumlichen Phasenschiebens bei der Shearogramm-Berechnung lässt sich die Verfahrensrobustheit z. T. enorm steigern. Nach dem aktuellen Stand der Technik mit zeitlichem Phasenschieben sind typischerweise 8 Bildaufnahmen je Messung notwendig. Beim räumlichen Phasenschieben sind es lediglich 2, wodurch Messungen im Kameravideotakt durchführbar sind. Störungen wie Schwingungen führen so nur noch in geringem Maße zur Dekorrelation bei der Messung. Zudem werden durch den Einsatz dynamischer Anregungsverfahren sehr schnelle Prüfungen realisierbar. In unserem Paper zeigen wir die Anwendung der neuen Technik für günstige Bauteile, die z. T. in der Massenfertigung produziert werden. Die Shearografie mit räumlichem Phasenschieben bietet durch ihre Robustheit und Echtzeittauglichkeit eine praxisgerechte und wirtschaftliche ZfP-Lösung für bisher nicht berücksichtigte, potentielle Materialfehler in solchen Bauteilen.

Speckle-interferometrische Verfahren wie die Holografie und die Shearografie ermöglichen die flächenhafte und hochsensitive Erfassung von Oberflächenverformungen und werden in der zerstörungsfreien Prüfung zur Detektion charakteristischer Defektmechanismen eingesetzt. Die Defektdetektion erfolgt dabei indirekt über die mechanische Reaktion eines Bauteils auf eine definierte Belastung. Aus der hohen Sensitivität der Verfahren sowie der Vielzahl an Einflussgrößen bei der Messkonfiguration ergibt sich eine starke Abhängigkeit der Messergebnisse von der gewählten Parametrierung und der anschließenden Auswertung. Trotz ihres Potentials ist der industrielle Einsatz speckle-interferometrischer Verfahren bislang auf spezialisierte Anwendungen beschränkt. Als wesentliche Ursache wird die fehlende systematische und reproduzierbare Parametereinstellung sowie die komplexe Interpretation der hochdimensionalen interferometrischen Messdaten angesehen. Die vorliegende Arbeit untersucht diese Problemstellung durch eine Analyse der zugrunde liegenden physikalischen Zusammenhänge sowie durch die Betrachtung datenbasierter Auswertungsverfahren. Zunächst wird das Verfahren in seine Prozessschritte zerlegt und hinsichtlich der Abhängigkeit von Erfahrungswissen analysiert. Darauf aufbauend wird eine Simulationskette formuliert, die die Abbildung von Bauteil, Belastung und resultierendem Messsignal beschreibt und zur systematischen Parametrierung genutzt wird. Für die Untersuchung datenbasierter Auswertungsverfahren wird mit dem Datensatz SADD eine Datengrundlage geschaffen, die die charakteristischen Eigenschaften speckle-interferometrischer Messdaten abbildet. Der Datensatz umfasst definierte Prüfkörper, kontrollierte Belastungssituationen sowie eine strukturierte Annotation der resultierenden Signalstrukturen. Auf dieser Grundlage werden verschiedene Ansätze zur Merkmalsextraktion und Defektdetektion untersucht, darunter überwachte und unüberwachte Verfahren sowie Zero-Shot-Ansätze. Die Modelle werden hinsichtlich ihrer Fähigkeit bewertet, charakteristische Signalstrukturen zu erkennen und unterschiedliche Defekttypen zu differenzieren. Die Untersuchungen zeigen, dass sowohl modellbasierte Ansätze zur Parametrierung als auch datengetriebene Verfahren zur Auswertung geeignet sind, zentrale Teilaspekte der bisher erfahrungsbasierten Vorgehensweise zu adressieren. Die Parametrierung wird dabei auf eine physikalisch begründete Beschreibung der Zusammenhänge zwischen Bauteil, Belastung und Messsignal zurückgeführt, während die Auswertung durch datengetriebene Methoden hinsichtlich der Erkennung charakteristischer Signalstrukturen untersucht wird. Insgesamt wird ein Ansatz aufgezeigt, mit dem sich die Abhängigkeit von domänenspezifischem Erfahrungswissen in einzelnen Prozessschritten reduzieren lässt und der damit eine Grundlage für eine weitergehende Automatisierung speckle-interferometrischer Messverfahren bildet.

Techniques like speckle holography and shearography are rarely applied due to the complexity of instrument setup and lack of automated result analysis, despite their potential. By simulating speckle interferometric outcomes, we seek to address these challenges, enabling more efficient measurement processes and paving the way for automated defect recognition. This research focuses on developing a simulation code for speckle interferometric results derived from finite element analyses. The aim is to improve the parameter settings of speckle interferometry measurements and create specific datasets, which will be used to develop machine learning-based methods for automation in series production.

This study investigates the effects of mechanical strain on the surface roughness of copper conductors, focusing on the electrolyte-refined copper (Cu-ETP, CW004A) used in H07V-U 1.5 mm2 single-core cables. For the first time, the surface roughness evolution is characterized using the power spectral density (PSD) function, enabling a detailed roughness analysis across different spatial length scales. Conductors were subjected to mechanical stress, with measurements taken at multiple stages of service life. The study confirms the results from other studies that surface roughness increases significantly in the early stages of loading, with a plateau observed in 50 % - 75 % of cycles to failure. Micro crack formation and material extrusion are identified as key mechanisms driving roughness growth, especially at small length scales, with a shift towards larger length scales as strain intensifies. The increasing Hurst exponent suggests a transformation from a random to a more persistent and correlated surface. The results underscore the potential of power spectral density analysis in understanding surface behavior in copper conductors.

Staphylococcus aureus (S. aureus) is one of the bacterial species capable of forming multilayered biofilms on implants. Such biofilms formed on implanted medical devices often require the removal of the implant in order to avoid sepsis or, in the worst case, even the death of the patient. To address the problem of unwanted S. aureus biofilm formation, its first step, i.e., adhesion, must be understood and prevented. Thus, the development of adhesion-reducing surface coatings for implant materials is of utmost importance. In this work, we used single-cell force spectroscopy to analyze the adhesion of the biofilm-forming S. aureus strain SA113 on naive and protein-coated silicon surfaces (SiO2). In addition to the wild type, we used the SA113 ΔdltA knockout mutant to further investigate the effect of d-alanylation of lipoteichoic acids of the cell wall. In order to examine how the surface charge affects adhesion, we coated silanized SiO2 surfaces with amphiphilic class II hydrophobins. The naturally occurring hydrophobin HFBI was used as well as the HFBI variant D40Q/D43N, which is less negatively charged at physiological pH due to the exchange of two acidic aspartate residues. These two types of hydrophobin-coated surfaces resemble each other in roughness and wettability but differ only in charge. By measurement of the forces with which each S. aureus strain binds to hydrophobin-coated surfaces, we show that the adhesion of S. aureus at surfaces can be influenced by the charges exposed by the target surfaces. Therefore, in addition to hydrogen bonding, electrostatic interactions between the cell and the hydrophilic surface govern adhesion on these surfaces. Moreover, we found that for both HFBI coatings, the adhesion strength of S. aureus is reduced by nearly a factor of 30 compared to silanized SiO2 surfaces. Therefore, hydrophobin coatings are of great interest for further use in the field of biomedical surface coating.