Faserkunststoffverbunde im Rotlicht – mit Shearografie effizient geprüft

01/08/2018

Faserkunststoffverbund-Bauteile lassen sich berührungslos und flexibel mit der Lock-In Shearografie prüfen, die derzeit am SKZ erprobt wird. Dort werden die Vorteile und Möglichkeiten dieses zerstörungsfreien Prüfverfahrens, das bisher hauptsächlich im Labormaßstab Anwendung fand, hinsichtlich praxisrelevanter Anforderungen untersucht und weiterentwickelt.

Bei der konventionellen Shearografie werden zur Erkennung von Materialdefekten die zu untersuchenden Bauteile mittels eines aufgeweiteten Laserlichts bestrahlt und sowohl in einem z. B. leicht thermisch belasteten als auch einem unbelasteten Zustand von der Shearografiekamera aufgenommen. Durch einen digitalen Vergleich der aufgenommenen Bilder lassen sich anschließend Defekte wie Fremdmaterialeinschlüsse oder Materialablösungen erkennen. Diese Prüftechnik ist bisher im Elastomerbereich, beispielsweise bei der Reifenprüfung, etabliert. Bei steifen Materialien wie Faserkunststoffverbunden zeigt sie sich aber in vielen Fällen als zu unempfindlich. Eine Lösung dieses Problems bietet die Übertragung der Lock-In-Technik, einer in der Thermografie bereits ausgereiften Methode, auf die Shearografie. Dabei wird das Bauteil während einer periodischen Belastung kontinuierlich abgebildet. Anschließend werden die Messdaten hinsichtlich der Anregungsfrequenz speziell ausgewertet. Neben einer Erhöhung des Signal/Rausch-Verhältnisses lässt sich dabei durch Verwendung mehrerer Lock-In-Frequenzen die Tiefenlage von Fehlstellen erfassen.

Aufgrund langer Rechenzeiten war dieses Verfahren in der Vergangenheit auf den Einsatz im Labor beschränkt. Um auch einen Einsatz in der industriellen Bauteilprüfung zu ermöglichen, in der oft strenge zeitliche Anforderungen zu erfüllen sind, hat das SKZ die notwendige Bildverarbeitung optimiert und durch Verwendung von parallel arbeitenden Algorithmen um ein Vielfaches beschleunigt. Die somit vorliegenden Potenziale der Lock-In Shearografie werden derzeit noch an verschiedenen Faserkunststoffverbund-Bauteilen, z. B. mit praxisrelevanten Delaminationen oder Impactschäden, erprobt. Im Anschluss an das aktuell laufende Forschungsprojekt (01.03.2016 bis 31.08.2018), das über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AiF) im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) gefördert wurde (IGF Vorhaben Nr. 19063 N), ist eine Weiterführung der Kooperation zwischen SKZ und der Firma isi-sys GmbH, Kassel, zur weiteren Industrialisierung und Kommerzialisierung der erforschten Techniken geplant. Interessierte Firmen können ihre Bauteile kostenfrei im Rahmen von öffentlichen Vorhaben am SKZ prüfen lassen, um die Eignung des Verfahrens zu demonstrieren und es in der Industrie zu etablieren.

Shearografie Rotlicht

Photographie von zwei Probenkörpern im Licht der Shearografie-Laser.
Links: CFK mit Sacklochbohrungen.
Rechts: GFK mit Delamination (hellerer Bereich)

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