• Projekttitel: UltraSchall-Bildgebung aus aktiver InfraRot Thermografie zur Zerstörungsfreien Prüfung von Leichtbau-Werkstoffen
• Akronym: USBIRT3
• Laufzeit: 36 Monate (Start: 01.10.2025)
• Fördergeber: Österreichische Forschungsförderungsgesellschaft FFG

Aktive Thermografie nutzt die Beleuchtung eines Werkstückes, z.B. mit einer Blitzlampe oder einem Laser-Puls, um Fehler unter der Oberfläche zu detektieren. Dabei wird mit einer Infrarot-Kamera berührungslos die Temperaturentwicklung auf der Oberfläche nach der Beleuchtung gemessen. Aus der gemessenen Temperaturentwicklung werden Lage, Größe oder Form der Fehler rekonstruiert. Für die zerstörungsfreie Prüfung (ZfP) von Leichtbau-Werkstoffen, z.B. von Kohlefaser-Epoxid-Verbundwerkstoffen (CFK) für den Flugzeugbau, wird neben Ultraschall mit Wasserankopplung die viel schnellere aktive Thermographie verwendet.

Dieses Projekt verbindet die Vorteile von thermografischer Messung und Ultraschall-Rekonstruktion.

Thermografie funktioniert gut für Fehler, deren Tiefe unter der Oberfläche etwa gleich groß ist wie der Durchmesser des Fehlers. Um Fehler auch in etwas größerer Tiefe zuverlässig detektieren zu können haben wir aus dem gemessenen thermischen Signal eine virtuelle Ultraschallwelle errechnet (Virtual Wave Concept - VWC), aus der mit Ultraschall - ekonstruktionsalgorithmen oder mit Deep Learning Algorithmen die Lage, Größe und Form der Fehler rekonstruiert werden kann. Übliche thermografische Rekonstruktionen arbeiten meist nur in einer Dimension (1D) senkrecht zur Oberfläche (axial). Durch das VWC werden auch Wärmeströme parallel zu Oberfläche (lateral - 2D oder 3D) berücksichtigt. Dadurch wird der gleiche Fehlerpunkt im Inneren der Probe aus vielen verschiedenen Richtungen durch viele Pixel der Infrarot-Kamera an der Oberfläche detektiert, was sich in der Rekonstruktion als eine Art Mittelung auswirkt und dadurch das Signal-zu[1]Rauschverhältnis (SNR) verbessert, z.B. bei 100relevante Pixel um einen Faktor 10. Damit kann die maximale Rekonstruktionstiefe für Fehler einer bestimmten Größe erhöht werden.

In diesem Projekt wird das virtuelle Wellenkonzept (VWC) wesentlich erweitert. So konnten bisher nur homogene isotrope oder anisotrope Werkstoffe mit einer planaren Oberfläche damit untersucht werden, und auch nur mit einzelnen kurzen Pulsen zur Beleuchtung (Pulsthermographie). Nun soll das VWC auf für die Praxis wichtige 2-Komponenten-Systeme, z.B. Schaumkern mit einer CFK Deckschicht, erweitert werden. Durch die Anregung mit mehreren Pulsen (kodierte Multipuls[1]Anregung) soll der mögliche Tiefenbereich erweitert und für die Fehlersuche in einer bestimmten Tiefe optimiert werden.

Diese Optimierung der Puls-Signalform soll probenspezifisch mit "Reinforcement Learning" erfolgen. Damit sollen auch Signale von unterhalb thermisch stark reflektierenden Schichten gemessen werden können - z.B. in einem Schaumkern unterhalb einer Karbon-Faser-Deckschicht. Schließlich sollen diese Verfahren auch an gekrümmten Oberflächen eingesetzt werden, wo in einem ersten Schritt die Oberflächengeometrie detektiert wird und diese dann im zweiten Schritt zur Fehler-Rekonstruktion verwendet wird.

 

• Research Center for Non-Destructive Testing GmbH (RECENDT)
• voidsy GmbH