AQTIVE - Aktive Quantitative Thermografie mit Innovativen Vertikal Emittierenden Lasern

• Antragsteller: Professor Dr. Marc Daniel Leonhard von Kreutzbruck; Dr. Mathias Ziegler
• Fachliche Zuordnung: Messsysteme ; Beschichtungs- und Oberflächentechnik ; Kunststofftechnik ; Leichtbau, Textiltechnik ; Materialien und Werkstoffe der Sinterprozesse und der generativen Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 400857558

Die aktive Thermografie zeichnet sich bisher als ein zerstörungsfreies Prüfverfahren für den Nachweis und die Charakterisierung von Fehlstellen und Materialinhomogenitäten aus. Hierbei kommen nahezu ausschließlich zwei Verfahren zum Einsatz: die Impulsthermografie mit blitzartigem Energieeintrag zur Detektion flacher Fehlstellen und die Lockin-Thermografie mit sinusförmig moduliertem Energieeintrag zur Detektion tiefliegender Fehlstellen. Da die Prüfung flächig erfolgt, liegen die Ergebnisse schnell und direkt als bildhafte Darstellungen vor. Eine quantitative Rekonstruktion des Probeninneren ist extrem aufwändig und wird größtenteils nicht durchgeführt. Daneben bietet die Photothermik die Möglichkeit der Schichtdickenmessung und Materialcharakterisierung, jedoch nur durch langsames Abrastern der Oberfläche. Die Aufteilung in diese verschiedenen Anwendungsgebiete ist primär durch einen Mangel an ausreichend schnellen, phasenstabilen, leistungsstarken und spektral geeigneten Energiequellen und Infrarotthermografiesystemen verursacht. Im Projekt werden zwei Hauptziele verfolgt: die Vereinheitlichung der verschiedenen thermografischen und photothermischen Materialprüf- und charakterisierungsverfahren in ein flächiges und gleichzeitig quantitatives Messverfahren und der Nachweis, dass dieses neue Messverfahren schneller, präziser und universeller als bisherige ist. So wird u.a. erwartet, dass es sich auch für bislang teilweise unprüfbare unbeschichtete Metalle eignet.Durch die Integration eines neuartigen Hochleistungs-Lasers (vertical-cavity surface-emitting laser array) in neueste Infrarotthermografiesysteme werden die instrumentellen Voraussetzungen für quantitative und hochpräzise Messungen geschaffen. Diese Kombination bringt die ausschlaggebenden Parameter für den Erfolg mit: Bestrahlungsstärke, Modulationsbandbreite, Phasenstabilität und spektrale Reinheit. Das sich daraus ergebende Potential wird im Projekt experimentell untersucht und es werden aktualisierte theoretische Konzepte erarbeitet. Dabei wird ein weiter Einsatzbereich durch die unterschiedlichen Werkstoffklassen, Kunststoffe und Metalle, abgedeckt. Die Vorteile des Ansatzes sollen anhand der konkreten Anwendungsfälle Materialcharakterisierung, Schichtdickenmessung und Rissprüfung nachgewiesen werden. Schließlich sollen neuartige Konzepte der thermischen Wellenformung mit dem Ziel einer Verbesserung der Nachweisempfindlichkeit entwickelt und evaluiert werden.Das Projekt wird im Erfolgsfall dazu beitragen, das volle Potential der flächigen Thermografie zu entfalten und potentiell einen Paradigmenwechsel von den getrennt voneinander stehenden photothermischen und thermografischen Techniken hin zu einer einheitlichen, quantitativen Mess-und Prüftechnik ermöglichen, die schneller und präziser ist.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen