TERRAIN 3D - TERmografische Rekonstruktion An INneren 3D Grenzflächen

• Antragsteller: Professor Dr. Marc Daniel Leonhard von Kreutzbruck
• Fachliche Zuordnung: Messsysteme ; Produktionssystematik, Betriebswissenschaften, Qualitätsmanagement und Fabrikplanung
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 470535306

Die aktive Thermografie ist aufgrund ihrer berührungslosen und kostengünstigen Anwendung ein mittlerweile sehr etabliertes zerstörungsfreies Mess-und Prüfverfahren. Hierbei kommen nahezu ausschließlich zwei Verfahren zum Einsatz. Sowohl die Impulsthermografie mit blitzartigem Energieeintrag als auch die Lockin-Thermografie mit sinusförmig moduliertem Energieeintrag sind den oberflächennahen Prüfverfahren zugeordnet und ermöglichen es bislang nur, dünne Bauteile zu prüfen. Da die Prüfung flächig erfolgt, liegen die Ergebnisse schnell und direkt als bildhafte Darstellung vor. Eine quantitative Rekonstruktion der Messergebnisse zur tiefenaufgelösten Darstellung des Probeninneren ist extrem aufwändig und wurde bisher nur für sehr einfache Geometrien im Labormaßstab umgesetzt.Im geplanten Vorhaben werden zwei Ansätze zur 3D-Darstellung des Probeninneren verfolgt, um die mathematisch komplexe Regularisierung zur Lösung des schlecht gestellten inversen Problems der Rekonstruktion elegant umgehen zu können. Durch ein flexibles Infrarotstrahlersystem wird hierbei ein Zugewinn an Informationen in die Prüfung eingebracht. Das flexible Infrarotstahlersystem ermöglicht es erstmalig, eine räumlich und zeitlich flexible IR-Strahlungsquelle hoher Intensität für die aktive Thermografie verwenden zu können. Ausgehend von jedem Bildpunkt des projektorähnlichen Infrarotstrahlersystems (mehr als eine Million Bildpunkte) kann eine zeitlich beliebig codierte thermische Welle ausgesandt werden. Im ersten Ansatz werden die thermischen Wellen so codiert, dass sich über das komplette Bauteil ein 1D-Wärmefluss einstellt und die bekannten Ansätze der Photothermik nun auch für komplexe Strukturen in einer flächigen Prüfung gelten. Die Rekonstruktion wird in diesem Fall auf ein 1D-Problem vereinfacht. Im zweiten Ansatz wird das lineare Verhalten thermischer Wellen ausgenutzt und jeder Bildpunkt des Infrarotstrahlers simultan als individuell codierte thermische Welle betrachtet. Nach anschließender Decodierung können aus den zu jedem Bildpunkt in radialer Richtung gewonnenen Laufzeitinformationen bekannte Rekonstruktionsverfahren der Ultraschallprüfung angewandt werden. In beiden Fällen werden aus den Messungen direkt 3D-bildgebende Darstellungen der inneren Grenzflächen ausgegeben. Das Prüfverfahren wird somit in ein Messverfahren überführt.Das Projekt wird im Erfolgsfall dazu beitragen, das Oberflächenverfahren Thermografie in ein direkt 3D-bildgebendes quantitatives Messverfahren zu überführen und die Defekterkennungsrate steigern zu können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen