Hochauflösende Aktive Thermographie

• Fachliche Zuordnung: Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung in 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 572258861

Wir beabsichtigen den Aufbau eines aktiven Thermographie-Messplatzes. Dieser soll sowohl für Standard-Messungen auf dem Niveau des aktuellen Stands der Technik geeignet sein und direkt in der Forschung und Lehre in drei Fachbereichen der Hochschule eingesetzt werden, als auch die Entwicklung neuer, bislang am Markt nicht verfügbarer, Thermographie-Messmethoden und Auswerteverfahren ermöglichen. Durch die aktive Erwärmung eines Prüfobjektes wird ein Wärmestrom induziert. Dieser kann sowohl in Transmission als auch in Reflexion zeitaufgelöst gemessen werden. Der Wärmeeintrag erfolgt durch unterschiedliche Anregungen, punktuell oder flächig, z.B. durch Halogenlampen oder Laseranregung, induktiv oder durch Ultraschalleintrag. Schichten oder Fehlstellen im Inneren der Probe reflektieren den Wärmefluss. Eine hochpräzise Kamera nimmt dabei Inhomogenitäten des Wärmeflusses an der Oberfläche des Prüfobjektes zeitaufgelöst auf. Auf diese Weise wird es möglich, Materialfehler dreidimensional ortsaufgelöst zu detektieren. Mit einem Aktiv-Thermographie-Setup können eine Vielzahl von Forschungsfragestellungen der BHT im Bereich der Werkstoffwissenschaften bildgebend und zerstörungsfrei beantwortet werden. So können unter anderem durch den Wärmefluss in Bauteilen und Materialien Defekte, Fehlstellen, Bruchstellen, Korrosion oder Lunker detektiert werden. Verdeckte Delaminationen können sichtbar gemacht werden, Beschichtungsdicken können gemessen werden. Darüber hinaus können thermische Spannungsanalysen in Metallen unter Zug durchgeführt oder die Wärmeleitfähigkeit von polymeren Systemen ermittelt werden. Ein solches bildgebendes Messverfahren ergänzt daher in hervorragender Weise die Möglichkeiten von Werkstoffuntersuchungen, die durch bereits vorhandene Messinstrumente (z.B. Röntgen-CT, REM) gegeben sind. Fragestellungen bereits laufender Forschungsaktivitäten an der BHT sind die zerstörungsfreie Prüfung der Verbindungsqualität neuartiger Verbundwerkstoffe aus Holz-, Bambus- und GFK-Werkstoffen. Einen weiteren Schwerpunkt stellt die zerstörungsfreie Charakterisierung von metallischen, polymeren sowie keramischen 3D-Druck-Bauteilen dar. Zusätzlich beabsichtigen wir die Methode der Aktiv-Thermographie algorithmisch und experimentell weiterzuentwickeln. Geplant ist die Entwicklung eines Thermo-Tomographieverfahrens zur Analyse thermischer Eigenschaften, speziell der Wärmeübergangskoeffizienten von kritischen bauteil-internen Grenzflächen und Strukturen. Auch eine Weiterentwicklung der Datenverarbeitung, insbesondere bei der Analyse der 2D- und 3D-Bilder (Materialphasensegmentierung mit Hilfe von neuronalen Netzen, quantitative Auswertung von Materialeinschlüssen, Schichtdicken oder Porenstrukturen, aber auch Korrelationen von (Volumen)-Bildern mit Daten anderer Messverfahren (z.B. CT) ist geplant. Die Möglichkeit aktiv-thermographische Messungen direkt an der Hochschule durchführen zu können, wird daher von den Kolleginnen und Kollegen sehr begrüßt.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Hochauflösende Aktive Thermographie
• Gerätegruppe: 8620 Strahlungsthermometer, Pyrometer, Thermosonden
• Antragstellende Institution: Berliner Hochschule für Technik (BHT)
• Leiterin: Professorin Dr. Astrid Haibel