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01.04.2014

Qualitätssicherung von Werkstoffen mit 3D-Ultraschallbild

Das Fraunhofer IZFP hat eine Methode entwickelt, die aus Ultraschall-Prüfsignalen ein 3D-Bild erstellt. Das soll Materialprüfungen schneller und zuverlässiger machen.

Qualitätssicherung von Werkstoffen mit 3D-Ultraschallbild

Qualitätssicherung von Werkstoffen mittels 3D-Ultraschallbild, Foto: Fraunhofer IZFP/Uwe Bellhäuser

Analog zu Fledermäusen setzen Prüfer in der Industrie auf Ultraschall, um winzigste Risse oder Materialfehler aufzuspüren. Bislang muss dazu ein Mitarbeiter den Prüfkopf am Bauteil entlang führen. In der Prüfanzeige werden die reflektierten Signale als Kurven dargestellt. Zusätzlich lassen sich einfache Schnittbilder des zu untersuchenden Bereichs erzeugen. Anhand dieser Informationen können erfahrene Prüfer Materialfehler erkennen. Der Prüfer muss quasi im Kopf ein räumliches Bild zusammensetzen - eine zeitintensive Prozedur.

Neu: 3D-Bilder aus Prüfsignalen erstellen

Künftig soll das einfacher und schneller gehen: Forschern des Fraunhofer-Instituts für Zerstörungsfreie Prüfverfahren IZFP in Saarbrücken ist es gelungen, aus den Prüfsignalen hochaufgelöste 3D-Bilder zu erzeugen, ähnlich wie in der medizinischen Ultraschall-Tomographie. "Auf diesen Bildern sind Materialfehler, ihre Größe und ihre genaue Lage zu erkennen", so Prof. Hans-Georg Herrmann vom Fraunhofer IZFP.

Ultraschall durchdringt Material großflächig

Die Forscher knüpfen mit ihrer Lösung an die "Phased Array"-Technologie an: Dabei sind mehrere Einzelschwinger-Prüfköpfe linien- oder flächenförmig nebeneinander angeordnet. Die Ultraschallwellen durchdringen das Material also nicht nur punktuell, sondern großflächig.

Die Weiterentwicklung besteht darin, dass jeder Schwinger einzeln angesteuert werden kann. Auf diese Weise wird es möglich, sich auf jeden Punkt im Prüfbereich gleichzeitig zu fokussieren. Parallel dazu generiert ein am Fraunhofer IZFP entwickelter Algorithmus aus den vielen Einzelsignalen eine 3D-Ansicht am PC.

Vorteile der neuen Technologie

"Die Ortsauflösung dieser Aufnahmen ist wesentlich besser als bei herkömmlichen Verfahren. Gleichzeitig können wir die Prüfgeschwindigkeit signifikant erhöhen, da unser Rekonstruktionsalgorithmus echtzeitfähig ist", fasst Herrmann die Vorteile des optimierten Verfahrens - der "Sampling-Phased-Array-Technologie"- zusammen.

Ein weiterer Pluspunkt: Auch Materialien, die bislang nur schwer zu charakterisieren sind, lassen sich mit dem neuen, robotergestützten Verfahren prüfen. Faserverstärkte Hochleistungskunststoffe mit richtungsabhängigem Faserverlauf, wie sie etwa im Automobilbau eingesetzt werden, sind ein typisches Anwendungsbeispiel für diese neue Prüftechnik. Der Prüfprozess kann beschleunigt und dessen Zuverlässigkeit verbessert werden.

Für Qualitätssicherung und andere Bereiche

Die Qualitätssicherung ist nur ein Anwendungsbeispiel: "Unsere Technologie eignet sich für den gesamten Produktlebenszyklus - von der Charakterisierung von Werkstoffen über die Bewertung von Bauteilkomponenten, für Reparaturservices bis hin zum Recycling", betont Prof. Bernd Valeske vom Fraunhofer IZFP. Derzeit wird das neue Verfahren in einem Industrieprojekt qualifiziert und steht kurz vor der Freigabe.

Redaktion QZ
qz <AT> hanser.de

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