PORES – Untersuchung von pulsförmig optoakustisch angeregten Resonanzeffekten mittels kontaktfreier breitbandiger Sender/Empfänger Systeme

• Antragsteller: Professor Dr. Marc Daniel Leonhard von Kreutzbruck
• Fachliche Zuordnung: Kunststofftechnik ; Leichtbau, Textiltechnik ; Messsysteme ; Produktionssystematik, Betriebswissenschaften, Qualitätsmanagement und Fabrikplanung
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 549528608

Die zerstörungsfreie Prüfung (ZfP) beschreibt ein breites Feld von Verfahren, die mithilfe von elastischen oder elektromagnetischen Wellen zur Prüfung und Charakterisierung von Komponenten und Bauteilen eingesetzt werden können, ohne diese zu beschädigen. ZfP-Verfahren werden in der Qualitätssicherung sowohl bei der Herstellung als auch bei der Betriebsprüfung von technischen Systemen flächendeckend eingesetzt. Ein Fortschritt in der Prüfzuverlässigkeit durch höhere Empfindlichkeit oder gesteigerter Ortsauflösung geht häufig einher mit der Senkung von Herstellungs- und Betriebskosten. Dabei sind die meist Verfahren oft defekt- und materialselektiv. Bei der Untersuchung von porenbehafteten Prüfkörpern gelangen die klassischen ZfP-Verfahren oft an ihre Grenzen im Sinne des örtlichen Auflösungsvermögens. Es konnte zwar jüngst gezeigt werden, dass mithilfe eines integralen Ansatzes die Porendichte über die veränderte Wärmeleitfähigkeit mittels Puls-Thermografie näherungsweise ermittelt werden kann, genaue Kenntnisse über die Lage oder die Größe einer Pore sind allerdings nach wie vor nur über eine computertomographische (CT-) Röntgenanalyse möglich. Im Bereich der industriellen Ultraschallprüfung sind seit wenigen Jahren erste sehr breitbandige Anregungsquellen in Kombination mit breitbandigen Empfangssystemen erhältlich. Dies wird durch die Anregung mittels Laser Excited Acoustics (LEA) erreicht und dem Empfang mittels eines optoakustischen Lasermikrofons, welches ebenfalls eine sehr breitbandige Detektion von akustischen Wellen ermöglicht. In jüngsten Arbeiten zur breitbandigen LEA konnten durch die Analyse des Frequenzspektrums des Antwortechos erstmalig einzelne Poren detektiert werden, was für die Qualitätssicherung ein enormer Fortschritt darstellt. Allerdings existiert aktuell noch keine gesicherte Vorstellung zu dem Wechselwirkungsmechanismus, der zur erfolgreichen Detektion einzelner Poren führt. Erste Messungen an realen Bauteilen zeigen zwar eine signifikante Korrelation zwischen der gemessenen Resonanzfrequenz und der Porengröße. Allerdings ist dieses Phänomen nicht mit den üblichen theoretischen Modellen beschreibbar. Da für die Festigkeitsbetrachtung von Bauteilen die Fehlergröße, Lage und Geometrie von Defekten eine entscheidende Rolle spielt, zielt der Antrag darauf ab das gefundene Phänomen einer resonanten Porenschwingung als einen neuen Ansatz in der zerstörungsfreien Prüfung quantitativ zu untersuchen und ein Vorhersagemodell zu entwickeln. Mithilfe von simulativen Methoden und experimenteller Überprüfung der Resonanzeffekte von schwingenden Poren soll die Aussagequalität von breitbandigen Sender/Empfänger Systemen in Bezug auf die Porendetektion verbessert und eine modellgesicherte Vorhersagbarkeit erreicht werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen