Die zunehmende Miniaturisierung und Funktionalisierung von Bauteilen und Komponenten in der industriellen Produktion verlangt nach entsprechenden Fertigungsverfahren, die sowohl in ihrer Qualität als auch ihrer Wirtschaftlichkeit den hohen Ansprüchen gerecht werden.

Laserultraschall

Seit fast 20 Jahren wird am BIAS die Laserultraschalltechnik erforscht, erprobt und weiterentwickelt. Die am BIAS erstellte Forschungsplattform bildet, unter Einbeziehung diverser Lasertypen für unterschiedliche Werkstoffe, ein Alleinstellungsmerkmal in Deutschland.

Die Technik bietet entscheidende Vorteile: Schallwellen werden auch an komplizierten Objektkontouren berührungsfrei erzeugt, da der Laserpuls selbst den Ultraschall im Probekörper anregt. Dadurch entfällt, im Gegensatz zu gebräuchlichen Verfahren auf der Basis piezoelektrischer Wandler, das Anbringen und Beseitigen applizierter (geklebter, einlaminierter oder per Koppelmittel kontaktierter) Sensoren.

Das Messsystem beeinflusst daher, im Gegensatz zur Piezotechnik, die Ausbreitung des erzeugten Schallwellenfeldes nicht. Das schnelle und flexible Wechseln von Messpositionen sowie eine hohe Toleranz gegenüber Bewegungen und der Temperatur des Prüfgegenstands qualifizieren die Laserultraschalltechnik zusätzlich als Alternative zu Piezotechniken.

Die Scherografie wird am BIAS seit mehr als 25 Jahren erforscht und weiterentwickelt. Dabei sind etliche Prüfsysteme für Anwendungen z.B. im Flugzeugbau entwickelt und eingesetzt worden. Es können Oberflächenverschiebungen in Bruchteilen der verwendeten Laserwellenlänge detektiert werden.

Michael Kalms

Dipl.-Phys.
  • Gruppenleiter

Der Vorteil gegenüber mechanischen Messverfahren ist nicht nur die Berührungsfreiheit, sondern auch die Möglichkeit, große Flächen (m2) in Video-Echtzeit zu inspizieren. In Kombination mit geeigneten Belastungsverfahren (Anregung durch mechanische Vibration, thermische Strahlung, Laserultraschall) können Schäden an unterschiedlichsten Bauteilstrukturen und Werkstoffen schnell und sicher gefunden werden.

Besonders zu nennen sind hier Bauteile, bei denen eine Ultraschallprüfung nicht oder nur schwer durchführbar ist. Das sind z.B. Faserverbund-Sandwichbauteile (Schaumkern), bei denen relativ einfach Fehlstellen auch von der rückseitigen Decklage sichtbar gemacht werden können.

Röntgen-Computertomogaphie (R-CT): Das am BIAS vorhandene Gerät modernster Bauart ist mit zwei Röntgenröhren (180 kV und 240 kV) ausgestattet und kann Details bis in den sub-µm-Bereich erkennbar machen. Es bietet damit hervorragende Möglichkeiten für die Forschung an neuen Werkstoffen und Werkstoffverbünden. Die Größe der zu untersuchenden Objekte reicht vom Stecknadelkopf bis zu einem Volumen von ca. ¼ m3. Damit können CT-Aufnahmen an fast allen Werkstoffen (Plastik und Metallen) gemacht werden. Eine spezielle Auswertesoftware erlaubt die schichtweise Betrachtung des Prüfköpers. Damit können z.B. sehr präzise Inspektionen in Schichtwerkstoffen bis zur einzelnen Faser vorgenommen werden. Die R-CT Anlage steht für Auftragsmessungen zur Verfügung.

Anwendung: Anwender finden sich in allen Bereichen des Fahrzeugbaus (Land, Wasser, Luft- und Raumfahrt), aber auch in anderen Branchen (z.B. Energie- und Medizintechnik oder Elektronik). Gerade Klein- und mittelständischen Unternehmen bietet das BIAS mit Dienstleistungen Unterstützung bei der Produktentwicklung und Qualitätskontrolle.

Applikationen finden sich von miniaturisierten Objekten (Mikroumformkörper) bis zur holografischen Inspektion von Satellitentanks. Dabei können bei Bedarf verschiedene Verfahren wie beispielsweise Laservibrometrie oder der (Phased-Array) Kontaktultraschalltechnik kombiniert werden.