Zerstörungsfreie Inspektion von Faserverbundwerkstoffen mit kombinierter Prüftechnik aus hochauflösender Computertomographie und Thermographie (FaserInspekt)

Problemstellung
Faserverbundwerkstoffe sind einerseits leicht und flexibel, andererseits stark belastbar sowie besonders temperaturstabil. Der industrielle Einsatz von Faserverbundwerkstoffen hat sich in den letzten Jahren in den verschiedensten Produktionszweigen etabliert. Auch die Automobilindustrie hat die Vorteile der Leichtbauweise erkannt und als Schlüssel für die Zukunft der Fahrzeugproduktion von morgen etabliert. Faserverbundwerkstoffe finden in der Kleinserienfertigung der Automobilindustrie zunehmend Anwendung. Damit der Schritt zum Masseneinsatz, wie beispielsweise für die Serienfertigung kompletter Karosserien auf Kohlefaserbasis ermöglicht werden kann, bedarf es einer Qualifizierung von Prüfprozessen. Diese Prüfprozesse müssen fertigungsbegleitend ablaufen und eine vollständige Material- und Bauteilcharakterisierung sowie eine Fehlersuche bei adäquatem Aufwand realisieren.
Projektziel
Ziel des Forschungsprojektes FaserInspekt war es, Prüfabläufe und -techniken zu entwickeln, die das gesamte Spektrum der Anforderungen beim industriellen Einsatz von Faserverbundwerkstoffen abdecken können. Dazu wurden die zerstörungsfreien Verfahren der Computertomographie (CT) und der Thermographie (IR) für den Einsatz in der Praxis weiterentwickelt und kombiniert nutzbar gemacht. Alle entwickelten Soft- und Hardwarekomponenten wurden in Demonstrationsprüfsystemen integriert und anhand realer Bauteile von assoziierten Partnern getestet.
Vorgehensweise
Die CT ist die rechnerbasierte Auswertung von Röntgenaufnahmen eines Objektes, das aus verschiedenen Richtungen aufgenommen wurde, um ein dreidimensionales Bild zu erzeugen. Die IR ist ein bildgebendes Verfahren, das Infrarotstrahlung sichtbar macht. Beide Verfahren werden in Korrelation zueinander gebracht. So können die hochaufgelösten CT-Daten als Referenz für die Thermographieergebnisse dienen und deren Anwendungsmöglichkeiten erweitern. RayScan hat die CT-Technologie so weiterentwickelt, dass eine hochauflösende 3D-Datenaufnahme zur optimalen Darstellung der Faserstrukturen ermöglicht wird. Die Thermographie wurde durch Korrelation zu computertomographischen Volumendaten hin zur aussagekräftigen Prüfmethode für Faserverbundwerkstoffe weiterentwickelt und ein entsprechendes thermographisches Messsystem aufgebaut. Abschließend erfolgte die softwaretechnische Realisierung automatischer 2D- und 3D-Auswerteverfahren, die in der Lage sind, relevante Material- und Bauteileigenschaften inklusive Fehler und Schäden zu charakterisieren und zu analysieren. Alle entwickelten Soft- und Hardwarekomponenten werden in Demonstrationsprüfsystemen umgesetzt.

Ergebnisse und Anwendungspotenzial
Das Projektergebnis zeigt, dass eine fertigungsbegleitende Qualifizierung von Faserverbundbauteilen ermöglicht und der zukünftige Einsatz von Faserverbundwerkstoffen in der Massenfertigung unterstützt wird. Die entwickelten Verfahren zur Bilderzeugung und -verbesserung (erweiterte Messabläufe, Artefaktkorrekturen) haben das Anwendungsspektrum der CT bei der Prüfung von Faserverbundbauteilen deutlich verbessert. Die entwickelten Methoden zur automatischen Analyse der erzeugten Volumendaten liefern teilweise deutlich bessere Ergebnisse als die am Markt verfügbaren Alternativen. Die Hard- und Softwaresysteme wurden in Demonstrationsprüfsysteme integriert und gemeinsam mit assoziierten Partnern – hauptsächlich aus dem Automobilbau untersucht.

• RayScan Technologies GmbH