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Photothermische Tomografie für die Instandhaltung in der Luft- und Raumfahrt: Fortschritte in der tiefenaufgelösten zerstörungsfreien Prüfung

G. Mayr - voidsy

Diese Arbeit zeigt die Anwendung der photothermischen Tomographie zur schnellen und kostengünstigen In-Service-Prüfung von Composite-Strukturen. Die besonderen Herausforderungen dieser Anwendungen liegen in den variierenden Umgebungsbedingungen, sowie in der Untersuchung exponierter Prüfbereiche großflächiger Strukturen mittels aktiver Thermographie.

Das eingesetzte Auswerteverfahren der thermischen Tomographie ermöglicht eine bildgebende, tiefenaufgelöste Charakterisierung von Defekten, ohne dass ein direkter Kontakt mit dem Bauteil erforderlich ist. Hierzu werden zunächst thermische Wellen durch eine externe optische Anregung in die Struktur eingebracht. Während der Ausbreitung durch den Prüfkörper werden diese Wärmewellen durch material- und geometrieabhängige Eigenschaften beeinflusst und tragen dadurch Informationen über innere Grenzflächen und Fehlstellen. Die resultierenden Änderungen der Oberflächentemperatur werden berührungslos mit einer Infrarotkamera erfasst.

Die aufgezeichneten Messdaten werden anschließend mithilfe einer mathematischen Transformation in ein virtuelles Schallfeld überführt. Dadurch können etablierte und leistungsfähige Rekonstruktionsverfahren aus der Ultraschalltechnik genutzt werden, um Größe und räumliche Lage von Defekten zu bestimmen.

Durch die Integration der optischen Anregung, der Infrarotkamera und der Auswerteeinheit in einen kompakten Sensorkopf bietet die photothermische Tomographie großes Potenzial für eine automatisierte Prüfung sowie für schnelle und wirtschaftliche In-Service-Anwendungen. Untersuchungen zeigen, dass insbesondere von außen kaum erkennbare Impactschäden hinsichtlich ihrer Ausdehnung und Tiefenlage zuverlässig quantifiziert werden können. Dabei wird deutlich, dass die tatsächliche Schadensausprägung häufig deutlich größer ist als die äußerlich sichtbare Beschädigung vermuten lässt. Abschließend werden die Möglichkeiten und Grenzen des Verfahrens anhand verschiedener Anwendungen aus den genannten Einsatzbereichen aufgezeigt.