Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

HF-Wirbelstromprüfung als Automatisiertes Verfahren zur Erkennung von Defekten in Faserkunststoffverbunden (WAVE)

Leichtbauwerkstoffe wie Faserkunststoffverbunde (FKV) werden aufgrund ihrer hohen Steifigkeit und Festigkeit bei geringem Gewicht bereits in einer Vielzahl von technischen Systemen eingesetzt. Neben der Luft- und Raumfahrt zählen insbesondere die erneuerbaren Energien sowie der Automobilbereich zu den Anwendungsgebieten. Für eine frühzeitige Detektion von herstellungs- und betriebsbedingten Schäden kommt dabei zerstörungsfreien Prüfverfahren (ZfP) eine tragende Rolle zu. Bei der Wirbelstromprüfung handelt es sich um eine berührungslose und weit verbreitete Methode im Bereich der ZfP von elektrisch leitfähigen Materialien.

Die HF-Wirbelstromprüfung wird bereits vereinzelt eingesetzt, allerdings existieren kaum Richtlinien. Das Vorhaben entwickelt eine Systematik für automatisierte HF-Wirbelstromprüfung an Leichtbaukomponenten, insbesondere carbonfaserverstärkten Kunststoffen (CFK). Die Wirbelstromprüfung an CFK soll im Rahmen dieses Forschungsvorhabens ganzheitlich untersucht, weiterentwickelt und hinsichtlich Durchführung und Auswertung automatisiert werden, um dem steigenden Bedarf in den Bereichen Mobilität und erneuerbare Energien zu begegnen. Ziel des Forschungsvorhabens ist ein Messsystem zur automatisierten Geometrieerfassung realer CFK-Bauteile mit anschließender Prüfung mit geeigneter Prüftechnik. Dieses robotergestützte Verfahren gewährleistet in Verbindung mit einer intelligenten, automatisierten Auswertung eine Verkürzung der Taktzeit durch eine hohe Prüfgeschwindigkeit bei gleichzeitiger Erhöhung der Fehlerdetektionswahrscheinlichkeit.

Der hauptsächliche Nutzerkreis der aus diesem Forschungsvorhaben resultierenden Ergebnisse liegt im Markt der Hersteller von ZfP-Verfahren, bei Herstellern von CFK-Bauteilen, welche im Bereich der Automobil-Zulieferindustrie zu finden sind, sowie zukünftig bei Service-Dienstleistern für eine zuverlässige Inspektion und präzise Lokalisation von Schäden an CFK-Bauteilen. Alle drei Bereiche sind stark durch KMU geprägt.

Ergebniszusammenfassung:

Im Rahmen des Entwicklungsprojekts wurde ein prototypisches Messverfahren zur automatisierten und bildgebenden

Prüfung komplex geformter CFK-Bauteile realisiert. Hierbei wird zunächst die Bauteilgeometrie automatisiert mittels optischer

Methoden erfasst. Die resultierenden Ergebnisse dienen anschließend als Eingangsinformation für die eigentliche

Wirbelstromprüfung zur Fehlstellendetektion. Durch Kombination der Geometrie- und Fehlstellenermittlung fungiert ein

dreidimensionales Ergebnisbild als Grundlage für die Bewertung. Eine autonome Auswertung auf Basis künstlicher

Intelligenz, die anwenderseitig angepasst und erweitert werden kann, klassifiziert abschließend die Bauteilqualität unter

Berücksichtigung von zuvor festgelegten Bewertungskriterien.

Das entwickelte Verfahren eignet sich vor allem zur in-service-Prüfung, bei der i. d. R. kein Zugang zu für die

Wirbelstromprüfung erforderlichen CAD-Zeichnungen der Bauteile bestehen. Gleichermaßen sind produktionsbegleitende

Prüfungen möglich, wobei aufgrund des hohen Automatisierungsverfahrens hochspezialisiertes Fachpersonal zur

Ergebnisauswertung und -interpretation explizit nicht erforderlich ist.

Im Rahmen des Projekts gelang es verschiedene CFK-typische Merkmale wie Delaminationen, Ondulationen und thermische

Schädigungen infolge hoher Spannungen, wie sie etwa bei Blitzeinschlägen im Luftfahrt- und Windkraftbereich vorkommen,

mit einer hohen Auffindwahrscheinlichkeit zu detektieren.