Verbesserung der 1D-Rekonstruktion von acht internen Defekten durch laserangeregte Super Resolution (SR)
Quelle: BAM, Fachbereich Thermografische Verfahren
Die aktive Thermografie besitzt bereits einen breiten Einsatzbereich in der zerstörungsfreien Prüfung, insbesondere bei der Untersuchung von Metallen und Faserverbundwerkstoffen. Dennoch sind eng benachbarte und tief unter der Oberfläche liegende Defekte nur schwach oder gar nicht detektierbar. Dies liegt vor allem an der diffusen Wärmeausbreitung. Man kann nicht einfach wie beim RADAR oder Ultraschall einen Sendeimpuls aussenden und die reflektierte Laufzeit messen, weil solch ein Wärmeimpuls sofort in alle Richtungen zerfließt. Eine Kooperation aus BAM, TU Berlin und RECENDT (Linz) hat jetzt ein Verfahren vorgestellt, mit dem sich die übliche räumliche Auflösungsgrenze der Thermografie um ein Vielfaches verbessern lässt. Anstatt eines einzigen Wärmeimpulses, der die gesamte Oberfläche auf einmal erwärmt, wird die Oberfläche nun mithilfe einer Laserlinie schrittweise und überlappend nacheinander erwärmt. Die Motivation für solch eine strukturierte Beleuchtung kommt aus der optischen Mikroskopie, wo sie für die „superauflösende Mikroskopie“ benutzt wird. Alle diese Messungen zusammengenommen haben eine gemeinsame Eigenschaft: Sie betrachten alle denselben Prüfkörper mit derselben örtlichen Defektverteilung. Da Defekte in der Regel selten auftreten, wird die gemeinsame Eigenschaft der Messungen als „joint sparsity“ betitelt. Mithilfe von mathematischen Optimierungsverfahren ist es möglich, das zugrundeliegende inverse Problem, also die Rekonstruktion der Defektposition aus der gemessenen Temperaturverteilung, zu lösen. So können beispielsweise eng benachbarte Hohlräume in additiv gefertigten Edelstahlkomponenten mit einer mehr als viermal so guten Ortsauflösung voneinander detektiert werden als es der Stand der Technik bislang erlaubte. Die experimentellen Anforderungen sind vergleichsweise gering, denn in Kombination mit dem mathematischen Ansatz ist keine präzise örtliche Steuerung der Laserbeleuchtung erforderlich. Wird etwas weniger Auflösungsverbesserung gefordert, ist sogar ein kontinuierlicher Scan innerhalb weniger Sekunden möglich.
Laser excited super resolution thermal imaging for nondestructive inspection of internal defects
Samim Ahmadi, Julien Lecompagnon, Philipp Hirsch, P. Burgholzer, P. Jung, G. Caire, Mathias Ziegler
erschienen in Scientific Reports, Vol. 10, Issue 1, page 22357, 2020
BAM Fachbereich Thermografische Verfahren