Prüfaufbau für scannende Laserthermografie: Gleichzeitige Detektion von inneren Delamination und Oberflächenrissen in einem kontinuierlichen Prüfschritt.
Quelle: BAM
Faserverstärkte Kunststoffe gehören zu den Schlüsselwerkstoffen des modernen Leichtbaus. In der Luft- und Raumfahrt, aber auch im Automobilbau und in der Windenergie, erlauben sie eine erhebliche Gewichtsersparnis bei gleichzeitig hoher Tragfähigkeit. Doch der Werkstoff birgt eine tückische Eigenschaft: Stöße und Einschläge, wie sie etwa beim Handling oder durch Einschläge (Hagel, Steinschlag etc.) entstehen, können im Inneren des Bauteils schwere Schäden verursachen, ohne an der Oberfläche eine sichtbare Delle zu hinterlassen. Solche kaum sichtbaren Impactschäden können die Druckfestigkeit eines Bauteils signifikant herabsetzen und sind oft sicherheitskritisch.
In Zusammenarbeit mit der AGH-Universität Krakau wurde nun ein Prüfverfahren entwickelt, das die charakteristischen Schadensausprägungen von Impactschäden – innere Delaminationen und oberflächennahe Risse der Matrix – in einem einzigen Prüfschritt zuverlässig nachweist. Grundlage ist hierfür die zerstörungsfreie Prüfung mittels aktiver Laserthermographie: Ein Laserstrahl wird hier zu einer schmalen Linie aufgeweitet und von einem Roboterarm kontrolliert über das Bauteil geführt. Eine hochauflösende Wärmebildkamera zeichnet dabei auf, wie sich die durch den Laserstrahl eingebrachte Wärme im Material ausbreitet. Defekte stören diesen Wärmefluss und erzeugen messbare Temperaturunterschiede auf der Oberfläche.
Das methodische Herzstück der Studie liegt in der zweigleisigen Auswertung der aufgezeichneten Wärmebildsequenzen. Der erste Auswertepfad rekonstruiert das vollständige zeitliche Temperaturprofil jedes Flächenpunkts, aus dem sich tieferliegende Störungen im Wärmefluss sichtbar machen lassen. Der zweite Pfad berechnet aus jeder einzelnen Wärmebildaufnahme den räumlichen Temperaturgradienten entlang der Abtastrichtung und summiert diese über die gesamte Messzeit auf. Das so entstehende Summenbild hebt scharfe Temperatursprünge an Oberflächenrissen aus dem Hintergrundrauschen hervor. Beide Ergebnisbilder können anschließend zu einem kombinierten Falschfarbenbild zusammengeführt werden, in dem Delaminationen und Risse gleichzeitig und räumlich eindeutig gekennzeichnet sind.
Da die scannende aktive Laserthermographie flächenmäßig unbegrenzt skalierbar ist und sich vollständig in robotergestützte Prüfsysteme integrieren lässt, eröffnet das Verfahren einen praktikablen Weg zur automatisierten Prüfung und Zustandsüberwachung großer Kompositstrukturen.
Impact damage characterization on CFRP parts using laser line scanning active thermography
Michał Sobczak, Julien Lecompagnon, Philipp Daniel Hirsch, Łukasz Pieczonka, Mathias Ziegler
Composites Part B: Engineering, 2026