26.02.2014

Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS

3D-Wirbelstromscanner für kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe (CFK)

Mit kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen (CFK) kann das Gewicht von Flugzeugen und Autos reduziert werden, ohne dass Steifigkeit, dynamische Stabilität oder Festigkeit verloren gehen. Dies gilt aber nur für fehlerfreies Material. Das Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS entwickelt wirbelstrombasierte Diagnosesysteme (EddyCUS), mit denen CFKs entlang der Bearbeitungskette geprüft werden können, vom Rohgelege bis zur Produktion ganzer Baugruppen aus CFK.

Mit der Entwicklung eines 3D-Wirbelstrom-Scansystems konnte am Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme, Institutsteil Material Diagnostik IKTS-MD, ein wichtiger Schritt hin zur produktionsintegrierten Diagnose von CFK-Baugruppen erreicht werden. Es weist folgende Vorteile auf:
- Berührungsfreie Prüfung von 3D-Strukturen
- Gegenüber Ultraschall überlegene Eindringtiefe
- Schnelle Adaption für unterschiedliche Prüfaufgaben
- Einfache Anwendbarkeit ohne Strahlenschutz oder Koppelmittel
- Hohe Bahngeschwindigkeit bis 500 mm/s
- Automatischer Ausgleich von Unebenheiten auf der Prüfoberfläche
- Hohe Fehlersensitivität durch Mehrfrequenzerfassung und richtungsabhängige Prüfsonden

3D-Wirbelstrom-Scansystem
Wirbelstrombasierte Prüfmethoden nutzen die elektrischen Eigenschaften der Kohlenstofffasern zur Qualitätsbeurteilung. Sie sind aufgrund ihrer einfachen Anwendbarkeit (ohne Koppelmittel, kein Strahlenschutz erforderlich) besonders für eine schnelle prozessnahe Prüfung geeignet. Der universell parametrierbare Wirbelstromscanner EddyCUS® des Fraunhofer IKTS ist dank der Erzeugung von verzerrungsfreien Leitfähigkeitsbildern auch an 3D-Strukturen einsetzbar. Das prozessintegriert zu prüfende Bauteil wird mit einer Streifenlichtkamera digitalisiert. Entsprechend einer automatisch bestimmten Bahnplanung führt der Roboter den Wirbelstromsensor orthogonal über die Bauteiloberfläche. Die Messergebnisse werden zu einem Rasterbild (C-Scan) zusammengesetzt.

Mittels virtuell justierter Oberflächendigitalisierung mit Flächenrückführung ist eine schnelle Adaption von Prüfaufgaben möglich. Unebenheiten werden fast vollständig ausgeglichen, um Abhebeeffekte minimal zu halten. Maßgebliche Eigenschaften neben der hohen Scangeschwindigkeit bei gleichzeitig hoher Auflösung sind vorrangig die Nachführung des Sensors auf schrägen, planaren Flächen und eine flexible Parametrierung der leicht auswechselbaren Sensoren. Das Standardgerät kann eine maximale Fläche von 300 x 300 mm mit einer Geschwindigkeit von 500 mm/s und einer Samplerate von 3000 S/s erfassen. Darüber hinaus bietet die MPECS-(Multi Parameter Eddy Current Scanner)-Software eine sequenzielle Mehrfrequenzerfassung mit bis zu vier Frequenzen. Dies ermöglicht gemeinsam mit den richtungsabhängigen Prüfsonden eine genaue Unterscheidung von Fehlerarten.

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