Terahertz-Prüfung to go

Mit mobiler Terahertz-Technologie des Fraunhofer ITWM lassen sich faserverstärkte Kunststoffe oder Schäume zerstörungsfrei prüfen.

Etablierte Verfahren wie Röntgen, Ultraschall, Thermographie, Wirbelstrom und viele andere leisten viel, aber insbesondere bei modernen faserverstärkten Kunststoffen oder Schäumen sowie Sandwich- und Hohlstrukturen stoßen sie an ihre Grenzen bei der Defekterkennung beziehungsweise der Strukturuntersuchung. So kann zum Beispiel Ultraschall nicht bei der Rohrinspektion während der Fertigung direkt nach dem Extruder eingesetzt werden. Gründe sind die hohe Temperatur des Werkstoffs und die plastische Seele im Rohrinneren.

Eine vergleichsweise neue und insbesondere im Kunststoffbereich äußerst vielversprechende und zerstörungsfreie Prüfmethode ist die Terahertz-Technologie. Terahertz-Wellen decken den Frequenzbereich zwischen 100 Gigahertz (GHz) und 10 Terahertz (THz) ab, was dem Wellenlängenbereich von 3 mm bis 30 μm entspricht. Zu ihren besonderen Eigenschaften gehört das gute Durchdringungsvermögen von Kunststoffen.

Die Terahertz-Messtechnik wurde in den vergangenen Jahren immer robuster und schneller, vor allem für industrielle Anwendungen. Gegenüber etablierten Prüfverfahren weist sie eine Reihe von Vorteilen auf: Es ist kein Ankopplungsmedium nötig. Messungen sind auch mit einseitigem Probenzugang möglich. Außerdem sind gebrannte und grüne Keramiken, Schäume, Hohlstrukturen und Faserverbundkunststoff-Sandwichstrukturen prüfbar. Die Eindringtiefe in die Bauteile ermöglicht in den meisten Fällen die dreidimensionale Volumenprüfung auf Poren, Lunker, Delaminationen sowie die Abbildung innerer Strukturen.

Den Forschern des Fraunhofer-Instituts für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM in Kaiserslautern ist es nun gelungen, das Messverfahren mobil zu machen und damit ein vollständiges Terahertz-Prüfsystem in Form eines Handscanners zu entwickeln. Das Sensorgehäuse ist geschlossen, staubdicht und spritzwassergeschützt und kann daher in einer Fertigungsumgebung zerstörungsfrei prüfen. Durch einen im Rechner integrierten Touchscreen ist es einfach zu bedienen.

Der Handscanner wird bereits für die Untersuchung stationärer Proben sowie an unterschiedlichen Prüfstellen in der Produktion eingesetzt, beispielsweise für die Qualitätskontrolle von Kunststoffrohren nach dem Schweißen. Da dies in der Regel außerhalb der Produktionshalle geschieht, ist ein mobiles Prüfsystem erforderlich.

Ein weiteres Beispiel ist die Untersuchung von Trockenbauwänden: Beim Bohren will man sichergehen, keine in der Wand verlegten Rohre oder Kabel zu treffen. Dabei ist nicht nur das Vorhandensein von Metall, Kunststoff sowie Strukturholz von Belang, sondern auch deren Lage – speziell die Tiefe – in der Wand. Der Handscanner detektiert jedes Material zuverlässig.

sk