Im Rahmen eines vom BMBF geförderten Projektes haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Saarbrücker Fraunhofer-Instituts für Zerstörungsfreie Prüfverfahren IZFP begonnen, ein neuartiges bildgebendes Verfahren zu entwickeln, das in Echtzeit lebendige Bilder von Mikrostrukturveränderungen und Spannungsverteilungen liefern wird. Die Technologie wird auf völlig neuartige Weise Informationen über die Belastbarkeit und Lebensdauer von Stahlbauteilen liefern. Materialeigenschaften beeinflussen die Belastbarkeit und Lebensdauer von Stahlbauteilen. Besonders bei sicherheitsrelevanten Bauteilen ist die zuverlässige und schnelle, möglichst echtzeitfähige Qualitätssicherung der Komponenten unumgänglich, um ungewollte Veränderungen des Gefüges und der Eigenspannungen im Material zu verhindern. Derartige Veränderungen können bereits während der Produktion, aber genauso erst nach Inbetriebnahme auftreten. Sie sind durch ihren negativen Einfluss auf die Produktqualität und Einsatztauglichkeit sowohl für die Betriebssicherheit als auch für die Wertschöpfung von hoher Relevanz. Bisher können Gefüge- und Eigenspannungsverteilungen für die industrielle Qualitätssicherung nicht schnell und zerstörungsfrei erfasst werden, wenn es dabei auf laterale Auflösung oder hohe Tiefenauflösung ankommt. Bei sicherheitsrelevanten Bauteilen unterschiedlicher Größenskalen, z.B. in der Automobil- und Bahnindustrie oder bei Kraftwerkskomponenten, besteht diesbezüglich erheblicher Bedarf. „Unmittelbares Ziel dieses Forschungsvorhabens ist die Entwicklung, Erprobung und Validierung unter Laborbedingungen eines neuartigen bildgebenden Verfahrens zur zerstörungsfreien Materialanalyse mittels magnetooptischer Sensorik. Die Innovation des Vorhabens besteht in der Kombination der aktuellen Möglichkeiten der Magnetooptik mit denjenigen der Mikromagnetik und somit der Anwendung optischer Technologien im Bereich der Qualitätssicherung“, erläutert Dr. Madalina Rabung, verantwortliche Projektleiterin und Wissenschaftlerin am Fraunhofer IZFP. Mit Hilfe des neu entwickelten Verfahrens wird ein zerstörungsfrei arbeitendes magnetooptisches System entwickelt, das die Verteilung von Mikrogefüge und Spannungen über große Bauteilflächen mit einer oberflächennahen Ortsauflösung von besser als 50m bis in eine Tiefe von ca. 1mm unter der Oberfläche bildgebend und innerhalb weniger Sekunden erfasst.
Ein zerstörungsfreies magnetooptisches System erfasst die Verteilung von Spannungen über große Bauteilflächen mit einer Ortsauflösung von besser als 50m bis in eine Tiefe von ca. 1mm unter der Oberfläche innerhalb weniger Sekunden. – Bild: Fraunhofer IZFP 
Bild: Fraunhofer Institute for
BiWa-MOS Projekt
Das Vorhaben BiWa-MOS (Bildgebende Werkstoffanalyse mittels magnetooptischer Sensorik zur schnellen Qualitätssicherung von Stahlbauteilen) betrifft die Entwicklung zerstörungsfreier Verfahren für die Qualitätssicherung und Zustandsbewertung von Stahl- und Gusseisenkomponenten. Mit dem dabei verfolgten Lösungsansatz einer bildgebenden Methode zur Werkstoffanalyse auf Grundlage von Magnetooptik soll mit anderen Mitteln genau die Brillanz lebendiger Abbildungen ermöglicht werden, wie sie Abbildungen von Ungeborenen im Mutterleib zu eigen ist. Die Fähigkeit zur Extraktion und rechnerischen Weiterverarbeitung von Kenngrößen aus magnetooptischen Bildern zur sofortigen Visualisierung der flächigen Verteilung von Materialeigenschaften ist ein wichtiger Schritt für die Überführung der klassischen zerstörungsfreien Prüfung zu intelligenten, kognitiven Sensorsystemen. „Unser Verfahrensansatz erschließt als völlig neuartige Methode zur ortsaufgelösten Materialanalyse optische Technologien für die Qualitätssicherung in der Produktentwicklung und der Komponentenüberwachung“, so Dr. Rabung. Diese neue, echtzeitfähige Methode zur Visualisierung von Mikrostrukturveränderungen und Spannungsverteilungen in höchster Qualität legt den Grundstein für eine zerstörungsfreie bildgebende Echtzeit-Werkstoffanalyse, für die ein enormes wissenschaftliches und perspektivisch auch wirtschaftliches Anknüpfungspotenzial besteht.