Fraunhofer IZFP

Das Fraunhofer-Institut für Zerstörungsfreie Prüfverfahren IZFP ist ein internationales Forschungs- und Entwicklungsinstitut für angewandte, industrienahe Forschung mit Hauptsitz in Saarbrücken. Im Zentrum der Tätigkeiten steht die Entwicklung intelligenter Sensor- und Datensysteme für Sicherheit, Nachhaltigkeit und Effizienz. Die Arbeitsergebnisse finden in Wirtschaft und Industrie Verwertung. Die wissenschaftlich-technologischen Lösungen unterstützen Wissenschaft und Wirtschaft und wirken gleichzeitig an der Gestaltung der Gesellschaft und Zukunft mit.

Das FuE-Portfolio beinhaltet neben maßgeschneiderten Sensorsystemen, Sensordatenmanagement, Datenanalyse und Datenwertschöpfung mit KI- und Machine-Learning-Techniken auch umfangreiche Beratungstätigkeiten u. a. im Bereich der Normung. Das Verständnis der technischen Prüf- und Sensorphysik wird zudem durch Technologien und Konzepte aus der KI-Forschung ergänzt. Das jahrzehntelange Anwendungs- und Prozessverständnis für Materialien und die daraus gefertigten Produkte bildet weiterhin die Grundlage für die zukünftige Forschung und Entwicklung in neuen Bereichen. Durch die Erweiterung um Aspekte der digitalen Signal- und Informationsverarbeitung werden neuartige Anwendungen in Domänen wie kritische Infrastruktur, Ernährungswirtschaft, nachhaltige Kreislaufwirtschaft (Circular Economy) und Ressourcenschutz bzw. -schonung möglich.

Fraunhofer IZFP

Das Fraunhofer IZFP verfügt über vielfältige Kompetenzen zur Erzeugung sensorgestützter Daten. Dazu zählen u. a. Verfahren zu

• Elektromagnetik (Terahertzwellen, Mikrowellen, Mikromagnetik, Streufluss, Wirbelstrom)
• Optik (Laser, Interferometrie)
• Thermographie (Induktionsthermographie etc.)
• Ultraschall (Phased Array, Sampling Phased Array, EMUS, Luftultraschall, Piezoelektrik)

Auf dieser Grundlage entwickelt das Institut Technologien und Systemlösungen zur

• Identifikation, Analyse und Bewertung von Rohstoffen oder Materialien
• Definition von Parametern für die Produktentwicklung
• Überwachung und Regelung von Produktionsprozessen
• Qualitätskontrolle an Produkten
• Zustandsüberwachung von Produkten im Betrieb/Handel
• Sortierung von Materialien im Recycling

Thermographie

Das Fraunhofer IZFP entwickelt und appliziert verschiedene Varianten thermischer Prüftechniken, die unterschiedliche physikalische Effekte zur Aufheizung bzw. Abkühlung und unterschiedliche Auswertetechniken nutzen. Dabei werden sowohl passive als auch aktive thermographische Methoden angewandt. Während bei der passiven Thermographie die Umgebung oder Prozesse die Temperaturverteilung eines Prüfobjekts bedingen, wird bei der aktiven Thermographie eine externe thermische Anregung angewendet und die Temperaturverteilung der Oberfläche des Prüfobjekts mit einer Infrarotkamera zeitaufgelöst erfasst.

Anwendungsbeispiele

• Schichtdickenmessungen von Lackierungen oder von Keramikbeschichtungen auf Turbinenschaufeln, Detektion von Anhaftungsfehlern auf dem beschichteten Material
• Detektion von Mikrofehlern in Folienverbunden
• Detektion verborgener Schäden bzw. Delaminationen in Verbundwerkstoffen
• Detektion von Oberflächenrissen in Stahlkomponenten (Guss/Schmiede) als Alternative zur Magnetpulverprüfung
• Prüfung an Stahl-Langprodukten in Bewegung
• Erkennung von unerwünschten Fremdphasen in Gussstahl
• Rissdetektion in Keramik
• Materialidentifikation und Unterdrückung von Emissivitätseinflüssen durch spektrale Auflösung
• Materialidentifikation und Klassifizierung von Verpackungsabfällen

• Piezoangeregter Ultraschall
• Piezobasierte Gruppenstrahlertechniken (Phased-Array)
• Datenrekonstruktionsverfahren wie z.B.:
  • Synthetic Apertur Focusing Technik (SAFT)
  • Total Focusing Method (TFM)
  • Plane Wave Imaging (PWI)
  • Progressive SAFT
  • Compressed- Sensing basierte Verfahren
• Koppelmittelfrei arbeitender, elektromagnetisch angeregter Ultraschall (EMUS)
• Hochfrequenz-Ultraschall 10-200 MHz
• Luftgekoppelter Ultraschall

Elektromagnetik (Mikro- und Millimeterwellen, Terahertz, Mikromagnetik, Streufluss, Wirbelstrom)

Mit Hilfe hochfrequenter elektromagnetischer Wellen (meist im Frequenzbereich 1 GHz bis 3 THz) können die unterschiedlichsten nichtmetallischen Materialien und daraus hergestellte Bauteile zerstörungsfrei und berührungslos untersucht werden. Dies betrifft sowohl die Bestimmung von Materialeigenschaften (dielektrische Konstante, quasioptische Eigenschaften) als auch die Detektion von Fehlern, z. B. Poren, Ondulationen, fehlerhafte Klebenähte. Eine Bildgebung ist im Reflexions- oder Transmissionsmodus abrasternd (scannend) möglich, wobei eine Ortsauflösung in Abhängigkeit von der Wellenlänge erzielt wird.

Die am Fraunhofer IZFP entwickelte mikromagnetische Prüftechnik »3MA« nutzt Analogien zwischen magnetischen und mechanisch-technologischen Eigenschaften ferromagnetischer Werkstoffe, um von zerstörungsfrei messbaren magnetischen Kenngrößen mittels maschineller Lerntechniken quantitativ auf z.B. Härte, Härtetiefe, Zugfestigkeit und Streckgrenze zu schließen. Ebenso ist eine Verwechselungsprüfung umsetzbar. Flächige Bildgebung wird durch schnelle Scans mit Einzelsensoren und Sensorarrays ermöglicht.

Die sondengestützte magnetische Streuflussprüfung nutzt das gleiche physikalische Phänomen wie die industriell verbreitete Magnetpulverprüfung (»Fluxen«), um oberflächennahe Risse in ferromagnetischen Prüfobjekten nachzuweisen. Im Unterschied zur Magnetpulverprüfung ist aber kein Anzeigemittel nötig, da die magnetischen Streufelder am Riss durch hochempfindliche Magnetfeldsonden erfasst werden. Im scannenden Verfahren mit Einzelsonden oder Sondenarrays entstehen Bilder, in denen Risse mit Klaffungsbreiten im sub-µm-Bereich nachweisbar sind. Im Falle größerer Klaffungen, wie sie z.B. bei Spanngliedbrüchen im Bauwesen auftreten können, sind die Streufelder sogar aus Abständen von mehr als 10 cm nachweisbar, wodurch auch verdeckte oder sensorabgewandte Fehler erkennbar werden.

Wirbelstromverfahren (ET) gehören zu den weit verbreiteten zerstörungsfreien Prüfverfahren für elektrisch leitfähige Materialien. Während ET meist zur Fehlerprüfung eingesetzt wird, können die ermittelten Messdaten auch rechnerisch verarbeitet werden, um Rückschlüsse auf Materialeigenschaften im Sinne der Verwechselungsprüfung, Materialerkennung und Eigenschaftsklassifikation zu ziehen. Auch hier bieten schnelle Scans und Sensorarrays die Möglichkeit zu schneller Bildgebung.