Noch immer gibt es Vorfälle in der Luftfahrt, die aufgrund von Bauteilversagen zu kritischen Situationen im Flug und am Boden führen. Nicht alle aktuell eingesetzten Prüfverfahren können Fehler in der Frühphase erkennen, die zu einem solchen Ausfall führen. Dies gilt besonders für die modernsten Flugzeugtypen mit ihren oftmals neuartigen Materialien. Daraus ergibt sich die dringende Notwendigkeit nach sicheren Prüfsystemen. Das Fraunhofer IKTS hat hierfür auf Grundlage seiner langjährigen Expertise in der zerstörungsfreien Prüfung die klassischen auf Ultraschall basierenden Prüfverfahren deutlich verbessert.

Kompakt, hochsensitiv, vollautomatisch, schnell – Neue Prüfsysteme erfüllen die höchsten Anforderungen

Die neu entwickelten Prüfsysteme punkten mit grundlegenden Neuerungen: Kommerziell verfügbare Ultraschallsensoren basieren auf herkömmlichen Piezowandlern, die in ihrer Empfindlichkeit begrenzt sind. Im Vergleich dazu bieten die am Fraunhofer IKTS entwickelten Ultraschallsensoren auf Basis von piezoelektrischen Einkristallen bis zu 10 dB (Dezibel) mehr Empfindlichkeit. Daraus ergeben sich ein besserer Kontrast zwischen Defekten und Rauschen, eine verbesserte Auflösung in der Tiefe und letztlich auch aussagekräftigere Bilder.

Ergänzend dazu ermöglicht die sogenannte biplanare Arraytechnologie des IKTS, dass das Schallfeld des Sensors in zwei Ebenen geschwenkt und fokussiert werden kann. Dadurch lassen sich dreidimensionale Bilder erzeugen, was bislang nur mit Flächensensoren gelang. Diese Sensoren sind allerdings kostenintensiv, anfällig und weniger präzise und somit keine Alternative zur biplanaren Arraytechnologie.

Eine weitere Verbesserung wurde an der Elektronik der Ultraschallsensoren vorgenommen. Die kompakte Vielkanalelektronik der PCUS Pro II Serie des Fraunhofer IKTS sorgt hier dafür, dass deutlich mehr Sender und Empfänger auf kleinstem Bauraum integriert werden können. Dadurch erhöhen sich der Informationsgewinn sowie die Empfindlichkeit signifikant. Darüber hinaus kann die 128-Kanal-Elektronik direkt am Sensor appliziert werden. Lange analoge Übertragungsleitungen zum Schaltschrank entfallen dadurch.

Komplettiert wird das neue Prüfsystem von einer speziellen Breitband-Ultraschallsensorik für die Schallgeschwindigkeits- und Dämpfungsspektroskopie. Durch deren Abstrahlverhalten lassen sich ein deutlich breiteres Spektrum und somit mehr Information zum untersuchten Bauteil generieren.

Integration in Robotersysteme sorgt für mehr Flexibilität, Zeit- und Kostenersparnis

Diese unikalen IKTS-Entwicklungen werden in Robotersysteme integriert, die nicht nur flexibel sondern auch frei parametrierbar sind. Dadurch können auch komplexe Bauteilgeometrien schnell und effizient geprüft werden. Aufwendige Einzelmessungen verbunden mit einem hohen Umbauaufwand werden somit überflüssig.

»Das IKTS ist in der Lage, komplette vollautomatisierbare Prüfsysteme für die Industrie anzubieten, die hinsichtlich Fehlererkennung, Prüfsicherheit und Prüfgeschwindigkeit deutlich über den Stand bisher verfügbarer kommerzieller Systeme hinausgehen«, erklärt Dr. Hennig Heuer, Abteilungsleiter »Prüf- und Analysesysteme« am Fraunhofer IKTS.

Die neu entwickelten, voll automatisierten Ultraschallsysteme wurden bereits erfolgreich für die Prüfung von neuartigen Rotorblättern sowie von Turbinenkomponenten aus keramischen Faserkompositmaterialien oder Titanwerkstoffen getestet.