Zerstörungsfreie Qualitätskontrolle für mehr Sicherheit und Effizienz

Bei der laserinduzierten Plasmaspektroskopie, kurz LIBS werden intensive Laserpulse auf die Oberfläche der Materialprobe gerichtet.
(c) WHZ/Kartsen Schmiedel

Forscher der Westsächsischen Hochschule Zwickau (WHZ) und des Forschungs- und Transferzentrums (FTZ) e.V. haben gemeinsam mit Partnern aus der Industrie ein innovatives Analyse-System entwickelt. Die endoskopische Laser-Analysetechnik namens „EndoDetect“ ermöglicht die Bewertung des Zustands von Baumaterialien und Bauteilen – und das ohne Beschädigung oder Materialprobenentnahme.

Wissenschaftler Karsten Schmiedel (WHZ) erklärt neuentwickelte endoskopische Laseranalysetechnik an einem Bauteil
Wissenschaftler Karsten Schmiedel (WHZ) erklärt neuentwickelte endoskopische Laseranalysetechnik an einem Bauteil. (c) WHZ/Ivonne Mallasch

Die zerstörungsfreie Prüfung ist ein entscheidender Schritt in der Qualitätssicherung von Bauwerken. Durch diese Methode können Baumaterialien, Bauwerke oder Bauteile auf Sicherheit und Funktionsfähigkeit analysiert werden, ohne sie zu beschädigen oder Materialproben zu entnehmen. Derartige Prüfmethoden optimieren Qualitätskontrollen und sparen Kosten durch einfache und schnelle Inspektionen, welche Reparaturaufwendungen geringhalten und potenzielle Gefahren frühzeitig erkennen.

Im Projekt „EndoDetect“ entwickelten Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen der Westsächsischen Hochschule Zwickau und des Forschungs- und Transferzentrum (FTZ) e.V. an der WHZ gemeinsam mit den Projektpartnern LTB Lasertechnik und der SFK-Service aus Berlin sowie der Technischen Hochschule Wildau, ein faserbasiertes, endoskopisches Analyse-System mit einem Mikroscanner. Der Scanner soll die ortsaufgelöste Bestimmung der stofflichen Zusammensetzung von Metalllegierungen, insbesondere Schweißnähte in Hohlräumen ermöglichen. Die Umsetzung erfolgte mittels laserinduzierter Plasmaspektroskopie, kurz LIBS. Dabei werden intensive Laserpulse auf die Oberfläche der Materialprobe gerichtet, um ein Plasma zu erzeugen, das charakteristische Spektrallinien emittiert. Die chemische Zusammensetzung der Probe wird durch die spektrale Analyse dieser Lichtemissionen bestimmt. „Der mit den Partnern entwickelte LIBS-Endoskop-Demonstrationsaufbau beweist die Umsetzbarkeit unserer Idee und wurde für den Einsatz im Automobil- und Behälterbau zunächst im Labor getestet“, berichtet Karsten Schmiedel, wissenschaftlicher Mitarbeiter an der WHZ.

Mikroscanner und Hochleistungsfaser

Das FTZ entwickelte die Ansteuerungselektronik für den kleinen, leistungsstarken Scanner. „Dieser ist in der Lage, hochauflösende und präzise Bewegungen in einem Endoskop auszuführen, das in Hohlräume von Baumaterialien oder bei tiefgezogenen Bauteilen eingesetzt werden kann.“, erklärt Prof. Dr. Peter Hartmann. Des Weiteren designten die Wissenschaftler im FTZ den Endoskop-Kopf und befassten sich mit der Entwicklung und Prüfung von Techniken, die es ermöglichen, Material von einer Oberfläche abzutragen (Ablation) und gleichzeitig das dabei erzeugte Signal zu erfassen und zu analysieren.

Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen der Fakultät Physikalische Technik/Informatik (WHZ) entwickelten und evaluierten eine optische Hochleistungsfaser. Mit dieser Faser kann gleichzeitig die Laserstrahlung auf die Oberfläche der Probe gerichtet und das entstehende Plasmalicht in der Faser zur Auswerteeinheit zurückgeleitet werden. Besonders wichtig war dabei die Vorbereitung der Faser durch das Verbinden von verschiedenen optischen Faserkomponenten.

Projekt: EndoDetect – Entwicklung eines positionserkennenden, microscannerbasierten endoskopischen LIBS – Systems für die in situ Materialanalyse von Metallverbundwerkstoffen (FKZ-FTZ: KK5028001SY0, FKZ-WHZ: KK5016602SY0). Gefördert wird das Projekt durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz.

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Westsächsische Hochschule Zwickau
Fakultät Physikalische Technik/ Informatik
Kornmarkt 1, 08056 Zwickau
Prof. Dr. rer. nat. habil. Peter Hartmann
Peter.hartmann@fh-zwickau.de
Telefon +49 375 536-1538
Mobil +49 1522 9262090

Weitere Informationen:

http://www.whz.de Website der Westsächsischen Hochschule Zwickau
http://www.ftz-zwickau.de Forschungs- und Trasferzentrum an der WHZ

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