Numerisches Verfahren für die aktive Thermografie zur Untersuchung von Rückwandgeometrien

Die einseitige Bestimmung von Wanddicken ist in vielen Bereichen der Industrie wichtig für die Sicherheit und Qualitätssicherung von Anlagen. Ziel ist es, die Dichtheit der Komponente zu garantieren, um einerseits den Austritt gefährlicher Stoffe zu vermeiden und andererseits den Verlust wertvoller Flüssigkeiten oder Gase zu verhindern. Bei Rohren, Druckbehältern und chemischen Anlagen hat man für eine Prüfung der Wanddicke in der Regel nur Zugang von der Außenwand – abgesehen von Rohrprüfungen z. B. mittels Ultraschallsonden (sogenannte Molche), welche in den Produktstrom durch die Rohre geleitet werden. Um die Wanddicke zu bestimmen, gibt es verschiedene Verfahren der zerstörungsfreien Prüfung (z. B. Ultraschall-, Röntgen- und Wirbelstromprüfung, Thermografie). Einer der Vorteile der Thermografie ist, dass sie berührungslos funktioniert. Bei der aktiven Thermografie wird der Probekörper kurzzeitig erwärmt oder abgekühlt, und die thermische Antwort wird mit einer Infrarot-Kamera gemessen und evaluiert. Aus den aufgenommenen Wärmebildern wird die Rückwandgeometrie, d. h. die Wanddicke für ein Profil oder flächendeckend (2D/3D), bis in den sub-mm-Bereich ermittelt, wobei es sich mathematisch um ein inverses Problem handelt. Eines der klassischen Verfahren für inverse Probleme, die Levenberg-Marquardt-Methode, wird in dieser Arbeit erstmalig an experimentell gewonnenen thermografischen Daten der zerstörungsfreien Prüfung erfolgreich angewendet. Die untersuchten Probekörper repräsentieren unterschiedliche Materialien (PVC, Stahl) und besaßen neben künstlichen Defekten (Nuten verschiedener Form, Flachbodenbohrungen) auch Defekte, welche auf natürlichem Wege entstanden waren (Korrosionslöcher in Rohren). Der punktweise Rekonstruktionsfehler war tiefenabhängig und erreichte im Schnitt aller Nutprobekörper maximal 2 bzw. 6 mm für Tiefenlagen unter bzw. über 10 mm.