Hochgenaue Strukturerkennung von Holzbauteilen mit 3D-Ultraschall

Inhalt ist die zerstörungsfreie Detailuntersuchung von Holzbauteilen mit einem dreidimensional abbildenden Ultraschall-Echoverfahren. Das neu entwickelte 3D-Verfahren berücksichtigt den anisotropen Aufbau des Holzes. Die Bildschnitte und Projektionen werden aus flächigen Ultraschallaufnahmen berechnet. Die Messungen erfolgen an Probekörpern sowie an Bauteilen aus der Praxis. In dem Forschungsvorhaben wird die für Holz neue 3D-Rekonstruktionsrechnung verwendet und mit dem Ziel weiterentwickelt, unter Berücksichtigung der anisotropen Struktur des Holzes eine dreidimensional aufgelöste Abbildung von Reflektoren im Inneren der Holzbauteile zu ermöglichen. Damit werden die bisher für Holzbauteile zur Verfügung stehenden Verfahren entscheidend ergänzt, weil nun eine hochgenaue dreidimensionale Abbildung erreichbar ist (Auflösung: 20 mm und besser). Dies soll dazu dienen, die Errichtung von Holzbauwerken hoher Qualität zu unterstützen und diese Qualität in sinnvollen Intervallen mit dem Ziel einer hohen Dauerhaftigkeit zu überwachen. Bevor praktische Anwendungen beispielhaft angegangen werden konnten, waren langwierige Grundlagenuntersuchungen an idealisierten Probeköpern erforderlich. Die wesentlichen Fortschritte lassen sich wie folgt zusammenfassen: Speziell bei kleinen Bauteilen sind die Analyse, die rechnerische Berücksichtigung und die Unterdrückung der Oberflächenwellen wesentlich. Die für die Abbildung erforderlichen richtungsabhängigen Materialgeschwindigkeiten werden anhand von bekannten Reflektoren und der Anpassung des Geschwindigkeitsprofils für das aktuell verwendete Material bestimmt. Die Abbildung von künstlichen Reflektoren gelingt in vielen Fällen nur, wenn die durch die Oberflächenwellen im Volumen angeregten Kopfwellen berücksichtigt werden. In Brettschichtholz aus Fichte gelingt die genauste Abbildung von Flachbodenbohrungen mit der TT-Polarisation (Druckwellen in T-Richtung (tangential zu den Jahresringen)). Mit den anderen Polarisationen TL (Scherwellenausbreitung tangential zu den Jahresringen und polarisiert in Faserrichtung), sowie TR (Polarisation in radialer Richtung), werden nur teilweise deutliche Abbildungen erreicht. Die im Vorhaben gewonnenen Erkenntnisse werden erfolgreich an einer Fußgänger-Forschungsbrücke demonstriert. Insgesamt werden aus den Ergebnissen der Forschungsarbeit Hinweise für ein Gerätekonzept für die praxisgerechte Ultraschallprüfung abgeleitet. Das Vorhaben hat überwiegend Ergebnisse dazu geliefert, mit welchen Wellenmoden und mit welcher Mess- und Auswertetechnik Reflektoren in Holzbauteilen ortsgenau abgebildet werden können. Hier gibt es wegweisende Ergebnisse, aus denen sich aber noch nicht ableiten lässt, für welche konkreten Prüfaufgaben diese Art der Ultraschall-Bildgebung praxisgerecht einsetzbar ist. Dafür sind weitere systematische Untersuchungen an entsprechenden Probekörpern und entnommenen Bauteilen erforderlich.