Fraunhofer-Institut für Hochfrequenzphysik und Radartechnik FHRIm NRW-Leitmarkt-Projekt FiberRadar wird ein Verfahren zur automatisierten und zerstörungsfreien Analyse von Faserverbundmaterialien entwickelt. Ziel ist die frühzeitige Erkennung von Fehlern in glasfaserverstärkten Kunststoffen, wie sie beispielsweise bei Rotorblättern von Windkraftanlagen eingesetzt werden. Bei der Herstellung von Faserverbundbauteilen werden mehrere Glasfasermatten übereinandergelegt, vakuumiert und mit Harz fixiert. Fehler in der Ausrichtung oder im Verlauf der Fasern können die mechanischen Eigenschaften der Bauteile erheblich beeinträchtigen. Bisherige Prüfverfahren erlauben meist nur eine manuelle Kontrolle der obersten Schicht, während Defekte in tieferen Lagen häufig erst nach der Fertigung erkannt werden. Dies führt zu aufwendiger Nacharbeit oder zum Ausschuss von Bauteilen.
Verbesserte 3D-Bildgebung zur Materialprüfung
Im Projekt FiberRadar wird ein voll-polarimetrisches Radarsystem eingesetzt, das Signale in zwei Polarisationen sendet und empfängt. Aus den daraus entstehenden vier Signalkombinationen lassen sich Informationen über die Ausrichtung der Faserlagen sowie mögliche Defekte ableiten. Durch zusätzliche Brechungskompensation wird die Bildqualität verbessert, sodass auch tieferliegende Schichten zuverlässig analysiert werden können. Auf diese Weise wird eine dreidimensionale und zerstörungsfreie Untersuchung des
gesamten Materialvolumens ermöglicht.
Zur praktischen Anwendung wird das Radarsystem auf einer robotergestützten Plattform integriert. Der Roboter scannt Bauteile automatisiert während der Fertigung und ermöglicht eine kontinuierliche Qualitätskontrolle. Bei Testmessungen unter Realbedingungen konnten typische Fehler wie Winkelfehler, Ondulationen oder unterbrochene Faserlagen zuverlässig erkannt werden – auch in verdeckten Schichten.
Im Projekt FiberRadar wird damit eine Technologie zur präzisen Überwachung der Herstellung von Faserverbundwerkstoffen realisiert, die insbesondere für Anwendungen im Bereich der Windenergie, im Leichtbau sowie für weitere industrielle Fertigungsprozesse eingesetzt werden kann.
Projektpartner und Förderung
In FiberRadar vereint sich die integrierte Radartechnologie der Ruhr-Universität Bochum, die Algorithmenexpertise des Fraunhofer FHR und die Robotikkompetenz der FH Aachen zur Realisierung eines Messsystems, welches die Fertigung von Faserverbundwerkstoffen und Kontrolle der gefertigten Bauteile in derzeit nicht realisierbarer Präzision ermöglicht. Durch die Erfahrung des Industriepartners, die Aeroconcept GmbH, kann die Technologie damit direkt in den Fertigungs- und Monitoringprozess im Bereich der Windradblattherstellung eingebracht und eine Schlüsseltechnologie für qualitativ hochwertige Verbundwerkstoffe in Nordrhein-Westfalen etabliert werden.
Ermöglicht wird das Projekt durch die Förderung im Rahmen des Leitmarktwettbewerbes NRW „Neue Werkstoffe“, wodurch Forschungsmittel der Europäischen Union für die Förderung regional verankerter Zukunftstechnologien zur Verfügung gestellt werden, den sognannten Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE).
Projektlaufzeit: 1. Mai 2019 – 30. April 2022
