Zerstörungsfreie Prüfung von Holzwerkstoffen mit luftgekoppeltem Ultraschall

dc.contributor.advisorKruschwitz, Sabine
dc.contributor.authorVössing, Konrad Josef
dc.contributor.grantorTechnische Universität Berlinen
dc.contributor.refereeKruschwitz, Sabine
dc.contributor.refereeSchwarz, Ulrich
dc.contributor.refereeNiederleithinger, Ernst
dc.date.accepted2022-03-01
dc.date.accessioned2022-04-21T10:21:37Z
dc.date.available2022-04-21T10:21:37Z
dc.date.issued2022
dc.description.abstractDie Nachfrage nach geeigneten Prüfverfahren zur zerstörungsfreien Untersuchung von Holzbauteilen steigt stetig. Ausschlaggebend für den erfolgreichen Einsatz einer Prüftechnik ist die Entwicklung eines Verfahrens, mit dem der Zustand der Holzwerkstoffe abgebildet werden kann. Große Flächen sollten schnell und kostengünstig geprüft und bewertet werden können. Verfahren, die den Kontakt zur Oberfläche durch Druck, Wasser oder Gel herstellen, erweisen sich in der Praxis als ungeeignet, da sie das Holz beschädigen und Unebenheiten ein sauberes Ankoppeln erschweren. Größeres Potenzial bieten dagegen berührungslose Verfahren, bei denen die Verwendung luftgekoppelter Prüfköpfe, die über das zu untersuchende Holzbauteil geführt werden, Prüfresultate liefern können. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein bildgebendes Prüfverfahren zur zerstörungsfreien Untersuchung von Holzwerkstoffen entwickelt, bei dem das berührungslose Luftultraschall-verfahren im Mittelpunkt steht. Ziel der Prüfung ist die Abbildung unterschiedlicher Fehlstellen, zum Beispiel Delaminationen, Fäule oder Risse. Die Messungen werden dabei sowohl in Durchschallung als auch in Reflektion durchgeführt. In Durchschallungsanordnung lassen sich Delaminationen und Minderdicken, aber auch Risse und Fäule bis in einer Tiefe von 200 mm abbilden. In Reflektionsanordnung können sowohl Delaminationen als auch Minderdicken und deren Tiefenlage in bis zu 40 mm dicken Plattenwerkstoffen detektiert werden. Für die Messung in Reflektion wurde eine neue Abschirmvorrichtung entwickelt, die ein direktes Übersprechen der Wandler effektiv verhindert. Marktübliche Messsysteme sind bei einigen Anwendungsfällen nach wie vor nicht zuverlässig genug oder haben eine unzureichende Eindringtiefe. Neuartige ferroelektrische Prüfköpfe aus zellulärem Polypropylen mit Frequenzen von 90 kHz bis 250 kHz und einer höheren Leistungsfähigkeit können diese Lücke schließen und die gängigsten Anwendungsbereiche abdecken. Als Trägersystem der Prüfköpfe dient ein stationärer Scanner oder ein neukonzipiertes mobiles Handmessgerät. So ermöglicht das entwickelte Verfahren ein schnelles, kontaktloses und kostengünstiges Überprüfen von Holzwerkstoffen bei einer hohen Eindringtiefe aufgrund einer vorteilhaften Impedanz für die Transmission von Ultraschallwellen. Für die Darstellung der Messergebnisse wurde sowohl die Laufzeit als auch die Amplitude des Signals ausgewertet. Die Ergebnisse des Ultraschallverfahrens wurden mit denen des Radar- und Röntgenverfahrens abgeglichen oder bei Bedarf mit dem Bohrwiderstandsverfahren verifiziert. Diese Überprüfung sowie der Vergleich mit anderen berührungslosen Prüfverfahren zeigen, dass Luftultraschall eine vielversprechende Technik ist, die für die moderne Qualitätssicherung geeignet und im Vergleich mit anderen zerstörungsfreien Verfahren im Hinblick auf Messgeschwindigkeit und Genauigkeit konkurrenzfähig ist.de
dc.description.abstractThe demand for suitable nondestructive testing methods of wood components is increasing. Decisive for the use of the technology is the development of a process with which the condition of the wood-based materials can be imaged. The test must be able to check and evaluate large areas quickly and inexpensively. Procedures that contact the surface by pressure, water or gel are not practical because they can damage the wood and bumps make the coupling difficult. There is great potential in non-contact methods. By using air-coupled transducers, which are moved over the wood specimen, this goal could be achieved. Within the scope of this work, an imaging test procedure was developed to test wood-based materials nondestructively. Air coupled ultrasound is a focal point of the work. The goal of this technique is the imaging of various defects, such as delamination, rot or cracks. The measurements are carried out both in transmission and in reflection on the components. In transmission, delamination and reduced thicknesses but also cracks and rot can be imaged up to a depth of 200 mm. With the reflection technique delamination and reduced thicknesses and their depth can be detected in up to 40 mm thick plate materials. For the measurement in reflection, a new shielding was developed, which effectively prevents direct crosstalk of the transducers. Commercially available measuring systems are still not reliable enough in some applications or have an insufficient penetration depth. Novel ferroelectric transducers made of cellular polypropylene with frequencies from 90 kHz to 250 kHz and a higher performance close this gap. The carrier system is a stationary scanner or a newly developed mobile handheld device. The method allows a fast, contactless, and cost-effective testing of wood-based materials at a high penetration depth due to a favorable acoustic impedance for the transmission of ultrasonic waves. For the representation of the measurement results both the time of flight and the amplitude of the signal are evaluated. The ultrasound procedure was compared with the radar and X-ray method or verified with the drilling resistance if necessary. The results and the comparison with other non-contact test methods show that air-coupled ultrasound is a promising technique suitable for modern quality assurance and competitive with other nondestructive methods in respect of velocity and accuracy.en
dc.identifier.urihttps://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/16692
dc.identifier.urihttp://dx.doi.org/10.14279/depositonce-15470
dc.language.isodeen
dc.rights.urihttp://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/en
dc.subject.ddc624 Ingenieurbaude
dc.subject.otherair-coupled ultrasounden
dc.subject.otherdefect detectionen
dc.subject.othernondestructive testingen
dc.subject.otherwood-based materialsen
dc.subject.otherluftgekoppelter Ultraschallen
dc.subject.otherFehlererkennungde
dc.subject.otherzerstörungsfreie Prüfungde
dc.subject.otherHolzwerkstoffede
dc.titleZerstörungsfreie Prüfung von Holzwerkstoffen mit luftgekoppeltem Ultraschallde
dc.title.translatedNondestructive testing of wood-based materials with air-coupled ultrasounden
dc.typeDoctoral Thesisen
dc.type.versionacceptedVersionen
tub.accessrights.dnbdomainen
tub.affiliationFak. 6 Planen Bauen Umwelt::Inst. Bauingenieurwesen::FG Baustoffe und Bauchemiede
tub.affiliation.facultyFak. 6 Planen Bauen Umweltde
tub.affiliation.groupFG Baustoffe und Bauchemiede
tub.affiliation.instituteInst. Bauingenieurwesende
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