Shearografie prüft die Flügel von Windkraftanlagen

Windkraft stellt einen immer größeren Anteil an der Energieversorgung Europas. Im Zuge des Wind-Booms wurde eine weite Auswahl von Windkraftlösungen und Flügelgrößen verfügbar, was die Instandhaltung der Windkraftanlagen sehr anspruchsvoll macht. Die meisten der bislang verwendeten zerstörungsfreien Prüfverfahren erwiesen sich für die Vor-Ort-Inspektion komplexer Windkraftstrukturen bei hohen Windgeschwindigkeiten als problematisch.

Die Wissenschaftler des EU-finanzierten Projekts PHASEMASTER (Advanced spatial phase shifting techniques and applications to non-destructive testing of large engineering components on-site) entwickelten ein fortschrittliches Shearografie-System, Techniken für räumliches Phasenschieben und Algorithmen, um Defekte bei großen Windkraftanalagen in situ festzustellen.

Bei der Shearografie wird die Flügeloberfläche mit einem Laserlicht kohärent beleuchtet. Das reflektierte Licht erzeugt ein körniges Muster (das Specklemuster), das mit einer Digitalkamera aufgezeichnet wird. Weitere Komponenten des Shearografie-Systems für räumliches Phasenschieben sind eine geteilte Apertur, ein Weichzeichner, Bildgebungslinsen und ein Prisma, das in einen linearen Polarisator integriert ist. Eine Erwärmungspistole regt die Flügelprobe an.

Die Wissenschaftler entwickelten erfolgreich eine Reihe von Verfahren und Algorithmen, um Rauschen aus dem shearografischen Specklemuster zu entfernen. Zudem entwickelten sie Algorithmen zur Phasenextraktion aus einzelnen sowie aus mehrfachen Interferenzstreifenmustern.

Für ersteres kalkulierte das Team die Streifenorientierung durch den optischen Fluss aus zwei aufeinanderfolgenden Shearogrammen und ermittelten dann die Shearogrammphase durch Spiralphasentransformation. Um die Phasen zufällig phasenverschobener Interferenzstreifen zu extrahieren, wurden Algorithmen, die auf der iterativen Methode der kleinsten Quadrate basieren, sowie ein Nachbearbeitungsverfahren, das auf der Hauptkomponentenanalyse beruht, entwickelt. Des Weiteren demonstrierte das Team erfolgreich neue Phasenkompensationsalgorithmen, um die Bewegung großer starrer Körper einzukalkulieren.

Das innovative Shearografie-System für räumliches Phasenschieben konnte erfolgreich Defekte unter der Oberfläche von Verbundwerkstoffstrukturen erkennen. Des Weiteren ermittelte es durch Untersuchung des dynamischen Interferenzstreifenmusters des extrahierten Videos der Shearogramme erfolgreich schwache Defektsignale. Bei kleineren Defekten lieferte das System für temporales Phasenschieben durch Analyse des Videos von Specklebildern zuverlässigere Ergebnisse.

Die innovativen optischen Verfahren des PHASEMASTER-Projekts sollten weitere industrielle Sektoren dazu anregen, die Zuverlässigkeit und Integrität ihrer technischen Komponenten zu verbessern.