Der zunehmende Einsatz von kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen (CFK) im Massenmarkt Automobil hat einen Wandel der Anforderungen an die Produktion und die Instandhaltung zur Folge. Aufgrund des Kostendrucks der Automobilindustrie können schadhafte Bauteile nicht großzügig herausgetrennt und ersetzt werden. Die Implementierung von ressourceneffizienten Reparaturverfahren wird durch die Schadenserkennung und -quantifizierung beschränkt. Ein vielversprechendes Verfahren zur CFK-Schadenscharakterisierung im Reparaturprozess ist die optische Lock-in Thermografie. Ihr Einsatz wird allerdings durch die qualitative und manuelle Auswertung durch Experten begrenzt.

Die vorliegende Arbeit adressiert daher das Defizit, indem die optisch angeregte Lock-in Thermografie zur Ermittlung der Geometrie von CFK-Schäden mit der erforderlichen Messunsicherheit für den Einsatz in der industriellen Praxis befähigt wird.

Im Forschungsprozess werden bestehende Ansätze zur Charakterisierung von CFK-Schäden mittels optischer Lock-in Thermografie analysiert. Als wesentliche Störeinflusse der quantitativen Messung werden die bauteilspezifischen thermischen Eigenschaften, das Auftreten von lateralen Wärmeflüssen und Kontaktwiderständen identifiziert.

Zur Abbildung des Zusammenhangs von gemessenem Phasenwert und Schadenstiefe wird das Wellenfeldmodell in Abhängigkeit der Einflussparameter numerisch berechnet und als Datenbasis hinterlegt. Die Ermittlung der optimierten Anregungsfrequenz ermöglicht die schadensspezifische Reduzierung des lateralen Wärmeflusses während der Thermografiemessung. Die quantitative Erfassung der lateralen Schadensmerkmale erfolgt aufbauend auf der Tiefenbestimmung anhand des Phasenbildes optimierter Anregungsfrequenz. Durch eine Filterung zulässiger Phasenwerte wird die Verfälschung des Messergebnisses durch laterale Wärmeflüsse minimiert.

Abschließend wird die Messunsicherheit nach dem Leitfaden „Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement“ (GUM) anhand von Referenzgeometrien ermittelt. Die Ergebnisse der Prüfprozesseignung nach VDA 5 qualifizieren den entwickelten Messprozess hinsichtlich der industriellen Anwendung im Kontext der Fahrzeugreparatur. Anhand der Untersuchungen von impactgeschädigten Platten wird die Übertragbarkeit auf reale Schäden abgebildet. Mithilfe des entwickelten Messprozesses können neben geometrischen Merkmalen von CFK-Schäden auch Aussagen über auftretende Kontaktwiderstände und somit den Grad des Schadens getroffen werden.