Optische Rissprüfung

Farbeindringprüfung (PT – Penetrant Testing) 

Das Prinzip ist simpel und effektiv: Ein roter Farbstoff (Penetriermittel) dringt per Kapillarwirkung in offene Risse ein. Nach Zwischenreinigung und Auftragen eines weißen Entwicklers werden Fehlstellen durch den Farbkontrast sichtbar. Wegen dieser Einfärbung wird das Verfahren auch „Rot-Weiß-Prüfung" genannt. 

Nachteile in der Serienproduktion: 

• Mehrstufiger Prozess (Vorreinigung → Penetriermittel → Wartezeit → Zwischenreinigung → Entwickler → Auswertung), kaum zu takten
• Subjektive Auswertung: Zwei Prüfer, zwei Urteile
• Chemikalieneinsatz und Entsorgungspflicht
• Nur für offene Oberflächenrisse geeignet, innenliegende Fehler werden nicht erfasst
• Keine automatische Dokumentation 

Schon gewusst? Die Nachweisempfindlichkeit der Farbeindringprüfung hängt stark von der Viskosität des Penetriermittels, der Einwirkzeit und der Oberflächenrauheit ab. Bei Ra > 6,3 µm wird die Methode schnell unzuverlässig, da das Penetriermittel in der Rauheit selbst „hängen bleibt" und Pseudoanzeigen erzeugt.

Magnetpulverprüfung (MT – Magnetic Testing) 

Ferromagnetische Bauteile werden zunächst magnetisiert, sodass magnetische Feldlinien durch das Material verlaufen. Befindet sich im Bauteil ein Riss, können die Feldlinien an dieser Stelle nicht mehr ungestört im Material weiterlaufen und treten an der Oberfläche aus. Dadurch entsteht ein sogenanntes Streufeld. In diesem Streufeld sammelt sich aufgestreutes Magnetpulver, wodurch der Riss sichtbar wird. Besonders deutlich wird dies bei der Verwendung von fluoreszierendem Prüfmittel, das unter UV-Licht leuchtet und selbst feine Risse gut erkennbar macht. 

Nachteile: 

• Ausschließlich für ferromagnetische Werkstoffe (kein Aluminium, kein Edelstahl, keine Keramik)
• Bauteil muss nach der Prüfung entmagnetisiert werden
• UV-Lichtquelle und Dunkelkabine nötig
• Schlechte Automatisierbarkeit bei komplexen Geometrien
• Ebenfalls subjektiv und nicht inline-fähig

Wirbelstromprüfung (ECT – Eddy Current Testing) 

Ein Wechselfeld erzeugt in elektrisch leitfähigen Bauteilen sogenannte Wirbelströme. Fließt der Strom ungestört, ist der elektrische Widerstand gleichmäßig. Befinden sich jedoch Oberflächenrisse im Material, wird der Stromfluss an diesen Stellen gestört. Dadurch ändert sich die Impedanz, also der Wechselstromwiderstand, und diese Änderung kann gemessen werden. Das Verfahren arbeitet sehr präzise und schnell und eignet sich besonders gut für rotationssymmetrische Bauteile, da es sich sehr gut automatisieren lässt. 

Grenzen der Methode: 

• Funktioniert nur bei elektrisch leitfähigen Materialien
• Eindringtiefe begrenzt: Im kHz-Bereich oft nur wenige Millimeter wodurch oberflächennahe Fehler zwar gefunden werden, tieferliegende Risse jedoch unentdeckt bleiben können
• Bei komplexen Geometrien: Liftoff-Effekte durch schwankenden Abstand zwischen Sensor und Bauteil können das Signal verfälschen
• Eingeschränkte Aussagekraft bei Materialinhomogenitäten (Poren, Einschlüsse) 

Schon gewusst? Bei der Wirbelstromprüfung bestimmt die Frequenz, wie tief die Wirbelströme in das Bauteil eindringen: Hohe Frequenzen für oberflächennahe Fehler, niedrige Frequenzen für tieferliegende Fehler, jedoch mit geringerer Empfindlichkeit für kleine Risse.

Dunkelfeldbeleuchtung 

Bei der Dunkelfeldbeleuchtung trifft Licht extrem flach (streifend) auf die Oberfläche. Nach dem Prinzip Einfallswinkel = Ausfallswinkel reflektiert eine glatte Fläche das Licht vollständig weg von der Kamera. Das Bild bleibt dunkel. Sobald aber eine Vertiefung, ein Kratzer oder ein Riss sich im so angeleuchteten Bereich befindet, wird Licht in Richtung Kamera gestreut. Der Fehler erscheint hell auf schwarzem Grund. 

Resultat: Risse, Riefen und Schlagstellen werden hochkontrastreich sichtbar, selbst wenn sie nur wenige Mikrometer tief sind.

Schon gewusst? Der Beleuchtungswinkel bei Dunkelfeld liegt typischerweise bei 5–15° zur Oberfläche. Bei Rissen mit einer Breite unter 10 µm und Tiefe unter 5 µm ist der erzielbare Kontrast stark von der Kohärenzlänge der Lichtquelle abhängig. Nela kombiniert Hochleistungs-LEDs mit definierten Abstrahlwinkeln, um reproduzierbare Beleuchtungsverhältnisse auch bei spiegelnden Metalloberflächen zu gewährleisten.

Shape-from-Shading 

Ergänzend zu klassischen Verfahren setzen wir auf Shape-from-Shading (SFS). Bei dieser Methode wird das Prüfobjekt nacheinander aus verschiedenen, präzise definierten Richtungen beleuchtet und aufgenommen. Anstatt die Oberfläche mechanisch abzutasten, nutzt ein Algorithmus die variierenden Schattenwürfe und Helligkeitswerte der Einzelbilder, um daraus rechnerisch ein hochgenaues dreidimensionales Höhenprofil zu rekonstruieren. 

Fokus auf die Topografie: Reine Struktur statt optischer Irritation 

Die Besonderheit der SFS-Prüfung liegt in der konsequenten Trennung von Farbinformation und Oberflächenstruktur. Während herkömmliche Kamerasysteme oft durch wechselnde Farben, Aufdrucke oder komplexe Muster irritiert werden, bietet SFS eine klare Differenzierung: 

• Unterdrückung von Schattierungen: Farbigkeiten oder rein optische Merkmale werden effektiv ausgeblendet. Das System lässt die visuelle Erscheinung des Materials „verschwinden“.
• Reine Topografie: Das Ergebnis der Analyse ist die physikalische Struktur der Oberfläche. Selbst bei kontrastreichen Mustern werden Vertiefungen, Kratzer oder Erhebungen sauber extrahiert. 

Durch diese räumliche Analyse kann die Software zuverlässig zwischen rein optischen Merkmalen und tatsächlichen geometrischen Abweichungen unterscheiden. Kritische Defekte wie Risse oder Lunker werden anhand ihrer realen Tiefe zweifelsfrei identifiziert. Harmlose Oberflächenmerkmale oder materialtypische Poren, die in einem 2D-Bild oft wie Fehler aussehen, werden korrekt als unkritisch eingestuft. 

Das Ergebnis: eine drastisch reduzierte Fehlerrate und höchste Prozessstabilität in Ihrer Qualitätssicherung selbst bei Bauteilen, deren optische Eigenschaften eine herkömmliche Prüfung erschweren würden.

Dombeleuchtung 

Für Rost, Anlauffarben oder Korrosionsspuren rund um Risse ist diffuses Licht aus einer Dombeleuchtung ideal. Es eliminiert gerichtete Reflexionen und zeigt Materialveränderungen, die unter Dunkelfeld unsichtbar blieben. 

Risse entstehen selten allein. Oft gibt es Begleiterscheinungen wie Verfärbungen durch Wärmeeinwirkung oder Korrosion in der Risskante. Mit unseren Prüfverfahren erkennen wir beides.