Aktive Thermografie - Entwicklung eines Messgeräts für die praktische Anwendung an Kunst und Kulturgut

Die aktive Thermografie ist ein bildgebendes, berührungsloses und zerstörungsfreies Untersuchungsverfahren, das in der Industrie zur Lokalisierung, Visualisierung und Quantifizierung von verdeckten Schäden an beschichteten Oberflächen eingesetzt wird. In einer vorbereitenden
KTI-Machbarkeitsstudie konnte nun aufgezeigt werden, dass das Verfahren auch in der Konservierung und Restaurierung ein grosses Potential hat. Es wurden zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten nachgewiesen, wie z. B. das Aufspüren von Delaminationen an einer Malschicht, Fassung oder Lackierung. Des Weiteren wurde bereits ein Messgerät zur praktischen Anwendung des Verfahrens an Kunst und Kulturgut entwickelt. Im Rahmen des aktuellen KTI-Forschungsprojekts soll nun durch dessen gezielte Weiterentwicklung ein für KonservatorInnen geeignetes, einfach zu bedienendes Messinstrument geschaffen werden.

Steckbrief

  • Departement Hochschule der Künste Bern
  • Forschungsschwerpunkt Materialität in Kunst und Kultur
  • Forschungsfeld -
  • Laufzeit 01.07.2015 - 28.02.2017
  • Projektverantwortung Thomas Becker
  • Projektleitung Cornelius Palmbach
  • Projektmitarbeitende Andor Bariska (Winterthur Instruments AG)
    Beat Fischer (Fischer Restaurierung GmbH)
    Susanne Graner (Vitra)
    Samuel Hauri (ZHAW)
    Tim Hellstern (MfK)
    Tobias Hotz (TH-Conservations GmbH)
    Greg McKnight (Winterthur Instruments AG)
    Tan Thai Nguyen (ZHAW)
    Nils Reinke (ZHAW)
    Felix Rinderknecht (nbn Elektronik AG)
    Philipp Schärli (Winterthur Instruments AG)
    Beat Waldispühl (Waldispühl Restaurierungen)
    Tino Zagermann (BHM)
  • Mitwirkende Projektpartner Wirtschaft Fischer Restaurierung GmbH
    nbn Elektronik AG
    TH-Conservations GmbH
    Winterthur Instruments AG
    Waldispühl Restaurierungen
  • Mitwirkende Projektpartner Forschungsinstitutionen inkl. BFH BFH-Zentrum Arts in Context
    Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften, SoE, ICP
  • Mitwirkende Projektpartner Organisationen Bernisches Historisches Museum
    Museum für Kommunikation
    Vitra Design Museum

Einführung

Verbundwerkstoffen eingesetzt. In der Konservierung und Restaurierung kommt das Verfahren – abgesehen von einigen experimentellen Anwendungen – noch nicht zum Einsatz. Hier gab es bisher keine messtechnische Möglichkeit, Delaminationen aufzuspüren. Im Rahmen einer MA-Thesis und einer KTI-Machbarkeitsstudie wurde nun die Eignung des Verfahrens für diesen

Be reich nachgewiesen. So kann es z. B. zur Lokalisierung von Lockerungen an der Malschicht eines Gemäldes, der Fassung einer Skulptur, der Lackierung eines Oldtimers oder einem furnierten Möbelstück eingesetzt werden. Des Weiteren eignet es sich zur Visualisierung von Unterzeichnungen, unter einer Malschicht verborgenen Insektenfrassgängen oder hohl stehenden Putzen und zur Überprüfung von Festigungsmassnahmen sowie zur Dokumentation und Beurteilung des Erhaltungszustands eines Kunstwerks.

Methoden

Die aktive Thermografie ist ein bildgebendes und zerstörungsfreies Messverfahren zur Lokalisierung und Visualisierung von unter einer Oberfläche verborgenen Strukturen oder Schäden. Sichtbar gemacht werden können Strukturen, die sich in ihren thermischen Eigenschaften von ihrer Umgebung unterscheiden, wie z. B. Delaminationen oder Materialeinschlüsse. Bei der aktiven Thermografie wird die Wärmestrahlung des Untersuchungsobjekts als Ergebnis einer geringen künstlichen Temperaturerhöhung gemessen. Bei der hier zum Einsatz kommenden Lock-In Thermografie, einer speziellen Variante der aktiven Thermografie, erfolgt die Erwärmung periodisch mit einer Serie von Wärmeimpulsen. Je nach Anregungsfrequenz können unterschiedlich tief liegende Schichten unter sucht werden. Unter der Oberfläche verborgene Strukturen stören den hierbei erzeugten Wärmefluss. Die daraus resultierende, sich ebenfalls periodisch ändernde Oberflächentemperatur wird mit einer IR-Kamera aufgenommen. Anschliessend werden die Messdaten mittels eines Algorithmus in sog. Amplituden- und Phasenbilder umgerechnet, welche die durch die verborgenen Strukturen veränderte Temperaturausbreitung zeigen.

Ergebnisse

Aus der vorangehenden KTI-Machbarkeitsstudie resultierte ein Messgerät für die praktische Anwendung der Lock-In Thermografie, der sog. Tracer. Dieser wird nun im aktuellen Projekt weiterentwickelt, um einerseits die Zuverlässigkeit der Messergebnisse zu optimieren, deren Auswertung und Interpretation zu erleichtern und andererseits weitere Anwendungsgebiete zu erschliessen. Dazu gilt es, den Einfluss der Oberflächenbeschaffenheit in den Messergebnissen zu reduzieren, u. a. durch die Evaluation alternativer Anregungstechniken. Weiter soll erstmals eine tomografische Untersuchungsmethode basierend auf der Lock-In Thermografie entwickelt werden, die Aussagen über die Tiefenlage eines Schadens ermöglicht. Die Messergebnisse werden zudem durch die Überlagerung mit Bildinformationen einer zusätzlichen Kamera (VIS) leichter zu interpretieren sein.