Entwicklung eines Messgeräts für die praktische Anwendung der Thermischen Schichtprüfung an Kunst und Kulturgut

Die Thermische Schichtprüfung ist ein bildgebendes und zerstörungsfreies Untersuchungsverfahren, das in der Industrie zur Lokalisierung, Visualisierung und Quantifizierung verdeckter Schäden an beschichteten Oberflächen eingesetzt wird.

Fiche signalétique

  • Département responsable Haute école des arts de Berne
  • Institut Institut Matérialité dans l'art et la culture 
  • Unité de recherche Analyses des matériaux
    Präventive Konservierung
  • Centre BFH Centre BFH Arts in Context
  • Organisation d'encouragement Innosuisse
  • Durée 01.07.2015 - 31.01.2017
  • Responsable du projet Thomas Becker
  • Direction du projet Thomas Becker

Situation

In der Industrie wird die aktive Thermografie zur Qualitätskontrolle an Beschichtungen oder 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 Bereich 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 hohlstehenden Putzen und zur Überprüfung von Festigungsmassnahmen sowie zur Dokumentation und Beurteilung des Erhaltungszustands eines Kunstwerks.

Approche

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 untersucht 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.

Résultat

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.