Die Computertomographie erlaubt den Blick ins Innere – in der Medizin ist die Technik zu einem unentbehrlichen Hilfsmittel geworden und wird für Routineuntersuchungen am Menschen eingesetzt. Sie eignet sich jedoch auch, um Verbundwerkstoffe, wie bewehrten Beton zu durchleuchten und zerstörungsfrei zu untersuchen. Was passiert im Inneren eines Betonbauteils, wenn es mechanischen Belastungen ausgesetzt ist? An welcher Stelle entstehen Risse? Wie sind diese beschaffen? Wie wachsen sie bei zunehmender Belastung?
Diesen Fragen widmen sich Forscherinnen und Forscher am Fraunhofer ITWM. Im BMBF-geförderten Projekt »Detektion von Anomalien in großen räumlichen Bilddaten« (DAnoBi) entwickeln sie gemeinsam mit Arbeitsgruppen an den Universitäten in Kaiserslautern, Ulm und Magdeburg mathematische und statistische Methoden, um robust und automatisierbar Rissstrukturen in Beton anhand computertomographischer Daten zu finden, vollständig zu segmentieren und zu erfassen. »Sogar in verrauschten CT-Daten von kleinen Betonproben konnten wir winzige, mikrometergroße Risse nicht nur erkennen, sondern auch die zu ihnen gehörenden Voxel (Datenpunkt in einem dreidimensionalen Gitter) identifizieren. Die Risse müssen dazu nicht breiter als ein Voxel sein. Das heißt in einem Betonquader mit 15 Zentimeter Kantenlänge finden wir 100 Mikrometer breite Risse«, sagt Dr. Katja Schladitz, Wissenschaftlerin am Fraunhofer ITWM. Um dies zu erreichen, haben Schladitz und ihr Team Methoden des maschinellen Lernens, die Modellierung der Strukturen und der Bildgebung sowie statistische Methoden für die Detektion der Risse kombiniert. »Deren Dicke und Form lassen Rückschlüsse zu, wie Nachrissverhalten und Mikrostruktur zusammenhängen. Im institutseigenen CT-Gerät haben wir sie aber bisher nur vor oder nach, nicht während der Belastung beobachtet«, so die Mathematikerin.
Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM
