Monitoring historischer Oberfl?chen unter Verwendung von Shearographie und Structured Light Scanning

Shearographie

Bei der Shearographie (Digital Speckle Shearing Interferometry) handelt es sich um eine laseroptische Mikrometertechnik, bei der Licht als Ma?stab für die Bestimmung oberfl?chentopographischer Ver?nderungen dient. In einem kontrollierten Doppelbelichtungsprozess, mit verschobenen ("gescherten") Bildern, werden Oberfl?chenmessungen nach einer kurzen Stimulation mit Vakuum, Schallwellen oder Temperatur verglichen. Hierbei kann der Grad einer Verformung oder Dehnung von Materialien und Schichten, durch interferometrische Verfahren, visualisiert und bestimmt werden. Für Untersuchungen der Chorschrankenmalereien wurde eine thermische Anregung von maximal 2° K im Rahmen der Messungen durchgeführt. Die Shearographie ist besten geeignet um Risse, Hohlr?ume und Materialunterschiede zu detektieren. Im Rahmen des Projekts wurde das Shearographiesystem ISIS 1100 von Steinbichler in Verbindung mit Halogenlampen zur thermischen Stimulation eingesetzt.

Structured Light Scanning

Zus?tzlich erfolgte eine dreidimensionale und hochaufl?sende Dokumentation der Oberfl?chentopographie mittels Structured Light Scanning. Zum Einsatz kam hierzu ein Comet L3D mit 45 mm Messfeld der Firma Steinbichler. Durch dieses hochaufl?sende Makro-Messfeld ist eine Oberfl?chendokumentation mit einem Punktabstand von bis zu 18 μm m?glich. Bei einer einzelnen Messung wird jedoch lediglich eine Fl?che von ca. 5 x 5 cm erfasst. Für die Dokumentation gr??erer Bereiche, wie z.B. der Monitoringfl?chen an der Petrus-Chorschrankenmalerei, wurden mehrere Einzelscans mit einer ?berlappung von mehr als 50% kombiniert. Durch die wiederholte Messung derselben Fl?che nach l?ngerer Zeit und die anschlie?ende ?berlagerung der Oberfl?chenreliefs k?nnen Ver?nderungen wie Bewegungen, Anwendung oder Materialverlust gezielt erfasst und visualisiert werden.

Kombination der Methoden

Die komplement?re Anwendung von Shearographie, Structured Light Scanning und Fotodokumentation zur ?berwachung gef?hrdeter Wandmalereien zeigte unerwartet gute und zuverl?ssige Ergebnisse. So lie?en sich neben der detaillierten Dokumentation des Gesamtzustandes der Malereien auch konservatorische Ma?nahmen wie etwa die Festigung einzelner Malschichten bis zu einer Tiefe von ca. 4 mm nachweisen.

Die allgemeine Dokumentation des Zustands erfolgte hierzu durch die Farbfotografie. Auf diesem Wege k?nnen Sch?den schnell und einfach bestimmt und lokalisiert werden, anschlie?end k?nnen Monitoringfl?chen für den Einsatz der anderen Messtechniken gezielt ausgew?hlt werden. Durch die 3D-Oberfl?chenvergleiche lassen sich Ver?nderungen und Bewegungen in den Malereien über einen l?ngeren Zeitraum aufzeichnen und exakt vermessen. Diese Technik liefert zudem klare Indizien für den Umfangs und die Richtung von Bewegungen. Zum Beispiel das Heben und Senken von Farbschollen oder etwa ein Materialverlust. Jedoch ist es mit dem Structured Light Scanning nicht m?glich unter die historischen Oberfl?chen zu schauen. Hier findet sich der enorme Vorteil der Shearographie. Die kurze thermische Stimulation der Oberfl?che erm?glicht nicht nur die Unterscheidung von aktiven, inaktiven oder sogar stabilisierten Rissen, sondern auch die Erkennung von Hohlr?umen in Tiefen bis zu 4 mm. Die Richtung oder das Ausma? der Bewegungen kann mit Hilfe der Shearographie jedoch nicht metrisch bestimmt werden.

Wie das Beispiel der Temperamalerei der Petrus-Chorschranke am K?lner Dom zeigt, bietet die Kombination dieser NDTs ein gro?es Potenzial für die zerst?rungsfreie und berührungslose Dokumentation und ?berwachung historischer Oberfl?chen. In künftigen Projekten des KDWT soll diese Verfahrenskombination weiter erprobt und optimiert werden, um gezielt das Witterungsverhalten historischer Verbundwerkstoffe zu erforschen.

Rahrig, Max / Lang, Desireé / Hoepner, Sophie / Drewello, Rainer / Füssenich, Peter: High Resolution Monitoring of Historical Surfaces by using Shearography and Structured Light Scanning, 3D Imaging in Cultural Heritage Conference, The British Museum, London 09.-10.11.2017 (Posterpr?sentation).