Prakt. Met. Sonderband 50 (2016) 185 
3D-Bruchflichen-Metallographie mit REM und Photogrammetrie 
Martin Fischer‘, Fabian Mariano’ 
'IWT Solutions AG, Aachen 
? Rheinisch-Westfilische Technische Hochschule Aachen (RWTH) 
Zusammenfassung 
Bruchflächen sind dreidimensionale Strukturen, die jedoch im Rasterelektronenmikroskop 
üblicherweise nur zweidimensional abgebildet werden. Die gebrochene Oberfläche einer CT-Probe 
wurde mit einem REM großflächig und hochauflösend untersucht und anschließend mittels 
Photogrammetrie dreidimensional nachmodelliert. Durch Projektion auf die modellierte Struktur 
konnten die REM-Daten mit den Höheninformationen der Bruchfläche kombiniert werden. So war 
es möglich, die Bruch-Mikrostruktur räumlich abzubilden. 
Einleitung 
In der Bruchmechanik und der Schadensanalyse ist die Betrachtung von Bruchflächen 
grundlegender Bestandteil der Arbeiten. Standardverfahren wie die Rasterelektronenmikroskopie 
ermöglichen die hochaufgelöste und detaillierte Untersuchung der Bruchflächen. Der Nachteil von 
Untersuchungen mit dem REM oder auch mit der Lichtmikroskopie ist, dass derartige Oberflächen 
dreidimensionale Strukturen darstellen. Durch die Abbildung dieser Strukturen in zwei 
Dimensionen gehen die Höheninformationen verloren. So entsteht eine unvollständige und verzerrte 
Abbildung der Wirklichkeit. Zum einen sind die Informationen über räumliche Ausrichtungen von 
Oberflächenstrukturen unvollständig. Zum anderen bewirken die Höhendifferenzen und 
unterschiedlichen Schräglagen auf der Bruchfläche, dass einzelne Bereiche im 2D-Bild jeweils 
unterschiedlich perspektivisch verzerrt sind und dadurch unterschiedlich große reale Flächen 
repräsentieren. Gerade bei REM-Aufnahmen kann es schwierig oder unmöglich sein, dieses zu 
erkennen. Diese fehlenden Informationen können bei Nichtbeachtung im schlimmsten Fall zu 
fehlerhaften Interpretationen und Schlussfolgerungen führen. 
Um die fehlenden 3D-Informationen über Oberflächenstrukturen wie Bruchflächen zu erhalten, gibt 
es Verfahren wie die Rasterkraftmikroskopie!'! und die Weißlichtkonfokalmikroskopie!”. Diese 
beiden Verfahren sind jedoch nur in einem begrenzten Bereich anwendbar. Die 
Rasterkraftmikroskopie operiert bei sehr hohen Vergrößerungen (bis hin zu atomarer Auflösung) 
und ist daher für großflächige Betrachtungen nicht geeignet. Die Auflösung der 
Konfokalmikroskopie wiederum hängt von den verwendeten Linsen ab. Bei diesem Verfahren kann 
jedoch der geringe Abstand von Linse zu Oberfläche problematisch werden, wenn die 
Höhenunterschiede der Oberflächenstrukturen zu groß sind. Dies kann gerade bei Bruchflächen und 
bei höheren Auflösungen der Fall sein. Es kann schnell zu Berührungen kommen, wodurch eine 
Messung unmöglich wird. Ein weiterer Faktor für beide Untersuchungsmethoden ist die 
eingeschränkte Verfügbarkeit der entsprechenden Geräte. 
Ein weiteres Verfahren, das sich vor allem außerhalb der Metallographie etabliert hat, ist die 
Photogrammetrie. Diese wird inzwischen in vielen Gebieten eingesetzt, wie beispielsweise in der 
Archäologie zur digitalen 3D-Nachbildung von Fundstücken oder zur virtuellen Erfassung,