Werkstoffuntersuchung mit optisch angeregter Mehrfrequenz-Lockin-Thermographie und Oberwellen-Lockin-Thermographie
Final Report Abstract
Für die Qualitätssicherung in der Fertigung und bei der Inspektion von Bauteilen sind zerstörungsfreie Prüfmethoden gefordert. Die optisch angeregte Lockin-Thermografie (ÖLT) ist ein vielseitig einsetzbares berührungsloses Prüfverfahren, das innerhalb kurzer Messzeit (typischerweise 20s bis 1 min) ein Ergebnisbild liefert. Der physikalische Effekt, der dem Verfahren zu Grunde liegt, ist das Antwortverhalten des Bauteils auf berührungslos erzeugte thermische Wellen. Lokale Unterschiede in der Temperaturleitfähigkeit führen zu Teilreflexionen der thermischen Welle, die dann auf der Probenoberfläche mit einer Infrarot-Kamera erkannt werden. Ziel des Projekts war die Verbesserung des Verfahrens bezüglich des Signal/Rausch-Verhältnisses und der Tiefenauflösung. Dazu wurde zunächst ein größeres und empfindlicheres IR-Detektorarray in das Messsystem integriert. In Ergebnisbildern sind Dank der höheren Ortsauflösung Artefakte und tatsächliche Defekte leichter voneinander zu unterscheiden. Das Signal/Rausch Verhältnis wurde etwa verdreifacht. Der Ansatz, nichtlineare thermische Effekte als Grundlage für ein defektselektives thermografrsches Prüfverfahren zu nutzen, hat leider nicht zum erhofften Ergebnis geführt. Die Nichtlinearitäten der Wärmekapazität und der Wärmeleitfähigkeit im Bereich der verwendeten (zerstörungsfreien) Temperaturmodulation erweisen sich als zu klein. Hinsichtlich der Tiefenauflösung wurde eine Überlegung auf den Prüfstand gestellt, die sich erst im Laufe des Projekts entwickelt hatte. Dabei geht es um die Verarbeitung mehrerer Phasenbilder, die bei verschiedenen Lockin-Frequenzen aufgenommen wurden, zu einem einzigen tomografieartigen Bild. Da die Lockinfrequenz der bildgebende Parameter ist, sind viele Messungen notwendig, um eine hohe Tiefenauflösung zu erreichen. In dem vorgestellten Ergebnis wurde zusätzlich ein Glättungs-Algorithmus (Parabelfrt) verwendet. Zur Anwendung kommt das Verfahren vor allem bei der Charakterisierung von Kohlefaserverbundwerkstoffen (CFK).
Publications
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- R. Degenhardt, A. Kling, H. Klein, W. Hillger, H. C. Goetting, R. Zimmermann, K. Rower and A. Gleiter: Experiments on Buckling an Postbuckling of Thin-Walled CFRP Structures Using Advanced Measurement Systems, International Journal of Structural Stability and Dynamics, Vol 7, N02, June 2007
- Riegert, G.; Eberle, K.: Thermography methods for non-destructive evaluation (NDE). Busse, G.; Kröplin, B.-H.; Wittel, F. K. (eds.): Damage and its Evolution in Fiber-Composite Materials: Simulation and Non-Destrucive Evaluation. ISO Verlag, Books on Demand GmbH, Norderstedt, 2006, pp. 109-123, ISBN 3-930683-90-3
- Riegert, G.; Gleiter, A.; Gerhard, H.; Busse, G.: Active thermography for defect detection in carbon fiber reinforced composite materials. In: Proc. QNDE Vol. 26, Portland, Oregon, USA, 2006
