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Thermografische ZfP-Verfahren erlauben die Erkennung einer Vielzahl von Defekten in unterschiedlichsten Werkstoffen. Neue Ansätze unter Verwendung von Lasern ermöglichen darüber hinaus die Prüfung auf Oberflächenrisse. Wir stellen die neuesten Entwicklungen dieser vielversprechenden Technik vor und zeigen warum deren Einsatz potentiell die Standardprüfverfahren Magnetpulver- bzw. Eindringprüfung für eine Reihe von Prüfproblemen beerben könnte. Hierzu stellen wir die Prüfergebnisse zu unterschiedlichen metallischen Werkstoffen, Rissgrößen und -typen in Abhängigkeit der Prüfparameter vor. Die aktuelle Grenze der Nachweisempfindlichkeit für die mittels klassischer Thermografie schwer prüfbaren hochreflektierenden Metalloberflächen liegt mit Rissbreiten und -tiefen von weni-gen Mikrometern im Bereich der fluoreszierenden Magnetpulver- und Eindringprüfung. Dabei sind weder Verbrauchsmittel noch eine Oberflächenpräparation notwendig und eine Prüfung kann berührungslos und automatisiert über Entfernungen im Meter-Bereich erfolgen.
In dieser Arbeit wird ein kameragestütztes Verfahren zur Flying-
Spot-Thermografie vorgestellt. Die Anregung wird über einen Diodenlaser mit einem optischen Scanner realisiert. Bei der Auswertung kommt ein effizienter und robuster Algorithmus zum Einsatz, der direkt auf die mit der Kamera aufgenommene Thermografiesequenz angewendet werden kann, ohne auf eine
Synchronisation zwischen Kamera und Lasersystem angewiesen zu sein. Daher eignet sich diese Herangehensweise besonders zur Nachrüstung bestehender Thermografiesysteme.
Die prinzipielle Eignung dieser Methode wird anhand einer Messung an einem Schienenstück mit Rollkontaktermüdungsrissen gezeigt. Als Referenzverfahren werden die Magnetpulverprüfung und eine auf GMR (Giant Magnetoresistance)- Sensoren basierende Streufeldmessung herangezogen. Mit dem thermografischen Verfahren konnten sämtliche enthaltenen Fehler erkannt werden. Dabei wurden Risse im mm-Abstand getrennt nachgewiesen, was etwa der geometrischen Auflösung der eingesetzten Kamera entspricht.
We report on recent developments in the detection of surface breaking cracks using
flying laser spot thermography. Application of an infrared camera for mapping the
thermal radiation after excitation with a diode laser equipped with an optical scanner
allows us to examine a surface containing cracks in an entirely non-destructive,
contactless and fast way, without even moving the camera. We developed an efficient
and robust algorithm that can be applied directly to the recorded thermal sequences,
and that derives a single image containing all crack signatures. For this crack detection
technique, no specific synchronisation between laser and camera is required. Hence,
our approach is suitable for an upgrade of existing thermographic systems. The
feasibility of the proposed procedure is proven by testing an artificial test sample and a
piece of rail that comprises roll contact fatigue cracks and by comparing the results
with magnetic particle testing.
We present an all-purpose crack detection algorithm for flying spot thermography which is directly applicable to a thermogram sequence without the need of any additional information about the experimental setup. A single image containing distinct crack signatures is derived in two steps. Firstly, the spatial derivative is calculated for each frame of the sequence and, secondly, the resulting data set is sorted pixel wise along the time axis. The feasibility of the proposed procedure is proven by testing a piece of rail that comprises roll contact fatigue cracks and by comparing the results with magnetic particle testing.
Vor allem in der Automobilindustrie wird das Widerstandpunktschweißen im großen Unfang zur Verbindung von Blechen im Karosseriebau verwendet. Durch den anhaltenden Trend zum Leichtbau und den immer höheren Anforderungen an die passive Sicherheit kommt es hier zu einem verstärkten Einsatz innovativer hochfester Stähle. Obwohl es sich beim Punktschweißen um ein lange erprobtes Verfahren handelt, das sich anhand der Prozessparameter und regelmäßiger zerstörender Prüfung überwachen lässt, ist durch diese Entwicklung die Suche nach geeigneten zerstörungsfreien Prüfverfahren wieder aktuell. Wegen der hohen Produktionsgeschwindigkeiten in der automatisierten Fertigung muss sich das Prüfverfahren für eine hundertprozentige Prüfung vollautomatisch mit der typischen Taktrate von etwa einem Hertz durchführen lassen.
In dieser Arbeit wird zuerst die prinzipielle Durchführbarkeit der thermografischen Prüfung von Punktschweißverbindungen an speziell präparierten Proben überprüft. Auf dieser Grundlage wird eine Serienuntersuchung an 75 Proben, die sich auf drei Gruppen von Schweißparametern aufteilen und neben optimal geschweißten Proben typische Fehlerbilder repräsentieren, eine Serienuntersuchung gezeigt. Hierzu wird eine Blitzlichtanregung in Transmissionsanordnung verwendet.
Es kann gezeigt werden, dass sich mit einer geeigneten Datenaufbereitung die einzelnen Gruppen sicher trennen lassen. Durch eine statistische Bewertung der Ergebnisse kann unter Verwendung eines angepassten Gütekriteriums die Trennschärfe noch deutlich erhöht werden.
Active thermography is a nowadays widely used NDT method making use of thermal material properties for defect detection. Basically, the sample is heated and the resulting surface temperature is recorded by an IR camera. For laser thermography a laser is used to heat the sample locally. The resulting spherical heat flow allows the detection of voids in arbitrary orientation. In this work, a method is presented which is suitable for the quantitative characterization of depth and angle of surface cracks. The main idea is to evaluate the crack-caused asymmetries of the laser's thermal footprint. The heat is introduced at fixed reference positions relative to the crack. In this paper a data analysis procedure is presented which allows the crack depth and angle to be described by only two characteristic scalar parameters. By investigating artificial test specimens with spark eroded notches, the feasibility of this method is validated. Furthermore, the behavior of the characteristic parameters with variations of crack angle, depth and experimental conditions is studied systematically by FEM simulations, showing that these parameters are well behaved.
In this article, we present a measurement procedure to gain information about depth and angle of open surface cracks. The method is based on a local excitation with, e.g., a laser. The resulting surface temperature is recorded with an infrared camera. Based on this data, crack-caused anisotropies in the lateral heat flow can be detected and exploited to characterise the cracks.
The experimental set-up is based on a Nd:YAG laser. The beam is focused on the test sample by using an optical scanner to generate the required lateral heat flow. The time resolved temperature distribution is recorded with a high-speed infrared camera (InSb FPA, 3 to 5 µm) providing a frame rate of up to 500 Hz.
Up to now, only qualitative information was gained from measurements of this type. Whereas the local transient behaviour of temperature distribution provides also quantitative information of the crack parameters. The general concept of the method presented herein has already been published [1], but the mentioned publication is focused on the crack depth only.
In this paper, we can show that it is possible to simultaneously resolve the angle and depth and, in particular, the depth of non-perpendicular cracks.
In this article, we present a measurement procedure to gain information about depth and angle of surface braking cracks. The method is based on a local excitation with, e.g., a laser. The resulting surface temperature is recorded with an infrared camera. Based on this data, crack-caused anisotropies in the lateral heat flow can be detected and exploited to characterise the cracks. The experimental set-up is based on a Nd:YAG laser for heating and a high-speed infrared camera (InSb FPA, 3 to 5 µm) providing a frame rate of up to 500 Hz. Up to now, only qualitative information was gained from measurements of this type, whereas the local transient behaviour of temperature distribution provides also quantitative information of the crack parameters. Using FEM simulation we can show herein that it is possible to simultaneously resolve the angle and depth and, in particular, the depth of non-perpendicular cracks.
In diesem Beitrag wird eine Methode zur Charakterisierung von
offenen Oberflächenrissen mittels aktiver Thermografie präsentiert. Hierzu wird die
Probe ortsfest lokal mit einem Laser erwärmt und die resultierende
Oberflächentemperatur mittels Infrarotkamera aufgenommen. Bei einer ungestörten
Probe ergibt sich ein rotationssymmetrisches Temperaturprofil. Betrachtet man
hingegen einen Bereich mit einem Oberflächenriss, so kommt es durch die Störung
des lateralen Wärmetransports zu einer unsymmetrischen Temperaturverteilung.
Durch die quantitative Analyse diese Unsymmetrie lassen sich Aussagen über
geometrische Parameter des Risses treffen.