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Zur Gewährleistung der Dauerhaftigkeit von Bauteilen sind regelmäßige Prüfungen notwendig. Für oberflächennahe Risse wurde bereits das Potenzial von Flying-Spot-Untersuchungen gezeigt, bei denen das Messfeld mit einem Laserpunkt, z.B. mittels eines Laserscanners, abgerastert wird. Eine Beschleunigung der Messung durch die Verwendung von Laserlinien ist möglich, wobei die Detektierbarkeit von Rissen u.a. von ihrer Ausrichtung zur Scanrichtung abhängt. Zudem können bei stark gekrümmten Oberflächen, wie z.B. denen von Turbinenschaufeln oder Maschinenteilen mit einem einzelnen stationären Messaufbau nur ein Teil der Oberfläche mit aktiver Thermografie auf Risse untersucht werden da die begrenzte Tiefenschärfe der optischen Systeme (Laser und Kamera)die mechanischen Nachführung innerhalb des Schärfentiefe-Bereichs erforderlich macht.
Um eine vollständige Untersuchung der Oberfläche durchzuführen, sind daher mehrere Perspektiven notwendig. Die hier angewandte Laserthermografie erzeugt dabei die Relativbewegung durch die Manipulation des Prüfobjektes mit einem Roboterarm, welcher es erlaubt, komplexe Oberflächen abzuscannen. Es erfolgt ein systematisches Abfahren mit einer Laserlinie entlang zuvor geplanter Bahnen der gesamten erreichbaren Oberfläche. Da der Roboterarm das Prüfobjekt trägt, sind die eingesetzten Messsysteme unbeeinflusst. Die Bewegung des Prüfobjektes ist dabei mit vielen Freiheitsgraden möglich, was eine Optimierung für das Messproblem erlaubt. Es können unter anderem die Scangeschwindigkeit, Laserleistung, Laserspotgeometrie, Laserwellenlänge, Scanschema und Kamerabildrate variiert werden. Mithilfe der Positionsdaten des Roboterarms kann jedem Punkt auf dem Prüfkörper ein Temperaturverlauf zugeordnet werden, um einen ortsaufgelösten Temperaturverlauf zu erzeugen. Das Ziel ist es, die oberflächennahen Defekte zu detektieren und deren Position auf der Oberfläche des 3D Models positionsgenau darstellen zu können.
In diesem Vortrag werden die Ergebnisse zur robotergestützten Thermografie an unterschiedlichsten Prüfkörpern vorgestellt. Vorteile gegenüber herkömmlichen Methoden werden erläutert und aktuelle Herausforderungen auf der Hard- und Softwareseite für den praktischen Einsatz diskutiert.
By means of laser thermography, surface defects, in particular surface breaking cracks, can be detected with high sensitivity. Basically, this requires a focused heat source (high-power laser), a thermographic camera and a relative movement between laser and test object, as well as a suitable evaluation algorithm to distinguish between surface defects and defect-free areas. In this paper we report on a method in which the relative motion is realised by a robot to fully inspect large and non-planar test objects such as rail sections, turbine blades, gears, etc. We show the influence of the excitation laser, which can be varied in terms of spot geometry, wavelength, and scan scheme, and we demonstrate our evaluation algorithms with the aim of automatically detecting surface defects.
In this work, we report on a method for automatic inspection of components using laser scanning thermography, in which the relative motion is performed by a robot to fully inspect complex test objects such as turbine blades. We demonstrate our evaluation algorithms with the aim of automatically detecting surface defects on calibrated specimens. We show the influence of the excitation laser, which can be varied in terms of spot geometry, wavelength, and scan scheme. Additionally, we show some advantages, versatility, and current challenges of using a programmed robot for non-destructive evaluation in thermography.
Robot-assisted laser thermography for surface breaking crack detection on complex shaped components
(2023)
Laser thermography using a focused (spot or line) beam has proved to be effective for detection of surface breaking cracks on planar samples. In this work, we use the same principle, but applied to complex shaped components, like a rail cross-section, a gear, and a gas turbine blade. We use a six-axis robot to move the sample in-front of our thermographic setup. Several scanning-path and thermographic parameters are explored: scanning speed, density of points in each scanning slice, laser power, camera framerate. Additionally, we explore semi-automatic evaluation algorithms for crack detection, as well as 2D-to-3D registration of the found indications.