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Standardisierung der Lockin-Thermografie: Vorstellung des TNS-Projektes und Auswahl der Probekörper
(2013)
Ziel des Verbundprojektes zwischen der BAM und dem IKT der Universität Stuttgart ist die Festlegung einer einheitlichen Vorgehensweise für die Auswahl der Gerätekomponenten und für die Durchführung von Prüfungen mit der Lockin-Thermografie. Daraus soll ein Standard abgeleitet werden, der die Prüfung
unterschiedlicher Materialsysteme auf Fehlstellen mittels Lockin-Thermografie unter Berücksichtigung verschiedener Anregungsquellen ermöglicht. In diesem Beitrag wird die Entwicklung der Probekörper vorgestellt, die in diesem Projekt untersucht und später als Referenzprobekörper verwendet werden können.
Pulse thermography is a non-destructive testing method based on infrared imaging of transient thermal patterns. Heating the surface of the structure under test for a short period of time generates a non-stationary temperature distribution and thus a thermal contrast between the defect and the sound material. In modern NDT, a quantitative characterization of hidden imperfections in materials is desired. In particular, defect depth and shape are of interest. The reconstruction of the defect from thermography data is a nonlinear inverse problem, and ill-posed. We propose an algorithm for the identification of subsurface defects based on the travel time of the reflected thermal pulse. Our work extends results by Lugin and Netzelmann, taking lateral thermal flows directly into account while retrieving the defect depth. This requires significantly less computational work. Quantitative information about the defect shape and depth is obtained. Application of our method to both thermography data generated by a finite element simulation and experimental heating of PVC test specimens with different defects yields good reconstruction of the actual defects.
Eines der bedeutendsten Kunstwerke des Magdeburger Doms sind die Putzritzungen am Ostflügel des Kreuzgangs aus dem 13. Jahrhundert. Der größte Teil der einzelnen Putzoberflächen sind Ausbesserungen oder Neuverputzungen aus verschiedenen Restaurierungs- oder Reparaturphasen. In dem von der Forschungsinitiative Zukunft Bau geförderten Projekt zur 3D-Kartierung von Bauwerksoberflächen wurden Untersuchungen zur Erfassung der Schäden an diesen Putzritzungen mit optischen 3D-Messverfahren und der aktiven Thermografie durchgeführt. Dabei wurden bei den optischen Verfahren hochauflösende Techniken zur Erfassung der Oberflächentopologie (Stereophotogrammmetrie) und zur Vermessung der Rissstrukturen und Ausbeulungen (3D-Trackingverfahren) eingesetzt. Die Zuordnung der Signaturen in den Thermogrammen zu Hohlstellen sowie Materialergänzungen und -ersatz wird diskutiert. Weiterhin erfolgt ein Vergleich der Ergebnisse mit Messungen an neu freigelegten Putzbereichen.
Zum „Transfer von FuE-Ergebnissen durch Normung und Standardisierung“ fördert das Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) Vorhaben mit dem Ziel, neueste Erkenntnisse der Forschung über die Normung in die Wirtschaft zu integrieren (http://www.ebn.din.de).
Aktuell begleitet das DIN NMP mehrere Projekte in diesem Programm, eines davon ist das Projekt „Entwicklung von Normen und Standards für die aktive Thermografie mit Blitzlichtanregung“, das von der BAM in Zusammenarbeit mit dem DIN und der DGZfP bearbeitet und von der Siemens AG unterstützt wird. Projektträger ist das Deutsche Institut für Luft und Raumfahrt (DLR), Ansprechpartner im DIN NMP ist Martin Sengebusch. Beginn war im März 2011, im Februar 2013 wird das Projekt beendet.
The paper presents a numerical method to detect and characterise defects and inhomogeneities by means of active thermography. The objective was to determine the wall thickness of structure elements with an inaccessible back wall, e.g., elements of pipes or containers. As test specimens we used PVC samples with the thickness of about 2 cm that had spatial variations in the back wall geometry. Flash lamps provided the heating. To measure the thickness of the wall, we employed the LevenbergMarquardt method, which we applied here to experimental thermographic data for non-destructive testing. We started the inversion procedure by making a rough first estimation of the back wall geometry following the echo defect shape method, and then we calculated the thickness of the back wall. We found reasonable reconstruction results which differed from the real value significantly below 1 mm at the defect centre, whereas the error wais increased at the edge of the defect, depending on its shape and depth.
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.
For assessing building façades using active thermography, in case of direct solar exposure the sun itself can be used as heat source. It is shown that active thermography can be applied to large areas successfully, if a shadow cast occurs. After performing a sequence reconstruction in order to correct the temporal behaviour of shadow movement, the data could be analysed by pulse phase thermography (PPT). Compared to raw thermograms, the obtained phase images display an improved image quality with a lot of details. The frequency of the phase images is related to the probing depth. The presented case study describes the thermographic investigation of an historical building façade, where an area of 17 m x 13 m has been investigated.