DE10103689A1

DE10103689A1 - Thermographieverfahren

Info

Publication number: DE10103689A1
Application number: DE2001103689
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-01-26
Filing date: 2001-01-26
Publication date: 2002-08-01

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung von Materialien durch Ermittlung und bildhafte Darstellung von Temperaturunterschieden oberhalb eines Schwellenwertes auf Oberflächen von Prüfobjekten. Mit Hilfe einer Kamera zur Ermittlung und bildhaften Darstellung von Temperaturunterschieden oberhalb eines Schwellenwertes werden in einem ersten Schritt Temperaturen von Gegenstandselementen innerhalb eines der Kamera zugewandten Prüfbereichs des Prüfobjektes ermittelt, und anschließend dem Prüfbereich über eine Wärmequelle derart Wärme zugeführt wird, dass sich die Oberfläche des Prüfobjektes im Prüfbereich um mindestens den Betrag des Schwellenwertes erhöht. Die Gegenstandselemente werden als Bildelemente derart dargestellt, dass Temperaturunterschiede oberhalb des Schwellenwertes zwischen den Gegenstandselementen sichtbar sind. Die Abkühlung des Prüfbereichs wird mittels der Bildelemente dargestellt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Prüfung von Materialeigenschaften mittels eines aktiven Thermographieverfahrens.

Zahlreiche Vorrichtungen zur Prüfung von Materialien sind bekannt und werden verbessert. Besonders vorteilhaft sind dabei Verfahren zur zerstö rungsfreien Prüfung von Materialien, da bei diesen Prüfverfahren die Ver wendbarkeit des Prüfobjektes nicht beeinträchtigt wird. Durch eine zerstö rungsfreie Gesamtprüfung verschiedener Konstruktionsteile wird im Unter schied zur Stichprobenprüfung eine erhöhte Aussagesicherheit erreicht. Zer störungsfreie Prüfungen erstrecken sich dabei sowohl auf Teilbereiche der Prüfobjekte (z. B. der Oberfläche) als auch auf deren Gesamtquerschnitt. Zum Nachweis von Fehlern (z. B. Rissen, Lunkern oder Schlackeneinschlüs sen) sowie Seigerungszonen werden physikalische Werkstoffeigenschaften wie Absorption von Röntgenstrahlen, Reflektion von Ultraschallwellen, Schallemission oder magnetische Eigenschaften ausgenutzt. Als zerstö rungsfreie Prüfverfahren sind Röntgen und Gammastrahlenprüfung, Ultra schallprüfung, Magnetpulverprüfung sowie elektrische und magnetische Untersuchungen bekannt.

Hauptanwendung der Röntgen- und Gammastrahlenprüfung ist die Fehler kontrolle von Schweissnähten. Die Prüfung beruht auf der Absorption und Streuung der Röntgenstrahlen beim Durchgang durch die Materie. Mittels Leuchtschirm, Fotoplatte oder Zellrohr können Orte unterschiedlicher Strahlungsintensität, die an Fehlern auftreten, nachgewiesen werden. Dieses Prüfverfahren ist relativ kostenintensiv und kann bei unsachgemässer An wendung zu erhöhter Strahlenbelastung der durchführenden Personen füh ren.

Die Ultraschallprüfung beruht auf der Erkenntnis, dass sich Ultraschallwel len im Frequenzbereich zwischen 100 KHz und 25 MHz in Festkörpern ge radlinig und nahezu ungeschwächt ausbreiten, jedoch an der Grenzfläche Festkörper/Luft, sowie an Fehlstellen (z. B. Rissen, Lunkern, Einschlüssen) reflektiert werden. Beim Durchschallungsverfahren wird das Prüfobjekt zwi schen Schallsender und Empfänger angeordnet. Die durch das Prüfobjekt hindurchtretenden Schallwellen werden vom Empfänger wieder in elektri sche Schwingungen umgewandelt (Piezo-Effekt) und zur Anzeige gebracht. Eine Tiefenbestimmung des Fehlers ist hierbei nicht möglich. Beim Impuls- Echo-Verfahren wird der Schallkopf als Sender und Empfänger verwendet, in dem kurze Schallimpulse in das Prüfobjekt eingesendet werden und nach vollständiger oder teilweiser Reflektion von dem gleichen Schallkopf in einen Empfängerimpuls zurückverwandelt werden. Bei diesem Verfahren ist eine Tiefenbestimmung des Fehlers möglich. Schwierigkeiten bei der Ultraschal wellprüfung Verfahren ergeben sich durch die Notwendigkeit des Ankop pelns des Senders bzw. Empfängers an das Prüfobjekt.

Als weiteres zerstörungsfreies Prüfungsverfahren hat sich die Verwendung von Thermographiesystemen entwickelt. Die Thermographie arbeitet im inf rarotem Wellenlängenbereich. Auf der kurzwelligen Seite beginnt der Infra rotbereich beim Dunkelrot an der Wahrnehmungsgrenze des sichtbaren Lichtes, am anderen, langwelligeren Ende geht er über in den Mikrowellen bereich mit Wellenlängen in der Grössenordnung von Millimetern. Mit Hilfe einer wärmempfindlichen Kamera ist es möglich die von einem Objekt emi tierte Infrarotbestrahlung zu messen und stellt diese in einem sichtbaren Bild darzustellen. Da die Strahlung eine Funktion der Oberflächentempera tur des Objektes ist, kann die Kamera diese Temperatur genau berechnen und anzeigen. Dieses Verfahren wird beispielsweise für die Ermittlung von Rissen oder Leckagen in Behältern eingesetzt. Strömt beispielsweise ein Gas durch ein Leck aus einem Behälter aus, so kann dieses, wenn es einen Tem peraturunterschied zur Behälterwand aufweist, mit Hilfe der Messung der emitierten Infrarotstrahlung ermittelt werden.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein zerstörungsfreies Materialprüfverfahren zu schaffen, das schnell und einfach durchführbar ist. Mit Hilfe des Verfahrens sollen sowohl Inhomogenitäten (z. B. Materialunter schiede, Einschlüsse), als auch Materialfehler wie Risse oder Brüche nach weisbar sein. Das Verfahren soll nicht gesundheitsgefährdend, umweltscho nend und kostengünstig sein.

Erfindungsgemäss wird dies durch Ermittlung und bildhafte Darstellung von Temperaturunterschieden oberhalb eines Schwellenwertes auf Oberflächen von Prüfobjekten erreicht, bei dem mit Hilfe einer Kamera zur Ermittlung und bildhaften Darstellung von Temperaturunterschieden oberhalb eines Schwellenwertes,

a) Temperaturen von Gegenstandselementen innerhalb eines der Kamera zugewandten Prüfbereichs des Prüfobjektes ermittelt, und
b) dem Prüfbereich über eine Wärmequelle derart Wärme zugeführt wird, dass sich die Oberfläche des Prüfobjektes im Prüfbereich um mindestens den Betrag des Schwellenwertes erhöht, und
c) die Gegenstandselemente als Bildelemente derart dargestellt werden, dass Temperaturunterschiede oberhalb des Schwellenwertes zwischen den Ge genstandselementen sichtbar sind, und
d) die Abkühlung des Prüfbereichs mittels der Bildelemente dargestellt wird.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass nicht die Messung der absoluten Temperatur des Prüfobjektes sondern die Visualisierung der Abkühlung der Oberfläche Rückschlüsse auf die Materialeigenschaften zulässt. Wesentliche Materialunterschiede innerhalb eines zu prüfenden lassen sich daraus ableiten, mit welcher Geschwindigkeit Wärme durch das Material bzw. durch verschiedene Materialien und Fehler abgeleitet wird. Hierfür ist es notwendig, dass die Temperatur des Prüfobjektes nicht, wie bisher üblich, lediglich passiv untersucht wird, sondern das eine aktive Zufuhr von Wärme erfolgt. Somit handelt es sich bei dem erfindungsgemässen Verfahren um ein aktives Thermographieverfahren.

Grundsätzlich machen sich die Erfinder die Eigenschaft zunutze, dass Stoffe bzw. Materialien unterschiedliche Wärmeleitzahlen aufweisen. Wird einem spezifischen, meist aus einem homogenen Werkstoff bestehenden Prüfobjekt oberflächig Wärme zugeführt, fliesst diese in Abhängigkeit der Wärmeleitzahl des Werkstoffes in das Material ab. Eine Messung der Oberflächentempera tur des Prüfobjektes würde in einem solchen Fall zwar im Laufe der Zeit ei nen Temperaturabfall auf der gesamten Fläche ergeben, jedoch würden sich innerhalb der Fläche keinerlei Temperaturunterschiede einstellen. Ist jedoch das Prüfobjekt beschädigt oder weist es Einlagerungen anderer Materialien oder auch Lufteinschlüsse auf, wird der Wärmeabfluss in das Material von diesen die Homogenität störenden Störungen beeinflusst, wodurch sich nach kurzer Zeit Temperaturunterschiede an der Oberfläche ergeben.

Weist das Material beispielsweise Lufteinschlüsse auf, wird die Wärmeabfuhr gedämmt und es stellt sich an der Oberfläche des Prüfobjektes in diesem Be reich nach einem gewissen Zeitraum eine höhere Temperatur als im umlie genden nicht wärmegedämmten Bereich ein. Umgekehrt führt der Ein schluss eines die Wärme besser abführenden Materials zu einer relativen Abkühlung im Bereich des Einschlusses.

Aufgrund der fortschreitenden Halbleitertechnik sind die inzwischen verfüg baren Wärmemesskameras (Thermographiekameras) derart präzise bzw. empfindlich, dass bereits kleinste Temperaturunterschiede (< 100 mK) erentsprechend hoch aufgelöst, beispielsweise auf einem Bildschirm darge stellt werden. Entsprechend können somit Rückschlüsse schon auf geringste Veränderungen oder Unterschiede des Materials geschlossen werden. Grundlage für eine möglichst aufschlussreiche Prüfung ist, dass das Prüf objekt im thermischen Gleichgewicht mit der Umgebung steht bzw. zumin dest homogen erwärmt ist.

In einer vorteilhaften Ausführungsvariante des erfindungsgemässen Verfah rens wird zunächst mit Hilfe einer Thermographiekamera die Temperatur der zu untersuchenden Oberfläche des Prüfobjektes ermittelt. Das Prüfobjekt befindet sich zu diesem Zeitpunkt im thermischen Gleichgewicht mit seiner Umgebung. Mit Hilfe eines Halogenstrahlers (z. B. 500 Watt) wird der zu ü berprüfende Oberflächenbereich des Prüfobjektes gleichmässig beleuchtet und damit erwärmt. Die Thermographiekamera registriert die Temperaturer höhung der Oberfläche. Die Oberfläche muss dabei mindestens um den von der Kamera minimal zu registrierenden und darstellbaren Temperaturunter schied (Schwellenwert) erhöht werden, jedoch ist eine Erhöhung um das Vielfache des Schwellenwertes beispielsweise um 10 Kelvin bei einem Schwellenwert von 0,1 Kelvin anzustreben, um eine möglichst aufschlussrei che und hoch aufgelöste Darstellung des Messergebnisses zu erreichen. Mit Hilfe der Thermographiekamera kann der Wärmeabfluss der eingestrahlten Wärme also die Abkühlung der Oberfläche unmittelbar beobachtet werden. Die Wärmeleitung beeinflussende Unregelmässigkeiten im Material des Prüf objektes sind durch die bildhafte Darstellung der Kamera schnell und klar zu erkennen. Dabei kann es vorteilhaft sein, wenn die Thermographiekamera ein farbiges Bild produziert, es kann aber auch eine auf Graustufen basie rende Darstellung bevorzugt werden. Eine Beobachtung mittels der Thermo graphiekamera über einen längeren Zeitraum ermöglicht weiterhin eine räumliche Beurteilung des Materials. Aufgrund der sich über den Zeitraum verändernden Oberflächentemperaturen bzw. Temperaturunterschiede ist die Lage der Störungen in der Tiefe ableitbar. Beispielsweise kann ein rechnergestütztes dreidimensionales Bild des Prüfobjektes erstellt werden. Die Messergebnisse können auch dadurch beeinflusst werden, dass die zu prü fenden Oberfläche nach der ersten Erwärmung erneut erwärmt wird.

Das Erwärmen des Prüfobjektes kann durch jede geeignete Art der Wärme quelle erfolgen. Hierbei haben sich beispielsweise Infrarotstrahler, Halogen strahler oder auch Heissluftsysteme als geeignet erwiesen. Je nach Zielset zung und Prüfobjekt ist auch eine Erwärmung der Rückseite des Prüfobjek tes möglich, sodass die Thermographiekamera den Wärmeverlauf von der der Thermographiekamera abgewandten Seite des Prüfobjektes in Richtung der Thermographiekamera anhand der Wärmeentwicklung auf der der Thermo graphiekamera zugewandten Oberfläche aufzeichnet.

Auch kann das Prüfergebnis dadurch beeinflusst werden, dass die Wärme zufuhr beispielsweise mit einem Dimmer variiert oder Wärme mehrmals, bei spielsweise in regelmässigen Abständen eingestrahlt wird.

Besonders gute Messergebnisse ergeben sich durch eine möglichst gleich mässige Erwärmung des Prüfobjektes über den gesamten Prüfbereich. Eine gleichzeitige Erwärmung und Temperaturmessung ist möglich, da eine Thermographiekamera für sichtbares Licht "blind" ist. Somit ist auch denk bar, dass die Wärmequelle unmittelbar mit der Thermographiekamera, bei spielsweise über ein Gestänge, verbunden ist. Hierbei ist jedoch eine Tempe raturbeeinflussung durch die Nähe der Wärmequelle zur Kamera auszu schliessen.

Die Untersuchung des Prüfobjektes kann beispielsweise in zwei Schritten erfolgen. In einem ersten Schritt wird zunächst ein Eindruck der Gesamtflä che ermittelt, um dann bei auftretenden Temperaturunterschieden diese in einen zweiten Schritt mit einer Art Lupenfunktion näher zu untersuchen.

Das Verfahren eignet sich insbesondere für die Untersuchung von Verbundwerkstoffen wie beispielsweise Glasfaserkunststoff oder Laminat. Auch das zuverlässige Auffinden von Fehlern in homogenen Materialien oder eine Un tersuchun von Punktschweissnähten ist möglich.

Das erfindungsgemässe Verfahren oder die erfindungsgemässe Vorrichtung eignet sich insbesondere zur Oberprüfung von Bootspümpfen aus Glasfaser kunststoff (GFK). Es hat sich herausgestellt, dass durch Festkörperdiffusion Salz oder Süsswasser durch mehr oder weniger geschütztes Glasfaserlami nat ein- und hindurchdringt. Dies geschieht in Abhängigkeit von Tempera tur, Alter und Zusammensetzung der Medien Wasser/GFK. Als Folge kommt es zu unerwünschten Endlaminierungen, Wassereinbrüchen und letztlich zur Zerstörung des Bootsrumpfes. Mit Hilfe des erfindungsgemässen Verfah rens oder der erfindungsgemässen Vorrichtung ist es nun möglich, diese un erwünschte Veränderung des Bootsrumpfes in jedem Stadium nachzuwei sen. Das Verfahren dient damit zur Beurteilung des Zustandes eines Rump fes bzw. zum Nachweis der o. g. Mängel und kann als Entscheidungshilfe für die Wertermittlung eines Bootes insbesondere nach Reparaturen nach Un fällen usw. herangezogen werden. Auch ist bei der Fertigung neuer Boote o der Schiffe die einwandfreie Qualität des Bootsrumpfes mit dem erfindungs gemässen Verfahren problemlos überprüfbar.

Die Erfindung kann in ähnlicher Weise zur Oberprüfung von stahlgefertigten Objekten wie beispielsweise Kraftfahrzeuge oder Flugzeugen eingesetzt wer den. Beispielsweise sind Fahrzeugkarosserien berührungslos von aussen hinsichtlich nicht sichtbarer überlackierter Reparaturen untersuchbar. Auf grund der unterschiedlichen Wärmeleitfähigkeit von Stahl- und Spachtel masse tritt letztere bei Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens deutlich in Erscheinung.

Ein Prüfversuch mit einer 3 mm starken Stahlplatte verdeutlichte ebenfalls die Leistungsfähigkeit der Erfindung. In die Stahlplatte wurde rückseitig eine Bohrung von 5 mm Durchmesser eingebracht, die die Stahlplatte nicht durchdrang, also von der Vorderseite nicht sichtbar war. Auch diese Materi albeschädigung konnte mit Hilfe des erfindungsgemässen Verfahrens schnell und einfach nachgewiesen werden. Während sich die Wärme im umliegen den Bereich der Stahlplatte durch das Stahlmaterial nach hinten in Rich tung der Rückseite fortsetzte, erfolgte gleichzeitig im Bereich der Bohrung bereits der Wärmeübergang zur Umgebungsluft.

Zur Kontrolle der Verbindung von Verbundwerkstoffen oder Laminaten ist denkbar, dass das zu prüfende Material auf einer Fertigungsstrasse zu nächst mittels einer Wärmequelle, beispielsweise eines Halogenstrahlers, er wärmt wird und anschliessend der Temperaturverlauf durch die Verbund platte mit einer oder mehrerer parallel zur Förderstrecke mitfahrenden Thermographiekameras ermittelt wird. Nicht ordnungsgemässe Verbindun gen und Lufteinschlüsse können somit schon während bzw. kurz nach der Fertigung ermittelt und eventuell anschliessend behoben werden.

Die oben aufgeführten Anwendungsbeispiele stellen nur einen kleinen Aus schnitt der sich für das erfindungsgemässe Verfahren oder die erfindungs gemässe Vorrichtung ergebenden Möglichkeiten dar. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale sind in der Figurenbeschreibung und den Unter ansprüchen enthalten. Es zeigen:

Fig. 1 eine prinzipielle Darstellung einer erfindungsgemässen Vorrich tung,

Fig. 2 das Prinzip der bildhaften Darstellung,

Fig. 3 eine vereinfachte Darstellung des Ablaufs des erfindungsgemässen Prüfverfahrens,

Fig. 4 mehrere Ausdrucke der Untersuchungsergebnisse bei Verwendung von Glasfaserkunststoff und Spachtelmasse,

Fig. 5 ein Ausdruck eines Untersuchungsergebnisses bei Verwendung von Glasfaserkunststoff mit Lufteinschlüssen,

Fig. 6 eine Prinzipdarstellung einer automatisierten Untersuchungsein richtung.

Fig. 1 zeigt die erfindungsgemässe Prüfungsvorrichtung 1, bestehend aus einer Wärmequelle 2, einer Kamera zur Ermittlung und bildhaften Darstel lung von Temperaturunterschieden, (Thermograpiekamera) 4 und optional einen zusätzlichen Monitor 6. Die Wärmequelle 2 dient der Erwärmung einer der Thermographiekamera 4 zugewandten Prüfbereich 8 der Oberfläche ei nes Prüfobjektes 10. Je nach Grösse des zu prüfenden Prüfobjektes 10 kann der Prüfbereich 8 die der Thermographiekamera 4 zugewandte Oberfläche vollständig oder nur teilweise beinhalten.

Als Wärmequelle 2 hat sich die Verwendung eines Halogenstrahlers (500 Watt) als besonders vorteilhaft erwiesen. Wesentlich für die Wahl der geeig neten Wärmequelle 2 ist, dass diese den Prüfbereich 8 möglichst gleichmäs sig erwärmt. Von daher ist Strahlungswärme insbesondere für die Wärme zufuhr geeignet, jedoch sind auch andere Arten der Erwärmung beispiels weise mit Heissluft, denkbar. Bei der Wahl einer geeigneten Thermographie kamera 4 sollte die Darstellung möglichst geringer Temperaturunterschiede (Schwellenwert) innerhalb des Prüfbereiches 8 möglich sein. Gute Ergebnisse wurden mit einer Kamera der Firma FLIR Systems AB erreicht. Mit dieser Kamera ist die Darstellung von Schwellenwerten bzw. Temperaturunter schieden von 100 mK möglich. Weiterhin ist die Kamera in der Lage, Tempe raturbereiche von -40°C bis +120°C (Messbereich 1) oder 0°C bis +500° C (Messbereich 2) und optional Temperaturen bis 2000°C zu messen. Als Detektor wird ein Infrarotdetektor "Focal Plane Array (FPA)" mit ungekühl tem Mikrobolometer mit einer Auflösung von 320 × 240 Pixel und einem Spektralbereich von 7,5 bis 13 µm verwendet. Die Bildfrequenz beträgt 50/60 Hz PAL/NTSC non-interlaced. Es können Blickfeldwinkel von 7° × 5,3° bei einem minimalem Fokus von 6 m bis 80° × 60° bei minimalem Fo kus von 0,2 m sowie für Nahaufnahmen von 64 mm × 48 mm/150 mm oder 32 mm × 24 mm/80 mm realisiert werden. Gute Ergebnisse wurden mit dem Objektiv 45° × 34°/0,3 m erzielt.

Fig. 2 macht das Prinzip der bildhaften Darstellung deutlich. Der Prüfbe reich 8 wird von der Thermographiekamera 4 (dargestellt durch gestrichelte Linien, eine Linse 13 und Bildelemente 14) in Gegenstandselemente 12 auf geteilt. Die Temperaturen der einzelnen Gegenstandselemente 12 werden von der Kamera ermittelt und anschliessend über einen Strahlengang 15 als Bildelemente 14 dargestellt. Die Darstellung kann farbig oder in Graustufen erfolgen, wobei jedem Schwellenwert eine bestimmte Farbe oder Graustufe zugeordnet ist. Somit ergibt sich ein Abbild des Prüfbereiches 8, dargestellt auf Basis der Temperaturunterschiede zwischen den Gegenstandselementen 12. Weisen die Gegenstandselemente 12 keinen Temperaturunterschied auf, so ist auch in der 4 basierenden bildhaften Darstellung, beispielsweise durch den Monitor 6, kein Kontrast erkennbar. Weisen die Gegenstandsele mente 12 jedoch unterschiedliche Temperaturen auf, so sind diese deutlich zu erkennen.

Fig. 3 verdeutlicht die Vorgehensweise einer erfindungsgemässen Prüfung. Das Prüfobjekt 10 befindet sich in dieser beispielhaften Darstellung im thermischen Gleichgewicht mit der Umgebung und hat eine Oberflächen temperatur von 20°C (siehe Fig. 3a)). Neben dem Prüfobjekt 10 ist ein Grau stufenkeil 16 dargestellt. Dieser Graustufenkeil 16 beschreibt die Darstel lung der Temperaturunterschiede (Schwellenwerte) durch die Thermogra phiekamera 4. Anstelle von Graustufen kann auch eine farbige Darstellung gewählt werden. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass in vielen Fällen die bildhafte Darstellung auf Basis von Graustufen zu besseren Ergebnissen führt. Gewöhnlich werden in der Thermographie niedrige Temperaturen dunkel und höhere Temperaturen heller dargestellt. Die Erfinder haben jedoch erkannt, dass für die Prüfung von Materialien eine inverse Darstellung zu besseren Ergebnissen führt. Somit werden niedrige Temperaturen hell und höhere Temperaturen dunkler dargestellt. Erfindungsgemäss wird nun in einem ersten Schritt die Thermographiekamera 4 derart eingestellt, dass die minimale zu messende Temperatur T_min oberhalb der Durchschnittstem peratur T_med (hier 20°C) des zu prüfenden Prüfbereiches liegt. Die minimale Temperatur T_min beträgt hier 25°C. Ausgehend von T_min wird ein sogenannter Span eingestellt, der von der minimalen Temperatur T_min bis zur maximalen zu messenden Temperatur T_max reicht (hier 35°C). Somit erscheint der Prüf bereich 8 im Monitor 6 als weisse Fläche. In einem nächsten Schritt wird nun der Prüfbereich 8 mit Hilfe der Wärmequelle 2 derart erwärmt, dass die Oberflächentemperatur des Prüfbereichs um mindestens einen, vorzugsweise mehrere Schwellenwerte ansteigt. Im vorliegenden Beispiel steigt die mittlere Temperatur T_med auf 25°C an. Sofort zeigen sich innerhalb Prüfbereichs 8 Bereiche, die von der Durchschnittstemperatur T_med abweichend. Derartige Störungen 18 erscheinen wenn sie eine höhere Temperatur als T_med aufwei sen auf dem Monitor 6 als dunkle Flecken. Da auch die Durchschnittstem peratur T_med durch die Erwärumung genüber der ursprünglichen Temperatur angestiegen ist, erscheint der Prüfbereich 8 insgesamt ebenfalls dunkler. Um nun eine klarere und deutlichere Darstellung der Störungen 18 zu erreichen, wird der die Darstellung auf dem Monitor 6 bedingte Graustufenkeil 16 der nun höheren Durchschnittstemperatur T_med dadurch angepasst, dass die minimal darstellbare Temperatur T_min derart angehoben wird, dass diese grösser oder gleich der Durchschnittstemperatur T_med ist. Der Prüfbereich 8 erscheint somit auf den Monitor 6 wiederum als weisse Fläche, nur die Stö rungen 18, die die Wärmeabfuhr erschweren, erscheinen als gut erkennbare dunkle Flecken (vergleiche Fig. 3b)).

Wird nun dem Prüfobjekt 10 keine weitere Wärmeenergie zugeführt, so kühlt sich das Prüfobjekt 10 ab, bzw. strömt Wärme in das Prüfobjekt hinein. An der Oberfläche des Prüfobjektes bzw. im Prüfbereich 8 ist diese anhand der sich entwickelnden bzw. verändernden Temperaturunterschiede an der Oberfläche sichtbar. Dies wird besonders dann erleichtert, wenn der Grau stufenkeil 16 der mittleren Temperatur T_med ständig nachgeführt wird. Hier für ermittelt die Thermographiekamera 4 permanent die sich aufgrund des Wärmeabflusses abkühlende Durchschnittstemperatur T_med und stellt den Graustufenkeil 16 derart ein, dass die Durchschnittstemperatur T_med weiss dargestellt wird (Fig. 3b und c). Somit sind beispielsweise Lufteinschlüsse, die die Wärmeabfuhr in das Prüfobjekt 10 erschweren, als dunkle Bereiche lokalisierbar. Eine Aufzeichnung der Veränderung der Oberflächentempera tur im Prüfbereich 8 über einen bestimmten Zeitraum erlaubt die Berech nung und Darstellung eines dreidimensionalen Bildes des Prüfbereiches 8 bzw. des Prüfobjektes 10. Mit Hilfe der wesentlichen Materialkenndaten ist die Ermittlung der Lage und des Verlaufes von Störungen 18 innerhalb des Prüfobjektes 10 möglich. Zur Erleichterung der Darstellung derjenigen Stö rungen 18 die die Abfuhr der Wärme in das Prüfobjekt 10 erleichtern, bei spielsweise metallische Einschlüsse in Glasfaserkunststoffplatten, ist eine Einstellung des Graustufenkeils 16 derart vorzunehmen, dass auch diejeni gen Bereiche, die eine höhere Temperatur als die Durchschnittstemperatur T_med aufweisen, sichtbar sind. Dies kann insbesondere dadurch erfolgen, dass die Durchschnittstemperatur T_med als mittleren Grauton und die die Wärmeabfuhr erleichternden Störungen 18 dementsprechend als hellere Be reiche dargestellt werden. Es ist also möglich, den Graustufenkeil 16 entwe der derart einzustellen, dass sowohl diejenigen Störungen 18 erkennbar sind, die die Wärmeabfuhr erleichtern, als auch diejenigen, die die Wärme abfuhr behindern. Je nach Anwendungsfall ist aber auch eine Einstellung des Graustufenkeils 16 derart möglich, dass entweder nur Störungen 18, die die Wärmeabfuhr in das Prüfobjekt 10 erleichtern oder nur Störungen 18, die die Wärmeabfuhr in das Prüfobjekt 10 erschweren, dargestellt werden. Die Anpassung der Darstellung an die Durchschnittstemperatur T_med kann anstelle eines automatische permanenten Anpassung auch manuell erfolgen. Auch ist denkbar, dass die Thermographiekamera 4 mit einer Markierungs vorrichtung für das Markieren innerhalb des Prüfbereichs 8, ausgerüstet ist. Dies kann beispielsweise durch einen gezielten Tinten- bzw. Farbstrahl erfolgen. Es sind je nach Anwendungsfall jedoch auch andere Arten der Markie rung denkbar. Eine derartige Markierung ist besonders dann sinnvoll, wenn die Prüfobjekte 10 im Anschluss an die Prüfung bearbeitet oder ausgebessert werden sollen.

Die Fig. 4 und 5 zeigen beispielhaft ausgewählte Prüfungsergebnisse. Fig. 4 zeigt eine digitale Aufnahme einer Glasfaserkunststoffplatte 20 mit la ckierter, homogener Oberfläche (Fig. 4a). In Fig. 4b ist erkennbar, dass die GFK-Platte 20 einen mit Spachtel ausgebesserten Spachtelbereich 22 auf weist (hellerer Fleck). Fig. 4c zeigt eine Nahaufnahme dieses Spachtelbe reichs 22. Der Spachtelbereich 22 ist von einem weiteren, gegenüber der Hauptfläche der Glasfaserkunststoffplatte 20 helleren Umgebungsbereich 24 umgeben. Dieser Umgebungsbereich 24 verdeutlicht, in welchem Bereich die Glasfaserkunststoffplatte 20 bearbeitet, insbesondere abgeschliffen wurde.

Fig. 5 zeigt ebenfalls eine Glasfaserkunststoffplatte gemäss der Glasfaser kunststoffplatte 20 aus Fig. 4a. Auch diese weist eine lackierte, homogene . Oberfläche auf. Die Glasfaserkunststoffplatte 20 weist jedoch weiter Luftein schlüsse 26 auf, die durch das erfindungsgemässe Verfahren als dunkle Fle cken nachweisbar sind.

Fig. 6 verdeutlicht, dass das erfindungsgemässe Verfahren bzw. die erfin dungsgemässe Vorrichtung auch in einem automatisierten Prozess einzuset zen ist. Beispielsweise können Verbundwerkstoffe 26 auf einem Förderband 28, einer Wärmequelle 2 zugeführt werden, die die Verbundwerkstoffe 26 zunächst erwärmt. Anschliessend werden die Verbundwerkstoffe einer Thermographiekamera 4 zugeführt, die deren Oberflächentemperatur misst. Um die Messung über einen längeren Zeitraum zu gewährleisten, ist die Thermographiekamera 4 derart bewegbar an einer Schiene 32 angeordnet, dass sich diese parallel zum Förderband 28 mit der gleichen Geschwindig keit bewegen kann. Die Einstellung beispielsweise des Graustufenkeils 16 erfolgt dabei vollautomatisch und die Ermittlung der Messdaten bzw. deren Darstellung und Bewertung erfolgt über einen an die Thermographiekamera 4 angeschlossenen Rechner 30 bzw. Monitor 6. Unsachgemäss verbundene Verbundwerkstoffe 26 können erkannt und aussortiert werden. Um eine an gemessene Geschwindigkeit des Prüfungsprozesses zu gewährleisten, kann es sinnvoll sein, mehrere Thermographiekameras 4 anzuordnen, die in Reihe nacheinander Bereiche des Verbundwerkstoffes 26 überprüfen.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele be schränkt, sondern umfasst jegliche, im Sinne der Erfindung wirkenden und sich die Erfindung zunutze machenden Prüfverfahren. So kann beispielswei se die Darstellung der Prüfungsergebnisse je nach Ausführung der Thermo graphiekamera 4 unterschiedlich erfolgen. Beispielsweise kann eine farbige oder mehr oder weniger hoch aufgelöste Darstellung in Anpassung an das Prüfobjekt 10 sinnvoll sein. Das Prüfungsverfahren eignet sich für berüh rungsloses, nichtzerstörendes Prüfen von Prüfobjekten im weitesten Sinne. Ein Einsatz des Prüfungsverfahrens in der Medizin ist ebenfalls denkbar.

Claims

1. Prüfungsverfahren für Materialien durch Ermittlung und bildhafte Dar stellung von Temperaturunterschieden auf Oberflächen von Prüfobjekten, bei dem mit Hilfe einer Kamera zur Ermittlung und bildhaften Darstellung von Temperaturen, die Temperaturunterschiede oberhalb eines Schwellen wertes erfasst,

a) die individuellen Temperaturen von Gegenstandselementen innerhalb ei nes der Kamera zugewandten Prüfbereichs der Oberfläche des Prüfobjek tes ermittelt und dargestellt, und
b) dem Prüfbereich über eine Wärmequelle derart aktiv Wärme zugeführt wird, dass sich die Oberfläche des Prüfobjektes im Prüfbereich um min destens den Betrag des Schwellenwertes erhöht, und
c) die erwärmten Gegenstandselemente als Bildelemente derart dargestellt werden, dass ihr individuelles Temperaturverhalten aufgrund der Wärme zufuhr erkennbar wird, und
d) vorzugsweise die Abkühlung des Prüfbereichs mittels der Bildelemente dargestellt wird.

2. Vorrichtung zur Prüfung von Materialien mit einer Kamera zur Ermittlung und bildhaften Darstellung von Temperaturunterschieden oberhalb eines Schwellenwertes und einer Wärmequelle zur Erwärmung eines der Kamera zugewandten Prüfbereichs eines Prüfobjektes um mindestens den Betrag des Schwellenwertes.

3. Verfahren oder Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kamera als Thermografiekamera zur Messung inf raroter Strahlung ausgebildet ist.

4. Verfahren oder Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmequelle Strahlungswärme emittiert.

5. Verfahren oder Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmequelle Strahlungswärme außerhalb des durch die Kamera messbaren Bereichs emittiert.

6. Verfahren oder Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwellenwert weniger als 0,1 K beträgt.

7. Verfahren oder Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmung des Prüfbereichs mindestens 5 K be trägt.

8. Verfahren oder Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmung des Prüfbereichs und die Ermittlung der Temperaturunterschiede zumindest zeitweise gleichzeitig erfolgt.

9. Verfahren oder Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine mehrmalige Erwärmung des Prüfbereichs wäh rend eines Prüfungsvorgangs erfolgt.

10. Verfahren oder Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmung des Prüfbereichs aus Richtung der Kamera erfolgt.

11. Verfahren oder Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, da durch gekennzeichnet, dass die Erwärmung des Prüfbereichs ausgehend von einer der Kamera abgewandten Seite des Prüfobjektes erfolgt.