DE102016125590A1

DE102016125590A1 - Method for thermal layer thickness measurement and device

Info

Publication number: DE102016125590A1
Application number: DE102016125590.4A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-12-23
Filing date: 2016-12-23
Publication date: 2018-06-28

Abstract

Mit Hilfe einer Kombination der Aufwärmungsthermografie und der Abkühlungsthermografie, d. h. also dieser Anregungstechniken ist es möglich, die thermische Schichtdickenmessung entscheidend zu optimieren. Beide Thermografien werden annähernd gleichzeitig initiiert und die Auswertung der Messung erfolgt partiell und/oder kombiniert.Für die Veröffentlichung istvorzusehen.Using a combination of warm-up thermography and cooling thermography, d. H. So this excitation techniques, it is possible to optimize the thermal coating thickness measurement crucial. Both thermographs are initiated almost simultaneously and the evaluation of the measurement is done partially and / or in combination. The publication is to be provided.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur thermischen Schichtdickenmessung bei dem die zu überprüfende Beschichtung mittels einer Anregungstechnik aufgeheizt und die wieder abgestrahlte Wärmestrahlung mit einem Infrarotsensor berührungslos erfasst und bzgl. Schichtdicke ausgewertet wird, sowie eine Einrichtung zur thermischen Schichtdickenmessung.The invention relates to a method for thermal layer thickness measurement in which the coating to be tested is heated by means of an excitation technique and the re-radiated heat radiation is detected contactlessly with an infrared sensor and evaluated with respect to layer thickness, and a device for thermal layer thickness measurement.

Schichtdicke im technischen Sinne ist die Materialdicke eines oder mehrerer Überzüge bzw. Beschichtungen auf einem Untergrund. Eine solche Beschichtung kann dabei organischen Ursprungs sein, wie beispielsweise eine Lackschicht oder auch anorganisch wie beispielsweise die Metallschicht eines Galvanisierprozesses. Solche bekannten Schichtdickenmessungen werden beispielsweise bei Fahrzeugen, aber auch bei den Leitschaufeln von Kaplan-Turbinen oder ähnlichen Gegenständen vorgenommen. Bekannt sind dafür Röntgen-Fluoreszenz-Verfahren, Beta-Rückstreu-Verfahren, Ultraschall-Verfahren, kapazitive Verfahren, Wirbelstrom-Verfahren und magnetisch-induktive Verfahren sowie andere mehr. Bei der aktiven Thermografie wird eine Energieanregung der Oberfläche genutzt, um einen Wärmefluss in das Bauteil einzuleiten. Je nach Materialdicke oder auch Inhomogenitäten im Bauteil verändert sich dabei die Oberflächentemperatur, die mit einer Infrarotkamera gemessen wird. Bei der so genannten thermischen Schichtprüfung (TSP) wird zwischen der Abkühlungsthermografie nach einem Wärmeimpuls und der Aufwärmungsthermografie z. B. mit einer Halogenlampe unterschieden. Mit der Abkühlungsthermografie können dünne Schichten beurteilt werden, mit der Aufwärmungsthermografie tiefere Strukturen. Je nach Prüfproblem wird die eine oder andere Anregungsart bzw. Thermografie eingesetzt.Layer thickness in the technical sense is the material thickness of one or more coatings or coatings on a substrate. Such a coating may be of organic origin, such as a lacquer layer or inorganic such as the metal layer of a galvanizing process. Such known layer thickness measurements are made, for example, in vehicles, but also in the guide vanes of Kaplan turbines or similar objects. Known are X-ray fluorescence method, beta-backscatter method, ultrasonic method, capacitive method, eddy current method and magnetic-inductive method and other more. In active thermography, energy excitation of the surface is used to induce heat flow into the device. Depending on the material thickness or inhomogeneities in the component, the surface temperature, which is measured with an infrared camera, changes. In the so-called thermal layer test (TSP) is between the cooling thermography after a heat pulse and the heating thermography z. B. distinguished with a halogen lamp. Cooling thermography can be used to evaluate thin layers, while warming thermography can be used to assess deeper structures. Depending on the test problem, one or the other type of excitation or thermography is used.

Der Erfindung liegt nun die Aufgab zugrunde, ein Verfahren und eine Einrichtung zu entwickeln, über die eine genaue und schnelle Überprüfung der Originalität des Lackes oder der sonstigen Beschichtung sowie auch der tieferen Strukturen gleichzeitig möglich ist.The invention is now based on the object of developing a method and a device by means of which an accurate and rapid check of the originality of the paint or the other coating as well as the deeper structures is simultaneously possible.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass als Anregungstechnik eine Kombination von Abkühlungsthermografie und Aufwärmungsthermografie eingesetzt wird, wobei beide Thermografien annähernd gleichzeitig initiiert werden und wobei die Auswertung dann über den Infrarotsensor vorgenommen wird. Mit der Anregungstechnik bzw. dem Anregungsverfahren sind die Aufwärmungsthermografie und die Abkühlungsthermografie gemeint. Durch die Kombination bzw. gemeinsame Verwertung dieser beiden Thermografieverfahren ist es möglich, die Vorteile beider gleichzeitig auszunutzen, d. h. es ist möglich, Lackdicken oder Beschichtungsdicken um die 200 µm und gleichzeitig auch Lackdicken über 1.500 µm so genau zu überprüfen, dass damit eindeutige Aussagen möglich sind. So ist es beispielsweise möglich, einen Zweitlack zu identifizieren, wobei die Anregung über die Abkühlungsthermografie erfolgt, sodass in extrem kurzer Zeit eine entsprechende Aussage möglich ist. Die Trägheit der Aufwärmungsthermografie als beispielsweise der Halogenlampe würde dies nicht ermöglichen. Andererseits kann bei Lackdicken über 1.500 µm die begrenzte Energie der Abkühlungsthermografie eine eindeutige Aussage nicht zulassen, sodass hier die Aufwärmungsthermografie, d. h. also die Halogenlampe erfolgreich zum Tragen kommt, weil diese kontinuierlich Energie liefern kann. Diese Verfahrensführung kann auch auf Turbinenschaufeln u. ä. übertragen werden, bei der man einerseits die Beschichtungsdicke messen möchte und andererseits die Materialdicke insgesamt. Die so genannte Kombipulsanregung erlaubt die Untersuchung von dünnen Schichten auf dickeren Strukturen und hält diese überraschend klar auseinander.The object is achieved in that the excitation technique is a combination of cooling thermography and warm-up thermography is used, both thermographs are initiated approximately simultaneously and the evaluation is then made via the infrared sensor. The excitation technique or the excitation method means warm-up thermography and cooling thermography. By combining or sharing these two thermographic methods, it is possible to exploit the advantages of both simultaneously, d. H. It is possible to check coating thicknesses or coating thicknesses around the 200 μm and at the same time also coating thicknesses above 1,500 μm so precisely that clear statements are possible. It is thus possible, for example, to identify a secondary coating, whereby the excitation takes place via the cooling thermography, so that an appropriate statement is possible in an extremely short time. The inertia of warm-up thermography, such as the halogen lamp, would not allow this. On the other hand, with paint thicknesses above 1,500 μm, the limited energy of cooling thermography can not permit a clear statement, so that here the warm-up thermography, ie. H. So the halogen lamp comes to fruition because it can deliver energy continuously. This procedure can also u on turbine blades u. Ä. To be transferred, on the one hand want to measure the coating thickness and on the other hand, the total material thickness. The so-called combination pulse excitation allows the investigation of thin layers on thicker structures and keeps them surprisingly clearly apart.

Nach einer zweckmäßigen Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Auswertung der Messung partiell und/oder kombiniert vorgenommen wird. Dadurch ergeben sich völlig neue Auswerteansätze, wobei vorteilhaft ist, dass die gleichen Bereiche der zu überprüfenden Beschichtung durch beide Anregungstechniken gleichzeitig beaufschlagt wird und damit die gewünschten Ergebnisse auch gleichzeitig ermöglicht werden.According to an expedient embodiment of the invention, it is provided that the evaluation of the measurement is carried out partially and / or in combination. This results in completely new evaluation approaches, it being advantageous that the same areas of the coating to be tested are acted upon by both excitation techniques simultaneously and thus the desired results are also made possible at the same time.

Eine weitere zweckmäßige Ausbildung sieht vor, dass die Trägheit der Aufwärmungsthermografie einer Halogenröhre oder eines Lasers während des Einschaltens für den schnellen Blitzvorgang der Abkühlungsthermografie ausgenutzt wird, wobei mit dieser Kombination mehr als die Hälfte der gesamten Messzeit eingespart werden kann. Was insbesondere dadurch möglich ist, dass beide Thermografien bzw. Anregungstechniken gleichzeitig initiiert werden und so gezielt dann nacheinander ihre Wirkung auf die zu überprüfende Beschichtung ausüben können.A further expedient embodiment provides that the inertia of the warm-up thermography of a halogen tube or a laser during startup is utilized for the rapid flash process of the cooling thermography, whereby more than half of the total measuring time can be saved with this combination. What is possible in particular by the fact that both thermographs or excitation techniques are initiated simultaneously and then selectively can then exert their effect on the coating to be tested in a targeted manner.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn für die Aufwärmungsthermografie eine Halogenlampe und für die Abkühlungsthermografie eine Blitzlampe eingesetzt werden, die in einem gemeinsamen Schutzgehäuse untergebracht und schaltungstechnisch kombiniert werden. Damit ist es möglich, die Trägheit der Halogenlampe während des Einschaltens für den schnellen Blitzvorgang zu nutzen und so die Abkühlung und die anschließende Erwärmung geschickt zu kombinieren.It is particularly advantageous if a halogen lamp is used for the heating thermography and a flash lamp is used for the cooling thermography, which are housed in a common protective housing and combined in circuit technology. This makes it possible to use the inertia of the halogen lamp during the switch-on for the fast flash process and thus cleverly combine the cooling and the subsequent heating.

Die Einrichtung zur Durchführung des geschilderten Verfahrens sieht erfindungsgemäß vor, dass im Abstand zu einer Fläche mit zu überprüfender Beschichtung ein Schutzgehäuse mit einem Initiator für die Aufwärmungsthermografie und einen Initiator für die Abkühlungsthermografie im Abstand zur Oberfläche der Beschichtung angeordnet ist, dass die Initiatoren kombiniert verschaltet ausgeführt sind und dass der Infrarotsensor die von den Initiatoren beeinflusste Oberfläche vor allem im Kernbereich abdeckend ausgebildet und angeordnet ist.The device for carrying out the described method according to the invention provides that at a distance to a surface with a coating to be tested, a protective housing with a Initiator for the Aufwärmungsthermografie and an initiator for the Abkühlungsthermografie is arranged at a distance from the surface of the coating, that the initiators are designed interconnected interconnected and that the infrared sensor is formed and arranged covering the surface influenced by the initiators, especially in the core area.

Beide Initiatoren, die die entsprechenden Anregungstechniken bzw. Anregungsarten erbringen, sind also dicht nebeneinander in einem gemeinsamen Schutzgehäuse untergebracht, sodass sie auch entsprechend der Verschaltung gleichmäßig angesprochen werden können. Damit ist das gleichmäßige Ablaufen der Anregungstechniken und dennoch eine nacheinander erfolgende Beeinflussung der zu überprüfenden Beschichtung möglich, die das gewünschte Ergebnis sichert. Über das gemeinsame Schutzgehäuse ist eine genaue Positionierung der Initiatoren gegeben und je nach Untersuchungsziel eine genaue Überprüfung des Kernbereiches möglich, d. h. des Bereiches, den sowohl der Infrarotsensor, wie auch die beiden Initiatoren abdecken.Both initiators, who provide the appropriate excitation techniques or types of excitation, are thus placed close to each other in a common protective housing, so that they can be addressed equally according to the interconnection. Thus, the smooth running of the excitation techniques and yet a sequential influence on the coating to be tested is possible, which ensures the desired result. About the common protective housing precise positioning of the initiators is given and depending on the study objective, a precise review of the core area possible d. H. of the range covered by both the infrared sensor and the two initiators.

Nach einer zweckmäßigen Ausführungsform der Einrichtung ist vorgesehen, dass die Initiatoren gleichzeitig schaltend ausgebildet sind, was möglich ist, weil sie entsprechend verschaltet sind. Wie schon mehrfach erwähnt, werden die Initiatoren zwar gleichzeitig tätig, ihre Wirkung auf die zu überprüfende Beschichtung erfolgt aber „nacheinander“.According to an expedient embodiment of the device it is provided that the initiators are formed simultaneously switching, which is possible because they are connected accordingly. As already mentioned several times, the initiators are active at the same time, but their effect on the coating to be checked is "one after the other".

Eine besondere Ausbildung des Infrarotsensors ist erfindungsgemäß die, dass der Infrarotsensor als Infrarotkamera ausgebildet ist, wobei eine solche Kamera leicht installiert und zusammen mit dem Schutzgehäuse zum Einsatz gebracht werden kann, wobei denkbar ist, dass beide in Verbindung stehen, um so die Absicherung oder Überdeckung des Kernbereiches zusätzlich sicherzustellen.A particular embodiment of the infrared sensor according to the invention is that the infrared sensor is designed as an infrared camera, such a camera can be easily installed and brought together with the protective housing used, it is conceivable that both are in communication so as to hedge or cover of the core area.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind beim Messvorgang ein oder mehrere Schutzgehäuse mit Initiatoren mit den Strahlenausgängen im Winkel zur überprüfenden Oberfläche der Beschichtung positioniert. Damit kann die Wärmebeeinflussung der zu überprüfenden Beschichtung noch ergänzend beeinflusst werden, indem beispielsweise der Initiator für die Abkühlungsthermografie durch die Schrägstellung oder die winklige Anordnung näher an der zu überprüfenden Beschichtung ist, als der andere Initiator.According to a further advantageous embodiment, one or more protective housings with initiators with the radiation outputs are positioned at an angle to the surface to be checked of the coating during the measuring process. Thus, the heat influence of the coating to be tested can be additionally influenced by, for example, the initiator for the cooling thermography by the oblique position or the angled arrangement is closer to the coating to be tested than the other initiator.

Schließlich kann auch der Initiator für die Aufwärmungsthermografie mit seiner kontinuierlichen Energielieferung bzgl. der Zeitdauer einstellbar ausgebildet sein. Je nach Dicke oder Ausbildung der tieferen Strukturen kann so die Aussagefähigkeit gezielt beeinflusst werden.Finally, the initiator for the warm-up thermography with its continuous supply of energy with respect to the duration of time can be designed to be adjustable. Depending on the thickness or formation of the deeper structures, the meaningfulness can be influenced in a targeted manner.

Mit Hilfe eines derartigen Verfahrens bzw. einer Einrichtung ist es so möglich, beispielsweise bei Fahrzeugen die Originalität des Lackes kurzfristig zu untersuchen, was also beispielsweise durch den Initiator für die Abkühlungsthermografie erfolgt, während gleichzeitig auch die tieferen Strukturen beurteilt werden, weil die eingesetzt Halogenlampe die dafür notwendige Energie zur Verfügung stellt. Durch die gleichzeitige Untersuchung der zu überprüfenden Beschichtung kann eine erhebliche Reduzierung der Gesamtmesszeit erreicht werden, und das bei Sicherstellung der einwandfreien Messwerte.With the help of such a method or a device, it is possible, for example in vehicles to examine the originality of the paint in the short term, so what happens for example by the initiator for the cooling thermography, while at the same time the deeper structures are assessed because the halogen lamp used provides necessary energy for this. By simultaneously examining the coating to be tested, it is possible to achieve a considerable reduction in the overall measuring time, while ensuring the correct measured values.

Weitere Einzelheiten und Vorteile des Erfindungsgegenstandes ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnung, in der ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel mit den dazu notwendigen Einzelheiten und Einzelteilen dargestellt ist. Es zeigen:

1 eine schematisiert wiedergegebene Messanordnung mit der erfindungsgemäßen Einrichtung,
2 das Ergebnis der Aufwärmungsthermografie mit beispielsweise einer Halogenlampe,
3 das Ergebnis der Abkühlungsthermografie nach einem Wärmeimpuls beispielsweise einer Blitzlampe und
4 das Ergebnis beider Anregungstechniken bzw. -arten bei kombiniertem Einsatz bzw. gleichzeitigem Einsatz.

Further details and advantages of the subject invention will become apparent from the following description of the accompanying drawings in which a preferred embodiment with the necessary details and individual parts is shown. Show it:

1 a schematically reproduced measuring arrangement with the device according to the invention,
2 the result of warm-up thermography with, for example, a halogen lamp,
3 the result of the cooling thermography after a heat pulse, for example, a flashlamp and
4 the result of both stimulation techniques or types combined use or simultaneous use.

1 zeigt eine aus einem Infrarotsensor 5 und zwei Initiatoren 3, 4 bestehende Einrichtung 1. Über die Initiatoren 3 und 4 erfolgt über die Aufwärmungsthermografie und die Abkühlungsthermografie eine Beeinflussung der Fläche 2 bzw. deren Oberfläche 8, sodass auf diese Weise die auf der Fläche 7 aufgebrachte Beschichtung 10 bzgl. ihres Aufbaus bzw. andere Kriterien untersucht werden kann. 1 shows one from an infrared sensor 5 and two initiators 3 . 4 existing facility 1 , About the initiators 3 and 4 via the warm-up thermography and the cooling thermography an influence of the surface takes place 2 or their surface 8th so that in this way the coating applied to the surface 7 10 regarding their structure or other criteria can be examined.

Die beiden Initiatoren 3, 4 sind in einem Schutzgehäuse 11 untergebracht, sodass über den Infrarotsensor 5 eine genaue Überprüfung im Kernbereich 12 der Oberfläche 8 möglich ist.The two initiators 3 . 4 are in a protective housing 11 housed so over the infrared sensor 5 a close examination in the core area 12 the surface 8th is possible.

1 verdeutlicht, dass einmal beide Teile der Einrichtung 1, d. h. also der Infrarotsensor 5 und das Schutzgehäuse 10 mit den Initiatoren 3, 4 parallel zueinander oder im Winkel zueinander bzw. zur zu überprüfenden Beschichtung 10 angeordnet sein können. Das Schutzgehäuse 11' ist mit den Initiatoren 3", 4" bestückt, während das zusätzlich im Winkel angeordnete Schutzgehäuse 15 mit den Initiatoren 3' und 4' bestückt ist. Bei dem Schutzgehäuse 11 ist kenntlich gemacht, dass die Initiatoren 3, 4 über Strahlenausgänge 16, 17 die Möglichkeit haben, die entsprechende Energie auf die Oberfläche 8 zu übertragen. 1 clarifies that once both parts of the device 1 ie the infrared sensor 5 and the protective housing 10 with the initiators 3 . 4 parallel to each other or at an angle to each other or to be tested coating 10 can be arranged. The protective housing 11 ' is with the initiators 3 ' . 4 ' equipped, while the additionally arranged in an angle protective housing 15 with the initiators 3. ' and 4 ' is equipped. In the protective housing 11 is indicated that the initiators 3 . 4 over radiation outputs 16 . 17 have the opportunity to apply the appropriate energy to the surface 8th transferred to.

Der Infrarotsensor 5 misst die abgestrahlte Wärmestrahlung vor allem im Kernbereich 12, wobei der Einwirkungsbereich 24 der Initiatoren 3", 4" in 1 zusätzlich kenntlich gemacht ist.The infrared sensor 5 Measures the radiated heat radiation, especially in the core area 12 , where the impact area 24 the initiators 3 ' . 4 ' in 1 additionally indicated.

Die 2, 3 und 4 zeigen die Ergebnisdarstellung bei einer reinen Aufwärmungsthermografie mit einer Halogenlampe 20 bzw. der Abkühlungsthermografie mit Blitzlampe 21 und der Kombination beider Lampen 22.The 2 . 3 and 4 show the results in a pure warm-up thermography with a halogen lamp 20 or the cooling thermography with flash lamp 21 and the combination of both lamps 22 ,

Alle genannten Merkmale, auch die den Zeichnungen allein zu entnehmenden, werden allein und in Kombination als erfindungswesentlich angesehen.All mentioned features, including the drawings to be taken alone, are considered to be essential to the invention alone and in combination.

Claims

Method for thermal layer thickness measurement in which the coating to be tested is heated by means of an excitation technique and the re-radiated heat radiation detected contactless with an infrared sensor and evaluated. Layer thickness, characterized in that the excitation technique is a combination of cooling thermography and warm-up thermography is used, both thermographs approximate be initiated simultaneously and the evaluation is then made via the infrared sensor.

Method according to Claim 1 , characterized in that the evaluation of the measurement is made partially and / or combined.

Method according to Claim 1 , characterized in that the inertia of the heating thermography of a halogen tube or a laser is used during the switching on for the rapid flash operation of the cooling thermography.

Method according to Claim 1 , Characterized in that for the Aufwärmungsthermografie a halogen lamp and for cooling thermography a flash lamp can be used, which are housed in a common protective housing and circuitry combined.

Device for thermal layer thickness measurement and thus for carrying out the method according to the preceding claims with the excitation technique serving initiators (3, 4) and an infrared sensor (5) for determining the respective surface temperature, characterized in that at a distance to a surface (7) with coating (10) a protective housing (11) with an initiator (3) for the Aufheizmungsthermografie and a initiator (4) for the cooling thermography at a distance from the surface (8) of the coating (10) is arranged, that the initiators (3, 4 ) combined are performed and that the infrared sensor (5) of the initiators (3, 4) influenced surface (8) is formed and arranged covering mainly in the core region (12).

Setup after Claim 5 , characterized in that the initiators (3, 4) are formed simultaneously switching.

Setup after Claim 5 , characterized in that the infrared sensor (5) is designed as an infrared camera.

Setup after Claim 5 , characterized in that during the measuring process one or more protective housings (11, 15) with initiators (3, 3 ', 4, 4') with the beam outputs (16, 17) at an angle to the inspecting surface (8) of the coating (10) are positioned.

Setup after Claim 5 , characterized in that the initiator (3) for the Aufwärmungsthermografie with its continuous energy supply with respect. The duration is designed to be adjustable.