DE10118131C2

DE10118131C2 - Process for thermographic production, quality and function control of heating conductor tracks embedded in aircraft parts

Info

Publication number: DE10118131C2
Application number: DE2001118131
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Eichenauer
Original assignee: Roeder Praezision GmbH
Current assignee: Roeder Praezision GmbH
Priority date: 2001-04-11
Filing date: 2001-04-11
Publication date: 2003-06-12
Anticipated expiration: 2021-04-12
Also published as: DE10118131A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur thermographischen Fertigungs-, Qualitäts- und Funktionskontrolle von im Teilen aus Verbundwerkstoffen, insbesondere Flugzeugteilen, eingebetteten Heizleiterbahnen.The invention relates to a method for thermographic manufacturing, quality and functional control of parts made of composite materials, in particular Aircraft parts, embedded heating tracks.

Bei der Herstellung, sowie bei lang- oder mittelfristigem Einsatz von zum Teil groß flächigen, sicherheitsrelevanten Flugzeugteilen aus Verbundwerkstoffen kann es zu Lufteinschlüssen, Rissen, Inhomogenitäten oder Delaminationen sowohl im Material selbst, als auch zwischen den einzelnen Komponenten kommen. Diese strukturellen Schwächen vermindern in der Regel die Festigkeit und damit die Qualität des Produktes. Es ist daher wünschenswert, möglichst frühzeitig bei Funktionskontrollen, die in regelmäßigem Abstand bei Flugzeugen erfolgen, diese Fehler oder Schwächen zu erkennen, dies auch, um korrigierend in den Herstel lungs- oder Reparaturprozess eingreifen zu können.In the manufacture, as well as in the long or medium-term use of partly large flat, safety-relevant aircraft parts made of composite materials can to air pockets, cracks, inhomogeneities or delamination both in the Material itself, as well as between the individual components. This structural weaknesses usually reduce the strength and thus the Quality of the product. It is therefore desirable to start early Functional checks that are carried out at regular intervals on aircraft, these Detect errors or weaknesses, this also to corrective in the manufacturer intervention or repair process.

Es sind verschiedene Verfahren zur Erkennung von Materialschwächen bekannt:
So gibt es punktuell messende Systeme wie z. B. Ultraschall, radiometrische, in duktive oder kapazitive Methoden, die Auskunft über die Materialschwächen in ei nem kleinen Messfeld geben. Um mit diesen Methoden eine 100%-ige Kontrolle von großflächigen Teilen aus Verbundwerkstoffen zu ermöglichen, müssen punk tuell messende Verfahren zeitraubend über das gesamte Objekt geführt werden. Diese punktuell messenden Verfahren sind für eine 100%-ige On-Line- Fertigungskontrolle in der Regel wegen des zeitaufwendigen Scannens der Ver bundwerkstoffteile nicht zeitgünstig zu verwenden. Gleichzeitiges paralleles Betreiben mehrerer Geräte verkürzt in der Regel zwar die Messzeit, macht aber die Messeinrichtungen entsprechend teuer.Various methods for detecting material weaknesses are known:
There are point measuring systems such as B. ultrasound, radiometric, ductile or capacitive methods that provide information about the material weaknesses in a small measuring field. In order to enable 100% control of large-area parts made of composite materials with these methods, punctual measuring processes have to be carried out over the entire object in a time-consuming manner. These point measuring methods are generally not time-efficient for a 100% on-line production control because of the time-consuming scanning of the composite parts. Simultaneously operating several devices in parallel generally shortens the measuring time, but makes the measuring equipment correspondingly expensive.

Ein anderes Verfahren ist die optische Inspektion der Oberfläche von Verbund werkstoffteilen im sichtbaren Licht, wobei Fehler in der Oberflächenschicht schnell und flächenhaft detektiert werden.Another method is the optical inspection of the surface of composite parts in visible light, with defects in the surface layer quickly and be detected areal.

Interferometrische Messsysteme, wie z. B. das elektronische Specklemuster- Interferometer können Fehler auch im Inneren von Materialproben ganzflächig vermessen. Sie sind aber wegen ihrer großen Empfindlichkeit gegen äußere Stö reinflüsse nicht einfach und zuverlässig in den Qualitätskontrollprozess - sowohl bei Fertigung, als auch bei Reparaturen - zu integrieren.Interferometric measuring systems, such as B. the electronic speckle pattern Interferometers can also cause defects inside material samples over the entire surface measured. But they are because of their great sensitivity to external interference do not simply and reliably flow into the quality control process - both at Manufacturing, as well as repairs - to integrate.

Verfahren zur Bestimmung der Temperaturverteilung an den Oberflächen und im Inneren von Bauelementen sind als thermografische Verfahren schon lange in der einschlägigen Industrie bekannt.Method for determining the temperature distribution on the surfaces and in The interior of components has long been in use as a thermographic process relevant industry known.

Als Stand der Technik sei hier die DE 34 07 11 A1 benannt, in der mittels Thermo grafie beaufschlagte Prüfkörper, z. B. Flugzeugteile, angeführt sind.As prior art, DE 34 07 11 A1 is mentioned here, in which by means of thermo graphically charged test specimens, e.g. B. aircraft parts are listed.

Weiterhin ist aus der DE 197 03 484 A1 ein Verfahren zur zerstörungsfreien Prü fung von Materialien und Materialverbunden auf innere Fehler mittels Thermografie bekannt, wobei im zu untersuchenden Bereich ein Wärmestrom erzeugt wird, der an Fehlerstellen gestört ist.Furthermore, DE 197 03 484 A1 describes a method for non-destructive testing Testing of materials and material combinations for internal defects using thermography known, wherein a heat flow is generated in the area to be examined, the is disturbed at defects.

Eine weitere Schrift, nämlich die DE 199 19 441 A1, zeigt ein Verfahren zur Fest stellung von Unregelmäßigkeiten oder Fehlerstellen an Kunst- oder Dämmstoffen, wobei auch eine Wärmebildkamera zum Einsatz kommt.Another document, namely DE 199 19 441 A1, shows a method for the festival provision of irregularities or defects on plastics or insulation materials, a thermal imaging camera is also used.

Der Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, eine sichere Methode zu rechtzeitiger Erkennung beschädigter, sicherheitsrelevanter Flugzeugbauteile aus Verbundwerkstoffen zu finden, um Schäden von Mensch und Material abzuwen den.The invention is based on the object of a safe method timely detection of damaged, safety-relevant aircraft components Find composites to avert damage to people and materials the.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 5 gelöst.This task is accomplished by a process with the characteristics of Claim 1 and by a method with the features of Claim 5 solved.

Dies wird durch die Anwendung des an sich bekannten Thermografieverfahrens mit einer Wärmequelle, einer hochauflösenden Wärmebildkamera, einem Rechner und einem Monitor für die Fertigungs-, Qualitäts- und Funktionskontrolle von in den Verbundwerkstoffen eingebetteten Heizleiterbahnen erreicht, wie auch für das Er kennen des Verlaufs der Heizleiterbahnen, insbesondere bei Reparaturen von Kor rosionsschäden, Bahnunterbrechungen und mangelhaften Kabelanschlusspunkten. Diese Heizleiterbahnen in Flugzeugteilen aus Verbundwerkstoffen sind von hoch sicherheitsintensiver Relevanz im Flugbetrieb, sollen sie doch im Falle von Verei sungen des Flugzeuges wirksam gesetzt werden, um bei Vereisungsgefahr Mensch und Gerät zu schützen. Die hochsicherheitsrelevanten Flugzeugbauteile mit den in ihnen eingebetteten Heizleiterbahnen werden mit der erfinderischen An wendung der Thermografie sicher geprüft.This is achieved through the use of the thermography method known per se with a heat source, a high-resolution thermal imager, a computer and a monitor for the production, quality and function control of in the Composite embedded heating conductor tracks achieved, as for the Er know the course of the heating conductors, especially when repairs from Kor damage due to corrosion, interruptions in the track and poor cable connection points. These heating conductor tracks in aircraft parts made of composite materials are extremely high safety-relevant relevance in flight operations, they should in the case of Verei Solutions of the aircraft can be used to avoid icing Protect people and devices. The highly security-relevant aircraft components with the heating conductor tracks embedded in them with the inventive An using thermography safely checked.

Diese Prüfung kann sowohl in und am Flugzeug, wie aber auch durch Ausbau der Teile und nachfolgender Inspektion in den dazu vorgesehenen Werkshallen mittels des erfinderischen Verfahrens durchgeführt werden.This test can be carried out both in and on the aircraft, but also by expanding the Parts and subsequent inspection in the designated workshops by means of of the inventive method are carried out.

Die Vorteile der Thermografie bzw. IR-Technik ergeben sich dadurch, dass die Temperaturmessung an sehr heißen wie auch unzugänglichen Objekten berüh rungslos möglich ist, und keine Beeinflussung des Messobjektes oder des Prozes ses erfolgt, weiterhin durch die Schnelligkeit, es ist also ein Echtzeitsystem mit bis zu 30 Bildern/Sekunde. Die Bildgebung ist flächenhaft und ermöglicht sehr genaue Temperaturinformationen (mit einer Genauigkeit von kleiner als +/-0,1 Grad Cel sius bei einer dementsprechenden Reproduzierbarkeit, daher wird eine hochsensi tive Temperaturauflösung erzielt).The advantages of thermography and IR technology result from the fact that Touch temperature measurement on very hot and inaccessible objects is smoothly possible, and no influence on the measurement object or the process This is done by the speed, so it is a real-time system with up at 30 frames / second. The imaging is extensive and enables very precise Temperature information (with an accuracy of less than +/- 0.1 degrees Cel sius with a corresponding reproducibility, therefore a highly sensitive tive temperature resolution achieved).

In detaillierter Ausführung der Prüfmethode erfahren die Flugzeugbauteile aus Verbundwerkstoffen durch den entsprechenden Einsatz einer Wärmequelle eine gleichmäßige Temperaturerhöhung von ca. 5 bis 10 Grad, z. B. durch ein als Kreuzgang ausgewiesenes, seitliches Hin- und Herbewegen eines Heißluftgeblä ses, bis ein farblich homogenes Bild auf dem Monitor der Wärmbildkamera er kennbar wird und solcher Art mittels einer Temperaturdifferenzmessung die Fehler bzw. Schadstellen infolge schlechterer Wärmeableitung sichtbar werden. Solcher Art wird eine Topografie - also eine Landkarte - der zu prüfenden Heizleiterbahnen sichtbar, wobei beim Start von einer homogenen Temperaturverteilung ausgegan gen werden muss.The aircraft components learn from the detailed execution of the test method Composites through the appropriate use of a heat source uniform temperature increase of approx. 5 to 10 degrees, e.g. B. by an as Designated, side-to-side movement of a hot air blower until a color-homogeneous image appears on the monitor of the thermal imager the faults can be identified and of such a type by means of a temperature difference measurement or damaged areas due to poor heat dissipation. Such It becomes a topography - a map - of the heating conductor tracks to be tested visible, starting from a homogeneous temperature distribution must be taken.

In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens wird die Wärmebildkamera auf die er wärmte Fläche des Verbundwerkstoffs fokussiert, in dem Level und Span über die Automatik der Kamera angeglichen werden und das Fixieren des erfassten Bildes durch nochmaliges Abgleichen auf den vorhandenen Temperaturbereich mit ab schließendem Speichern des Bildes erfolgt. Auf diese Weise wird eine Feinein stellung des Wärmebildes mit evtl. Fehleranzeige erzielt.In a further embodiment of the method, the thermal imager is on the warmed surface of the composite material, in which level and span over the Automatically adjust the camera and fix the captured image by adjusting again to the existing temperature range then saving the image. This way it becomes a fine position of the thermal image with possible error display achieved.

In vorteilhafter Weise sind Halbleiterbahnen mäanderförmig angeordnet, so dass entsprechende Heizleistungsfaktoren optimierbar sind.Semiconductor tracks are advantageously arranged in a meandering shape, so that corresponding heating power factors can be optimized.

Als Heißluftgebläse kann ein handelsüblicher Föhn eingesetzt werden, so dass sich die Verwendung der erfindungsgemäßen Methode verbilligt und auch infolge seiner Handlichkeit gut im Einsatz direkt im oder am Flugzeug bewährt.A commercially available hair dryer can be used as a hot air blower, so that the use of the method according to the invention becomes cheaper and also as a result Proven its handiness well in use directly in or on the aircraft.

Nach einer Variante des erfinderischen Verfahrens wird zur Funktionskontrolle statt der Benutzung der Wärmequelle eine geeignete elektrische Spannung an die Heizleitern angelegt, so dass die Heizleiterbahnen sich selbst erwärmen, was Ihre Funktion und ihren Verlauf zu beurteilen erlaubt.According to a variant of the inventive method, the function is checked instead of using the heat source, a suitable electrical voltage to the Heating conductors created so that the heating conductors heat themselves, what your Function and its course allowed to be assessed.

Die Erfindung ist in einer Figur dargestellt. The invention is shown in a figure.

Fig. 1 zeigt eine Schemaskizze des erfinderischen Verfahrens. Fig. 1 shows a schematic sketch of the inventive method.

Aus der Fig. 1 sind die schematischen wie auch bildhaften Einzelheiten des erfin derischen Verfahrens zu entnehmen. So zeigt die Fig. 1 "Prinzipskizze Thermo grafie" das zu untersuchende Objekt (1) mit den dort eingebauten Heizleiterbahnen (6).From Fig. 1 the schematic as well as pictorial details of the inventive method can be seen. So Fig. 1 "Schematic sketch thermography" shows the object to be examined ( 1 ) with the heating tracks installed there ( 6 ).

Auf das Flugzeugteil aus Verbundwerkstoff (1) ist die Wärmequelle (2) gerichtet; das Teil (1) mit den dort eingebauten Heizleiterbahnen (6) strahlt die Wärme zu rück auf die Wärmebildkamera (IR-Kamera) (3), die wiederum mit Rechner (4) und Monitor (5) gekoppelt ist, so dass über die Rechnerauswertung auf Monitor (5) das Bild des geprüften Teils (1) einschliesslich der Heizleiterbahnen (6) erkennbar wird. Dabei werden auch im Material bzw. an den Heizleiterbahnen (6) vorhandene Fehler, wie auch der Verlauf der Heizleiterbahnen selbst, gut sichtbar. Aktiviert man hingegen die Heizleiterbahnen (6) durch Anlegen einer elektrischen Span nung, so können, ohne Wärmequelle von außen, die Heizleiterbahnen hinsichtlich der eigentlichen Funktion bzw. lokalen Störungen geprüft werden.The heat source ( 2 ) is directed at the aircraft part made of composite material ( 1 ); The part ( 1 ) with the heating conductor tracks ( 6 ) installed there radiates the heat back onto the thermal imaging camera (IR camera) ( 3 ), which in turn is coupled to the computer ( 4 ) and monitor ( 5 ), so that the computer evaluation the image of the tested part ( 1 ) including the heating conductor tracks ( 6 ) can be recognized on the monitor ( 5 ). Errors that are present in the material or on the heating conductor tracks ( 6 ), as well as the course of the heating conductor tracks themselves, are also clearly visible. If, on the other hand, you activate the heating conductor tracks ( 6 ) by applying an electrical voltage, the heating conductor tracks can be checked with regard to their actual function or local faults without any external heat source.

Claims

1. A method for thermographic production, quality and function control of heating conductor tracks ( 6 ) embedded in parts made of composite materials ( 1 ), in particular aircraft parts, as well as for recognizing the course of the heating conductor tracks ( 6 ), in particular when repairing corrosion damage, Path interruptions and poor connection score using a heat source, a high-resolution thermal imager ( 3 ), a computer ( 4 ) and a monitor ( 5 ), in which the heat source is a hot air blower ( 2 ), which is reciprocally moved back and forth until a color-homogeneous image on the monitor ( 5 ) of the thermal imager ( 3 ) can be seen, and in which by means of a temperature difference measurement the errors due to poorer heat dissipation he lets.

2. The method according to claim 1, characterized in that the thermal imaging camera ( 3 ) is focused on the heated part made of composite materials by level and span are compensated for by the automatic control of the camera ( 3 ) and the fixing of the captured image by repeated adjustment to the existing temperature range with subsequent storage of the image takes place.

3. The method according to any one of claims 1 or 2, characterized in that the heating conductor tracks ( 6 ) are arranged in a meandering shape.

4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that a commercially available hair dryer is used as the heat source ( 2 ).

5. A method for thermographic production, quality and function control of heating conductor tracks ( 6 ) embedded in parts made of composite materials ( 1 ), in particular aircraft parts, as well as for recognizing the course of the heating conductor tracks ( 6 ), in particular when repairing corrosion damage. Railway interruptions and poor connection score, using a high-resolution thermal imager ( 3 ), a computer ( 4 ), and a monitor ( 5 ) in which a suitable electrical voltage is applied to the heating conductor tracks ( 6 ) for heating the parts made of composite materials.