DE10153592A1

DE10153592A1 - Thermografieverfahren

Info

Publication number: DE10153592A1
Application number: DE2001153592
Authority: DE
Inventors: Rolf Sandvoss
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-11-02
Filing date: 2001-11-02
Publication date: 2003-05-15

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung 1 zur Prüfung von Materialien durch Ermittlung und bildhafte Darstellung von Temperaturunterschieden oberhalb eines Schwellenwertes auf Oberflächen von Prüfobjekten (8). Mit Hilfe einer Kamera zur Ermittlung und bildhaften Darstellung von Temperaturunterschieden oberhalb eines Schwellenwertes werden in einem ersten Schritt Temperaturen von Gegenstandselementen (22) innerhalb eines der Kamera zugewandten Prüfbereichs (14) des Prüfobjektes (8) ermittelt. Anschließend wird dem Prüfbereich (14) mit Hilfe eines Laserstrahls (4) derart Wärme zugeführt, dass sich die Oberfläche des Prüfobjektes (8) im Prüfbereich (14) um mindestens den Betrag des Schwellenwertes erhöht. Die Gegenstandselemente (22) werden als Bildelemente derart dargestellt, dass Temperaturunterschiede oberhalb des Schwellenwertes zwischen den Gegenstandselementen (22) sichtbar sind. Die Abkühlung des Prüfbereichs (14) wird mittels der Bildelemente (20) dargestellt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Prüfung von Materialeigenschaften mittels eines aktiven Thermografieverfahrens.
Zahlreiche Vorrichtungen zur Prüfung von Materialien sind bekannt und werden verbessert. Besonders vorteilhaft sind dabei Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung von Materialien, da bei diesen Prüfverfahren die Verwendbarkeit des Prüfobjektes nicht beeinträchtigt wird. Durch eine zerstörungsfreie Gesamtprüfung verschiedener Konstruktionsteile wird im Unterschied zur Stichprobenprüfung eine erhöhte Aussagesicherheit erreicht. Zerstörungsfreie 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 Schlackeneinschlüssen) sowie Seigerungszonen werden physikalische Werkstoffeigenschaften wie Absorption von Röntgenstrahlen, Reflektion von Ultraschallwellen, Schallemission oder magnetische Eigenschaften ausgenutzt. Als zerstörungsfreie Prüfverfahren sind Röntgen und Gammastrahlenprüfung, Ultraschallprüfung, Magnetpulverprüfung sowie elektrische und magnetische Untersuchungen bekannt.
Hauptanwendung der Röntgen- und Gammastrahlenprüfung ist die Fehlerkontrolle 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 Anwendung zu erhöhter Strahlenbelastung der durchführenden Personen führen.
Die Ultraschallprüfung beruht auf der Erkenntnis, dass sich Ultraschallwellen im Frequenzbereich zwischen 100 KHz und 25 MHz in Festkörpern geradlinig 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 zwischen Schallsender und Empfänger angeordnet. Die durch das Prüfobjekt hindurchtretenden Schallwellen werden vom Empfänger wieder in elektrische 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 Ultraschalwellprüfung Verfahren ergeben sich durch die Notwendigkeit des Ankoppelns des Senders bzw. Empfängers an das Prüfobjekt.
Als weiteres zerstörungsfreies Prüfungsverfahren hat sich die Verwendung von Thermografiesystemen entwickelt. Die Thermografie arbeitet im infrarotem Wellenlängenbereich. Auf der kurzwelligen Seite beginnt der Infrarotbereich beim Dunkelrot an der Wahrnehmungsgrenze des sichtbaren Lichtes, am anderen, langwelligeren Ende geht er über in den Mikrowellenbereich mit Wellenlängen in der Größenordnung von Millimetern. Mit Hilfe einer wärmempfindlichen Kamera ist es möglich die von einem Objekt emittierte Infrarotbestrahlung zu messen und diese in einem sichtbaren Bild darzustellen. Da die Strahlung eine Funktion der Oberflächentemperatur 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 Temperaturunterschied zur Behälterwand aufweist, mit Hilfe der Messung der emittierten Infrarotstrahlung ermittelt werden.
Bekannt ist auch ein von der Anmelderin selbst entwickeltes Verfahren, bei dem einem Prüfobjekt Wärme mittels Scheinwerfern oder Heizstrahlern zugeführt wird und Verfahren und die anschließende Abkühlung des Prüfobjektes mit Hilfe einer wärmempfindlichen Kamera ist gemessen und dargestellt wird. Grundsätzlich macht sich dieses Verfahren das Phänomen 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 Oberflächentemperatur des Prüfobjektes würde in einem solchen Fall zwar im Laufe der Zeit einen Temperaturabfall auf der gesamten Fläche ergeben, jedoch würden sich innerhalb der Fläche keinerlei Temperaturunterschiede einstellen. Ist das Prüfobjekt dagegen 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 Bereich nach einem gewissen Zeitraum eine höhere Temperatur als im umliegenden nicht wärmegedämmten Bereich ein. Umgekehrt führt der Einschluss eines die Wärme besser abführenden Materials zu einer relativen Abkühlung im Bereich des Einschlusses.
Mit diesem Verfahren wurden sehr gute Ergebnisse erzielt, allerdings haben sich in der Praxis einige Nachteile gezeigt. Beispielsweise hat es sich als äußerst schwierig erwiesen, dem Prüfobjekt über den gesamten Prüfbereich gleichmäßig Wärme zuzuführen. Eine homogene Wärmezufuhr gleicher Intensität ist mit den genannten Wärmequellen nahezu nicht möglich, wodurch eine anschließende intensive Auswertung und Interpretation der Messdaten notwendig ist. Weiterhin hat sich bei großen Prüfobjekten, beispielsweise bei großen Booten oder Schiffen das Problem ergeben, dass die gesamte zu prüfende Oberfläche mit Hilfe der genannten Wärmequellen nur schwierig zu erreichen ist. Für eine vollflächige Messung ist ein erheblicher Aufwand, beispielsweise das Aufstellen von begehbaren Gerüsten notwendig. Ebenfalls bereitet es Schwierigkeiten, nur bestimmte, scharf abgegrenzte Bereiche einer Oberfläche zu untersuchen, da die bekannten zu verwendenden Wärmequellen die Erwärmung nur kleiner ausgesuchter Bereiche erschweren.
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. Materialunterschiede, Einschlüsse), als auch Materialfehler wie Risse oder Brüche nachweisbar sein. Das Verfahren soll dabei einfach und schnell durchzuführen sein und eine präzise Untersuchung einzelner, auch kleinerer Prüfbereiche erlauben.
Erfindungsgemäß wird dies durch ein Prüfungsverfahren für Materialien, bei dem mit Hilfe einer Kamera, welche Temperaturunterschiede oberhalb eines Schwellenwertes erfasst, durch Ermittlung und bildhaften Darstellung von Temperaturunterschieden auf Oberflächen von Prüfobjekten erreicht, bei dem

a) die individuellen Temperaturen von Gegenstandselementen innerhalb eines der Kamera zugewandten Prüfbereichs der Oberfläche des Prüfobjektes ermittelt und dargestellt werden, und
b) die Temperatur der Gegenstandselemente exakt innerhalb eines in beliebigen Formen definierbaren Prüfbereichs mit Hilfe eines Laserstrahls derart aktiv geändert wird, dass sich die Temperatur der Oberfläche des Prüfobjektes im Prüfbereich um mindestens den Betrag des Schwellenwertes verändert, und
c) die temperaturveränderten Gegenstandselemente als Bildelemente derart dargestellt werden, dass ihr individuelles Temperaturverhalten aufgrund der Temperaturänderung erkennbar wird, und
d) vorzugsweise die weitere Temperaturveränderung des Püfbereichs mittels der Bildelemente dargestellt wird.

Auch wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung zur Prüfung von Materialien mit einer Kamera zur Ermittlung und bildhaften Darstellung von Temperaturunterschieden oberhalb eines Schwellenwertes und einem Lasergerät, welches einen Laserstrahl derart emittiert, dass dieser auf eine Oberfläche eines Prüfobjektes auftrifft und die Temperatur eines der Kamera zugewandten Prüfbereichs um mindestens den Betrag des Schwellenwertes erhöht, gelöst.
Der Erfindung liegt grundsätzlich 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 Bereichs 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 Thermografieverfahren.
Das Verfahren eignet sich insbesondere für die Untersuchung von Verbundwerkstoffen wie beispielsweise Glasfaserkunststoff oder Laminat. Auch das zuverlässige Auffinden von Fehlern in homogenen Materialien ist problemlos möglich.
Mit Hilfe einer Thermografiekamera wird dabei beispielsweise zunächst die Temperatur der zu untersuchenden Oberfläche des Prüfobjektes ermittelt. Das Prüfobjekt befindet sich zu diesem Zeitpunkt vorteilhafterweise im thermischen Gleichgewicht mit seiner Umgebung. Mit Hilfe eines Laserstrahls wird der zu überprüfende Oberflächenbereich des Prüfobjektes gleichmäßig erwärmt, wobei die Thermografiekamera die Temperaturerhöhung der Oberfläche registriert. Die Oberfläche muss dabei mindestens um den von der Kamera minimal zu registrierenden und darstellbaren Temperaturunterschied (Schwellenwert) erhöht werden, jedoch kann eine Erhöhung um das Vielfache des Schwellenwertes beispielsweise um 10 Kelvin bei einem Schwellenwert von 0,1 Kelvin zu aufschlussreicheren und zu einer höher aufgelösten Darstellung des Messergebnisses führen. Mit Hilfe der Thermografiekamera kann der Wärmeabfluss der eingestrahlten Wärme also die Abkühlung der Oberfläche unmittelbar beobachtet werden. Die Wärmeleitung beeinflussende Unregelmäßigkeiten im Material des Prüfobjektes sind durch die bildhafte Darstellung der Kamera schnell und klar zu erkennen. Dabei kann es vorteilhaft sein, wenn die Thermografiekamera ein farbiges Bild produziert, es kann aber auch eine auf Graustufen basierende Darstellung bevorzugt werden.
Im Gegensatz zur Beaufschlagung des Prüfobjektes mit Wärme nach dem Stand der Technik, beispielsweise mit einem Heizstrahler oder einer Halogenlampe, erlaubt die erfindungsgemäße Verwendung eines Laserstrahls zur Erwärmung eine äußerst präzise, homogene Wärmezufuhr über den gesamten Prüfbereich. Dies ist zum einen durch den relativ kleinen punktuellen Wärmeauftrag im Bereich des Brennflecks, der beispielsweise eine Fläche von nur etwa 2 bis 3 cm² aufweisen kann, zum anderen durch das genaue Heranführen des Brennflecks an die Begrenzungen des Prüfbereichs bedingt. Im Gegensatz zur Erwärmung des Prüfbereichs mit einem Heizstrahler oder einer Quarzlampe kann mit einem Laserstrahl die Wärmezufuhr aufgrund der hohen Energiedichte, dem kleinen Brennfleck und vor allem aufgrund der geringen Streuung des Laserstrahls exakt innerhalb der Begrenzungen eines beliebig geformten Prüfbereichs erfolgen. Beispielsweise kann nur ein bestimmter, auch unsymetrischer Bereich eines Prüfobjekts ausgewählt und erwärmt werden. Das Lasergerät kann derart programmiert werden, dass der Laserstrahl jede beliebige Form abfährt. Besonders vorteilhaft ist dabei, dass im Gegensatz zum Stand der Technik die angrenzenden Flächen durch den Laserstrahl nicht miterwärmt werden. Dies ist dann vorteilhaft, wenn es sich bei den angrenzenden Flächen um wärmeempfindliche Materialien handelt oder diese Flächen anschließend ebenfalls bei möglichst gleicher Temperatur untersucht werden sollen.
Der Laserstrahl kann dabei beispielsweise meanderförmig über die Fläche des Prüfbereichs geführt werden und dabei die äußeren Begrenzungen des Prüfbereichs derart genau einhalten, dass ein scharfer Übergang zur nicht aktiv erwärmten angrenzenden Fläche erreicht wird. Die aufzubringende Wärme kann dabei einerseits durch die Intensität des Lasers, andererseits aber auch durch die Dauer des Wärmeauftrags bzw. durch Geschwindigkeit des bewegten Laserstrahls variiert werden. Der Laserstrahl kann beispielsweise mit einer Geschwindigkeit von einem bis 10 000 mm pro Sekunde über den Prüfbereich geführt werden. Durch das gezielte Aufbringen der Wärme in Millisekunden auf der Oberfläche werden Störungen oder Materialeigenschaften in dem zu prüfenden Bauteil sofort auf dem Bildschirm der Wärmebildkamera und/oder auf einem weiteren angeschlossenen Bildschirm sichtbar. Die Qualität der gewonnenen Messergebnisse übertrifft vor allem durch die gleichmäßige Erwärmung des Prüfobjektes über den gesamten Prüfbereich die Qualität von Messergebnissen, die mit Systemen nach dem Stand der Technik gewonnen wurden, bei weitem.
Eine Beobachtung mittels der Thermografiekamera 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 prüfenden Oberfläche nach der ersten Erwärmung erneut erwärmt wird.
Das schnelle, kurzzeitige Aufbringen der Wärme mittels Laser führt nur zu einer kurzzeitigen Erwärmung im Millisekunden-Bereich, was wiederum bei wärmeempindlichen Materialien vorteilhaft sein kann.
Aufgrund der fortschreitenden Halbleitertechnik sind die inzwischen verfügbaren Wärmemesskameras (Thermografiekameras) derart präzise bzw. empfindlich, dass bereits kleinste Temperaturunterschiede (< 100 mK) erkannt werden können. Der in das Prüfobjekt abfließende Wärmestrom kann entsprechend hoch aufgelöst auf einem Bildschirm dargestellt werden. Entsprechend können somit Rückschlüsse schon auf geringste Veränderungen oder Unterschiede des Materials geschlossen werden. Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die Temperaturänderungen des Prüfbereichs in Echtzeit auf einem Bildschirm beobachtet werden. Diese Livebilder können zusätzlich digital mit einer entsprechenden Software auf einem Computer zusammenhängend nach Art eines Videofilms gespeichert und später mit einer zusätzlichen Software hinsichtlich der angestrebten Darstellung bzw. Ergebnisse nachbearbeitet werden. Beispielsweise kann eine gute Darstellung der Temperaturveränderung des Prüfungsbereichs dadurch erzielt werden, dass eine bestimmte Filmsequenz in erhöhter Geschwindigkeit mehrmals bzw. unbegrenzt oft hintereinander abgespielt wird (sogenannte Loop- Darstellung). Bei entsprechend hoher Bildwiederholungsrate kann somit ein quasi stehendes Bild erzeugt werden, auf welchem die die Wärmeabfuhr beeinflussenden Komponenten bzw. Materialunterschiede gut sichtbar sind. Derart erzeugte digitalisierte Daten lassen sich darüber hinaus gut und einfach archivieren. Für derartige Verfahren bietet sich das sogenannte IMG Format an.
Je nach Zielsetzung und Prüfobjekt ist auch eine Erwärmung der Rückseite des Prüfobjektes möglich, sodass die Thermografiekamera den Wärmeverlauf von der der Thermografiekamera abgewandten Seite des Prüfobjektes in Richtung der Thermografiekamera anhand der Wärmeentwicklung auf der der Thermografiekamera zugewandten Oberfläche aufzeichnet.
Eine gleichzeitige Erwärmung und Temperaturmessung ist möglich, da eine Thermografiekamera für sichtbares Licht "blind" ist. Im Gegensatz zu herkömmlichen Systemen ist auch denkbar, dass das Lasergerät sehr nahe an der Thermografiekamera angeordnet oder unmittelbar mit der Thermografiekamera, beispielsweise über ein Gestänge, verbunden ist. Eine Temperaturbeeinflussung der Thermografiekamera durch die Nähe des Lasergerätes ist im Gegensatz zu einer herkömmlichen Wärmequelle, beispielsweise einem Halogenstrahler, nahezu ausgeschlossen, zumindest aber ist die Beeinflussung deutlich geringer.
Die Untersuchung des Prüfobjektes kann beispielsweise auch durch eine zuvorige Ermittlung der Wärmeabsorptionsfähigkeit des Prüfbereichs verbessert werden. Hierfür wird der Prüfbereich zunächst vollflächig kurz erwärmt und anschließend wird mit Hilfe einer CCD-Kamera das reflektierte Bild des Prüfbereichs aufgenommen. Auf dem sich ergebenden Bild (Foto) stellen sich Stellen hoher Reflektion hell und Stellen niedriger Reflektion dunkler dar. Die folgende Wärmezufuhr durch den Laser, die letztendlich der Untersuchung des Prüfbereichs dienen soll, kann dann durch Intensität oder Verweildauer des Laserstrahls entsprechend angepasst werden, so dass eine gleichmäßige Erwärmung der tieferen Schichten unabhängig von der Oberfläche des Prüfbereichs erreicht wird.
Eine Messung des reflektierten Anteils und somit entsprechend des absorbierten Anteils einer ersten Erwärmung für eine anschließende Anpassung der Wärmezufuhr kann auch durch die Thermografiekamera selbst erfolgen. Unmittelbar nach der ersten Erwärmung wird der Prüfbereich durch die Thermografiekamera aufgenommen. Das sich ergebende Bild zeigt ebenfalls die Stellen oder Bereiche des Prüfbereichs, die die Wärme stärker oder weniger stark reflektieren bzw. ableiten.
Auch ist denkbar, den Prüfbereich vor der Untersuchung vollflächig beispielsweise mit Kohle oder Graphitstaub zu beschichten. Die Beschichtung vereinheitlicht die Reflektionsfähigkeit des Prüfbereichs und kann anschließend schnell und einfach entfernt werden. Diese Methode eignet sich beispielsweise insbesondere für kleine Prüfobjekte. Die Beschichtung kann auch mit Hilfe eines anderen geeigneten Materials erfolgen.
Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Verwendung eines Laserstrahls besteht auch darin, dass die auch Erwärmung großer Flächen zentral erfolgen kann. Da der Laserstrahl auch über weite Strecken nur relativ geringe Leistungsverluste aufweist, reicht ein einmaliges, zentrales Aufstellen des Lasergerätes aus. Es ist beispielsweise bei großen Schiffsrümpfen nicht notwendig, zusätzliche Aufwendungen zur Gewährleistung der gleichmäßigen Wärmezufuhr zu betreiben (wie z. B. das Aufstellen von begehbaren Gerüsten)
Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht auch darin, dass eine zuverlässige Bestimmung der Qualität von Punktschweißnähten möglich ist. Bei der Punktschweißung entstehende Schweißlinsen weisen eine hohe Wärmeleitfähigkeit auf und leiten zugeführte Wärme entsprechend schnell ab. Nicht oder nur schlecht verbundene Bleche mit nichtdurchgängigen Schweißlinsen bzw. Lufteinschlüssen leiten die zugeführte Wärme entsprechend schlechter ab, was mit Hilfe der Thermografiekamera leicht nachweisbar ist. Die Verwendung des Laserstrahls erlaubt nun eine punktgenaue, kleinräumige Untersuchung der Schweißlinsen, was insbesondere bei der Massenfertigung vorteilhaft ist. Zu prüfende Punktschweißnähte können beispielsweise mittels eines Lasers mit definierter Leistung und Verweildauer auf der Schweißlinse erwärmt und anschließend gefilmt werden. Weist eine untersuchte Schweißlinse einen von einem Sollwert abweichende Farbgebung auf dem Wärmebild auf, kann beispielsweise eine Alarm oder ein Anhalten der Produktion ausgelöst werden.
Entsprechend ist auch die Untersuchung von linearen Schweißnähten möglich, eine Unterbrechung der Schweißnaht kann schnell und einfach aufgefunden werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren oder die erfindungsgemässe Vorrichtung eignet sich insbesondere zur Überprüfung von Bootsrümpfen aus Glasfaserkunststoff (GFK). Es hat sich herausgestellt, dass durch Festkörperdiffusion Salz oder Süßwasser durch mehr oder weniger geschütztes Glasfaserlaminat ein- und hindurchdringt. Dies geschieht in Abhängigkeit von Temperatur, 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 Verfahrens oder der erfindungsgemässen Vorrichtung ist es nun möglich, diese unerwünschte Veränderung des Bootsrumpfes in jedem Stadium nachzuweisen. Das Verfahren dient damit zur Beurteilung des Zustandes eines Rumpfes bzw. zum Nachweis der o. g. Mängel und kann als Entscheidungshilfe für die Wertermittlung eines Bootes insbesondere nach Reparaturen nach Unfällen usw. herangezogen werden. Auch ist bei der Fertigung neuer Boote oder Schiffe die einwandfreie Qualität des Bootsrumpfes mit dem erfindungsgemäßen Verfahren problemlos überprüfbar. Denkbar ist auch, dass der zur Untersuchung eingesetzte Laserstrahl durch Anpassung bzw. Veränderung der Leistung direkt zum Veröden der aufgefundenen Osmoseschäden oder zum Zerschneiden des Materials genutzt werden kann.
Die Erfindung kann in ähnlicher Weise zur Überprüfung von stahlgefertigten Objekten wie beispielsweise Kraftfahrzeuge oder Flugzeugen eingesetzt werden. Beispielsweise sind Fahrzeugkarosserien berührungslos von außen hinsichtlich nicht sichtbarer überlackierter Reparaturen untersuchbar. Aufgrund der unterschiedlichen Wärmeleitfähigkeit von Stahl- und Spachtelmasse tritt letztere bei Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens deutlich in Erscheinung.
Ein weiterer interessanter Einsatzbereich für das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Einrichtung ist die Markierung bzw. Identifizierung von Gegenständen. Beispielsweise können Kraftfahrzeuge oder Boote an beliebiger Stelle unterhalb ihrer Lackschicht, also für das bloße Auge von außen nicht sichtbar, eine Markierung, beispielsweise eine Identifizierungsnummer aufweisen, die mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens schnell und einfach überprüft werden kann. Es wäre zum Beispiel denkbar, dass Kraftfahrzeuge eine derartige Markierung auf dem Dach des Fahrzeugs aufweisen, die dann bei Unterfahren einer Messstelle (beispielsweise an Landesgrenzen) von oben schnell und zuverlässig abfragbar wäre. Auch könnten kleine Markierung mit Handgeräten bei Verkehrskontrollen überprüft werden. Es wird ausdrücklich drauf hingewiesen, dass die Lehre des Markierens und Identifizierens als eigenständige Erfindung angesehen und eine Teilanmeldung unabhängig von der Lehre der hier bezeichneten Erfindung vorbehalten wird.
Zur Kontrolle der Verbindung von Verbundwerkstoffen oder Laminaten ist denkbar, dass das zu prüfende Material auf einer Fertigungsstrasse zunächst mittels des Laserstrahls erwärmt wird und anschliessend der Temperaturverlauf durch die Verbundplatte mit einer oder mehrerer parallel zur Förderstrecke mitfahrenden Thermografiekameras ermittelt wird. Nicht ordnungsgemäße Verbindungen und Lufteinschlüsse können somit schon während bzw. kurz nach der Fertigung ermittelt und unmittelbar anschließend behoben werden.
Die oben aufgeführten Anwendungsbeispiele stellen nur einen kleinen Ausschnitt der sich für das erfindungsgemässe Verfahren oder die erfindungsgemässe Vorrichtung ergebenden Möglichkeiten dar. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale sind in der Figurenbeschreibung und den Unteransprüchen enthalten. Es zeigen:
Fig. 1 eine prinzipielle Darstellung einer erfindungsgemässen Vorrichtung,
Fig. 2 eine Prinzipdarstellung des Abtastweges des Laserstrahls,
Fig. 3 das Prinzip der bildhaften Darstellung,
Fig. 4 eine vereinfachte Darstellung des Ablaufs des erfindungsgemäßen Prüfverfahrens,
Fig. 5 eine Prinzipdarstellung einer automatisierten Untersuchungseinrichtung,
Fig. 6 eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer zusätzlichen Kamera zur Aufzeichnung der Reflektionen des Prüfbereichs.
Fig. 1 zeigt die erfindungsgemässe Prüfungsvorrichtung 1, bestehend aus einem Lasergerät 2, welches einen Laserstrahl 4 emittiert, der über einen Scankopf 6 geleitet wird und anschließend auf ein Prüfobjekt 8 trifft. Weiterhin ist eine Kamera zur Ermittlung und bildhaften Darstellung von Temperaturunterschieden (Thermograiiekamera) 10 und optional ein zusätzlicher Monitor 12 dargestellt 6. Der Laserstrahl 4 dient der Erwärmung eines der Thermograiiekamera 10 zugewandten Prüfbereichs 14 der Oberfläche eines Prüfobjektes 8. Je nach Grösse des zu prüfenden Prüfobjektes 8 kann der Prüfbereich 14 die der Thermografiekamera 10 zugewandte Oberfläche vollständig oder nur teilweise beinhalten.
Als Lasergerät 2 hat sich die Verwendung eines Diodenlasergerätes als besonders vorteilhaft erwiesen, jedoch ist auch der Einsatz anderer Lasergerätetypen denkbar. Der zugehörige Scankopf 6 weist eine, zwei oder mehr Spiegel auf und dient der Ausrichtung und Steuerung des Laserstrahls 4.
Bei der Wahl einer geeigneten Thermograiiekamera 10 sollte die Darstellung möglichst geringer Temperaturunterschiede (Schwellenwert) innerhalb des Prüfbereiches 14 möglich sein. Gute Ergebnisse wurden mit einer Kamera der Firma FLIR Systems AB erreicht. Mit dieser Kamera ist die Darstellung von Schwellenwerten bzw. Temperaturunterschieden von 100 mK möglich. Weiterhin ist die Kamera in der Lage, Temperaturbereiche 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 ungekühltem 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 Fokus 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.
Ein Prüfobjekt 8 z. B. aus CFK wird von einem Diodenlaser mit einer Wellenlänge von 808 nm und einen Scankopf 6 mit zwei Spiegel für die X und Y Richtung mäanderförmig abgetastet (vgl. Fig. 2). Ein mäanderförmige Abtasten gewährleistet ein definiertes und exakt wiederholbares Abtasten des Prüfbereichs 14. Die Wellenlänge des Laserstrahls kann je nach Anforderungen, insbesondere in Abhängigkeit vom Material zwischen 750 und 900 nm variieren.
Der Laserstrahl 4 kann je nach gewünschter Intensität und zu untersuchender Fläche durch eine Linse gebündelt oder nicht gebündelt werden. Wird der Laserstrahl 4 nicht gebündelt, entsteht ein Brennfleck 16, der eine Fläche von etwa 1,5 cm × 1,5 cm aufweist. Auch die Fläche des Brennflecks 16 kann je nach Anforderungen variiert werden. Die Geschwindigkeit des Laserstrahls 2 bzw. des Brennflecks 16 auf dem Prüfobjekt 8 kann zwischen 1 mm und 10 000 mm/s betragen. Um eine ausreichende Erwärmung von Metall zu erreichen hat sich eine Geschwindigkeit von 100 mm/s, für die Erwärmung von CFK von 500 mm/s und von Polyethylen von 1000 mm/s als geeignet erwiesen.
Jegliche Temperaturänderung der Oberfläche des Prüfobjekts 8 kann in Echtzeit beobachtet und gleichzeitig beispielsweise in einem IMG-Format aufgezeichnet bzw. gespeichert werden.
Durch das gezielte Aufbringen der Wärme in Millisekunden auf der Oberfläche des Prüfobjekts 8 werden Störungen in dem zu prüfenden Bauteil sofort sichtbar. Durch weitere Erwärmungen kann die Wärme quasi schichtweise in das Prüfobjekt 8 eingebracht werden.
Eine genaue Tiefenbestimmung aufgezeigter Störungen jeglicher Art kann errechnet werden, da die Zeit bis zum Sichtbarwerden der Störung, die eingebrachte Wärmemenge (Laserleistung), die Fläche und das Material bekannt sind.
Da der Scankopf 6 in jede Richtung schwenkbar ist, können Prüfobjekte 8 Bauteile in jeglicher Position zum Lasergerät 2 geprüft werden.
Fig. 3 macht das Prinzip der bildhaften Darstellung deutlich. Der Prüfbereich 14 wird von der Thermografiekamera 10 (dargestellt durch gestrichelte Linien, eine Linse 18 und Bildelemente 20) in Gegenstandselemente 22 aufgeteilt. Die Temperaturen der einzelnen Gegenstandselemente 22 werden von der Kamera ermittelt und anschliessend über einen Strahlengang 24 als Bildelemente 20 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 22. Weisen die Gegenstandselemente 22 keinen Temperaturunterschied auf, so ist auch in der 4 basierenden bildhaften Darstellung, beispielsweise durch den Monitor 12, kein Kontrast erkennbar. Weisen die Gegenstandselemente 22 jedoch unterschiedliche Temperaturen auf, so sind diese deutlich zu erkennen.
Fig. 4 verdeutlicht die Vorgehensweise einer erfindungsgemässen Prüfung. Das Prüfobjekt 8 befindet sich in dieser beispielhaften Darstellung im thermischen Gleichgewicht mit der Umgebung und hat eine Oberflächentemperatur von 20°C (siehe Fig. 4a). Neben dem Prüfobjekt 8 ist ein Graustufenkeil 26 dargestellt. Dieser Graustufenkeil 26 beschreibt die Darstellung der Temperaturunterschiede (Schwellenwerte) durch die Thermograiiekamera 10. 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 Thermografie 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 Thermografiekamera 10 derart eingestellt, dass die minimale zu messende Temperatur T_min oberhalb der Durchschnittstemperatur 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 Prüfbereich 14 im Monitor 12 als weiße Fläche. In einem nächsten Schritt wird nun der Prüfbereich 14 mit Hilfe des Laserstrahls 4 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 14 Bereiche, die von der Durchschnittstemperatur T_med abweichen. Derartige Störungen 28 erscheinen, wenn sie eine höhere Temperatur als T_med aufweisen auf dem Monitor 12 als dunkle Flecken. Da auch die Durchschnittstemperatur T_med durch die Erwärmung gegenüber der ursprünglichen Temperatur angestiegen ist, erscheint der Prüfbereich 14 insgesamt ebenfalls dunkler. Um nun eine klarere und deutlichere Darstellung der Störungen 28 zu erreichen, wird der die Darstellung auf dem Monitor 12 bedingende Graustufenkeil 26 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 14 erscheint somit auf den Monitor 12 wiederum als weiße Fläche, nur die Störungen 28, die die Wärmeabfuhr erschweren, erscheinen als gut erkennbare dunkle Flecken (vergleiche Fig. 4b).
Wird nun dem Prüfobjekt 8 keine weitere Wärmeenergie zugeführt, so kühlt sich das Prüfobjekt 8 ab, bzw. strömt Wärme in das Prüfobjekt hinein. An der Oberfläche des Prüfobjektes bzw. im Prüfbereich 14 ist diese anhand der sich entwickelnden bzw. verändernden Temperaturunterschiede an der Oberfläche sichtbar. Dies wird besonders dann erleichtert, wenn der Graustufenkeil 26 der mittleren Temperatur T_med ständig nachgeführt wird. Hierfür ermittelt die Thermografiekamera 10 permanent die sich aufgrund des Wärmeabflusses abkühlende Durchschnittstemperatur T_med und stellt den Graustufenkeil 26 derart ein, dass die Durchschnittstemperatur T_med weiß dargestellt wird (Fig. 4b und c). Somit sind beispielsweise Lufteinschlüsse, die die Wärmeabfuhr in das Prüfobjekt 8 erschweren, als dunkle Bereiche lokalisierbar. Eine Aufzeichnung der Veränderung der Oberflächentemperatur im Prüfbereich 14 über einen bestimmten Zeitraum erlaubt die Berechnung 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 28 innerhalb des Prüfobjektes 10 möglich. Zur Erleichterung der Darstellung derjenigen Störungen 28 die die Abfuhr der Wärme in das Prüfobjekt 8 erleichtern, beispielsweise metallische Einschlüsse in Glasfaserkunststoffplatten, ist eine Einstellung des Graustufenkeils 16 derart vorzunehmen, dass auch diejenigen 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 28 dementsprechend als hellere Bereiche dargestellt werden. Es ist also möglich, den Graustufenkeil 26 entweder derart einzustellen, dass sowohl diejenigen Störungen 28 erkennbar sind, die die Wärmeabfuhr erleichtern, als auch diejenigen, die die Wärmeabfuhr behindern.
Je nach Anwendungsfall ist aber auch eine Einstellung des Graustufenkeils 16 derart möglich, dass entweder nur Störungen 28, die die Wärmeabfuhr in das Prüfobjekt 8 erleichtern oder nur Störungen 28, die die Wärmeabfuhr in das Prüfobjekt 8 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 Thermografiekamera 10 mit einer Markierungsvorrichtung 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 Markierung denkbar. Eine derartige Markierung ist besonders dann sinnvoll, wenn die Prüfobjekte 10 im Anschluss an die Prüfung bearbeitet oder ausgebessert werden sollen.
Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn zunächst Prüfobjekt 8 im ursprünglichen Zustand und dann sowohl die Erwärmung als auch die anschließende Abkühlung des Prüfobjektes 10 mit Hilfe der Thermografiekamera 10 zusammenhängend nach Art eines Videofilms aufgezeichnet werden. Es ergibt sich somit eine Dokumentation aller Zustande, ausgehend vom Urzustand bis hin zum abgekühlten Zustand. Dieser möglichst digitale Film kann anschließend mit Hilfe entsprechender Software auf einem Rechner 30 aufbereitet werden. Beispielsweise kann eine Anpassung der Grauanteile des Graustufenkeils 16 zur Verbesserung des Kontrastes erfolgen. Auch wird ein gute Darstellung der Temperaturveränderung des Prüfungsbereichs 8 dadurch erzielt, wenn eine bestimmte Filmsequenz in erhöhter Geschwindigkeit mehrmals bzw. unbegrenzt oft hintereinander abgespielt wird (sogenannte Loop-Darstellung). Bei entsprechend hoher Bildwiederholungsrate kann somit ein quasi stehendes Bild erzeugt werden, auf welchem die die Wärmeabfuhr beeinflussenden Komponenten bzw. Materialunterschiede gut sichtbar sind. Derart erzeugte digitalisierte Daten lassen sich darüber hinaus gut und einfach archivieren.
Fig. 5 verdeutlicht, dass das erfindungsgemässe Verfahren bzw. die erfindungsgemässe Vorrichtung auch in einem automatisierten Prozess einzusetzen ist. Beispielsweise können Prüfobjekte 8 auf einem Förderband 32 dem Lasergerät 2 bzw. dem Laserstrahl 4 zugeführt werden, der die Prüfobjekte 8 zunächst erwärmt. Anschliessend werden die Prüfobjekte 8 einer Thermografiekamera 10 zugeführt, die deren Oberflächentemperatur misst. Um die Messung über einen längeren Zeitraum zu gewährleisten, kann die Thermografiekamera 10 derart bewegbar an einer Schiene 34 angeordnet sein, dass sich diese parallel zum Förderband 32 mit der gleichen Geschwindigkeit bewegen kann. Die Einstellung beispielsweise des Graustufenkeils 26 erfolgt dabei vollautomatisch und die Ermittlung der Messdaten bzw. deren Darstellung und Bewertung erfolgt über einen an die Thermografiekamera 10 angeschlossenen Rechner 30 mit einem Monitor 12. Fehlerhafte Prüfobjekte 8 können erkannt und aussortiert werden. Um eine angemessene Geschwindigkeit des Prüfungsprozesses zu gewährleisten, kann es auch sinnvoll sein, mehrere Thermografiekameras 10 anzuordnen, die in Reihe nacheinander Bereiche der Prüfobjekte 8 überprüfen.
Die Untersuchung des Prüfobjekts 8 kann beispielsweise auch durch eine zuvorige Ermittlung der Wärmeabsorptionsfähigkeit des Prüfbereichs verbessert werden. Wie in Fig. 6 dargestellt ist zusätzlich eine CCD-Kamera 34 vorgesehen, mit der das reflektierte Bild des Prüfbereichs 14, nachdem er zunächst vollflächig kurz erwärmt wurde, aufgenommen. Auf dem sich ergebenden Bild (Foto) stellen sich Stellen hoher Reflektion hell und Stellen niedriger Reflektion dunkler dar. Die folgende Wärmezufuhr durch den Laserstrahl 4, die letztendlich der Untersuchung des Prüfbereichs 14 dienen soll, kann dann durch Intensität oder Verweildauer des Laserstrahls 4 entsprechend angepasst werden, so dass eine gleichmäßige Erwärmung der tieferen Schichten unabhängig von der Oberfläche des Prüfbereichs 14 erreicht wird. Hierfür kann eine direkte Verbindung bzw. Rückkopplung zwischen der CCD-Kamera und dem Lasergerät 2 vorhanden sein.
Eine Messung des reflektierten Anteils und somit entsprechend des absorbierten Anteils einer ersten Erwärmung für eine anschließende Anpassung der Wärmezufuhr kann auch durch die Thermografiekamera selbst erfolgen. Unmittelbar nach der ersten Erwärmung wird der Prüfbereich durch die Thermografiekamera aufgenommen. Das sich ergebende Bild zeigt ebenfalls die Stellen oder Bereiche des Prüfbereichs, die die Wärme stärker oder weniger stark reflektieren bzw. ableiten.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern umfasst jegliche, im Sinne der Erfindung wirkenden und sich die Erfindung zunutze machenden Prüfverfahren. So kann beispielsweise die Darstellung der Prüfungsergebnisse je nach Ausführung der Thermografiekamera 10 auf unterschiedliche Weise erfolgen. Beispielsweise kann eine farbige oder mehr oder weniger hoch aufgelöste Darstellung in Anpassung an das Prüfobjekt 8 sinnvoll sein. Das Prüfungsverfahren eignet sich für berührungsloses, nichtzerstörendes Prüfen von Prüfobjekten 8 im weitesten Sinne. Ein Einsatz des Prüfungsverfahrens in der Medizin ist ebenfalls denkbar.
Bei der Zufuhr der Wärme ist es auch möglich, sich anstelle des Laserstrahls 4 oder auch zusätzlich zu diesem den Peltier-Effekt zunutze zumachen. Bringt man die beiden Enden eines Metalls (oder Halbleiters) in Kontakt mit einem anderen Metall und leitet einen elektrischen Gleichstrom hindurch, so erwärmt sich die eine Kontaktstelle, während sich die andere abkühlt. Kehrt man die Stromrichtung um, so vertauschen sich auch die Warm- und Kaltstellen. Es erzeugt also nicht eine Temperaturdifferenz einen Strom, sondern es wird durch Anlegen eines Gleichstromes ein Temperaturgefälle etabliert, welches mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung nachweisbar bzw. überprüfbar ist. Beispielsweise kann unter Nutzung des Peltiers-Effektes die Qualität von Schweißnähten überprüft werden.
Das Prüfobjekt 8 kann auch mittels induktiver Erwärmung erwärmt werden. Durch die schnelle Änderung eines Magnetfeldes werden in leitenden Materialien Wirbelströme induziert. Der Stromfluss verursacht am Innenwiderstand des Materials einen Spannungsabfall, wodurch Leistung umgesetzt werden kann. Das Material erwärmt sich also ohne direkte Zuführung von Wärmeenergie von selbst. Diese Art der Erwärmung könnte beispielsweise bei der Untersuchung von Stahlkörpern wie Brücken oder Türmen eingesetzt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann weiterhin derart angewendet werden, dass nur Teilbereiche der Oberfläche des Prüfobjektes 8 gezielt erwärmt oder gekühlt werden. Auf Basis der sich anschließenden flächigen Temperaturausbreitung können ebenfalls Rückschlüsse auf die Materialeigenschaften gezogen werden. Idealerweise breitet sich bei einem homogenen Körper die Wärme ausgehend vom Punkt der Erwärmung kreisförmig aus. Ist jedoch beispielsweise ein Riss oder eine Materialeinlagerung im Bereich der Wärmeausbreitung vorhanden, wird die gleichmäßige kreisförmige Ausbreitung der Wärme gestört. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens sind derartige Wärmeverläufe und damit Anomalien deutlich nachweisbar.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. das erfindungsgemäße Verfahren ist einfach durchzuführen und ist für die Untersuchung einer Vielzahl von Gegenständen oder Materialien einsetzbar. Beispielsweise können auch Geldscheine schnell und einfach überprüft werden. Geldscheine bestehen aus verschiedenen Materialien und weisen somit ein charakteristisches und mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens nachweisbares Verhalten bei Temperaturveränderung auf. Beispielsweise könnte dieses "korrekte" Verhalten in einem Rechner gespeichert werden und das Temperaturverhalten eines zu untersuchenden Geldscheines mit diesem Referenzverhalten verglichen werden. Abweichungen würden dann auf Falschgeld hinweisen.

Claims

1. Prüfungsverfahren für Materialien, bei dem mit Hilfe einer Kamera, welche Temperaturunterschiede oberhalb eines Schwellenwertes erfasst, durch Ermittlung und bildhafte Darstellung von Temperaturunterschieden auf Oberflächen von Prüfobjekten (8)

a) die individuellen Temperaturen von Gegenstandselementen (22) innerhalb eines der Kamera zugewandten Prüfbereichs der Oberfläche des Prüfobjektes (8) ermittelt und dargestellt werden, und

b) die Temperatur der Gegenstandselemente (22) exakt innerhalb eines in beliebigen Formen definierbaren Prüfbereichs (14) mit Hilfe eines Laserstrahls (4) derart aktiv geändert wird, dass sich die Temperatur der Oberfläche des Prüfobjektes im Prüfbereich um mindestens den Betrag des Schwellenwertes verändert, und

c) die temperaturveränderten Gegenstandselemente (22) als Bildelemente (20) derart dargestellt werden, dass ihr individuelles Temperaturverhalten aufgrund der Temperaturänderung erkennbar wird, und

d) vorzugsweise die weitere Temperaturveränderung des Püfbereichs mittels der Bildelemente (20) dargestellt wird.

2. Vorrichtung zur Prüfung von Materialien mit einer Kamera zur Ermittlung und bildhaften Darstellung von Temperaturunterschieden oberhalb eines Schwellenwertes und einem Lasergerät (2), welches einen Laserstrahl (4) zur Veränderung der Temperatur eines der Kamera zugewandten Prüfbereichs (14) eines Prüfobjektes (8) um mindestens den Betrag des Schwellenwertes emittiert.

3. Verfahren oder Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwellenwert weniger als 0,1 K beträgt.

4. Verfahren oder Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kamera als Thermografiekamera (10) zur Messung infraroter Strahlung ausgebildet ist.

5. Verfahren oder Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserstrahl (4) aus einem Diodenlasergerät emittiert und über einen Scankopf (6) geführt wird.

6. Verfahren oder Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenlänge des Laserstrahls (4) ca. 750 bis 900 nm, insbesondere 808 nm beträgt.

7. Verfahren oder Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Brennfleck (16) des Laserstrahls (4) meanderförmig mit einer Geschwindigkeit von 1 bis 10000 mm pro Sekunde über die Oberfläche des Prüfobjektes (8) geführt wird.

8. Verfahren oder Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Prüfbereich (14) während eines Prüfungsvorgangs mehrmals nacheinander erwärmt wird.

9. Verfahren oder Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmung der einzelnen Gegenstandselemente (22) weniger als eine Sekunde, vorzugsweise weniger als eine Zehntelsekunde andauert.

10. Verfahren oder Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Oberfläche absorbierte Wärmemenge unmittelbar nach dem Wärmeauftrag messtechenisch erfasst wird.

11. Verfahren oder Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturen der Gegenstandselemente (22) unmittelbar nach dem Wärmeauftrag mit Hilfe der Wärmebildkamera ermittelt und bei einem anschließenden erneuten Wärmeauftrag die ermittelten unterschiedlichen Wärmeabsorptionsfähigkeiten einzelner oder mehrerer Gegenstandselemente (22) durch jeweils unterschiedlich starken Wärmeauftrag derart ausgeglichen werden, dass eine homogene Wärmezufuhr in die Tiefe des Prüfobjektes (8) erfolgt.

12. Verfahren oder Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass mit Hilfe einer CCD-Kamera ein reflektierts Bild erfasst und bei einem anschließenden erneuten Wärmeauftrag ermittelte unterschiedliche Reflektionsfähigkeiten einzelner oder mehrerer Gegenstandselemente (22) durch jeweils unterschiedlich starken Wärmeauftrag derart ausgeglichen werden, dass eine homogene Wärmezufuhr in die Tiefe des Prüfobjektes (8) erfolgt.

13. Verfahren oder Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturveränderung des Püfbereichs mittels der Bildelemente (20) in Echtzeit auf einem Bildschirm dargestellt wird.