DE102012022104A1

DE102012022104A1 - Method for non-destructive thermographic testing of resistance point welding connections and cracks of components, involves detecting radiated temperature profile of heating zone by camera through recess, and subsequently evaluating profile

Info

Publication number: DE102012022104A1
Application number: DE201210022104
Authority: DE
Inventors: Dr. Kraska Martin; Fabian Hönl; Jan Rathmann
Original assignee: Inpro Innovationsgesellschaft fuer Fortgeschrittene Produktionssysteme in der Fahrzeugindustrie mbH
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2012-11-10
Filing date: 2012-11-10
Publication date: 2014-05-15
Anticipated expiration: 2032-11-11
Also published as: DE102012022104B4

Abstract

The method involves introducing a heat pulse in an excitation surface (12) of a component (1) by induction coils (3) of a ferromagnetic coil core of an alternating current (AC) inductor (2), where the coils are electrically connected with each other and wound in a same direction. A transversal heat flow is produced in a test zone (5) of the component by the pulse, and homogenously heated. A radiated temperature profile of the zone is hindrance-freely detected by a thermography camera (7) through a recess of the inductor, and subsequently evaluated by a computer (8) coupled with the camera. An independent claim is also included for an arrangement for non-destructive testing of joint connections and material defects in components.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum zerstörungsfreien Prüfen von Fügeverbindungen wie Widerstandspunktschweißverbindungen und Materialdefekten wie Rissen in Bauteilen mittels Induktions-Thermografie, bei dem die thermografische Anregung eines Bauteils durch von einem Induktor erzeugten Wärmeimpuls erfolgt und das dadurch bedingte Temperaturprofil des Bauteils mit einer Thermografiekamera erfasst wird, indem zwischen den Spulenkernen des Induktors ein Durchbruch ausgebildet wird, der auf eine Prüfzone der Anregungsoberfläche des Bauteils ausgerichtet wird, in der die Fügeverbindung des Bauteils liegt, in die Prüfzone der Anregungsoberfläche des Bauteils mittels des Induktors der Wärmeimpuls eingebracht wird, der einen transversalen Wärmefluss erzeugt und in Dickenrichtung des Bauteils abfließt, die Prüfzone des Bauteils dabei homogen erwärmt und zugleich die Thermografiekamera auf der Seite der Anregungsoberfläche des Bauteils zum Durchbruch im Induktor ausgerichtet so positioniert wird, dass eine ungehinderte Sicht der Thermografiekamera durch den Durchbruch des Induktors hindurch auf die homogen erwärmte Prüfzone des Bauteils gewährt und das abgestrahlte Temperaturprofil des Bauteils von der Thermografiekamera durch den Durchbruch des Induktors hindurch erfasst und anschließend mittels eines mit der Thermografiekamera gekoppelten Rechners ausgewertet wird, gemäß der deutschen Patentanmeldung 10 2012 008 531.1 .The invention relates to a method for non-destructive testing of joint connections such as resistance spot welds and material defects such as cracks in components by induction thermography, in which the thermographic excitation of a component is effected by a heat pulse generated by an inductor and the resulting temperature profile of the component is detected by a thermographic camera, in that an opening is formed between the coil cores of the inductor which is aligned with a test zone of the excitation surface of the component in which the component is joined, in which the test zone of the excitation surface of the component by means of the inductor, the heat pulse is introduced, which generates a transverse heat flow and flows in the thickness direction of the component, the test zone of the component while homogeneously heated and at the same time aligned the thermographic camera on the side of the excitation surface of the component to the breakthrough in the inductor is positioned so that an unobstructed view of the thermographic camera through the opening of the inductor through the homogenously heated test zone of the component granted and recorded the radiated temperature profile of the component of the thermographic camera through the opening of the inductor and then evaluated by means of a coupled with the thermographic camera computer will, according to the German patent application 10 2012 008 531.1 ,

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Anordnung zum zerstörungsfreien thermografischen Prüfen von Fügeverbindungen wie Widerstandspunktschweißverbindungen und Materialdefekten wie Rissen in Bauteilen mittels Induktions-Thermografie, mit einem Induktor, der gleichsinnig gewickelte und miteinander verbundene Induktionsspulen mit je einem ferromagnetischen Spulenkern aufweist und von dem das Bauteil in einer Prüfzone induktiv anzuregen ist, mit einer auf der Anregungsseite des Bauteils positionierten Thermografiekamera, von der das durch die induktive Anregung des Bauteils bedingte abgestrahlte Temperaturprofil in der Prüfzone des Bauteils in Reflexionsanordnung zu erfassen ist, und mit einem mit der Thermografiekamera gekoppelten Rechner für die Auswertung des von der Thermografiekamera erfassten Temperaturprofils des Bauteils, gemäß der deutschen Patentanmeldung 10 2012 008 531.1 .The invention further relates to an arrangement for non-destructive thermographic testing of joint connections such as resistance spot welds and material defects such as cracks in components by induction thermography, with an inductor having co-wound and interconnected induction coils each having a ferromagnetic coil core and of which the component in a test zone is to induce inductively, with a positioned on the excitation side of the component thermographic camera, of which is due to the inductive excitation of the component radiated temperature profile in the test zone of the component in reflection arrangement to capture, and with a coupled with the thermographic camera computer for the evaluation of the thermographic camera detected temperature profile of the component, according to the German patent application 10 2012 008 531.1 ,

Es ist bekannt, dass für die induktionsangeregte Thermografie die Anregungsbereiche innerhalb sehr kurzer Zeitintervalle (10–500 ms) homogen erwärmt werden müssen, da inhomogene Erwärmungen laterale Wärmeflüsse im Prüfbereich zur Folge haben und damit eventuell zu einer Überlagerung von Fehlbildern der Thermografiekamera führen können ( Vrana, J.: Grundlagen und Anwendungen der aktiven Thermografie mit elektromagnetischer Anregung; Saarbrücker Reihe Materialwissenschaft und Werkstofftechnik (Dissertation), Aachen: Shaker, 2009 ).It is known that for induction-induced thermography, the excitation regions must be heated homogeneously within very short time intervals (10-500 ms), since inhomogeneous heating results in lateral heat fluxes in the test area and thus may possibly lead to a superimposition of defective images of the thermographic camera ( Vrana, J .: Fundamentals and applications of active thermography with electromagnetic excitation; Saarbrücker Series Materials Science and Engineering (Dissertation), Aachen: Shaker, 2009 ).

So hat sich bei Anregung eines Stahlblechs mittels eines nach Mazac bekannten Flachinduktors, der einen lateral gestreckten Punktinduktor mit einer um einen Plattenkern gewickelten Spule darstellt, am Ende eines Erwärmpulses einer Länge von t_Imp = 50 ms ein relativ homogenes Erwärmungsfeld mit ovalem Umriss einer Fläche von dca. 100 mm × 15 mm ergeben. Dieser Flachinduktor eignet sich daher besonders für eine Prüfung von linienförmigen Fügeverbindungen wie z. B. Laserschweißnähten im Automobilbau ( Christian SRAJBR, Klaus DILGER, Simon DEHAAN, Christian LAMMEL, Alexander DILLENZ „Zerstörungsfreie Prüfung von Fügeverbindungen mit Induktions-Puls-Phasen-Thermografie”, Thermografie-Kolloquium 2011, – Vortrag 10 ).So has, upon excitation of a steel sheet by a known after Mazac Flachinduktors, which is a laterally elongated Punktinduktor with a coil wound around a plate-core coil, at the end of Erwärmpulses a length of t _Imp = 50 ms a relatively homogeneous heating field with an oval outline an area of dca. 100 mm × 15 mm. This Flachinduktor is therefore particularly suitable for testing of linear joint connections such. B. Laser welding seams in the automotive industry ( Christian SRAJBR, Klaus DILGER, Simon DEHAAN, Christian LAMMEL, Alexander DILLENZ "Non-Destructive Testing of Joining Connections with Induction Pulse Phase Thermography", Thermography Colloquium 2011, - Lecture 10 ).

Aus der Druckschrift Maaß, Michael; Bestimmung von richtungsabhängigen Werkstoffeigenschaften und Rissverläufen mit dem Wirbelstromverfahren; Fortschr.-Ber. VDI Reihe 8 Nr. 912; Düsseldorf: VDI Verlag 2001; S. 2–3 geht hervor, dass hauptsächlich Nahtbereiche für die Entstehung und Ausbildung von Rissen als kritisch anzusehen sind. Insbesondere in der Luft- und Raumfahrttechnik hat sich daher die Wirbelstromprüfung mit dem Halbtransmissionssensor bei der Rissdetektion in verdeckten Lagen von Aluminiumstapelstrukturen durchgesetzt, wobei jedoch wegen der Anordnung von Sende- und Empfangsspule parallel nebeneinander die maximale Empfindlichkeit des Halbtransmissionssensors nur in einer Vorzugsrichtung gegeben ist. Diese Richtungsabhängigkeit der Rissdetektion mittels des Halbstransmissionssensors ist als nachteilig anzusehen. Zur Fehlerdetektion und Beschreibung richtungsunabhängiger Werkstoffeigenschaften wird daher ein Messsystem benannt, das aus einem Sensor mit mehreren Sendespulen und einer entsprechend angepassten Signalanregung besteht, die ohne mechanische Bewegung des Sensors eine Einstellung und Veränderung der Wirbelstromverteilung gezielt ermöglicht.From the publication Maaß, Michael; Determination of directional material properties and crack propagation with the eddy current method; Fortschr.-Ber. VDI Series 8 No. 912; Dusseldorf: VDI Verlag 2001; P. 2-3 It is clear that mainly seam areas are considered to be critical for the formation and formation of cracks. In particular, in aerospace technology, the eddy current test with the half-transmission sensor has prevailed in the crack detection in hidden layers of aluminum stack structures, but because of the arrangement of transmitting and receiving coil parallel side by side the maximum sensitivity of the semi-transmission sensor is given only in a preferred direction. This directional dependence of the crack detection by means of the half-transmission sensor is to be regarded as disadvantageous. For error detection and description of direction-independent material properties, therefore, a measuring system is named, which consists of a sensor with multiple transmitting coils and a correspondingly adapted signal excitation, which allows targeted adjustment and modification of the eddy current distribution without mechanical movement of the sensor.

Hierbei wird mittels Drehung der Wirbelstromverteilung um 360° die Position eines Fehlers oder der Verlauf einer Vorzugsrichtung relativ zum Sensor erfasst.In this case, the position of an error or the course of a preferred direction relative to the sensor is detected by rotation of the eddy current distribution through 360 °.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anordnung der eingangs erwähnten Art zur Verfügung zu stellen, mit dem bzw. der bei einseitiger Zugänglichkeit des zu prüfenden Bauteils eine homogene Erwärmung bei Fügeverbindungen und eine ausrichtungsunabhängige Induktionsanregung bei Materialdefekten des Bauteils bei gewährleistet wird, wobei eine ungehinderte Sicht der Thermografiekamera auf die Prüfzone gegeben sein soll.The invention has for its object to provide a method and an arrangement of the type mentioned above, with the or the one-sided accessibility of the component to be tested a homogeneous heating in joint connections and an orientation-independent induction excitation in material defects of the component is ensured, with an unobstructed view of the thermographic camera should be given to the test zone.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß verfahrensmäßig gelöst durch die Kombination der folgenden Verfahrensschritte:
als Induktor wird ein Drehstrominduktor mit einer geraden Anzahl von 2 × n ferromagnetischer säulenförmigen Spulenkerne gleicher Länge verwendet, die jeweils eine Induktionsspule tragen, wobei n = 2, 3, ..., p ist,
wobei die ferromagnetischen säulenförmigen Spulenkerne parallel zueinander verlaufend mit ihren Stirnfläche auf einer bogenförmigen Linie oder auf einem umlaufenden Linienzug, der mindestens 2 × m Ecken oder Kantenlängen, wobei m = 2, 3, ..., o ist, aufweist, derart zueinander im Abstand angeordnet und die Induktionsspulen zueinander so elektrisch geschaltet werden, dass die Phasenverschiebung der einzelnen Lastströme von Spulenpaaren, die jeweils von zwei der miteinander verbundenen Induktionsspulen der 2 × n ferromagnetischen Spulenkerne des Drehstrominduktors gebildet werden, 360°/n beträgt,
die vom zu prüfenden Bauteil abgewandten Stirnflächen sowie die zu diesen entgegengesetzten Stirnflächen der geraden Anzahl der zueinander parallel verlaufenden säulenförmigen 2 × n Spulenkerne gleicher Länge des Drehstrominduktors einerseits über einen ferromagnetischen Ringkern verbunden und andererseits mit der Anregungsoberfläche des zu prüfenden Bauteil einen Eisenkreis bildend magnetisch in Eingriff gebracht werden,
in die Anregungsoberfläche des Bauteils von den gleichsinnig gewickelten und miteinander elektrisch verbundenen Induktionsspulen der 2 × n ferromagentischen Spulenkerne des Drehstrominduktors der Wärmeimpuls eingebracht wird, durch den der transversale Wärmefluss in der Prüfzone des Bauteils erzeugt und letztere homogen erwärmt wird und wobei
das abgestrahlte Temperaturprofilprofil der Prüfzone hindernisfrei durch den Durchbruch des Drehstrominduktors hindurch von der Thermografiekamera erfasst und anschließend von dem mit der Thermografiekamera gekoppelten Rechner ausgewertet wird.This object is achieved procedurally by the combination of the following method steps:
the inductor used is a three-phase inductor with an even number of 2 × n ferromagnetic column-shaped coil cores of the same length, each carrying an induction coil, where n = 2, 3,..., p,
wherein the ferromagnetic columnar coil cores parallel to each other with their end face on an arcuate line or on a circumferential polyline, the at least 2 × m corners or edge lengths, where m = 2, 3, ..., o, in such a distance to each other arranged and the induction coils are electrically connected to each other so that the phase shift of the individual load currents of coil pairs, each formed by two of the interconnected induction coils of the 2 × n ferromagnetic coil cores of the three-phase inductor is 360 ° / n,
the facing away from the component to be tested faces and the opposite to these opposite faces of the even number of mutually parallel columnar 2 × n coil cores of the same length of Drehstrominduktors on the one hand connected via a ferromagnetic ring core and on the other hand magnetically engaging with the excitation surface of the component to be tested forming an iron circle to be brought,
is introduced into the excitation surface of the component of the co-wound and mutually electrically connected induction coils of 2 × n ferromagentischen coil cores of the Drehstrominduktors the heat pulse through which generates the transverse heat flow in the test zone of the component and the latter is heated homogeneously and wherein
the radiated temperature profile profile of the test zone obstacle-free detected by the breakthrough of the Drehstrominduktors through the thermographic camera and then evaluated by the computer coupled to the thermography camera.

Vorzugsweise werden der Drehstrominduktor zusammen mit der auf den Durchbruch des Drehstrominduktors ausgerichteten Thermografiekamera und die Anregungsoberfläche des Bauteils relativ zueinander bewegt. Der Drehstrominduktor und die Thermografiekamera können auch synchron zur Prüfzone des Bauteils bewegt werden, wobei in die Prüfzone dabei ausrichtungsunabhängig induktiv der Wärmeimpuls eingebracht wird, durch den die Prüfzone der Anregungsoberfläche des Bauteils gleichmäßig erwärmt wird.The three-phase current inductor is preferably moved relative to one another together with the thermographic camera aligned with the breakdown of the three-phase inductor and the excitation surface of the component. The three-phase inductor and the thermographic camera can also be moved synchronously to the test zone of the component, whereby the heat pulse is inductively introduced into the test zone in an orientation-independent manner by which the test zone of the excitation surface of the component is evenly heated.

Die Aufgabe der Erfindung wird verfahrensmäßig auch gelöst durch die Kombination der folgenden Verfahrensschritte:
zunächst wird ein von einem Drehstrominduktor mit 2 × n ferromagnetischen säulenförmigen Spulenkernen gleicher Länge, die jeweils eine gleichsinnig gewickelte Induktionsspule tragen, in die Anregungsoberfläche des Bauteils ausrichtungsunabhängig einzubringender Wärmeimpuls zur Erzeugung eines transversalen Wärmeflusses in Abhängigkeit von dem zerstörungsfrei zu prüfenden Bauteil numerisch simuliert, indem die Kennwerte Anzahl der Spulenkerne, Abmessungen und Werkstoff der ferromagnetischen säulenförmigen Spulenkerne und des diese verbindenden ferromagnetischen Ringkerns, Abmessungen der Induktionsspulen, Dicke des Spulendrahtes, Wicklungsspalt, Spulenhöhe, Erregerfrequenz, Widerstand und Induktivität für eine optimale ausrichtungsunabhängige Heizleistungsverteilung des Drehstrominduktors optimiert werden,
dann wird der Drehstrominduktor entsprechend den Kennwerten der numerischen Simulation ausgebildet, indem 2 × n der ferromagnetischen säulenförmigen Spulenkerne gleicher Länge mit jeweiliger gleichsinnig gewickelter Induktionsspule parallel zueinander verlaufend mit ihren Stirnflächen auf einer kreisförmigen Linie im Winkel von je 360°/(2 × n) zueinander angeordnet und über den ferromagnetischen Ringkern an ihrem einen Ende verbunden derart, dass zwischen den Induktionsspulen der 2 × n ferromagnetischen säulenförmigen Spulenkernen der als Sichtfenster für die Thermografiekamera dienende Durchbruch des Drehstrominduktors entsteht, der auf die Prüfzone der Anregungsoberfläche des Bauteils ausgerichtet wird, und indem jeweils zwei gegenüber-liegende Induktionsspulen zueinander elektrisch parallel geschaltet werden und bei An-legen von Wechselspannungen mit 360°/n Phasenversatz eine sich stetig ändernde Stromflussrichtung in Verbindung mit einer homogenen Erwärmung im Bereich zwischen den einzelnen Induktionsspulen erzeugt wird,
darauf wird in die Prüfzone der Anregungsoberfläche des Bauteils mittels des Drehstrominduktors der mit der numerischen Stimulation vorausbestimmte Wärmeimpuls ausrichtungsunabhängig eingebracht, der in der Prüfzone des Bauteils den transversalen Wärmefluss erzeugt und diese homogen erwärmt, und
zugleich wird die Thermografiekamera auf der Seite der Anregungsoberfläche des Bauteils in Bezug zu dem das Sichtfester bildenden Durchbruch des Drehstrominduktors ausgerichtet so positioniert, dass das abgestrahlte Temperaturprofil des Bauteils von der Thermografiekamera durch den Durchbruch des Drehstrominduktors hindurch ungehindert erfasst und anschließend von dem mit der Thermografiekamera gekoppelten Rechner ausgewertet wird.The object of the invention is also achieved by the method of combining the following method steps:
First, one of a Drehstrominduktor with 2 × n ferromagnetic columnar coil cores of the same length, each carrying a coil wound in the same direction, in the excitation surface of the component orientation independently introduced heat pulse to generate a transverse heat flux depending on the non-destructively tested component numerically simulated by the Characteristics Number of coil cores, dimensions and material of the ferromagnetic columnar coil cores and the ferromagnetic toroidal core connecting them, dimensions of the induction coils, coil wire thickness, winding gap, coil height, exciter frequency, resistance and inductance are optimized for optimal orientation-independent heating power distribution of the three-phase inductor;
then the Drehstrominduktor is formed according to the characteristics of the numerical simulation by 2 × n of the ferromagnetic columnar coil cores of equal length with respective co-wound induction coil parallel to each other with their faces on a circular line at an angle of 360 ° / (2 × n) to each other arranged and connected via the ferromagnetic ring core at its one end such that between the induction coils of the 2 × n ferromagnetic columnar coil cores serving as a viewing window for the thermographic camera breakthrough of the Drehstrominduktors arises, which is aligned with the test zone of the excitation surface of the component, and by each two opposite-lying induction coils are electrically connected in parallel to each other and when applying AC voltages with 360 ° / n phase offset a constantly changing current flow direction in conjunction with a homogeneous heating in Be rich generated between the individual induction coils,
then, in the test zone of the excitation surface of the component by means of the Drehstrominduktors the predetermined with the numerical stimulation heat pulse is introduced independently of orientation, which generates the transverse heat flow in the test zone of the component and heats it homogeneously, and
at the same time the thermographic camera is aligned on the side of the excitation surface of the component with respect to the forming the Sichtfester breakthrough of the Drehstrominduktors positioned so that the radiated temperature profile of the component of the thermographic camera through the opening of the Drehstrominduktors passes through unhindered and then coupled by the coupled with the thermographic camera Calculator is evaluated.

Zwischen den vom zu prüfenden Bauteil entgegengesetzten Stirnflächen der zueinander parallel verlaufenden säulenförmigen ferromagnetischen Spulenkerne und der Anregungsoberfläche des zu prüfenden Bauteils kann ein geringer Spalt von wenigen mm zwischen gegeben sein..Between the opposite end of the component to be tested faces of each other parallel column-shaped ferromagnetic coil cores and the excitation surface of the component to be tested, a small gap of a few mm between be given ..

Bevorzugt wird die Form des Ringkerns entsprechend der Anordnung der säulenförmigen ferromagnetischen Spulenkerne ausgebildet.Preferably, the shape of the ring core is formed according to the arrangement of the columnar ferromagnetic coil cores.

Vorzugsweise können der Drehstrominduktor und die Thermografiekamera bei der zerstörungsfreien Prüfung synchron auf einer an das zu prüfende Bauteil angepassten vorbestimmten Bewegungsbahn robotergesteuert relativ zum Bauteil bewegt werden.In the case of non-destructive testing, the three-phase inductor and the thermographic camera can preferably be moved in a robot-controlled relative to the component on a predetermined trajectory adapted to the component to be tested.

Die Aufgabe der Erfindung wird weiterhin verfahrensmäßig auch gelöst durch die Kombination der folgenden Verfahrensschritte:
als Induktor wird ein Drehstrominduktor mit einer ungeraden Anzahl von q ferromagnetischen säulenförmigen Spulenkernen gleicher Länge verwendet, die jeweils eine Induktionsspule tragen, wobei q = 3, 5, ..., r ist,
wobei die ferromagnetischen säulenförmigen Spulenkerne parallel zueinander verlaufend mit ihren Stirnfläche auf einer bogenförmigen Linie oder auf einem umlaufenden Linienzug, der mindestens m Ecken oder Kantenlängen bei s = 3, 5, ..., t aufweist, derart zueinander im Abstand angeordnet und die Induktionsspulen zueinander so elektrisch geschaltet wer-den, dass die Phasenverschiebung der einzelnen Lastströme der miteinander verbundenen Induktionsspulen der n ferromagnetischen Spulenkerne des Drehstrominduktors gebildet werden, 360°/q beträgt,
die vom zu prüfenden Bauteil abgewandten Stirnflächen sowie die zu diesen entgegengesetzten Stirnflächen der ungeraden Anzahl der zueinander parallel verlaufenden säulenförmigen n Spulenkerne gleicher Länge des Drehstrominduktors einerseits über einen ferromagnetischen Ringkern verbunden und andererseits mit der Anregungsoberfläche des zu prüfenden Bauteil einen Eisenkreis bildend magnetisch in Eingriff gebracht werden,
in die Anregungsoberfläche des Bauteils von den gleichsinnig gewickelten und miteinander elektrisch verbundenen Induktionsspulen der q ferromagentischen Spulenkerne des Drehstrominduktors der Wärmeimpuls eingebracht wird, durch den der transversale Wärmefluss in der Prüfzone des Bauteils erzeugt und letztere homogen erwärmt wird und wobei
das abgestrahlte Temperaturprofilprofil der Prüfzone hindernisfrei durch den Durchbruch des Drehstrominduktors hindurch von der Thermografiekamera erfasst und anschließend von dem mit der Thermografiekamera gekoppelten Rechner ausgewertet wird.The object of the invention is also achieved procedurally by the combination of the following method steps:
the inductor used is a three-phase inductor with an odd number of q ferromagnetic columnar coil cores of equal length, each carrying an induction coil, where q = 3, 5,..., r,
wherein the ferromagnetic columnar coil cores extending parallel to each other with their end face on an arcuate line or on a continuous polyline, which has at least m corners or edge lengths at s = 3, 5, ..., t, spaced from each other and the induction coils to each other so that the phase shift of the individual load currents of the interconnected induction coils of the n ferromagnetic coil cores of the three-phase inductor are formed so that 360 ° / q,
the end faces facing away from the component to be tested and the opposing faces of the odd number of parallel columnar coil cores of the same length of the Drehstrominduktors on the one hand connected via a ferromagnetic ring core and on the other hand magnetically brought into engagement with the excitation surface of the component to be tested forming an iron circle .
is introduced into the excitation surface of the component of the co-wound and mutually electrically connected induction coils of q ferromagentischen coil cores of the three-phase induction of the heat pulse through which generates the transverse heat flow in the test zone of the component and the latter is heated homogeneously and wherein
the radiated temperature profile profile of the test zone obstacle-free detected by the breakthrough of the Drehstrominduktors through the thermographic camera and then evaluated by the computer coupled to the thermography camera.

Der Wärmeimpuls, der von dem Drehstrominduktor mit einer ungeraden Anzahl n von ferromagentischen säulenförmigen Spulenkernen gleicher Länge, die jeweils eine Induktionsspule tragen, in die Anregungsoberfläche des Bauteils zur Erzeugung eines transversalen Wärmeflusses in Abhängigkeit von dem zerstörungsfrei zu prüfenden Bauteil einzubringen ist, kann ebenfalls numerisch simuliert werden, indem die Kennwerte Anzahl der Spulenkerne, Abmessungen und Werkstoff der ferromagnetischen säulenförmigen Spulenkerne und des diese verbindenden ferromagnetischen Ringkerns, Abmessungen der Induktionsspulen, Dicke des Spulendrahtes, Wicklungsspalt, Spulenhöhe, Erregerfrequenz, Widerstand und Induktivität für eine optimale ausrichtungsunabhängige Heizleistungsverteilung des Drehstrominduktors optimiert werden.The heat pulse to be introduced by the three-phase current inductor having an odd number n of ferromagnetic arc-shaped column cores of the same length, each carrying an induction coil, into the excitation surface of the transverse heat flux generating member depending on the non-destructive component can also be numerically simulated are optimized by optimizing the numbers of coil cores, dimensions and material of the ferromagnetic columnar coil cores and ferromagnetic toroidal core connecting them, dimensions of the induction coils, coil wire thickness, winding gap, coil height, exciter frequency, resistance and inductance for optimum orientation independent heating power distribution of the three-phase inductor.

Die Aufgabe der Erfindung wird ebenso gelöst durch eine Anordnung der eingangs beschriebenen Art, die dadurch gekennzeichnet ist, dass
der Induktor ein Drehstrominduktor ist, der eine geraden Anzahl von 2 × n ferromagnetische säulenförmigen Spulenkerne gleicher Länge bei n = 2, 3, ..., p aufweist, die jeweils eine der gleich-sinnig gewickelten und elektrisch miteinander verbundenen Induktionsspulen tragen und parallel zueinander verlaufend mit ihren beiden Stirnfläche jeweils auf einer bogenförmigen Linie oder auf einem umlaufenden Linienzug, der mit mindestens 2 × m Ecken oder Kantenlängen bei m = 2, 3, ..., o aufweist, derart zueinander im Abstand angeordnet sind, dass die Phasenverschiebung der einzelnen Lastströme von Spulenpaaren, die jeweils von zwei der miteinander elektrisch verbundenen Induktionsspulen der 2 × n ferromagnetischen Spulen-kerne des Drehstrominduktors gebildet sind, 360°/n beträgt,
die vom zu prüfenden Bauteil abgewandten Stirnflächen sowie die zu diesen entgegengesetzten Stirnflächen der geraden Anzahl der zueinander parallel verlaufenden säulenförmigen 2 × n Spulenkerne gleicher Länge des Drehstrominduktors einerseits über einen ferromagnetischen Ringkern verbunden und andererseits mit der Anregungsoberfläche des zu prüfenden Bauteils einen Eisenkreis bildend in Eingriff zu bringen sind,
ein Durchbruch in dem ferromagnetischen Ringkern des Drehstrominduktors ein Sichtfenster für die Thermografiekamera zwischen den Induktionsspulen der 2 × n Spulenkernen bildet und der auf die Anregungsoberfläche des Bauteils in der Prüfzone des letzteren auszurichten ist,
in die Anregungsoberfläche des Bauteils von den gleichsinnig gewickelten und miteinander elektrisch verbundenen Induktionsspulen der ferromagentischen 2 × n Spulenkernen des Drehstrominduktors ausrichtungsunabhängig ein Wärmeimpuls einzubringen ist, durch den ein transversaler Wärmefluss in der Prüfzone des Bauteils zu erzeugen und letztere homogen zu erwärmen ist, wobei der transversale Wärmefluss hindernisfrei durch den Durchbruch des Drehstrominduktors hindurch von der Thermografiekamera zu erfassen ist, und
der Drehstrominduktor zusammen mit der Thermografiekamera sowie die Anregungsoberfläche des Bauteils relativ zueinander zu bewegen sind.The object of the invention is also achieved by an arrangement of the type described above, which is characterized in that
the inductor is a three-phase inductor having an even number of 2 × n ferromagnetic columnar coil cores of equal length at n = 2, 3, ..., p, each carrying one of the co-inductively wound induction coils and parallel to each other extending with its two end face in each case on an arcuate line or on a circumferential polyline, which has at least 2 × m corners or edge lengths at m = 2, 3, ..., o, are spaced from each other in such a way that the phase shift of individual load currents of coil pairs, each of which is formed by two of the induction coils of the 2 × n ferromagnetic coil cores of the three-phase inductor, which are connected to one another, is 360 ° / n,
the facing away from the component to be tested faces and opposite to these opposite faces of the even number of mutually parallel columnar 2 × n coil cores of the same length of Drehstrominduktors on the one hand connected via a ferromagnetic ring core and on the other hand with the excitation surface of the component to be tested forming an iron circle engaged bring,
a breakthrough in the ferromagnetic ring core of the three-phase inductor forms a viewing window for the thermographic camera between the induction coils of the 2 × n coil cores and is to be aligned with the excitation surface of the component in the test zone of the latter,
in the excitation surface of the component of the co-wound and mutually electrically connected induction coils of the ferromagnetic 2 × n coil cores of Drehstrominduktors is independent of orientation to introduce a heat pulse through which to generate a transverse heat flow in the test zone of the component and the latter is to be heated homogeneously, wherein the transversal Heat flow through the obstacle free Breakthrough of the Drehstrominduktors is to be detected by the thermography camera, and
the three-phase inductor together with the thermographic camera and the excitation surface of the component are to be moved relative to each other.

Die Aufgabe der Erfindung kann auch gelöst werden durch eine Anordnung der eingangs erwähnten Art, die dadurch gekennzeichnet ist, dass
der Induktor ein Drehstrominduktor ist, der eine ungeraden Anzahl von n ferromagnetischen säulenförmigen Spulenkernen gleicher Länge bei q = 3, 5, ..., r aufweist, die jeweils eine der gleichsinnig gewickelten und elektrisch miteinander verbundenen Induktionsspulen tragen und parallel zueinander verlaufend mit ihren beiden Stirnflächen jeweils auf einer bogenförmigen Linie oder auf einem umlaufenden Linienzug, der mit mindestens m Ecken oder Kantenlängen bei r = 3, 5, ..., t aufweist, derart zueinander im Abstand angeordnet sind, dass die Phasenverschiebung der einzelnen Lastströme der miteinander elektrisch verbundenen Induktionsspulen der Spulenkerne 360°/q beträgt,
die vom zu prüfenden Bauteil abgewandten Stirnflächen sowie die zu diesen entgegengesetzten Stirnflächen der ungeraden Anzahl der zueinander parallel verlaufenden säulenförmigen n Spulenkerne gleicher Länge des Drehstrominduktors einerseits über einen ferromagnetischen Ringkern verbunden und andererseits mit der Anregungsoberfläche des zu prüfenden Bauteils einen Eisenkreis bildend magnetisch in Eingriff zu bringen sind,
ein Durchbruch in dem ferromagnetischen Ringkern des Drehstrominduktors ein Sichtfenster für die Thermografiekamera zwischen den Induktionsspulen der q Spulenkernen bildet und der auf die Anregungsoberfläche des Bauteils in der Prüfzone des letzteren auszurichten ist,
in die Anregungsoberfläche des Bauteils von den gleichsinnig gewickelten und miteinander elektrisch verbundenen Induktionsspulen der ferromagentischen n Spulenkernen des Drehstrominduktors ein Wärmeimpuls einzubringen ist, durch den ein transversaler Wärmefluss in der Prüfzone des Bauteils zu erzeugen und letztere homogen zu erwärmen ist, wobei der transversale Wärmefluss hindernisfrei durch den Durchbruch des Drehstrominduktors hindurch von der Thermografiekamera zu erfassen ist, und
der Drehstrominduktor zusammen mit der Thermografiekamera sowie die Anregungsoberfläche des Bauteils relativ zueinander zu bewegen sind.The object of the invention can also be achieved by an arrangement of the type mentioned, which is characterized in that
the inductor is a three-phase inductor having an odd number of n ferromagnetic columnar coil cores of equal length at q = 3, 5, ..., r, each carrying one of the co-wound and electrically interconnected induction coils and running parallel to each other End surfaces in each case on an arcuate line or on a continuous polyline, which has at least m corners or edge lengths at r = 3, 5, ..., t, are spaced from each other in such a way that the phase shift of the individual load currents of electrically interconnected Induction coils of the coil cores 360 ° / q is,
facing away from the component to be tested faces and opposite to these opposite faces of the odd number of mutually parallel columnar n coil cores of the same length of Drehstrominduktors on the one hand connected via a ferromagnetic toroid and on the other hand with the excitation surface of the component to be tested forming an iron circle magnetically engaged are,
a breakthrough in the ferromagnetic toroidal core of the three-phase inductor forms a viewing window for the thermographic camera between the induction coils of the q coil cores and to be aligned with the excitation surface of the component in the test zone of the latter,
in the excitation surface of the component of the co-wound and mutually electrically connected induction coils of ferromagentischen n coil cores of the three-phase current inducer is to introduce a heat pulse through which to generate a transverse heat flow in the test zone of the component and the latter is to heat homogeneous, the transverse heat flow obstacle-free by the breakthrough of the Drehstrominduktors is to be detected by the thermography camera, and
the three-phase inductor together with the thermographic camera and the excitation surface of the component are to be moved relative to each other.

Vorzugsweise ist die bogenförmige Linie, auf der die gerade Anzahl der 2 × n ferromagnetischen säulenförmigen Spulenkerne gleicher Länge jeweils mit ihren Stirnflächen im Abstand zueinander angeordnet sind, kreisförmig, oval, elliptisch, schalenförmig oder beliebig symmetrisch bogenförmig.Preferably, the arcuate line, on which the even number of 2 × n ferromagnetic columnar coil cores of the same length are each arranged with their end faces at a distance from each other, circular, oval, elliptical, cup-shaped or arbitrarily symmetrical arcuate.

Auch kann der umlaufende Linienzug, auf der die gerade Anzahl der 2 × n ferromagnetischen säulenförmigen Spulenkerne gleicher Länge jeweils mit ihren Stirnflächen im Abstand zueinander angeordnet sind, 2 × m Ecken oder Kantenlängen haben bzw. viereckig, sechseckig, achteckig oder beliebig geradzahlig mehreckig sein.Also, the circumferential polyline, on which the even number of 2 × n ferromagnetic columnar coil cores of the same length are each arranged with their end faces spaced apart, 2 × m corners or edge lengths or square, hexagonal, octagonal or arbitrarily even polygonal.

Bevorzugt sind sechs der ferromagnetischen säulenförmigen Spulenkerne gleicher Länge mit jeweiliger gleichsinnig gewickelter Induktionsspule parallel zueinander verlaufend mit ihren Stirnflächen auf einer kreisförmigen Linie im Abstand von je 60° zueinander angeordnet und über ein ringförmige ferromagnetische Scheibe mindestens an ihrem einen Ende verbunden derart, dass zwischen den Induktionsspulen der sechs ferromagnetischen säulenförmigen Spulenkernen der Durchbruch des Drehstrominduktors gebildet ist, der als Sichtfenster für die Thermografiekamera dient und auf die Prüfzone der Anregungsoberfläche des Bauteils auszurichten ist, wobei jeweils zwei gegenüberliegende Induktionsspulen zueinander elektrisch parallel geschaltet sind und bei Anlegen eines Drehstroms mit 120° Phasenversatz eine sich stetig ändernde Stromflussrichtung in Verbindung mit einer homogenen Erwärmung im Bereich zwischen den einzelnen Induktionsspulen gegeben ist, die Phasenverschiebung der einzelnen Lastströme der Spulenpaare, die jeweils von zwei der miteinander elektrisch verbundenen Induktionsspulen der sechs ferromagnetischen Spulenkerne des Drehstrominduktors gebildet sind, 120° beträgt und vom Drehstrominduktor ausrichtungsunabhängig in die Anregungsoberfläche des Bauteils der Wärmeimpuls zur Erzeugung des transversalen Wärmeflusses in der Prüfzone des Bauteils einzubringen ist.Preferably, six of the ferromagnetic columnar coil cores of the same length with respective coiled winding induction coil parallel to each other with their faces on a circular line at a distance of 60 ° to each other and connected via an annular ferromagnetic disc at least at one end connected such that between the induction coils the six ferromagnetic columnar coil cores, the breakthrough of the three-phase induction is formed, which serves as a viewing window for the thermographic camera and is to be aligned with the test zone of the excitation surface of the component, wherein two opposing induction coils are electrically connected in parallel to each other and when applying a rotary current with 120 ° phase offset one is given constantly changing current flow direction in conjunction with a homogeneous heating in the region between the individual induction coils, the phase shift of the single Linen load currents of the coil pairs, which are each formed by two of the electrically connected induction coils of the six ferromagnetic coil cores of the Drehstrominduktors, 120 ° and the Drehstrominduktor is independent of orientation in the excitation surface of the component of the heat pulse to generate the transverse heat flow in the test zone of the component to bring.

Der Querschnitt der jeweils eine Induktionsspule tragenden säulenförmigen ferromagnetischen Spulenkerne kann kreisförmig, elliptisch, schalenförmig oder beliebig symmetrisch bogenförmig ausgebildet sein.The cross section of the respective induction coil supporting columnar ferromagnetic coil cores may be circular, elliptical, cup-shaped or arbitrarily symmetrical arcuate.

Vorzugsweise ist der Durchbruch in der ferromagnetischen Scheibe des Drehstrominduktors rechteckig ausgebildet, wobei die Abmessungen des rechteckigen Durchbruchs dem Bilderfassungsbereich der im Abstand zum Drehstrominduktor angeordneten Thermografiekamera exakt entsprechen.Preferably, the aperture in the ferromagnetic disk of the three-phase inductor is rectangular, wherein the dimensions of the rectangular aperture exactly match the image-capturing area of the thermographic camera arranged at a distance from the three-phase inductor.

Bei einer höheren Anzahl Spulen kann eine homogene Erwärmung bzw. eine höhere Defektselektivität an Rissen erzielt werden. Durch eine elliptische oder rechteckige Form der ferromagnetischen ringförmigen Scheibe des Drehstrominduktors ist zudem eine Anpassung der Erwärmungszone an den jeweiligen Einsatzbereich erreichbar. Durch einen bogenförmigen Querschnitt der einzelnen senkrecht stehenden Induktionsspulen des Drehstrominduktors ist eine gleichmäßigere Temperaturverteilung in der Prüfzone des Bauteils zu gewährleisten. Vorteilhafterweise ermöglicht die Erfindung eine gleichmäßige Erwärmung von punktförmigen Verbindungsstellen und eine von der Ausrichtung des Drehstrominduktors unabhängige Erkennung von Rissen, Spalten und ähnlichen Fehlstellen im Bauteil bei dessen einseitiger Zugänglichkeit.With a higher number of coils, a homogeneous heating or a higher defect selectivity of cracks can be achieved. By an elliptical or rectangular shape of the ferromagnetic annular disc of the three-phase current inductor also an adaptation of the heating zone to the respective application area can be achieved. By an arcuate cross-section of the individual vertical induction coils of the three-phase induction is a more uniform temperature distribution in the To ensure test zone of the component. Advantageously, the invention enables a uniform heating of point-shaped connection points and independent of the orientation of the Drehstrominduktors detection of cracks, crevices and similar defects in the component in its one-sided accessibility.

Die erfindungsgemäße Anordnung lässt sich in einer äußerst kompakten Bauform für ein Prüfgerät gestalten, bei dem das Objektiv der Thermografiekamera durch den Durchbruch des Drehstrominduktors hindurch in den Bereich zwischen den Induktionsspulen zu bewegen ist.The arrangement according to the invention can be designed in an extremely compact design for a test apparatus, in which the objective of the thermography camera is to be moved through the opening of the three-phase current inductor into the region between the induction coils.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch zur zerstörungsfreien Prüfung von Werkstoffoberflächen oder Verbundwerkstoffen verwendet werden.The method according to the invention can also be used for non-destructive testing of material surfaces or composite materials.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen erläutert. In diesen sind:The invention will now be explained with reference to the drawings. In these are:

1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der Anordnung zum zerstörungsfreien thermografischen Prüfen einer Fügeverbindung eines Bauteils, 1 1 is a schematic representation of a first embodiment of the arrangement for nondestructive thermographic testing of a joint connection of a component,

2 eine schematische Darstellung des Drehstrominduktor der ersten Ausführungsform, gesehen von unten, 2 a schematic representation of the three-phase inductor of the first embodiment, seen from below,

3 eine schematische Darstellung des Drehstrominduktor der ersten Ausführungsform in einer Seitenansicht, 3 a schematic representation of the Drehstrominduktor the first embodiment in a side view,

4 eine schematische Darstellung des Drehstrominduktor der ersten Ausführungsform in einer Draufsicht, 4 a schematic representation of the three-phase current inductor of the first embodiment in a plan view,

5 eine schematische Schnittansicht des Drehstrominduktors der ersten Ausführungsform, 5 FIG. 2 is a schematic sectional view of the three-phase inductor of the first embodiment; FIG.

6 Diagramme, aus denen die Verläufe der phasenverschobenen Lastströme bei einer Phasenverschiebung von 120° bei einer Frequenz von 20 kHz hervorgehen, 6 Diagrams showing the phase-shifted load currents at a phase shift of 120 ° at a frequency of 20 kHz,

7 eine schematische Darstellung des Drehstrominduktors einer zweiten Ausführungsform der Anordnung, gesehen von unten, 7 a schematic representation of the Drehstrominduktors a second embodiment of the arrangement, as seen from below,

8a bis 8f jeweils eine schematische Perspektivdarstellung des Drehstrominduktors der ersten Ausführungsform der Anordnung bei jeweils unterschiedlicher Phasenlage und 8a to 8f in each case a schematic perspective view of the three-phase current inductor of the first embodiment of the arrangement in each case different phase position and

9 eine schematische Perspektivansicht des mit dem Bauteil in Eingriff gebrachten Drehstrominduktors einer dritten Ausführungsform der Anordnung. 9 a schematic perspective view of the component with the three-phase inductor engaged in a third embodiment of the arrangement.

1 zeigt schematisch eine erste Ausführungsform der Anordnung zum zerstörungsfreien thermografischen Prüfen einer Fügeverbindung eines Bauteils 1, wobei ein Drehstrominduktor 2 mit einem zu prüfenden Bauteil 1 in Eingriff gebracht ist und das von den Induktionsspulen 3 des Drehstrominduktors 2 durch eine induktive Anregung bedingte Temperaturprofil in der Prüfzone 5 des Bauteils 1 in Reflexionsanordnung von einer auf der Anregungsseite 6 des Bauteils 1 positionierten Thermografiekamera 7 zu erfassen und das erfasste Temperaturprofil anschließend von einem mit der Thermografiekamera 7 gekoppelten Rechner 8 auszuwerten ist. In die Anregungsoberfläche 12 des Bauteils 1 ist dabei von gleichsinnig gewickelten und miteinander elektrisch verbundenen Induktionsspulen 3 der ferromagnetischen Spulenkerne 4 des Drehstrominduktors 2 ausrichtungsunabhängig ein Wärmeimpuls einzubringen, durch den ein transversaler Wärmefluss in der Prüfzone 5 des Bauteils 1 zu erzeugen und letztere homogen zu erwärmen ist, wobei der transversale Wärmefluss hindernisfrei durch einen Durchbruch 14 im Drehstrominduktor 2 von der Thermografiekamera 7 zu erfassen ist. Bevorzugt können die Thermografiekamera 7 und der Drehstrominduktor 2 bei der zerstörungsfreien thermografischen Prüfung des Bauteils 1 synchron bewegt werden. Vorzugsweise verläuft eine relative Bewegung von Thermografiekamera 7 und Drehstrominduktor 2 zur Anregungsoberfläche 12 des Bauteils 1 bei der zerstörungsfreien thermografischen Prüfung robotergesteuert auf einer an das zu prüfende Bauteil 1 angepassten vorbestimmten Bewegungsbahn. 1 schematically shows a first embodiment of the arrangement for nondestructive thermographic testing of a joint connection of a component 1 , wherein a three-phase inductor 2 with a component to be tested 1 engaged and that of the induction coils 3 the three-phase inductor 2 induced by an inductive excitation temperature profile in the test zone 5 of the component 1 in reflection arrangement of one on the excitation side 6 of the component 1 positioned thermography camera 7 to capture and record the recorded temperature profile of one with the thermographic camera 7 coupled calculator 8th is to be evaluated. In the excitation surface 12 of the component 1 is in the same direction wound and mutually electrically connected induction coils 3 ferromagnetic cores 4 the three-phase inductor 2 irrespective of the orientation, to introduce a heat impulse that causes a transversal heat flow in the test zone 5 of the component 1 to generate and the latter is to heat homogeneously, the transverse heat flow without obstruction by a breakthrough 14 in the three-phase inductor 2 from the thermography camera 7 is to capture. Preferably, the thermography camera 7 and the three-phase inductor 2 in the non-destructive thermographic testing of the component 1 be moved synchronously. Preferably, a relative movement of thermographic camera runs 7 and three-phase inductor 2 to the excitation surface 12 of the component 1 in non-destructive thermographic testing robotically controlled on a component to be tested 1 adapted predetermined trajectory.

In 2 ist der Drehstrominduktor 2 der ersten Ausführungsform der Anordnung schematisch von unten gezeigt. Der Drehstrominduktor 2 weist dabei sechs gleichsinnig gewickelte und elektrisch miteinander verbundene Induktionsspulen 3 mit je einem ferromagnetischem säulenförmigen Spulenkern 4 auf. Die Stirnflächen 9 und 10 der Spulenkerne 4 sind dabei jeweils auf einer kreisförmigen Linie 11 derart im Abstand zueinander angeordnet, dass die Phasenverschiebung der einzelnen Lastströme jeder der miteinander elektrisch verbundenen Induktionsspulen 3 der 2 × 3 ferromagnetischen Spulenkerne 4 des Drehstrominduktors 360°/3 = 120° beträgt. Der kreisförmige Durchbruch 14 in dem ferromagnetischen Ringkern 13 des Drehstrominduktors 2 zwischen den Induktionsspulen 3 der 2 × 3 ferromagnetischen Spulenkerne 4 bildet ein Sichtfenster für eine Thermografiekamera 7 für die Erfassung eines durch eine induktive Anregung bedingten Temperaturprofils in der Prüfzone 5 eines Bauteils 1.In 2 is the three-phase inductor 2 the first embodiment of the arrangement shown schematically from below. The three-phase inductor 2 has six induction coils wound in the same direction and electrically interconnected 3 each with a ferromagnetic columnar coil core 4 on. The faces 9 and 10 the coil cores 4 are each on a circular line 11 arranged in such a spaced relationship that the phase shift of the individual load currents of each of the electrically connected induction coils 3 2 × 3 ferromagnetic cores 4 of the three-phase inductor 360 ° / 3 = 120 °. The circular breakthrough 14 in the ferromagnetic ring core 13 the three-phase inductor 2 between the induction coils 3 2 × 3 ferromagnetic cores 4 forms a viewing window for a thermography camera 7 for detecting a temperature profile in the test zone due to inductive excitation 5 a component 1 ,

3 zeigt den Drehstrominduktor 2 gemäß 2 schematisch in einer Seitenansicht. Die 2 × 3 ferromagnetischen säulenförmigen Spulenkerne 4, die jeweils eine der gleichsinnig gewickelten und elektrisch miteinander verbundenen Induktionsspulen 3 tragen, weisen jeweils eine gleiche Länge auf und sind parallel zueinander angeordnet. Der Querschnitt der jeweils eine Induktionsspule 3 tragenden säulenförmigen ferromagnetischen Spulenkerne 4 kann vorzugsweise kreisförmig, elliptisch, schalenförmig oder beliebig symmetrisch bogenförmig sein. An ihrem oberen Ende sind die ferromagnetischen säulenförmigen Spulenkerne 4 über den ferromagnetischen Ringkern 13 an ihrem einen Ende miteinander verbunden 3 shows the Drehstrominduktor 2 according to 2 schematically in a side view. The 2 × 3 ferromagnetic columnar coil cores 4 each one of the co-wound and electrically interconnected inductors 3 wear, each have an equal length and are arranged parallel to each other. The cross section of each one induction coil 3 carrying columnar ferromagnetic coil cores 4 may be preferably circular, elliptical, cup-shaped or arbitrarily symmetrical arcuate. At its upper end are the ferromagnetic columnar coil cores 4 over the ferromagnetic ring core 13 connected at one end

4 zeigt den Drehstrominduktor 2 gemäß 2 und 3 schematisch in einer Draufsicht. Der ein Sichtfenster für die Thermografiekamera 7 bildende Durchbruch 14 des Drehstrominduktors 2, der auf die Anregungsoberfläche 12 eines Bauteils 1 in der Prüfzone 5 des Bauteils 1 auszurichten ist, ist in 4 deutlich zu erkennen. 4 shows the Drehstrominduktor 2 according to 2 and 3 schematically in a plan view. The one viewing window for the thermography camera 7 forming breakthrough 14 the three-phase inductor 2 that is on the excitation surface 12 a component 1 in the test zone 5 of the component 1 is to align is in 4 clearly visible.

In 5 ist der Drehstrominduktor 2 in der Schnittebene A-A gemäß 4 schematisch dargestellt.In 5 is the three-phase inductor 2 in the section plane AA according to 4 shown schematically.

6 zeigt Diagramme, aus denen die Verläufe der phasenverschobenen Lastströme der n = 3 um 360°/n = 120° versetzten Phasen am Drehstrominduktor gemäß 2 bis 5 der ersten Ausführungsform der Anordnung mit einer Frequenz von 20 kHz hervorgehen, wobei jeweils auf der Abszisse die Zeit in μs und auf der Ordinate die Stromstärke in A aufgetragen sind. 6 shows diagrams showing the phases of the phase-shifted load currents of n = 3 by 360 ° / n = 120 ° offset phases at the Drehstrominduktor according to 2 to 5 The first embodiment of the arrangement with a frequency of 20 kHz emerge, wherein the time in μs on the abscissa and the current in A are plotted on the ordinate.

In 7 ist ein Drehstrominduktor 2 einer zweiten Ausführungsform der Anordnung mit sechs Induktionsspulen 3, deren ferromagnetische säulenförmige Spulenkerne 4 auf einem umlaufenden Linienzug 11 mit sechs Kanten angeordnet sind, schematisch von unten dargestellt. Der Durchbruch 14 des Drehstrominduktors 2 ist bei dieser Ausführungsform rechteckig ausgebildet, um ein optimales Sichtfenster für die mit dem Rechner 8 gekoppelte Thermografiekamera 7 zu gewährleisten. Die Abmessungen des rechteckigen Sichtfensters entsprechen dabei bevorzugt dem maximalen Bilderfassungsbereich der zum Drehstrominduktor 2 im Abstand angeordneten Thermografiekamera 7.In 7 is a three-phase inductor 2 a second embodiment of the arrangement with six induction coils 3 whose ferromagnetic columnar coil cores 4 on a circulating line 11 arranged with six edges, shown schematically from below. The breakthrough 14 the three-phase inductor 2 is rectangular in this embodiment, to provide an optimal viewing window for those with the computer 8th coupled thermography camera 7 to ensure. The dimensions of the rectangular viewing window preferably correspond to the maximum image capture area of the three-phase current inductor 2 spaced thermography camera 7 ,

Aus den 8a bis 8f geht schematisch die Simulation einer Drehfeldanregung hervor, die jeweils durch Pfeile gekennzeichnet ist, die den magnetischen Fluss zeigen, und zwar für die Phasenlagen: φ = 0° (8a), φ = 45° (8b), φ = 90° (8c), φ = 125° (8d), φ = 180° (8e) und φ = 225° (8f).From the 8a to 8f schematically shows the simulation of a rotating field excitation, which is respectively indicated by arrows that show the magnetic flux, and for the phase positions: φ = 0 ° ( 8a ), φ = 45 ° ( 8b ), φ = 90 ° ( 8c ), φ = 125 ° ( 8d ), φ = 180 ° ( 8e ) and φ = 225 ° ( 8f ).

In 9 ist der mit dem Bauteil 1 in Eingriff gebrachte Drehstrominduktor 2 einer dritten Ausführungsform der Anordnung zu sehen, bei dem drei ferromagnetische Spulenkerne 4 vorgesehen sind, die im Querschnitt schalenförmig ausgebildet sind. Die Stirnflächen 9 und 10 der Spulenkerne 4 sind dabei jeweils auf einer kreisförmigen Linie 11 derart im Abstand zueinander angeordnet, dass die Phasenverschiebung der einzelnen Lastströme der miteinander elektrisch verbundenen Induktionsspulen, die in 9 nicht dargestellt sind, der drei ferromagnetischen Spulenkerne 4 des Drehstrominduktors 360°/3 = 120° beträgt.In 9 is the one with the component 1 engaged three-phase inductor 2 a third embodiment of the arrangement, in which three ferromagnetic coil cores 4 are provided which are cup-shaped in cross section. The faces 9 and 10 the coil cores 4 are each on a circular line 11 arranged at a distance from one another in such a way that the phase shift of the individual load currents of the induction coils, which are connected to one another in an electrically connected manner, in 9 not shown, the three ferromagnetic coil cores 4 of the three-phase inductor 360 ° / 3 = 120 °.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Bauteilcomponent
22: Induktor, DrehstrominduktorInductor, three-phase inductor
33: Induktionsspuleinduction coil
44: ferromagnetischer Spulenkernferromagnetic coil core
55: Prüfzoneinspection zone
66: Anregungsseiteexcitation side
77: Thermografiekamerathermographic camera
88th: Rechnercomputer
99: Stirnflächeface
1010: Stirnflächeface
1111: bogenförmige Linie oder umlaufender Linienzugarcuate line or circulating line
1212: Anregungsoberflächeexcitation surface
1313: ferromagnetischer Ringkernferromagnetic ring core
1414: Durchbruchbreakthrough

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102012008531 [0001, 0002]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

Vrana, J .: Fundamentals and applications of active thermography with electromagnetic excitation; Saarbrücker Series Materials Science and Engineering (PhD Thesis), Aachen: Shaker, 2009 [0003]
Christian SRAJBR, Klaus DILGER, Simon DEHAAN, Christian LAMMEL, Alexander DILLENZ "Non-destructive testing of joint connections with induction pulse-phase thermography", Thermography Colloquium 2011, - Lecture 10 [0004]
Maaß, Michael; Determination of directional material properties and crack propagation with the eddy current method; Fortschr.-Ber. VDI Series 8 No. 912; Dusseldorf: VDI Verlag 2001; P. 2-3 [0005]

Claims

Method for non-destructive testing of joint connections such as resistance spot welds and material defects such as cracks in components by induction thermography, in which the thermographic excitation of a component by a heat pulse generated by an inductor and the temperature profile of the component is detected by a thermographic camera is detected by between the coil cores a breakthrough is formed in the inductor, which is aligned with a test zone of the excitation surface of the component in which the joint of the component is located, in the test zone of the excitation surface of the component by means of the inductor of the heat pulse is introduced, which generates a transverse heat flux and in the thickness direction of the Component flows away, while the test zone of the component while homogeneously heated and at the same time aligned the thermographic camera on the side of the excitation surface of the component to the breakthrough in the inductor so that granted an unhindered view of the thermographic camera through the opening of the inductor on the homogeneously heated test zone of the component and detects the radiated temperature profile of the component of the thermographic camera through the opening of the inductor through and then evaluated by means of a coupled with the thermographic camera computer, according to the German Patent Application 10 2012 008 531.1, characterized by the combination of the following method steps: the inductor used is a three-phase inductor with an even number of 2 × n ferromagnetic column-shaped coil cores of the same length, each carrying an induction coil, where n = 2, 3,..., p, wherein the ferromagnetic columnar coil cores parallel to each other with their end face on an arcuate line or on a circumferential polyline, the at least 2 × m corners or edge lengths, where m = 2, 3, ..., o, in such a distance to each other arranged and the induction coils are electrically connected to each other so that the phase shift of the individual load currents of coil pairs, each formed by two of the interconnected induction coils of the 2 × n ferromagnetic coil cores of the three-phase inductor is 360 ° / n, the facing away from the component to be tested faces and the opposite to these opposite faces of the even number of mutually parallel columnar 2 × n coil cores of the same length of Drehstrominduktors on the one hand connected via a ferromagnetic ring core and on the other hand magnetically engaging with the excitation surface of the component to be tested forming an iron circle to be brought, is introduced into the excitation surface of the component of the co-wound and mutually electrically connected induction coils of 2 × n ferromagentischen coil cores of the Drehstrominduktors the heat pulse through which generates the transverse heat flow in the test zone of the component and the latter is heated homogeneously and wherein the radiated temperature profile profile of the test zone obstacle-free detected by the breakthrough of the Drehstrominduktors through the thermographic camera and then evaluated by the computer coupled to the thermography camera.

Method for non-destructive testing of joint connections such as resistance spot welds and material defects such as cracks in components by induction thermography, in which the thermographic excitation of a component by a heat pulse generated by an inductor and the temperature profile of the component is detected by a thermographic camera is detected by between the coil cores a breakthrough is formed in the inductor, which is aligned with a test zone of the excitation surface of the component in which the joint of the component is located, in the test zone of the excitation surface of the component by means of the inductor of the heat pulse is introduced, which generates a transverse heat flux and in the thickness direction of the Component flows away, while the test zone of the component while homogeneously heated and at the same time aligned the thermographic camera on the side of the excitation surface of the component to the breakthrough in the inductor so that granted an unhindered view of the thermographic camera through the opening of the inductor on the homogeneously heated test zone of the component and detects the radiated temperature profile of the component of the thermographic camera through the opening of the inductor through and then evaluated by means of a coupled with the thermographic camera computer, according to the German Patent application 10 2012 008 531.1, characterized by the combination of the method steps: first one of a Drehstrominduktor with 2 × n ferromagnetic columnar coil cores of the same length, each carrying an induction coil wound in the same direction in the excitation surface of the component regardless of orientation introduced heat pulse to generate a transverse heat flux numerically simulated as a function of the non-destructively tested component by the characteristics number of coil cores, dimensions and material of the ferromagnetic a columnar coil cores and the ferromagnetic toroidal core connecting them, dimensions of the induction coils, coil wire thickness, winding gap, coil height, excitation frequency, resistance and inductance for optimum alignment-independent heating power distribution of the Drehstrominduktors be optimized, the Drehstrominduktor is formed according to the characteristics of the numerical simulation by 2 × n of the ferromagnetic columnar coil cores of equal length with respective co-wound induction coil parallel to each other with their faces on a circular line at an angle of 360 ° / (2 × n) arranged to each other and connected via the ferromagnetic ring core at one end such that between the induction coils of the 2 × n ferromagnetic columnar coil cores serves as a viewing window for the thermographic camera breakthrough of Drehstrominduktors arises on the test zone of the excitation surface of the Component is aligned, and by each two opposite-lying induction coils are electrically connected in parallel to each other and when applying AC voltages with 360 ° / n phase offset a si ch steadily changing current flow direction is generated in conjunction with a homogeneous heating in the region between the individual induction coils, it is introduced into the test zone of the excitation surface of the component by means of the Drehstrominduktors the predicted with the numerical stimulation heat pulse orientation independent, in the test zone of the component, the transverse heat flow and simultaneously heats them, and at the same time the thermographic camera is aligned on the side of the excitation surface of the component with respect to the visual solid forming breakthrough of the Drehstrominduktors positioned so that the radiated temperature profile of the component of the thermographic camera through the opening of the Drehstrominduktors through unhindered detected and subsequently evaluated by the computer coupled to the thermographic camera

Method for non-destructive testing of joint connections such as resistance spot welds and material defects such as cracks in components by induction thermography, in which the thermographic excitation of a component by a heat pulse generated by an inductor and the temperature profile of the component is detected by a thermographic camera is detected by between the coil cores a breakthrough is formed in the inductor, which is aligned with a test zone of the excitation surface of the component in which the joint of the component is located, in the test zone of the excitation surface of the component by means of the inductor of the heat pulse is introduced, which generates a transverse heat flux and in the thickness direction of the Component flows away, while the test zone of the component while homogeneously heated and at the same time aligned the thermographic camera on the side of the excitation surface of the component to the breakthrough in the inductor so that granted an unhindered view of the thermographic camera through the opening of the inductor on the homogeneously heated test zone of the component and detects the radiated temperature profile of the component of the thermographic camera through the opening of the inductor through and then evaluated by means of a coupled with the thermographic camera computer, according to the German Patent application 10 2012 008 531.1, characterized in that the inductor is a Drehstrominduktor with an odd number of q ferromagnetic columnar coil cores of equal length used, each carrying an induction coil, where q = 3, 5, ..., r, wherein the ferromagnetic columnar coil cores extending parallel to each other with their end face on an arcuate line or on a continuous polyline, which has at least m corners or edge lengths at s = 3, 5, ..., t, so spaced apart and the induction coils zuein ander be switched so that the phase shift of the individual load currents of the interconnected induction coils of the q ferromagnetic coil cores of the Drehstrominduktors are formed, 360 ° / q, facing away from the component to be tested faces and opposite to these opposite faces of the odd number of parallel to each other extending columnar q coil cores of the same length of the Drehstrominduktors on the one hand connected via a ferromagnetic ring core and on the other hand are magnetically engaged with the excitation surface of the component to be tested forming an iron circle, in the excitation surface of the component of the co-wound and electrically interconnected induction coils of the q ferromagentischen coil cores the Drehstrominduktors the heat pulse is introduced, generated by the transverse heat flow in the test zone of the component and the latter is heated homogeneously and wherein the radiated temperature profile profile of the test zone obstacle-free detected by the breakthrough of the Drehstrominduktors therethrough of the thermographic camera and then evaluated by the computer coupled to the thermography camera.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the three-phase inductor, together with the aligned on the breakthrough of the Drehstrominduktors thermography camera and the excitation surface of the component are moved relative to each other.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the Drehstrominduktor and the thermographic camera moves synchronously to the test zone of the component and in this Induction-independent inductively the heat pulse is introduced, through which the test zone of the excitation surface of the component is uniformly heated.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the Drehstrominduktor and the thermographic camera in the nondestructive testing synchronously on a matched to the component to be tested predetermined trajectory robotically controlled relative to the component to be moved.

Arrangement for non-destructive thermographic testing of joint connections such as resistance spot welds and material defects such as cracks in components ( 1 ) by induction thermography, with an inductor ( 2 ), in the same direction wound and interconnected induction coils ( 3 ) each with a ferromagnetic coil core ( 4 ) and from which the component ( 1 ) in a test zone ( 5 ) is to be excited inductively, with one on the excitation side ( 6 ) of the component ( 1 ) positioned thermography camera ( 7 ), by which by the inductive excitation of the component ( 1 ) conditional radiated temperature profile in the test zone ( 5 ) of the component ( 1 ) is to be detected in reflection arrangement, and one with the thermographic camera ( 7 ) coupled computer ( 8th ) for the evaluation of the thermography camera ( 7 ) recorded temperature profile of the component ( 1 ), according to the German patent application 10 2012 008 531.1, characterized in that the inductor is a three-phase induction ( 2 ), which is an even number of 2 × n ferromagnetic columnar coil cores ( 4 ) of equal length, where n = 2, 3,..., p, each having one of the induction coils wound in the same direction and electrically interconnected ( 3 ) and parallel to each other with its two end faces ( 9 ; 10 ) each on an arcuate line ( 11 ) or on a circulating line ( 11 ), which is at least 2 × m corners or edge lengths, where m = 2, 3, ..., o, are spaced from each other in such a way that the phase shift of the individual load currents of coil pairs, each of two of each other electrically connected induction coils ( 3 ) of the 2 × n ferromagnetic coil cores ( 4 ) of the three-phase inductor ( 2 ) is 360 ° / n, that of the component to be tested ( 1 ) facing away from faces ( 9 ) and the opposite end faces ( 10 ) of the even number of mutually parallel columnar 2 × n spool cores ( 4 ) of the same length of the three-phase inductor ( 2 ) on the one hand via a ferromagnetic ring core ( 13 ) and on the other hand with the excitation surface ( 12 ) of the component to be tested ( 1 ) forming an iron circle are magnetically engageable, a breakthrough ( 14 ) in the ferromagnetic ring core ( 13 ) of the three-phase inductor ( 2 ) a viewing window for the thermographic camera ( 7 ) between the induction coils ( 3 ) of the 2 × n spool cores ( 4 ) and on the excitation surface ( 12 ) of the component ( 1 ) in the test zone ( 5 ) of the latter, into the excitation surface ( 12 ) of the component ( 1 ) of the co-wound and electrically interconnected induction coils ( 3 ) of the ferromagnetic 2 × n coil cores ( 4 ) of the three-phase inductor ( 2 ) is to introduce a heat pulse through which a transverse heat flow in the test zone ( 5 ) of the component ( 1 ) and the latter is to be heated homogeneously, the transverse heat flow being free of obstacles due to the breakthrough ( 14 ) of the three-phase inductor ( 2 ) through the thermography camera ( 7 ), and that the three-phase inductor ( 2 ) together with the thermography camera ( 7 ) as well as the excitation surface ( 12 ) of the component ( 1 ) are to move relative to each other.

Arrangement for non-destructive thermographic testing of joint connections such as resistance spot welds and material defects such as cracks in components ( 1 ) by induction thermography, with an inductor ( 2 ), in the same direction wound and interconnected induction coils ( 3 ) each with a ferromagnetic coil core ( 4 ) and from which the component ( 1 ) in a test zone ( 5 ) is to be excited inductively, with one on the excitation side ( 6 ) of the component ( 1 ) positioned thermography camera ( 7 ), by which by the inductive excitation of the component ( 1 ) conditional radiated temperature profile in the test zone ( 5 ) of the component ( 1 ) is to be detected in reflection arrangement, and one with the thermographic camera ( 7 ) coupled computer ( 8th ) for the evaluation of the thermography camera ( 7 ) recorded temperature profile of the component ( 1 ), according to the German patent application 10 2012 008 531.1, characterized in that the inductor is a three-phase induction ( 2 ), which has an odd number of q ferromagnetic columnar coil cores ( 4 ) of equal length, where q = 3, 5,..., r, each having one of the induction coils wound in the same direction and electrically interconnected ( 3 ) and parallel to each other with its two end faces ( 9 . 10 ) each on an arcuate line ( 11 ) or on a circulating line ( 11 ), which has at least m corners or edge lengths at s = 3, 5,..., t, are spaced apart from one another in such a way that the phase shift of the individual load currents of the induction coils ( 3 ) of the coil cores ( 4 ) Is 360 ° / q, that of the component to be tested ( 1 ) facing away from faces ( 9 ) and the opposite end faces ( 10 ) the odd number of mutually parallel columnar n coil cores ( 4 ) of the same length of the three-phase inductor ( 2 ) on the one hand via a ferromagnetic ring core ( 13 ) and on the other hand with the excitation surface ( 12 ) of the component to be tested ( 1 ) forming an iron circle are magnetically engageable, a breakthrough ( 14 ) in the ferromagnetic ring core ( 13 ) of the three-phase inductor ( 2 ) a viewing window for the thermographic camera ( 7 ) between the induction coils ( 3 ) of the n coil cores ( 4 ) and on the excitation surface ( 12 ) of the component ( 1 ) in the test zone ( 5 ) of the latter, into the excitation surface ( 12 ) of the component ( 1 ) of the co-wound and electrically interconnected induction coils ( 3 ) of the ferromagnetic n coil cores ( 4 ) of the three-phase inductor ( 2 ) is to introduce a heat pulse through which a transverse heat flow in the test zone ( 5 ) of the component ( 1 ) and the latter is to be heated homogeneously, the transverse heat flow being free of obstacles due to the breakthrough ( 14 ) of the three-phase inductor ( 2 ) through the thermography camera ( 7 ), and the three-phase inductor ( 2 ) together with the thermography camera ( 7 ) as well as the excitation surface ( 12 ) of the component ( 1 ) are to move relative to each other.

Arrangement according to claim 7 or 8, characterized in that the arcuate line ( 11 ), on which the even number of 2 × n ferromagnetic columnar coil cores ( 4 ) of equal length or the odd number of q ferromagnetic coil cores, each with its end faces ( 9 . 10 ) are spaced apart, circular, oval, elliptical, cup-shaped or arbitrarily symmetrical arcuate.

Arrangement according to claim 7 or 9, characterized in that the circumferential polyline ( 11 ), on which the even number of 2 × n ferromagnetic columnar coil cores ( 4 ) of equal length each with their end faces ( 9 . 10 ) are spaced apart, 2 × m has corners or edge lengths or is square, hexagonal, octagonal or arbitrarily even polygonal.

Arrangement according to one of the preceding claims 7 or 9 and 10, characterized in that six of the ferromagnetic columnar coil cores ( 4 ) of the same length with the respective co-wound induction coil ( 3 ) parallel to each other with their end faces ( 9 . 10 ) on a circular line ( 11 ) at a distance of 60 ° to each other and via the ferromagnetic toroidal core ( 13 ) connected at its one end such that between the induction coils ( 3 ) of the six ferromagnetic columnar coil cores ( 4 ) the breakthrough ( 14 ) of the three-phase inductor ( 2 ), which serves as a viewing window for the thermographic camera ( 7 ) and to the test zone ( 5 ) of the excitation surface ( 12 ) of the component ( 1 ), wherein in each case two opposite induction coils ( 3 ) are electrically connected in parallel to each other and when applying a rotary current with 120 ° phase offset a constantly changing current flow direction in conjunction with a homogeneous heating in the region between the individual induction coils ( 3 ), the phase shift of the individual load currents of the induction coils ( 3 ) of the six ferromagnetic cores ( 4 ) of the three-phase inductor ( 2 ) Is 60 ° and from the three-phase inductor ( 2 ) orientation independent in the excitation surface ( 12 ) of the component ( 1 ) the heat pulse for generating the transverse heat flow in the test zone ( 5 ) of the component ( 1 ) is to bring.

Arrangement according to one of claims 7 to 11, characterized in that the cross section of each one induction coil ( 3 ) carrying columnar ferromagnetic coil cores ( 4 ) is circular, elliptical, cup-shaped or arbitrarily symmetrical arc-shaped.

Arrangement according to one of the preceding claims 7 to 12, characterized in that the breakthrough ( 14 ) in the ferromagnetic ring core ( 13 ) of the three-phase inductor ( 2 ) is rectangular, and the dimensions of the rectangular aperture ( 14 ) the image sensing area of the distance to the three-phase inductor ( 2 ) arranged thermographic camera ( 7 ) exactly match.