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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur aktiven Thermografie, insbesondere zum Nachweis von verdeckten Defekten und/oder Störungen eines Probekörpers, und ein zugehöriges Kit.
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Die aktive Thermografie ist ein leistungsfähiges zerstörungsfreies Prüfverfahren. Dabei wird durch einen Wärmeeintrag gezielt eine instationäre Wärmeverteilung innerhalb eines Probekörpes bzw. Untersuchungsobjektes erzeugt. Während und nach dem Wärmeeintrag verteilt sich die Wärme im Untersuchungsobjekt. Die damit verbundenen Temperaturänderungen an der Prüfteiloberfläche können mit einer Thermografiekamera räumlich erfasst werden. Aus diesen Daten lassen sich unter Nutzung geeigneter Auswertungsverfahren Rückschlüsse auf verdeckte Inhomogenitäten ziehen. Die Leistungsfähigkeit des Verfahrens, insbesondere die Messgenauigkeit und die Messzeit, hängt direkt von der Möglichkeit ab, die Probenoberfläche zu erwärmen.
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Die Druckschrift
DE 10 2006 040 869 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Detektieren eines Fehlers in einem schichtartigen Material, welche mittels bildgebender Infrarottechnologie verschiedene Typen von Ergebnisbildern zur Verfügung stellen, die einen Wärmefluss in Transmission und/oder in Reflektion in einem zeitlichen bzw. örtlichen Raum darstellen, und als Untersuchung dieser Bilder ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein nichtmetallischer Prüfling von mindestens einer Schicht aus einem leitfähigen Material, die auf mindestens einer Seite des Prüflings aufgebracht ist und über thermischen Kontakt mit dem Prüfling verfügt und die durch elektromagnetische Ankopplung erhitzt ist, mit einem Wärmefluss versorgt wird und somit einer thermografischen Untersuchung unterzogen werden kann. Die Anregung des nichtmetallischen schichtartigen Materials kann dabei auch durch eine Aufheizung erzielt werden, die als Kombination von Induktionserwärmung (kHz) und Mikrowellenanregung (GHz) ausgebildet ist.
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Eine häufig verwendete Methode zur Erwärmung ist die Bestrahlung mit Licht oder Infrarotstrahlung. So beschreibt die Druckschrift
DE 101 06 118 Al ein Gerät zur simultanen thermischen Analyse einer Vielzahl von Materialproben, die in der Regel sehr klein sind. Dabei wird ein Flächen-Heizer, auf dem alle zu analysierende Materialvariationen angebracht sind, mit einer berührungsfreien Temperatur-Detektion (Thermographie) kombiniert. Die in ihrem zeitlichen Leistungsverlauf steuerbare Heizleistung des Flächen-Heizers kann dabei entweder durch einen elektrischen Folienheizer oder berührungsfrei mittels Strahlungsheizung realisiert werden.
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Die auf einer Bestrahlung mit Licht oder Infrarot-Strahlung basierende Anregungsmethode hat den Vorteil, dass sie berührungslos ist und über gewisse Entfernungen in den Prüfkörper eingebracht werden kann. Nachteilig kann jedoch die Abhängigkeit des möglichen Energieeintrags von der Reflektivität der Prüfkörperoberfläche sein. Insbesondere blanke Metallflächen weisen eine hohe Reflexion auf. Für den Anwender der aktiven Thermografie entstehen damit gleich drei Probleme: i) das Bauteil kann nicht genug erwärmt werden, ii) ein Großteil der aufgebrachten Energie geht ungenutzt verloren, und iii) die Wärmestrahlung des Untersuchungsobjektes ist stark verringert, was zu kleinen Signalen führt. Problematisch in diesem Zusammenhang sind auch solche Oberflächen, an denen gezielt eine hohe Reflektivität erzeugt wurde, um den Energieeintrag in das Bauteil über die gesamte Lebensdauer hinweg zu minimieren. Dies trifft z.B. auf GFK-Komponenten (Glasfaserverstärkte KunststoffKomponenten) bzw. CFK-Komponenten (Kohlenstofffaserverstärkte KunststoffKomponenten) von Schiffen, Flugzeugen und Windenergieanlagen, z.B. deren Rotorblätter zu. In der Thermografie spricht man in solchen Fällen von „nicht kooperativen“ Oberflächen.
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In der Praxis behilft man sich oft mit einer Schwärzung der Prüfteiloberfläche, womit die oben genannten drei Probleme gelöst werden können. So beschreibt die Druckschrift
US 3 504 524 A ein zerstörungsfreies Prüfverfahren, wobei ein Werkstück mit einem Träger auf Vinylbasis, der ein Kohlenstoffpigment trägt, besprüht wird, um eine konstante Oberfläche mit hohem Emissionsvermögen im Infrarotbereich zu bilden, die leicht von der Oberfläche abziehbar ist. Die Oberfläche wird mit einer geeigneten Strahlungsquelle beheizt. Die Temperatur aufeinanderfolgender Punkte wird durch Abtasten der beschichteten Oberfläche mit einem Radiometer bestimmt.
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Allerdings muss die geschwärzte Prüfteiloberfläche hinterher wieder gereinigt werden, was einen erhöhten Aufwand bedeutet und bei manchen Anwendungen nicht möglich oder unerwünscht ist. Insbesondere bei Komponenten im eingebauten Zustand ist eine nachträgliche Schwärzung und Reinigung häufig technisch nicht möglich oder extrem aufwendig.
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Im Hinblick auf das oben Gesagte, schlägt die vorliegende Erfindung ein Verfahren gemäß Anspruch 1, ein Kit gemäß Anspruch 11 und eine Verwendung gemäß Anspruch 12 vor.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird ein Verfahren zur aktiven Thermografie bereitgestellt. Das Verfahren weist dabei den Schritt des Bereitstellens eines Probekörpers mit einer farblosen Absorberschicht auf, wobei die farblose Absorberschicht eine auftreffende elektromagnetische Strahlung aus einem absorbierenden Wellenlängenbereich im Infrarotbereich und/oder Mikrowellenbereich, d.h. in einem Wellenlängenbereich oberhalb von etwa 780 nm, zu mindestens 50%, typischerweise zu mindestens 85%, noch typischer zu mindestens 90% in Wärme umwandelt. Dabei beträgt eine Transparenz der Absorberschicht im gesamten sichtbaren Wellenlängenbereich, d.h. in einem Wellenlängenbereich von etwa 380 nm bis etwa 780 nm, typischerweise mindestens 90%, noch typischer mindestens 95%, sogar noch typischer mindestens 98%, z.B. mehr als 99%. Das Verfahren weist weiterhin die Schritte des Erwärmens der farblosen Absorberschicht durch Bestrahlen mit einer elektromagnetischen Strahlung aus dem absorbierenden Wellenlängenbereich und des Aufnehmens mindestens eines Infrarotbildes des Probekörpers, typischerweise mehrerer Infrarotbilder. Die Absorberschicht bildet bei der Messung typischerweise eine äußere Oberfläche des Prüfkörpers.
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Dieses Verfahren ermöglicht eine zuverlässige, zerstörungsfreie Prüfung des Prüfkörpers mittels aktiver Thermografie, die im Wesentlichen unabhängig von den optischen Eigenschaften des Prüfkörpers in einem unter der äußeren Oberfläche angeordneten Prüfvolumen bzw. Prüfgebiet eines Grundkörpers, der das eigentliche Prüfteil darstellt, ist. Dies gestattet auch die zuverlässige Untersuchung von Prüfgebieten mit hoher Reflektivität und/oder nichtkooperierenden Oberflächen ohne den Einsatz einer Schwärzung des Prüfkörpers, die im Normalbetrieb des Prüfkörpers unerwünscht und/oder mit Problemen beim Aufbringen verbunden sein kann. Eine aufwendige Reinigung des Probekörpers kann somit entfallen. Mit anderen Worten, die Absorberschicht kann auch während des Normalbetriebs des Prüfkörpers auf diesem verbleiben, d.h. als permantente Absorberschicht, da durch die die farblose Absorberschicht die optischen Eigenschaften des eigentlichen Prüfkörpers im sichtbaren Bereich zumindest für das menschliche Auge nicht oder praktisch nicht geändert werden. Dies ermöglicht zudem, dass die Absorberschicht in späteren Prüfungen mittels aktiver Thermografie erneut verwendet wird. Dies kann die Kosten für Überwachung von Prüfteilen erheblich reduzieren.
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Beispielsweise kann es sich bei dem Probekörper um ein Rotorblatt einer Windenergieanlage oder eine andere GFK-Komponente oder CFK-Komponente mit einer entsprechenden aufgebrachten äußeren farblosen Absorberschicht handeln. Insbesondere langlebige Prüfteile wie Rotorblätter, die im Betrieb hohen Belastungen ausgesetzt sind, werden aus Sicherheitsgründen in regelmäßigen Abständen auf Materialfehler und Risse untersucht. Eine permanente Schwärzung der Rotorflügel ist unerwünscht. Diese würde während des Normalbetriebs der Windenergieanlage auf Grund der Sonneneinstrahlung zu höheren thermischen Belastungen führen, wodurch sich die Betriebszeit verkürzen kann. Außerdem würde die Sichtbarkeit der Rotorblätter in der Nacht verringert werden, wodurch das Verletzungsrisiko von Vögeln erhöht wäre. Auf Grund der großen Oberfläche typischer Rotorblätter, die Längen bis 90 m und mehr erreichen können, können die Inspektionskosten bei Verwendung einer permanenten farblosen Absorberschicht ganz erheblich gesenkt werden. Zum einen können die direkten Kosten für das Aufbringen und Entfernen der Absorberschicht gesenkt werden. Zum anderen kann die Stillstandszeit der Anlage reduziert werden.
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Gemäß einer Weiterbildung weist die farblose Absorberschicht im absorbierenden Wellenlängenbereich ein Absorptionsmaximum mit einer Bandbreite von weniger als 100 nm, typische von weniger als 50 nm, noch typischer von weniger als 20 nm, z.B. von weniger als 10 nm, auf. Durch die Verwendung einer farblosen Absorberschicht mit einem schmalbandigen absorbierenden Wellenlängenbereich kann der Einfluss von breitbandigen Fremdquellen wie der Sonne auf die Messung verringert und somit die Messgenauigkeit erhöht werden.
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Gemäß noch einer Weiterbildung wird eine auf den absorbierenden Wellenlängenbereich der farblosen Absorberschicht bzw. auf dessen Absorptionsmaximum abgestimmte Lichtquelle zum Bestrahlen verwendet. Bei der Lichtquelle kann es sich um einen oder mehrere Laser, einen oder mehrere Maser, eine oder mehrere LEDs, z.B. ein LED-Array handeln. Typischerweise ist die Lichtquelle schmalbandig, z.B. schmalbandiger als der absorbierenden Wellenlängenbereich. Dadurch kann eine effektive Erwärmung der farblosen Absorberschicht und des darunterliegenden Messvolumens des Probekörpers erreicht werden.
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Typischerweise weist die farblose Absorberschicht bei mindestens einer Wellenlänge der zur Bestrahlung verwendeten elektromagnetischen Strahlung ein Extinktion von mindestens 2, noch typischer von mindestens 3, auf. Dadurch kann eine besonders effektive Erwärmung der farblosen Absorberschicht und des darunterliegenden Messvolumens des Probekörpers erreicht werden.
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Die Extinktion der farblosen Absorberschicht kann durch deren Dicke und Zusammensetzung eingestellt werden.
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Gemäß noch einer Weiterbildung umfasst die farblose Absorberschicht Wasser, Nanopartikel, polycyclische organische Verbindungen, Terrylene, ein Nitrozellulose-Lack, ein Epoxydharz und/oder eine Polymermatrix.
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Gemäß noch einer Weiterbildung umfasst das Bereitstellen des Probekörpers das Aufbringen der Absorberschicht auf mindestens eine Oberfläche eines Grundkörpers des Probekörpers durch Auftragen, Aufsprühen, Eintauchen, Folienlaminierung, Rollercoaten, Spincoaten, Siebdruck und/oder Tampondruck. Je nach Grundkörper bzw. Untersuchungsobjekt kann so ein effektives Beschichten mit der farblosen Absorberschicht erfolgen. Beispielsweise kann der Grundkörper des Probekörpers von einem konventionellen Rotorflügel gebildet werden, auf den die Absorberschicht aufgesprüht wird.
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Außerdem kann die Absorberschicht strukturiert auf mindestens eine Oberfläche aufgebracht werden. Dies ermöglicht das Aufprägen eines Temperaturmusters auf den Grundkörper. Dadurch lässt sich zum einen die Messgenauigkeit der Thermografie erhöhen. Zum anderen kann die Absorberschicht auch nur in zu überwachenden Bereichen, z.B. rissgefährdeten Bereichen aufgebracht werden. Dadurch lassen sich Material- und Arbeitskosten reduzieren.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird ein Kit zur aktiven Thermografie bereitgestellt. Das Kit umfass Mittel zum Erzeugen einer farblosen Absorberschicht auf einem Grundkörper, d.h. einem Untersuchungsobjekt, zur Bildung eines Probekörpers, derart, dass die Absorberschicht eine elektromagnetische Strahlung aus einem absorbierenden Wellenlängenbereich im Infrarotbereich und/oder Mikrowellenbereich zu mindestens 50%, typischerweise zu mindestens 85%, noch typischer zu mindestens 90% in Wärme umwandelt, eine Strahlungsquelle, die eingerichtet ist, eine elektromagnetische Strahlung zu emittieren, die mindestens eine Wellenlänge in dem absorbierenden Wellenlängenbereich aufweist, und eine Thermografiekamera, die eingerichtet ist, mindestens ein Infrarotbild, d.h. ein Infrarotbild oder eine Sequenz von Infrarotbildern des Probekörpers aufzunehmen. Das Kit ermöglicht eine zuverlässige aktive Thermografie von Untersuchungsobjekten ohne die Verwendung schwärzender Schichten. Dadurch kann der Einsatzbereich der aktiven Thermografie erweitert werden. Außerdem können umfangreiche Reinigungsprozeduren entfallen.
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Die Mittel zum Erzeugen der farblosen Absorberschicht können einen Behälter, z.B. eine Dose oder Spraydose, mit einer in einem Lösungsmittel gelösten oder dispergierten Substanz, die elektromagnetische Strahlung aus dem absorbierenden Wellenlängenbereich zu mindestens 50%, typischerweise zu mindestens 85%, noch typischer zu mindestens 90% in Wärme umwandelt und im sichtbaren Wellenlängenbereich eine Transparenz von mindestens 90% aufweist, ein Behälter mit einer pulverförmigen Substanz, die die elektromagnetische Strahlung aus dem absorbierenden Wellenlängenbereich zu mindestens 50%, typischerweise zu mindestens 85%, noch typischer zu mindestens 90% in Wärme umwandelt und im sichtbaren Wellenlängenbereich eine Transparenz von mindestens 90% aufweisen, und/oder Mittel zum Auftragen der farblosen Absorberschicht umfassen. Bei der pulverförmigen Substanz oder der dispergierten Substanz kann es sich um einen chemischen Farbstoff oder um Nanopartikel, z.B. LaB6-Nanopartikel handeln.
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Typischerweise ist die Strahlungsquelle schmalbandig, z.B. schmalbandiger als der absorbierende Wellenlängenbereich. Bei der Strahlungsquelle des Kits kann es sich um einen Laser, einen Maser, eine LED oder ein LED-Array handeln.
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Gemäß noch einem Ausführungsbeispiel wird eine farblose Absorberschicht zur aktiven Thermografie verwendet, wobei die farblose Absorberschicht eine elektromagnetische Strahlung aus einem absorbierenden Wellenlängenbereich im Infrarotbereich und/oder Mikrowellenbereich zu mindestens 50%, typischerweise zu mindestens 85%, noch typischer zu mindestens 90%, sogar noch typischer zu mindestens 99% in Wärme umwandelt. Je höher der Anteil der in der farblosen Absorberschicht in Wärme umgewandelten Infrarotstrahlung bzw. Mikrowellenstrahlung ist, desto schärfere thermischen Kontraste lassen sich durch die Bestrahlung der farblosen Absorberschicht auf den Probekörper aufprägen, da weniger Strahlung in tiefere Schichten eindringt. Dies führt typischerweise zu einer mit der Wärmeumwandlungseffizienz der Absorbeschicht ansteigenden Auflösung der aktiven Thermografie.
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Durch die Verwendung einer derartigen farblosen Absorberschicht können bestehende Einschränkungen bei Prüflingen mit „nicht kooperativen“ Oberflächen beseitigt und damit der Einsatzbereich der aktiven Thermografie erheblich erweitert werden.
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Dabei beträgt eine Transparenz der Absorberschicht im gesamten sichtbaren Wellenlängenbereich, d.h. in einem Wellenlängenbereich von etwa 380 nm bis etwa 780 nm, typischerweise mindestens 90%, noch typischer mindestens 95%, sogar noch typischer mindestens 98%, z.B. mehr als 99%.
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Gemäß noch einem Ausführungsbeispiel umfasst ein Verfahren zur aktiven Thermografie das Bereitstellen eines Probekörpers mit einer farblosen Absorberschicht, wobei die farblose Absorberschicht im sichtbaren Wellenlängenbereich eine Transparenz von mindestens 90% aufweist und eine auftreffende elektromagnetische Strahlung aus einem schmalbandigen absorbierenden Wellenlängenbereich zu mindestens 90% in Wärme umwandelt, das Erwärmen der farblosen Absorberschicht durch Bestrahlen mit einer elektromagnetischen Strahlung, die mindestens eine Wellenlänge in dem schmalbandigen absorbierenden Wellenlängenbereich aufweist, und das Aufnehmen mindestens eines Infrarotbildes des Probekörpers.
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Das Bereitstellen des Probekörpers kann dabei das Beschichten eines zu untersuchenden Prüfobjektes bzw. Grundkörpers mit der farblosen Absorberschicht umfassen. Die Beschichtung kann aber auch bereits bei der Herstellung des Prüfkörpers als permanente farblose Absorberschicht aufgebracht werden, z.B. in einen ohnehin aufzubringenden Decklack integriert werden.
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Gemäß einer Weiterbildung ist die Bandbreite des schmalbandigen absorbierenden Wellenlängenbereichs geringer als 100 nm, typischer geringer als 50 nm, noch typischer geringer als 20 nm.
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Dieses Verfahren ermöglicht ebenfalls eine zuverlässige, zerstörungsfreie Prüfung des Prüfobjekts mittels aktiver Thermografie, die im Wesentlichen unabhängig von den optischen Eigenschaften des Prüfobjekts ist.
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Typischerweise liegt der schmalbandige absorbierende Wellenlängenbereich oberhalb des sichtbaren Wellenlängenbereichs.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die Bandbreite des schmalbandigen absorbierenden Wellenlängenbereichs geringer als 10 nm. In dieser Ausführungsform kann der schmalbandige absorbierende Wellenlängenbereich auch im sichtbaren Wellenlängenbereich liegen, da er auf Grund der geringen Bandbreite die optischen Eigenschaften des Prüfobjekts im Wesentlichen unverändert lässt.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen, Einzelheiten, Aspekte und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung sowie den beigefügten Zeichnungen. Darin zeigt:
- 1 ein Absorptionsspektrum einer farblosen Absorberschicht und ein Emissionsspektrum einer Strahlungsquelle eines Kits gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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Das exemplarisch in 1 dargestellte Absorptionsspektrum einer farblosen Absorberschicht hat sein Absorptionsmaximum bei 802 nm, die Bandbreite beträgt knapp 50 nm. Die Absorption im dargestellten Teil des sichtbaren Wellenlängenbereichs ist vernachlässigbar gering. In dieser Ausführungsform stellt die farblose Absorberschicht einen schmalbandigen Absorber im nahen Infrarotbereich dar. 1 zeigt außerdem ein exemplarisches Emissionsspektrum einer auf die farblose Absorberschicht abgestimmten schmalbandigen Strahlungsquelle. Diese hat das Emissionsmaximum bei 800 nm und eine Bandbreite von weniger als 20 nm. Außerdem liegt das Emissionsspektrum der Strahlungsquelle vollständig innerhalb des Absorptionsspektrums der farblosen Absorberschicht. Dies ermöglicht eine besonders effiziente Erwärmung der farblosen Absorberschicht und des darunter liegender Prüfkörpervolumens mit der Strahlungsquelle.
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Bei der schmalbandigen Strahlungsquelle kann es sich um einen Laser, eine LED oder ein LED-Array handeln. Nach einer Bestrahlung mit einer hinreichend leistungsstarken, schmalbandigen Strahlungsquelle findet eine starke Erwärmung der farblosen Absorberschicht statt.
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Wenn sich die farblose Absorberschicht auf einem Untersuchungsobjekt bzw. Prüfteil befindet, wird auch das Untersuchungsobjekt entsprechend erwärmt und kann nachfolgend thermografisch untersucht werden. Hinreichend leistungsstarke, schmalbandige Laser und LED-Arrays sind kommerziell verfügbar.
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Alternativ dazu kann auch ein Mikrowellenstrahler, z.B. ein Maser, verwendet werden. Als farblose Absorberschicht kann in diesen Ausführungsformen eine Wasserschicht dienen, die sich einfach aufsprühen lässt.
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Es können jedoch auch breitbandigere Strahlungsquellen im Infraroten- bzw. im Mikrowellenbereich oder extrem schmalbandige Strahlungsquellen im sichtbaren Bereich verwendet werden.
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Die Transparenz der farblosen Absorberschicht im sichtbaren Wellenlängenbereich beträgt typischerweise mindestens 90%, noch typischer mindestens 95%, sogar noch typischer mindestens 98%. Dadurch werden die optischen Eigenschaften des Untersuchungsobjekts nicht oder praktisch nicht verändert. Dies ermöglicht, die farblose Absorberschicht als permanente Schicht zu verwenden, wodurch sich Kosten reduzieren lassen.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst ein Verfahren zur aktiven Thermografie die Schritte des Bereitstellen eines Probekörpers mit einer farblosen Absorberschicht, z.B. durch Aufbringen der farblosen Absorberschicht auf ein Untersuchungsobjekt, wobei die farblose Absorberschicht eine auftreffende elektromagnetische Strahlung aus einem absorbierenden Wellenlängenbereich im Infrarotbereich und/oder Mikrowellenbereich zu mindestens 90% in Wärme umwandelt, des Erwärmens der farblosen Absorberschicht durch Bestrahlen mit einer elektromagnetischen Strahlung aus dem absorbierenden Wellenlängenbereich, und das nachfolgende Aufnehmen mindestens eines Infrarotbildes des Probekörpers.
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Das Aufbringen der farblosen Absorberschicht auf Untersuchungsobjekt kann durch Auftragen, Aufsprühen, Eintauchen, Folienlaminierung, Rollercoaten, Spincoaten, Siebdruck und/oder Tampondruck erfolgen. Die farblose Absorberschicht kann auch mit einem Schwamm, Lappen oder Pinsel aufgetragen werden. Insbesondere dabei sollte die Oberflächenspannung der aufzutragenden Lösung oder Suspension möglichst gering sein, um ein gutes Benetzungsverhalten und damit eine möglichst gleichmäßige Schichtdicke der farblosen Absorberschicht zu erzielen. Außerdem kann vorgesehen sein, die farblose Absorberschicht als Muster aufzubringen.
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Die farblose Absorberschicht kann sowohl permanent als auch als wieder entfernbares (abwaschbares) Kontrastmittel ausgelegt werden.
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Wird die farblose Absorberschicht als permanente Endbeschichtung von z.B. GFK- oder CFK-Bauteilen aufgetragen, lassen sich thermografisch prüfbare Teile ohne sichtbare oder funktionelle Beeinträchtigung der Oberfläche (Reflexionseigenschaften) herstellen, die auch im montierten Zustand berührungslos während der Lebensdauer zerstörungsfrei geprüft werden können.
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Die Dicke und Zusammensetzung der farblosen Absorberschicht wird typischerweise so gewählt, dass die Extinktion der Absorberschicht für die Strahlung der Strahlungsquelle den Wert von 2 oder sogar 3 erreicht bzw. übersteigt. Dadurch wird erreicht, dass mindestens 99% bzw. 99,9% der einfallenden Strahlung der Strahlungsquelle in der farblosen Absorberschicht in Wärme umgewandelt werden. Neben einer hohen Energieeffizienz kann dadurch eine hohe Messgenauigkeit erreicht werden, da sich Schwankungen in der Schichtdicke der farblosen Absorberschicht kaum noch auf die absorbierte Energie und damit auf die Homogenität der durch Bestrahlung erzeugten Temperaturverteilung auswirken.
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Das in 1 dargestellte Absorptionsspektrum stellt zu erläuternden Zwecken ein idealisiertes Absorptionsspektrum dar. Im Folgenden werden Beispiele für geeignete farblose Absorberschichten beschrieben.
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Die farblose Absorberschicht kann aus einem Matrixmaterial mit eingebetteten Absorbern bestehen. Als Matrixmaterial eigenen sich handelsübliche transparente Epoxydharze und Polymere.
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Als eingebettete Absorber können Farbstoffe dienen, die entweder auf Grund ihrer chemischen Struktur oder auf Grund des Mie-Effekts die gewünschten spektralen Merkmale (Absorptionsspektren) aufweisen.
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Je nach ihrer chemischen Struktur weisen polycyclische organische Verbindungen wie die sogenannten Terrylene geeignet Absorptionsspektren im Infraroten auf, während sie im sichtbaren Bereich praktisch nicht absorbieren. Beispielsweise zeigt Pentarylendiimid ein ausgeprägtes Absorptionsmaximum bei etwa 900 nm auf. In diesem Wellenlängenbereich sind zudem leistungsfähige Laser und LEDs kommerziell verfügbar. Gemäß einem Ausführungsbeispiel beträgt das Produkt d*c von Schichtdicke d und molarer Konzentration von Pentarylendiimid einer farblose Absorberschicht mindestens 10-7 (m*mol)/l. Dadurch wird eine Extinktion der farblosen Absorberschicht bei 900 nm von mehr als 2 erreicht. Beispielsweise kann bei einer Konzentration des Pentarylendiimids von 1 mmol/ 1 im Absorbermaterial die farblose Absorberschicht eine Schichtdicke d von etwa 0,1 mm aufweisen.
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Mie-Streuung tritt generell an Nanopartikeln aus verschiedenen Metallen und Halbleitern auf. Beispielhaft seien Gold, Silber, Kupfer und Silizium genannt. Die Streuung führt zu einer deutlichen Verlängerung der optischen Weglänge innerhalb von Schichten, die Nanopartikel enthalten. Dies führt zu einer eine entsprechend erhöhten Extinktion. Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird eine farblose Absorberschicht aus einer Dispersionen von LaB6 - Nanopartikeln erzeugt, die in einem UV-härtbaren oder thermisch härtbaren Kleber dispergiert sind. Eine derart erzeugte Absorberschicht hat für LaB6 - Nanopartikel mit einem Durchmesser von 18 nm ein Extinktionsmaximum bei etwa 970 nm. Das Produkt d*c von Schichtdicke d und der molarer Konzentration der LaB6 - Nanopartikel der Dispersion vor Trocknung bzw. Aushärtung beträgt in diesem Ausführungsbeispiel mindestens 5*10-5 m* mol/l. Beispielsweise kann die aufzubringende Schicht bei einer Schichtdicke von etwa 1 mm vor Trocknung bzw. Aushärtung eine Konzentration des LaB6 - Nanopartikel vor Trocknung bzw. Aushärtung von 0,05 mol/l aufweisen.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel besteht eine farblose Absorberschicht aus einem farblosen Nitrozellulose-Lack, z.B. einem Zappon-Klarlack, der leicht durch Aufsprühen auf ein Untersuchungsobjekt aufgebracht werden kann. Je nach genauer Zusammensetzung zeigen Nitrozellulose-Lack starke O-H-O bzw. OH-Absorptionsbande bei 1,5 µm Wellenlänge. Durch geeignete Zusätze lassen sich weitere Absorptionsbanden im nahen Infrarotbereich erzeugen. Diese Lacke sind damit ebenfalls für die Verwendung als farblose Absorberschichten zur aktiven Thermografie geeignet.
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Das einfache Erzeugen durch Aufsprühen macht Nitrozellulose-Lacke auch besonders geeignet als Mittel eines Kits bzw. Sets für die aktive Thermografie, z.B. in Form einer Sprayflasche.
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Die vorliegende Erfindung wurde anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Diese Ausführungsbeispiele sollten keinesfalls als einschränkend für die vorliegende Erfindung verstanden werden.
