DE102015211350B3

DE102015211350B3 - Shielding device, method for performing active thermography material testing and use

Info

Publication number: DE102015211350B3
Application number: DE102015211350.7A
Authority: DE
Inventors: Philipp Just; Lars Ebert; Thomas Echelmeyer; Marcel Kramer; Michael Roscher
Original assignee: ThyssenKrupp AG; ThyssenKrupp System Engineering GmbH
Current assignee: ThyssenKrupp AG; ThyssenKrupp System Engineering GmbH
Priority date: 2015-06-19
Filing date: 2015-06-19
Publication date: 2016-06-02
Anticipated expiration: 2035-06-20
Also published as: WO2016202749A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abschirmvorrichtung (1) zur Abschirmung eines Beobachtungsbereichs eines Werkstücks (3) vor einer Sekundäranregungsstrahlung (4) während einer aktiven Thermographie-Werkstoffprüfung mit einer thermischen Anregung des Werkstücks (3) in einem Anregungsbereich mittels einer Primäranregungsstrahlung. Die Abschirmvorrichtung (1) weist ein Abschirmsegment (6) auf zur Positionierung zwischen dem Beobachtungsbereich (2) des Werkstücks (3) und einer Erhebung, wobei das Abschirmsegment (6) eine hohe Transmissivität für die Primäranregungsstrahlung (5) aufweist. Das Abschirmsegment (1) weist keine oder eine geringe Transmissivität für die Sekundäranregungsstrahlung (4) auf. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Durchführung einer aktiven Thermographie-Werkstoffprüfung sowie eine Verwendung.The present invention relates to a shielding device (1) for shielding an observation region of a workpiece (3) from a secondary excitation radiation (4) during an active thermography material test with a thermal excitation of the workpiece (3) in an excitation region by means of a primary excitation radiation. The shielding device (1) has a shielding segment (6) for positioning between the observation region (2) of the workpiece (3) and a protrusion, wherein the shielding segment (6) has a high transmissivity for the primary excitation radiation (5). The shielding segment (1) has no or low transmissivity for the secondary excitation radiation (4). The invention further relates to a method for carrying out an active thermography material testing and a use.

Description

Die Erfindung betrifft eine Abschirmvorrichtung. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Durchführung einer aktiven Thermographie-Werkstoffprüfung. Des Weiteren betrifft die Erfindung zwei Verwendungen.The invention relates to a shielding device. The invention further relates to a method for carrying out an active thermography material testing. Furthermore, the invention relates to two uses.

Die thermographische, zerstörungsfreie Werkstoffprüfung mittels aktiver Thermographie ist allgemein bekannt, Bei der aktiven Thermographie wird mittels einer Anregungsquelle eine Primäranregung genutzt, um ein Werkstück zu erhitzen. Diese Primäranregung kann dem Werkstück beispielsweise als Primäranregungsstrahlung mittels Leuchtquellen zugeführt werden. Als Folge der hierdurch erfolgenden Erwärmung des Werkstücks wird eine erhöhte Emission von elektromagnetischer Strahlung insbesondere in Bereichen des infraroten Wellenspektrums, also Infrarotstrahlung, bewirkt, Mittels Aufnahme dieser Infrarotstrahlung mit einer für Wellenlängenbereiche des Infrarotspektrums empfindlichen Thermographie-Kamera werden Bilder zur Verfügung gestellt, welche Temperaturverläufe in dem Werkstück sichtbar abbilden und hierdurch beispielsweise dahingehende Auswertungen ermöglichen, dass beispielsweise eine Werkstoffqualität bewertet werden kann. Naturgemäß werden derartige Verfahren für zerstörungsfreien Prüfung von Werkstücken genutzt.The thermographic, non-destructive material testing by means of active thermography is well known. In active thermography a primary excitation is used by means of an excitation source to heat a workpiece. This primary excitation can be supplied to the workpiece, for example, as primary excitation radiation by means of light sources. As a result of the resulting heating of the workpiece, an increased emission of electromagnetic radiation, in particular in areas of the infrared wave spectrum, ie infrared radiation, effected By recording this infrared radiation sensitive to wavelength ranges of the infrared spectrum thermographic camera images are provided, which temperature profiles in visualize the workpiece visible and thereby allow, for example, pending evaluations that, for example, a material quality can be assessed. Naturally, such methods are used for non-destructive testing of workpieces.

Um eine Auswertung zu gewährleisten, die eine möglichst geringe Anzahl von Fehlausschlüssen beziehungsweise von Fehlbewertungen gewährleistet, ist erforderlich, dass die Thermographie-Kamera selektiv die tatsächlich auszuwertenden Informationen erfasst und gleichzeitig in möglichst geringem Umfang darüber hinausgehenden Störeinflüssen ausgesetzt ist. Beispielsweise in der US 7855358 B2 ist als Lösung zur Vermeidung oder wenigstens Reduktion dieses Problems ein Umhüllen des gesamten Prüfaufbaus, insbesondere auch der Thermographie-Kamera und des Werkstücks vorgeschlagen. Ein derartiger Versuchsaufbau weist jedoch den Nachteil auf, dass durch den vollständigen Einschluss der Thermographie-Kamera der Versuchsaufbau konstruktiv an Aufbau gewinnt und eine Bereitstellung der für eine Werkstoffprüfung erforderlichen Gerätschaften in praktikabler Form erschwert wird.In order to ensure an evaluation which ensures the lowest possible number of false exclusions or incorrect evaluations, it is necessary for the thermographic camera to selectively record the information actually to be evaluated and, at the same time, to expose it to as little interference as possible. For example, in the US 7855358 B2 is proposed as a solution to avoid or at least reduce this problem enveloping the entire test setup, especially the thermographic camera and the workpiece. However, such a test setup has the disadvantage that the complete construction of the thermographic camera makes the test setup structurally more constructive and makes it more difficult to provide the equipment required for material testing in practicable form.

Die US 2002/0172410 A1 beschäftigt sich mit der zerstörungsfreien Prüfung von Fehlern einer Werkstückprobe mittels thermographischer Bilderfassung. Die DE 198 30 473 C1 offenbart eine Vorrichtung zum Erzeugen und Erfassen von induzierter Wärmestrahlung mit zwei Strahlenquellen. Die US 2010/0074515 A1 zeigt eine Vorrichtung zur zerstörungsfreien Werkstückprüfung mittels Lockin-Thermographie.The US 2002/0172410 A1 deals with the non-destructive testing of defects of a workpiece sample by means of thermographic image acquisition. The DE 198 30 473 C1 discloses an apparatus for generating and detecting induced heat radiation with two radiation sources. The US 2010/0074515 A1 shows a device for non-destructive workpiece inspection by means of lockin thermography.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Möglichkeit bereitzustellen, eine zerstörungsfreie Werkstoffprüfung mittels Thermographie mit hoher Qualität unter Vermeidung der eingangs erläuterten Nachteile durchzuführen, wobei gleichzeitig das Erfordernis eines kompakten und gut handhabbaren Versuchsaufbaus gewährleistet ist.The invention is therefore based on the object to provide a way to perform a non-destructive material testing by means of thermography with high quality while avoiding the disadvantages explained above, at the same time the requirement of a compact and easy-to-handle experimental setup is guaranteed.

Die Aufgabe wird mit einer Abschirmvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 6, mit einer Thermographievorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 10, mit einer Verwendung des Anspruchs 11 sowie mit einer Verwendung mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen gehen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor. Ein oder mehrere Merkmale aus den Ansprüchen, der Beschreibung wie auch den Figuren können mit einem oder mehreren Merkmalen aus weiteren Ausgestaltungen der Erfindung verknüpft werden. Es können auch ein oder mehrerer Merkmale aus den unabhängigen Ansprüchen durch ein oder mehrere Merkmale ersetzt oder verknüpft werden. Der vorgeschlagene Gegenstand ist nur als Entwurf zur Formulierung der Erfindung aufzufassen, ohne diese aber zu beschränken.The object is achieved with a shielding device having the features of claim 1, with a method having the features of claim 6, with a thermography device having the features of claim 10, with a use of claim 11 and with a use having the features of claim 12 , Further advantageous embodiments and developments will become apparent from the following description. One or more features of the claims, the description as well as the figures may be linked to one or more features of further embodiments of the invention. One or more features of the independent claims may also be replaced or linked by one or more features. The proposed subject matter should be construed only as a draft to formulate the invention without, however, limiting it.

Es wird eine Abschirmvorrichtung vorgeschlagen zur Abschirmung eines Beobachtungsbereichs eines Werkstücks vor einer Sekundäranregungsstrahlung während einer aktiven Thermographie-Werkstoffprüfung mit einer thermischen Anregung des Werkstücks in einem Anregungsbereich mittels einer Primäranregungsstrahlung. Die Abschirmvorrichtung weist ein Abschirmsegment auf zur Positionierung zwischen dem Beobachtungsbereich des Werkstücks und einer Erhebung Das Abschirmsegment weist eine hohe Transmissivität für die Primäranregungsstrahlung auf. Das Abschirmsegment weist keine oder eine geringe Transmissivität für die Sekundäranregungsstrahlung auf.A shielding device is proposed for shielding an observation region of a workpiece from secondary excitation radiation during active thermography material testing with thermal excitation of the workpiece in an excitation region by means of primary excitation radiation. The shielding device has a shielding segment for positioning between the observation region of the workpiece and a protrusion. The shielding segment has a high transmissivity for the primary excitation radiation. The shielding segment has no or low transmissivity for the secondary excitation radiation.

Der Begriff der Sekundäranregungsstrahlung bezeichnet elektromagnetische Strahlung, insbesondere im infraroten Bereich, welche durch eine thermische Anregung eines Werkstücks beziehungsweise einer Erhebung des Werkstücks oder eines anderen Gegenstands durch reflektierte Primäranregungsstrahlung hervorgerufen wird.The term secondary radiation refers to electromagnetic radiation, especially in the infrared region, which is caused by a thermal excitation of a workpiece or a survey of the workpiece or other object by reflected primary excitation radiation.

Ein Abschirmen des Beobachtungsbereichs des Werkstücks vor der Sekundäranregungsstrahlung hat den Vorteil zur Folge, dass nicht oder nur in sehr geringem Maße reflektierte Sekundäranregungsstrahlung mittels einer Thermographiekamera erfasst wird, die sich mit der zur Aufnahme vorgesehenen Abbildung überlagert und in der Folge die Auswertung dieser Abbildung erschwert. Auch eine durch die Sekundäranregung erfolgende Erwärmung weiterer Bereiche als des Anregungsbereichs, die sodann ebenfalls zu einer Überlagerung der Abbildungen und einer entsprechen erschwerten Auswertung führen würde, wird durch die Abschirmvorrichtung in vorteilhafter Weise vermieden oder reduziert.A shielding of the observation region of the workpiece from the secondary excitation radiation has the advantage that secondary or secondary radiation which is not reflected or only to a very small extent is detected by means of a thermographic camera which superimposes itself with the image intended for recording and, as a consequence, makes the evaluation of this image more difficult. Also due to the secondary excitation warming Further areas than the excitation area, which would then also lead to a superposition of the images and a correspondingly complicated evaluation, are advantageously avoided or reduced by the shielding device.

Das Merkmal eines Aufweisens keiner oder einer geringen Transmissivität für die Sekundäranregungsstrahlung ist dahingehend zu verstehen, dass das Abschirmsegment eine Transmissivität von weniger als 0,2 aufweist, was insoweit zu verstehen ist, dass weniger als 20 Prozent der Sekundäranregungsstrahlung transmittiert werden. In einer speziellen Ausbildung kann insbesondere vorgesehen sein, dass das Abschirmsegment eine Transmissivität von weniger als 0,05 aufweist, also weniger als 5 Prozent der Sekundäranregungsstrahlung transmittiert wird.The feature of having no or little transmissivity for the secondary excitation radiation is to be understood in that the shield segment has a transmissivity of less than 0.2, to the extent that less than 20 percent of the secondary excitation radiation is transmitted. In a special embodiment, it can be provided, in particular, that the shielding segment has a transmissivity of less than 0.05, that is to say less than 5 percent of the secondary excitation radiation is transmitted.

Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Begriff der Transmissivität als Anteil der transmittierten Intensität der Sekundäranregungsstrahlung integriert über alle Wellenlängen in dem Wellenlängenbereich zwischen 3 Mikrometern und 14 Mikrometern bezichnet. Mit diesem Wellenlängenbereich ist der relevante Wellenlängenbereich oder ein großer Anteil des relevanten Wellenlängenbereichs des erläuterten Anwendungsbereichs abgedeckt.In particular, it can be provided that the term transmissivity as a proportion of the transmitted intensity of the secondary excitation radiation integrated over all wavelengths in the wavelength range between 3 microns and 14 micrometers bezich. This wavelength range covers the relevant wavelength range or a large proportion of the relevant wavelength range of the described application range.

Eine Ausbildung der Abschirmvorrichtung kann beispielsweise vorsehen, dass die Abschirmvorrichtung eine hohe Absorptivität für die Sekundäranregungsstrahlung aufweist, die bevorzugt 0,8 oder mehr beträgt. Eine hohe Absorptivität ist von besonderem Vorteil, um zu vermeiden, dass als Folge weiterer Reflexionen neue Quellen einer Beeinträchtigung der anzufertigenden Thermographieabbildung herbeigeführt wird.An embodiment of the shielding device may provide, for example, that the shielding device has a high absorptivity for the secondary excitation radiation, which is preferably 0.8 or more. High absorptivity is of particular advantage in order to avoid that new sources of impairment of the thermographic image to be produced are brought about as a result of further reflections.

Insgesamt gilt, dass A + T + R = 1 beträgt, wobei A die Absorptivität, T die Transmissivität und R die Reflexivität bezeichnet mit der Maßgabe, dass sonstige Verluste vernachlässigt werden.Overall, A + T + R = 1, where A denotes the absorptivity, T the transmissivity, and R the reflexivity, with the proviso that other losses are neglected.

Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Primäranregungsstrahlung eine Wellenlänge zwischen 500 nm und 1100 nm aufweist, für welche die hohe Transmissivität des Abschirmsegments 0,8 oder größer ist.In particular, it can be provided that the primary excitation radiation has a wavelength between 500 nm and 1100 nm, for which the high transmissivity of the shielding segment is 0.8 or greater.

In einer speziellen Ausbildung kann vorgesehen sein, dass die Primäranregungsstrahlung Laserlicht einer einzigen Wellenlänge ist, wobei das Laserlicht bevorzugt als gepulstes Laserlicht bereitgestellt ist.In a specific embodiment it can be provided that the primary excitation radiation is laser light of a single wavelength, wherein the laser light is preferably provided as pulsed laser light.

Eine Ausbildung der Erfindung sieht vor, dass die Abschirmvorrichtung eine Durchtrittsmaske aufweist mit einer Durchtrittsöffnung zur Positionierung zwischen einer Anregungsvorrichtung und dem Anregungsbereich, und dass das Abschirmsegment an der Durchtrittsmaske angeordnet ist.An embodiment of the invention provides that the shielding device has a passage mask with a passage opening for positioning between an excitation device and the excitation area, and that the shielding segment is arranged on the passage mask.

Zweckmäßigerweise kann vorgesehen sein, dass die Bestandteile der Abschirmvorrichtung aus dem gleichen Material bestehen. In einer besonders vorteilhaften Ausbildung kann vorgesehen sein, dass die Abschirmvorrichtung einstückig ausgebildet ist. Eine derartige einstückig ausgebildete Abschirmvorrichtung ist insbesondere auch hinsichtlich mechanischer Robustheit vorteilhaft.Appropriately, it can be provided that the components of the shielding device consist of the same material. In a particularly advantageous embodiment it can be provided that the shielding device is integrally formed. Such an integrally formed shielding device is particularly advantageous in terms of mechanical robustness.

Weiterhin kann vorgesehen sein, dass das Abschirmsegment wenigstens bereichsweise eine Dicke zwischen 1 mm und 3 mm aufweist, die sich in der Erprobungsphase dieser Erfindung als ausreichend herausgestellt hat und gleichzeitig eine vorteilhafte materialsparende und flexibel ausformbare Ausbildung bereitstellt.Furthermore, it can be provided that the shielding segment at least partially has a thickness between 1 mm and 3 mm, which has been found in the trial phase of this invention to be sufficient and at the same time provides an advantageous material-saving and flexible formable training.

Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Abschirmsegment ein PBT, ein PVC, ein PMMA und/oder ein Schutzglas aufweist.In particular, it can be provided that the shielding segment comprises a PBT, a PVC, a PMMA and / or a protective glass.

PBT bezeichnet ein Polybutylenterephthalat. PMMA bezeichnet ein Polymethylmethacrylat. In weiteren Ausbildungen können auch weitere, durchsichtige thermoplastische Kunstoffe vorgesehen sein. Insbesondere kann in speziellen beispielhaften Ausgestaltungen auch vorgesehen sein, dass das Abschirmsegment einen der in der Tabelle 1 aufgeführten Werkstoffe aufweist.PBT denotes a polybutylene terephthalate. PMMA refers to a polymethylmethacrylate. In further embodiments, other transparent thermoplastic materials may be provided. In particular, it can also be provided in special exemplary embodiments that the shielding segment has one of the materials listed in Table 1.

Ein weiterer, unabhängiger Gedanke der Erfindung sieht ein Verfahren zur Durchführung einer aktiven Thermographie-Werkstoffprüfung eines Werkstücks vor. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:

– thermische Anregung eines in einem Beobachtungsbereich des Werkstücks befindlichen Anregungsbereichs mittels einer Primäranregungsstrahlung,
– Erfassung einer Infrarotstrahlung, die von einem in dem Anregungsbereich befindlichen thermisch angeregten Teil des Werkstücks emittiert wird, mittels einer Thermographie-Kamera,
– Bereitstellen einer Abschirmvorrichtung, wobei wenigstens ein Abschirmsegment der Abschirmvorrichtung wenigstens zwischen einem Beobachtungsbereich des Werkstücks und einer Erhebung angeordnet wird, und wobei das Abschirmsegment eine hohe Transmissivität für die Primäranregungsstrahlung aufweist und wobei die Abschirmvorrichtung weiterhin keine oder eine geringe Transmissivität für Sekundäranregungsstrahlung aufweist.

Another independent concept of the invention provides a method for performing active thermography material testing of a workpiece. The method comprises the following steps:

Thermal excitation of an excitation area located in an observation region of the workpiece by means of a primary excitation radiation,
Detecting an infrared radiation emitted by a thermally excited part of the workpiece located in the excitation region, by means of a thermographic camera,
Providing a shielding device, wherein at least one shielding segment of the shielding device is disposed at least between an observation region of the workpiece and a projection, and wherein the shielding segment has a high transmissivity for the primary excitation radiation, and wherein the shielding device further has no or low transmissivity for secondary excitation radiation.

In einer Ausbildung des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass das Abschirmsegment eine hohe Absorptivität, bevorzugt von 0,8 oder größer, für Sekundäranregungsstrahlung aufweist.In one embodiment of the method, it may be provided that the shielding segment has a high Absorptivity, preferably of 0.8 or greater, for secondary excitation radiation.

Eine weitere beispielhafte Art der Durchführung des Verfahrens kann vorsehen, dass die Primäranregungsstrahlung eine Wellenlänge zwischen 500 nm und 1100 nm aufweist.A further exemplary mode of carrying out the method may provide that the primary excitation radiation has a wavelength between 500 nm and 1100 nm.

Die Primäranregungsstrahlung kann monochromatische Strahlung sein. Ebenfalls kann die Primäranregungsstrahlung eine Überlagerung von Strahlung verschiedener Wellenlängen sein.The primary excitation radiation can be monochromatic radiation. Likewise, the primary excitation radiation may be a superposition of radiation of different wavelengths.

Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die hohe Transmissivität eine Transmissivität von 0,8 oder größer ist.Furthermore, it can be provided that the high transmissivity is a transmissivity of 0.8 or greater.

In einem weiteren, unabhängigen Gedanken der Erfindung kann eine Thermographievorrichtung vorgesehen sein, die eine der eingangs vorgesehenen Abschirmvorrichtungen umfasst.In a further, independent idea of the invention, a thermography device may be provided which comprises one of the initially provided shielding devices.

Ein weiterer unabhängiger Gedanke der Erfindung sieht eine Verwendung eines PBT, eines PVC, ein PMMA und/oder eines Schutzglases vor, die zur Abschirmung eines Beobachtungsbereichs vor Sekundäranregungsstrahlung bei einer aktiven Thermographie-Werkstoffprüfung mit einer thermischen Anregung eines wenigstens teilweise in dem Beobachtungsbereichs befindlichen Werkstücks geeignet und vorgesehen sind.A further independent aspect of the invention provides for the use of a PBT, a PVC, a PMMA and / or a protective glass suitable for shielding an observation area from secondary excitation radiation during an active thermography material test with a thermal excitation of a workpiece located at least partially in the observation area and are provided.

Weiterhin ist eine Verwendung einer der eingangs erläuterten Abschirmvorrichtungen zur Abschirmung eines Beobachtungsbereichs vor Sekundäranregungsstrahlung bei einer aktiven Thermographie-Werkstoffprüfung mit einer thermischen Anregung eines Aluminium, Kupfer, eine Aluminium-Legierung und/oder einer Kupfer-Legierung aufweisenden Teils eines Werkstücks vorgesehen. Insbesondere kann beispielsweise eine Verwendung bei einer aktiven Thermographie-Werkstoffprüfung einer Schweißverbindung aus und/oder mit einer der genannten Materialien vorgesehen sein. Insbesondere die genannten Materialien sind aufgrund ihrer vergleichsweise hohen Reflektivität anfällig für ein Auftreten des beschriebenen Effekts einer Erzeugung von Sekundäranregungsstrahlung, wodurch die beschriebene Abschirmvorrichtung beziehungsweise deren Nutzung bei diesen Materialien im Besonderen ihre Vorteile zur Geltung bringt.Furthermore, a use of one of the above-described shielding for shielding an observation area from secondary excitation radiation in an active thermography material testing with a thermal excitation of aluminum, copper, an aluminum alloy and / or a copper alloy having part of a workpiece is provided. In particular, for example, a use in an active thermography material testing of a welded joint and / or be provided with one of the materials mentioned. In particular, the materials mentioned are prone to occurrence of the described effect of generating secondary excitation radiation due to their comparatively high reflectivity, whereby the shielding device described or their use in these materials in particular brings their advantages to advantage.

Im Folgenden werden konkrete Ausgestaltungen der Erfindung mit Bezugnahme auf die Figuren im Detail näher erläutert. Die Figuren und begleitende Beschreibung der resultierenden Merkmale sind nicht beschränkend auf die jeweiligen Ausgestaltungen zu lesen, dienen jedoch der Illustration beispielhafter Ausgestaltung. Weiterhin können die jeweiligen Merkmale untereinander wie auch mit Merkmalen der obigen Beschreibung genutzt werden für mögliche weitere Entwicklungen und Verbesserungen der Erfindung, speziell bei zusätzlichen Ausgestaltungen, welche nicht dargestellt sind.In the following, concrete embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to the figures. The figures and accompanying description of the resulting features are not intended to be restrictive to the particular embodiments but are illustrative of exemplary embodiments. Furthermore, the respective features may be used among each other as well as with features of the above description for possible further developments and improvements of the invention, especially in additional embodiments, which are not shown.

Es zeigen:Show it:

1a): eine Ausgestaltung einer Abschirmvorrichtung sowie das Prinzip einer thermischen Anregung eines Werkstücks in einem Anregungsbereich; 1a) an embodiment of a shielding device as well as the principle of a thermal excitation of a workpiece in an excitation area;

1b): die Ausgestaltung der Abschirmvorrichtung der 1a) sowie das Prinzip einer Abschirmung eines Beobachtungsbereichs des Werkstücks vor einer Sekundäranregungsstrahlung; 1b) : the embodiment of the shielding of the 1a) and the principle of shielding an observation area of the workpiece from secondary excitation radiation;

2: Darstellung einer Ausgestaltung einer Abschirmvorrichtung; 2 : Representation of an embodiment of a shielding device;

3: Ergebnisse von Thermographieabbildungen zum experimentellen Nachweis der erläuterten Vorgehensweise; 3 : Results of thermographic images for experimental proof of the procedure explained;

Tab. 1: Beispielhaft verwendbare Materialien, welche das Abschirmelement aufweist, sowie mittels aus den verwendbaren Materialien hergestellter Abschirmelemente erhaltene Messergebnisse zum experimentellen Nachweis der erläuterten Vorgehensweise.Tab. 1: Materials that can be used by way of example, which has the shielding element, and measurement results obtained by means of shielding elements produced from the usable materials for the experimental verification of the procedure explained.

1a) ist eine Ausgestaltung einer Abschirmvorrichtung 1 sowie das Prinzip einer thermischen Anregung eines Werkstücks 3 in einem Anregungsbereich zu entnehmen. 1a) is an embodiment of a shielding device 1 as well as the principle of a thermal excitation of a workpiece 3 in an excitation area.

Es ist eine Thermographievorrichtung dargestellt, die eingerichtet ist, eine zerstörungsfreie Werkstoffprüfung eines Werkstücks 3 vorzunehmen. Die Thermographievorrichtung weist eine als Laser ausgebildete Anregungsvorrichtung 10 auf, welche zur thermischen Anregung eines in einem Beobachtungsbereich 2 befindlichen Anregungsbereichs des Werkstücks 3 ausgerichtet ist. Der Pulslaser wird zur Erwärmung des Werkstücks in dem Anregungsbereich und um den Anregungsbereich betrieben, wofür die von dem Pulslaser emittierte Laserstrahlung als Primäranregungsstrahlung 5 genutzt wird. Zur Abschirmung des Anregungsbereichs und des Beobachtungsbereichs 2 ist zwischen der Anregungsvorrichtung 10 und dem Werkstück 3 eine Durchtrittsmaske 8 angeordnet. Die Anregungsstrahlung tritt durch die Durchtrittsöffnung 9 hindurch. Zusätzlich zu der beabsichtigten Erwärmung des Werkstücks erfolgt eine Reflexion von Primäranregungsstrahlung 5'. Die reflektierte Primäranregungsstrahlung 5' tritt aus der Durchtrittsmaske 8 teilweise wieder aus; in der dargestellten Ausführungsform weist die Durchtrittsmaske eine hohe Transmissivität für Primäranregungsstrahlung auf, sodass der größte Teil; in diesem Fall 0,8 der gesamten Strahlung, die Durchtrittsmaske transmittiert. Mit dem Zweck einer Reduzierung von Streustrahlung ist zwischen einer Erhebung 7 und dem Beobachtungsbereich 2 des Werkstücks ein Abschirmsegment 6 der Abschirmvorrichtung 1 angeordnet. Der auf das Abschirmsegment 6 auftreffende Anteil der reflektierten Primäranregungsstrahlung 5' transmittiert aufgrund der hohen Transmissivität von größer 0,8 das Abschirmsegment 6 zu einem großen Teil, woraufhin ein Teil der transmittierten Primäranregungsstrahlung 5' zu einer Erwärmung der Erhebung 7 führt. Die sodann erwärmte Erhebung 7 emittiert ihrerseits wieder eine Strahlung, deren Wellenlänge größtenteils in einem Bereich des Infrarotspektrums befindlich ist.There is shown a thermography apparatus arranged to perform a non-destructive material inspection of a workpiece 3 make. The thermography device has an excitation device designed as a laser 10 on which for the thermal excitation of one in an observation area 2 located excitation range of the workpiece 3 is aligned. The pulse laser is operated to heat the workpiece in the excitation region and around the excitation region, for which purpose the laser radiation emitted by the pulsed laser acts as primary excitation radiation 5 is being used. To shield the excitation area and the observation area 2 is between the excitation device 10 and the workpiece 3 a passage mask 8th arranged. The excitation radiation passes through the passage opening 9 therethrough. In addition to the intended heating of the workpiece, reflection of primary excitation radiation occurs 5 ' , The reflected primary excitation radiation 5 ' exits the passage mask 8th partly off again; in the illustrated embodiment, the transmission mask has a high transmissivity for primary excitation radiation, so that the largest part; in this case, 0.8 of the total radiation transmitted through the passage mask. With the purpose of reducing stray radiation is between a survey 7 and the observation area 2 of the workpiece a shielding segment 6 the shielding device 1 arranged. The on the shielding segment 6 incident portion of the reflected primary excitation radiation 5 ' transmits due to the high transmissivity of greater than 0.8 the shielding segment 6 to a large extent, whereupon a portion of the transmitted primary excitation radiation 5 ' to a warming of the survey 7 leads. The then heated survey 7 in turn emits radiation whose wavelength is mostly in a range of the infrared spectrum.

Bei der derart reflektierten Strahlung handelt es sich um Sekundäranregungsstrahlung 4, welche aufgrund der geringen Transmissivität des Abschirmsegments für Sekundäranregungsstrahlung nur zu einem geringen Teil transmittiert wird, wie in 1b) schematisch dargestellt ist. Die Sekundäranregungsstrahlung 4 hat in der Folge keinen oder einen vernachlässigbaren Einfluss auf das von der auf den Beobachtungsbereich 2 ausgerichteten Thermographiekamera 11 erfasste Wärmespektrum. In der Folge wird eine Thermographieabbildung von gegenüber herkömmlich erfassten Thermographieabbildungen erheblich verbesserter Qualität erhalten.The radiation reflected in this way is secondary excitation radiation 4 , which is transmitted only to a small extent due to the low transmissivity of the shielding segment for secondary excitation radiation, as in US Pat 1b) is shown schematically. The secondary excitation radiation 4 As a result, it has no or negligible influence on the observation area 2 aligned thermographic camera 11 recorded heat spectrum. As a consequence, a thermographic image of significantly improved quality compared to conventionally acquired thermographic images is obtained.

2 ist eine Darstellung einer Ausgestaltung einer Abschirmvorrichtung zu entnehmen. Die Abschirmvorrichtung der 2 weist eine Durchtrittsmaske 8 auf, in welche zwei Abschirmlöcher 9 eingebracht sind. Seitlich einer der Abschirmlöcher 9 ist ein Abschirmsegment 6 ausgebildet, welches zur Anordnung zwischen einem Beobachtungsbereich des Werkstücks und einer Erhebung vorgesehen ist, wie es beispielhaft in 1a) und in 1b) gezeigt ist. 2 an illustration of an embodiment of a shielding device can be seen. The shielding of the 2 has a passage mask 8th in which two shield holes 9 are introduced. On the side of one of the screening holes 9 is a shielding segment 6 formed, which is provided for the arrangement between an observation area of the workpiece and a survey, as exemplified in 1a) and in 1b) is shown.

3 sind exemplarische Versuchsergebnisse zu entnehmen. Der Versuch wurden mittels einer Abschirmvorrichtung 1 vorgenommen, welche vollständig aus PMMA besteht. Die Abschirmvorrichtung 1 wurde in einem Versuchsaufbau gemäß der und 1b) angeordnet, wobei für eine 3. Konstellation wie weiter unten erläutert die Erhebung 7 entfernt wurde. Eine Anregungsvorrichtung 10 wurde für eine Anregung eines Werkstücks 3, das in diesem Versuch aus der Legierung EN AW 3003 bestand. Als Anregungsvorrichtung wurde ein pulsierender Hochenergielaser Trumpf TruDisk 5001, Scheibenlaser, genutzt, mit welchem eine Primäranregungsstrahlung 5 mit einer Wellenlänge von 1030 nm emittiert wurde. Eine Detektion einer aufgrund der thermischen Anregung des Werkstücks 3 emittierten Strahlung fand mittels einer Thermographiekamera 11 statt, welche in einem Detektionsbereich von 3,9–5,1 Mikrometern betrieben wurde. Dem Diagramm der 3 ist die über den erfassten Wellenlängenbereich integrierte Intensität der Strahlung Abhängigkeit eines Zeitverlaufs zu entnehmen. Der Versuch wurde in drei Konstellationen durchgeführt:

1. Konstellation: Ohne Abschirmvorrichtung 1, mit Erhebung 7, dargestellt durch Kurve 12;
2. Konstellation: mit Abschirmvorrichtung 1, mit Erhebung 7, dargestellt durch Kurve 14;
3. Konstellation: ohne Abschirmvorrichtung 1, ohne Erhebung 7, dargestellt durch Kurve 13.

3 are exemplary experimental results. The experiment was carried out by means of a screening device 1 made entirely of PMMA. The shielding device 1 was in a test setup according to the and 1b) arranged, for a third constellation as explained below, the survey 7 was removed. An excitation device 10 was for an excitation of a workpiece 3 , which in this experiment consisted of the alloy EN AW 3003. The excitation device used was a pulsed high-energy laser Trumpf TruDisk 5001, disk laser, with which a primary excitation radiation was used 5 emitted at a wavelength of 1030 nm. A detection of a due to the thermal excitation of the workpiece 3 emitted radiation found by means of a thermographic camera 11 instead, which was operated in a detection range of 3.9-5.1 microns. The diagram of 3 the intensity of the radiation integrated over the detected wavelength range can be deduced as a function of a time course. The experiment was carried out in three constellations:

1st constellation: without shielding device 1 , with elevation 7 represented by curve 12 ;
2nd constellation: with shielding device 1 , with elevation 7 represented by curve 14 ;
3rd constellation: without shielding device 1 , without collection 7 represented by curve 13 ,

Wie dem Diagramm der 3 zu entnehmen ist, ist die Kurve für die 2. Konstellation und die 3. Konstellation nahezu identisch. Es konnte somit nachgewiesen werden, dass mit der erläuterten Vorgehensweise eine Abschirmung der durch die Erhebung verursachte Sekundäranregungsstrahlung zu einer dahingehenden Verbesserung der erfassten Thermographieabbildung führt, dass die unter Nutzung der Abschirmvorrichtung 1 gemessene Intensität nahezu gleichwertig mit einer ohne Erhebung 7 erfassten Intensität ist. Es sind somit eine Methode und eine Vorrichtung vorgestellt, unter deren Nutzung eine Ausschaltung negativer Einflüsse von als Erhebung vorhandenen Störkonturen erreicht wird, ohne dass eventuelle negative Begleiteffekte wie beispielsweise eine signifikante Verringerung der erfassten Intensität hiermit einhergehen würden.Like the diagram of 3 As can be seen, the curve for the second constellation and the third constellation is almost identical. It could thus be demonstrated that, with the explained procedure, a shielding of the secondary excitation radiation caused by the elevation leads to a corresponding improvement in the acquired thermographic image, that the use of the shielding device 1 measured intensity almost equivalent to one without survey 7 recorded intensity. Thus, a method and a device are presented, under the use of which elimination of negative influences from disturbance contours existing as a survey is achieved without any negative accompanying effects such as, for example, a significant reduction in the detected intensity being associated with this.

Tabelle 1 sind exemplarische Ergebnisse für PBT, Schutzglas, PVC und PMMA angegeben, wobei jeweils der Markenname des entsprechenden Materials und des Herstellers angegeben sind. Es ist dargestellt, dass in einem Teilbereich zwischen 3,9 Mikrometern und 5,1 Mikrometern des relevanten Wellenlängenbereichs für Sekundäranregungsstrahlung die Reflektivität und die Transmissivität sehr gering und die Absorptivität hoch ist. Es kann daher insbesondere vorgesehen sein, eines der angegebenen Materialien für eine der eingangs erläuterten Materialklassen, PBT, Schutzglas, PVC und PMMA, einzusetzen.Table 1 shows exemplary results for PBT, protective glass, PVC and PMMA, in each case indicating the brand name of the corresponding material and of the manufacturer. It is shown that in a subrange between 3.9 micrometers and 5.1 micrometers of the relevant wavelength range for secondary excitation radiation, reflectivity and transmissivity are very low and absorptivity is high. It can therefore be provided in particular to use one of the specified materials for one of the material classes explained at the outset, PBT, protective glass, PVC and PMMA.

Claims

Shielding device ( 1 ) for shielding an observation area of a workpiece ( 3 ) in front of a secondary excitation radiation ( 4 ) during an active thermography material test with a thermal excitation of the workpiece ( 3 ) in an excitation region by means of a primary excitation radiation ( 5 ), wherein the shielding device ( 1 ) a shielding segment ( 6 ) has for positioning between the observation area ( 2 ) of the workpiece ( 3 ) and a survey, wherein the shielding segment ( 6 ) a high transmissivity for the primary excitation radiation ( 5 ) and wherein the shielding segment ( 6 ) no or low transmissivity for the secondary excitation radiation ( 4 ) having,

Shielding device ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the shielding device ( 1 ) a high absorptivity, preferably of 0.8 or greater, for the secondary excitation radiation ( 4 ) having.

Shielding device ( 1 ) according to claim 1 or claim 2, characterized in that the primary excitation radiation ( 5 ) has a wavelength between 500 nm and 1100 nm, for which the high transmissivity of the shielding segment ( 6 ) Is 0.8 or greater.

Shielding device ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the shielding device ( 1 ) a passage mask ( 8th ) having a passage opening ( 9 ) for positioning between an excitation device ( 10 ) and the excitation area, and that the shielding segment ( 6 ) at the passage mask ( 8th ) is arranged.

Shielding device ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the shielding segment ( 6 ) comprises a PBT, a PVC, a PMMA and / or a protective glass.

Method for carrying out an active thermography material test of a workpiece, the method comprising the following steps: - thermal excitation of one in an observation area ( 2 ) of the workpiece ( 3 ) by means of a primary excitation radiation, - detection of an infrared radiation, which is located in the excitation area of a thermally excited part of the workpiece ( 3 ) is emitted by means of a thermographic camera ( 11 ), - providing a shielding device, wherein at least one shielding segment ( 6 ) of the shielding device ( 1 ) at least between an observation area ( 2 ) of the workpiece ( 3 ) and a survey ( 7 ), and wherein the shielding segment ( 6 ) a high transmissivity for the primary excitation radiation ( 5 ) and wherein the shielding segment ( 6 ) continue to show no or little transmissivity for secondary excitation radiation ( 4 ) having.

Method according to claim 6, characterized in that the shielding segment ( 6 ) a high absorptivity, preferably of 0.8 or greater, for secondary excitation radiation ( 4 ) having,

Method according to claim 6 or claim 7, characterized in that the primary excitation radiation ( 5 ) has a wavelength between 500 nm and 1100 nm.

Method according to one of claims 6 to 8, characterized in that the high transmissivity for the primary excitation radiation is a transmissivity of 0.8 or greater.

Thermography apparatus comprising an excitation device ( 10 ), a thermographic camera ( 11 ) and a shielding device ( 1 ) according to one of claims 1 to 5, which are present as a set in interconnected or unconnected manner,

Use of a PBT, a PVC, a PMMA and / or a protective glass, preferably in a shielding device ( 1 ) according to one of claims 1 to 5, for shielding an observation area from secondary excitation radiation ( 4 ) in an active thermography material testing with a thermal excitation of a at least partially located in the observation area workpiece.

Use of a shielding device ( 1 ) according to one of claims 1 to 5 for shielding an observation area from secondary excitation radiation ( 4 ) in an active thermography material testing with a thermal excitation of a aluminum, copper, an aluminum alloy and / or a copper alloy having part of a workpiece, in particular a welded joint.