DE102016125590A1

DE102016125590A1 - Verfahren zur thermischen Schichtdickenmessung und Einrichtung

Info

Publication number: DE102016125590A1
Application number: DE102016125590.4A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-12-23
Filing date: 2016-12-23
Publication date: 2018-06-28

Abstract

Mit Hilfe einer Kombination der Aufwärmungsthermografie und der Abkühlungsthermografie, d. h. also dieser Anregungstechniken ist es möglich, die thermische Schichtdickenmessung entscheidend zu optimieren. Beide Thermografien werden annähernd gleichzeitig initiiert und die Auswertung der Messung erfolgt partiell und/oder kombiniert.Für die Veröffentlichung istvorzusehen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur thermischen Schichtdickenmessung bei dem die zu überprüfende Beschichtung mittels einer Anregungstechnik aufgeheizt und die wieder abgestrahlte Wärmestrahlung mit einem Infrarotsensor berührungslos erfasst und bzgl. Schichtdicke ausgewertet wird, sowie eine Einrichtung zur thermischen Schichtdickenmessung.
Schichtdicke im technischen Sinne ist die Materialdicke eines oder mehrerer Überzüge bzw. Beschichtungen auf einem Untergrund. Eine solche Beschichtung kann dabei organischen Ursprungs sein, wie beispielsweise eine Lackschicht oder auch anorganisch wie beispielsweise die Metallschicht eines Galvanisierprozesses. Solche bekannten Schichtdickenmessungen werden beispielsweise bei Fahrzeugen, aber auch bei den Leitschaufeln von Kaplan-Turbinen oder ähnlichen Gegenständen vorgenommen. Bekannt sind dafür Röntgen-Fluoreszenz-Verfahren, Beta-Rückstreu-Verfahren, Ultraschall-Verfahren, kapazitive Verfahren, Wirbelstrom-Verfahren und magnetisch-induktive Verfahren sowie andere mehr. Bei der aktiven Thermografie wird eine Energieanregung der Oberfläche genutzt, um einen Wärmefluss in das Bauteil einzuleiten. Je nach Materialdicke oder auch Inhomogenitäten im Bauteil verändert sich dabei die Oberflächentemperatur, die mit einer Infrarotkamera gemessen wird. Bei der so genannten thermischen Schichtprüfung (TSP) wird zwischen der Abkühlungsthermografie nach einem Wärmeimpuls und der Aufwärmungsthermografie z. B. mit einer Halogenlampe unterschieden. Mit der Abkühlungsthermografie können dünne Schichten beurteilt werden, mit der Aufwärmungsthermografie tiefere Strukturen. Je nach Prüfproblem wird die eine oder andere Anregungsart bzw. Thermografie eingesetzt.
Der Erfindung liegt nun die Aufgab zugrunde, ein Verfahren und eine Einrichtung zu entwickeln, über die eine genaue und schnelle Überprüfung der Originalität des Lackes oder der sonstigen Beschichtung sowie auch der tieferen Strukturen gleichzeitig möglich ist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass als Anregungstechnik eine Kombination von Abkühlungsthermografie und Aufwärmungsthermografie eingesetzt wird, wobei beide Thermografien annähernd gleichzeitig initiiert werden und wobei die Auswertung dann über den Infrarotsensor vorgenommen wird. Mit der Anregungstechnik bzw. dem Anregungsverfahren sind die Aufwärmungsthermografie und die Abkühlungsthermografie gemeint. Durch die Kombination bzw. gemeinsame Verwertung dieser beiden Thermografieverfahren ist es möglich, die Vorteile beider gleichzeitig auszunutzen, d. h. es ist möglich, Lackdicken oder Beschichtungsdicken um die 200 µm und gleichzeitig auch Lackdicken über 1.500 µm so genau zu überprüfen, dass damit eindeutige Aussagen möglich sind. So ist es beispielsweise möglich, einen Zweitlack zu identifizieren, wobei die Anregung über die Abkühlungsthermografie erfolgt, sodass in extrem kurzer Zeit eine entsprechende Aussage möglich ist. Die Trägheit der Aufwärmungsthermografie als beispielsweise der Halogenlampe würde dies nicht ermöglichen. Andererseits kann bei Lackdicken über 1.500 µm die begrenzte Energie der Abkühlungsthermografie eine eindeutige Aussage nicht zulassen, sodass hier die Aufwärmungsthermografie, d. h. also die Halogenlampe erfolgreich zum Tragen kommt, weil diese kontinuierlich Energie liefern kann. Diese Verfahrensführung kann auch auf Turbinenschaufeln u. ä. übertragen werden, bei der man einerseits die Beschichtungsdicke messen möchte und andererseits die Materialdicke insgesamt. Die so genannte Kombipulsanregung erlaubt die Untersuchung von dünnen Schichten auf dickeren Strukturen und hält diese überraschend klar auseinander.
Nach einer zweckmäßigen Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Auswertung der Messung partiell und/oder kombiniert vorgenommen wird. Dadurch ergeben sich völlig neue Auswerteansätze, wobei vorteilhaft ist, dass die gleichen Bereiche der zu überprüfenden Beschichtung durch beide Anregungstechniken gleichzeitig beaufschlagt wird und damit die gewünschten Ergebnisse auch gleichzeitig ermöglicht werden.
Eine weitere zweckmäßige Ausbildung sieht vor, dass die Trägheit der Aufwärmungsthermografie einer Halogenröhre oder eines Lasers während des Einschaltens für den schnellen Blitzvorgang der Abkühlungsthermografie ausgenutzt wird, wobei mit dieser Kombination mehr als die Hälfte der gesamten Messzeit eingespart werden kann. Was insbesondere dadurch möglich ist, dass beide Thermografien bzw. Anregungstechniken gleichzeitig initiiert werden und so gezielt dann nacheinander ihre Wirkung auf die zu überprüfende Beschichtung ausüben können.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn für die Aufwärmungsthermografie eine Halogenlampe und für die Abkühlungsthermografie eine Blitzlampe eingesetzt werden, die in einem gemeinsamen Schutzgehäuse untergebracht und schaltungstechnisch kombiniert werden. Damit ist es möglich, die Trägheit der Halogenlampe während des Einschaltens für den schnellen Blitzvorgang zu nutzen und so die Abkühlung und die anschließende Erwärmung geschickt zu kombinieren.
Die Einrichtung zur Durchführung des geschilderten Verfahrens sieht erfindungsgemäß vor, dass im Abstand zu einer Fläche mit zu überprüfender Beschichtung ein Schutzgehäuse mit einem Initiator für die Aufwärmungsthermografie und einen Initiator für die Abkühlungsthermografie im Abstand zur Oberfläche der Beschichtung angeordnet ist, dass die Initiatoren kombiniert verschaltet ausgeführt sind und dass der Infrarotsensor die von den Initiatoren beeinflusste Oberfläche vor allem im Kernbereich abdeckend ausgebildet und angeordnet ist.
Beide Initiatoren, die die entsprechenden Anregungstechniken bzw. Anregungsarten erbringen, sind also dicht nebeneinander in einem gemeinsamen Schutzgehäuse untergebracht, sodass sie auch entsprechend der Verschaltung gleichmäßig angesprochen werden können. Damit ist das gleichmäßige Ablaufen der Anregungstechniken und dennoch eine nacheinander erfolgende Beeinflussung der zu überprüfenden Beschichtung möglich, die das gewünschte Ergebnis sichert. Über das gemeinsame Schutzgehäuse ist eine genaue Positionierung der Initiatoren gegeben und je nach Untersuchungsziel eine genaue Überprüfung des Kernbereiches möglich, d. h. des Bereiches, den sowohl der Infrarotsensor, wie auch die beiden Initiatoren abdecken.
Nach einer zweckmäßigen Ausführungsform der Einrichtung ist vorgesehen, dass die Initiatoren gleichzeitig schaltend ausgebildet sind, was möglich ist, weil sie entsprechend verschaltet sind. Wie schon mehrfach erwähnt, werden die Initiatoren zwar gleichzeitig tätig, ihre Wirkung auf die zu überprüfende Beschichtung erfolgt aber „nacheinander“.
Eine besondere Ausbildung des Infrarotsensors ist erfindungsgemäß die, dass der Infrarotsensor als Infrarotkamera ausgebildet ist, wobei eine solche Kamera leicht installiert und zusammen mit dem Schutzgehäuse zum Einsatz gebracht werden kann, wobei denkbar ist, dass beide in Verbindung stehen, um so die Absicherung oder Überdeckung des Kernbereiches zusätzlich sicherzustellen.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind beim Messvorgang ein oder mehrere Schutzgehäuse mit Initiatoren mit den Strahlenausgängen im Winkel zur überprüfenden Oberfläche der Beschichtung positioniert. Damit kann die Wärmebeeinflussung der zu überprüfenden Beschichtung noch ergänzend beeinflusst werden, indem beispielsweise der Initiator für die Abkühlungsthermografie durch die Schrägstellung oder die winklige Anordnung näher an der zu überprüfenden Beschichtung ist, als der andere Initiator.
Schließlich kann auch der Initiator für die Aufwärmungsthermografie mit seiner kontinuierlichen Energielieferung bzgl. der Zeitdauer einstellbar ausgebildet sein. Je nach Dicke oder Ausbildung der tieferen Strukturen kann so die Aussagefähigkeit gezielt beeinflusst werden.
Mit Hilfe eines derartigen Verfahrens bzw. einer Einrichtung ist es so möglich, beispielsweise bei Fahrzeugen die Originalität des Lackes kurzfristig zu untersuchen, was also beispielsweise durch den Initiator für die Abkühlungsthermografie erfolgt, während gleichzeitig auch die tieferen Strukturen beurteilt werden, weil die eingesetzt Halogenlampe die dafür notwendige Energie zur Verfügung stellt. Durch die gleichzeitige Untersuchung der zu überprüfenden Beschichtung kann eine erhebliche Reduzierung der Gesamtmesszeit erreicht werden, und das bei Sicherstellung der einwandfreien Messwerte.
Weitere Einzelheiten und Vorteile des Erfindungsgegenstandes ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnung, in der ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel mit den dazu notwendigen Einzelheiten und Einzelteilen dargestellt ist. Es zeigen:

1 eine schematisiert wiedergegebene Messanordnung mit der erfindungsgemäßen Einrichtung,
2 das Ergebnis der Aufwärmungsthermografie mit beispielsweise einer Halogenlampe,
3 das Ergebnis der Abkühlungsthermografie nach einem Wärmeimpuls beispielsweise einer Blitzlampe und
4 das Ergebnis beider Anregungstechniken bzw. -arten bei kombiniertem Einsatz bzw. gleichzeitigem Einsatz.

1 zeigt eine aus einem Infrarotsensor 5 und zwei Initiatoren 3, 4 bestehende Einrichtung 1. Über die Initiatoren 3 und 4 erfolgt über die Aufwärmungsthermografie und die Abkühlungsthermografie eine Beeinflussung der Fläche 2 bzw. deren Oberfläche 8, sodass auf diese Weise die auf der Fläche 7 aufgebrachte Beschichtung 10 bzgl. ihres Aufbaus bzw. andere Kriterien untersucht werden kann.
Die beiden Initiatoren 3, 4 sind in einem Schutzgehäuse 11 untergebracht, sodass über den Infrarotsensor 5 eine genaue Überprüfung im Kernbereich 12 der Oberfläche 8 möglich ist.
1 verdeutlicht, dass einmal beide Teile der Einrichtung 1, d. h. also der Infrarotsensor 5 und das Schutzgehäuse 10 mit den Initiatoren 3, 4 parallel zueinander oder im Winkel zueinander bzw. zur zu überprüfenden Beschichtung 10 angeordnet sein können. Das Schutzgehäuse 11' ist mit den Initiatoren 3", 4" bestückt, während das zusätzlich im Winkel angeordnete Schutzgehäuse 15 mit den Initiatoren 3' und 4' bestückt ist. Bei dem Schutzgehäuse 11 ist kenntlich gemacht, dass die Initiatoren 3, 4 über Strahlenausgänge 16, 17 die Möglichkeit haben, die entsprechende Energie auf die Oberfläche 8 zu übertragen.
Der Infrarotsensor 5 misst die abgestrahlte Wärmestrahlung vor allem im Kernbereich 12, wobei der Einwirkungsbereich 24 der Initiatoren 3", 4" in 1 zusätzlich kenntlich gemacht ist.
Die 2, 3 und 4 zeigen die Ergebnisdarstellung bei einer reinen Aufwärmungsthermografie mit einer Halogenlampe 20 bzw. der Abkühlungsthermografie mit Blitzlampe 21 und der Kombination beider Lampen 22.
Alle genannten Merkmale, auch die den Zeichnungen allein zu entnehmenden, werden allein und in Kombination als erfindungswesentlich angesehen.

Claims

Verfahren zur thermischen Schichtdickenmessung bei dem die zu überprüfende Beschichtung mittels einer Anregungstechnik aufgeheizt und die wieder abgestrahlte Wärmestrahlung mit einem Infrarotsensor berührungslos erfasst und bzgl. Schichtdicke ausgewertet wird, dadurch gekennzeichnet, dass als Anregungstechnik eine Kombination von Abkühlungsthermografie und Aufwärmungsthermografie eingesetzt wird, wobei beide Thermografien annähernd gleichzeitig initiiert werden und wobei die Auswertung dann über den Infrarotsensor vorgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertung der Messung partiell und/oder kombiniert vorgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägheit der Aufwärmungsthermografie einer Halogenröhre oder eines Lasers während des Einschaltens für den schnellen Blitzvorgang der Abkühlungsthermografie ausgenutzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für die Aufwärmungsthermografie eine Halogenlampe und für die Abkühlungsthermografie eine Blitzlampe eingesetzt werden, die in einem gemeinsamen Schutzgehäuse untergebracht und schaltungstechnisch kombiniert werden.
Einrichtung zur thermischen Schichtdickenmessung und damit zur Durchführung des Verfahrens nach den vorhergehenden Ansprüchen mit der Anregungstechnik dienenden Initiatoren (3, 4) und einem Infrarotsensor (5) zur Ermittlung der jeweiligen Oberflächentemperatur, dadurch gekennzeichnet, dass im Abstand zu einer Fläche (7) mit zu überprüfender Beschichtung (10) ein Schutzgehäuse (11) mit einem Initiator (3) für die Aufwärmungsthermografie und ein Initiator (4) für die Abkühlungsthermografie im Abstand zur Oberfläche (8) der Beschichtung (10) angeordnet ist, dass die Initiatoren (3, 4) kombiniert verschaltet ausgeführt sind und dass der Infrarotsensor (5) die von den Initiatoren (3, 4) beeinflusste Oberfläche (8) vor allem im Kernbereich (12) abdeckend ausgebildet und angeordnet ist.
Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Initiatoren (3, 4) gleichzeitig schaltend ausgebildet sind.
Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Infrarotsensor (5) als Infrarotkamera ausgebildet ist.
Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass beim Messvorgang ein oder mehrere Schutzgehäuse (11, 15) mit Initiatoren (3, 3', 4, 4') mit den Strahlenausgängen (16, 17) im Winkel zur überprüfenden Oberfläche (8) der Beschichtung (10) positioniert sind.
Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Initiator (3) für die Aufwärmungsthermografie mit seiner kontinuierlichen Energielieferung bzgl. der Zeitdauer einstellbar ausgebildet ist.