DE19962918A1 - Verfahren zur zerstärungsfreien, berührungslosen Messung einer Werkstoffoberfläche sowie Vorrichtung, insbesondere zum Durchführen eines solchen Verfahrens - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur zerstörungsfreien, berührungslosen Messung einer Werkstoffoberfläche, insbesondere eines geschweißten, beschichteten und/oder Verbundwerkstoffes, mit den Schritten: DOLLAR A - Beaufschlagen eines vorbestimmten Flächenbereichs der Werkstoffoberfläche mit einer modulierten, insbesondere gepulsten, Energie-, insbesondere Infrarot-Strahlung, DOLLAR A - berührungsloses, hinsichtlich Oberflächenstrahlungs- bzw. -Reflexionseigenschaften des Flächenbereichs kompensiertes Erfassen von dem Flächenbereich reflektierter, absorbierter und/oder emittierter Strahlung zumindest für einen vorbestimmten Zeitraum nach dem Ende einer Modulation der Infrarot-Strahlung und DOLLAR A - rechnergestütztes Auswerten eines erfassten Signals in Abhängigkeit von einer Zeit nach dem Ende der Modulation, einer Frequenz und/oder Amplitude der reflektierten und/oder emittierten Strahlung sowie einer Flächendimension des Flächenbereichs.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur zer­ störungsfreien, berührungslosen Messung einer Werkstoff­ oberfläche, insbesondere einer beschichteten Oberfläche oder einer Oberfläche von Verbundwerkstoffen. Ferner be­ trifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum Durchführen einer derartigen zerstörungsfreien, berührungs­ losen Messung, welche insbesondere zur Durchführung eines derartigen Verfahrens geeignet ist.

Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, mit Hilfe thermo­ grafischer Methoden, etwa der sog. Infrarotanalyse, die Oberfläche von Werkstoffen fast beliebiger Art auf Poren, Einflüsse, Risse oder Strukturfehler zu prüfen. In beson­ ders vorteilhafter Weise ermöglichen es derartige, bekannte Verfahren, dass ohne die Notwendigkeit der physischen Mani­ pulation der betreffenden Oberfläche üblicherweise zuver­ lässige und aussagekräftige Informationen gewonnen werden können, die sich zudem üblicherweise gut für eine daten­ technische Aufbereitung und Weiterverarbeitung eignen.

Allerdings weisen bekannte Infrarot-Prüftechnologien zur berührungslosen Untersuchung von Oberflächen zahlreiche Nachteile auf, die den Nutzen dieser Technologie insbeson­ dere für großflächige Prüfobjekte, für kontinuierliche Prüfprozesse, etwa im Zusammenhang mit kontinuierlichen Fertigungsprozessen, oder eine Flexibilität im Einsatz grundsätzlich mindern. So besteht ein Hauptproblem bekann­ ter, berührungsloser Infrarot-Messtechnologie darin, dass eine so erfasste Oberflächentemperatur eines Objektes - gemessen etwa mit sog. Thermopile-Sensoren od. dgl. - stets ein Relativwert ist und darüber hinaus stark von den Ober­ flächeneigenschaften, insbesondere dem Emissionswert oder Absorptionswert bzw. -koeffizienten, abhängig ist. Da zudem diese Größe das tatsächliche Messergebnis stark beein­ flusst, erweisen sich aus dem Stand der Technik bekannte Technologien, wie etwa die Voreinstellung bzw. Vorwahl ei­ nes einem Prüfobjekt zuzuordnenden Absorptions- bzw. Emis­ sionskoeffizienten, für nachteilig und insbesondere einer kontinuierlichen, für einen Dauerprozess eingerichteten Messstrecke nicht gewachsen.

Darüber hinaus sind gängige Infrarot-Prüfgeräte üblicher­ weise voluminös, aufwendig im konstruktiven und gerätetech­ nischen Aufbau sowie unflexibel in Einrichtung und Handha­ bung.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Ver­ fahren zur zerstörungsfreien, berührungslosen Messung einer Werkstoffoberfläche sowie eine hierfür geeignete Vorrich­ tung zu schaffen, die die Nachteile aus dem Stand der Tech­ nik überwindet und insbesondere für kontinuierliche Prüf­ prozesse und/oder den Einsatz mit häufig wechselnden Ober­ flächen und jeweils zugehörigen, wechselnden Absorptions­ (Emissions-)faktoren geeignet ist.

Die Aufgabe wird durch das Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1, die Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 13 sowie die Verwendung nach dem Patentan­ spruch 21 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfin­ dung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

So liegt es im Rahmen der Erfindung, das berührungslose Messen bzw. Erfassen der reflektierten und/oder emittierten Strahlung so zu gestalten, dass mit diesem Vorgang gleich­ zeitig eine Kompensation der das Messergebnis beeinflussen­ den Oberflächeneigenschaften der Werkstoffoberfläche, näm­ lich insbesondere der Absorptions- (Emissions-) eigenschaf­ ten, erfolgen kann. Eine derartige Ausgestaltung ermöglicht es dann, etwa durch rechnergestützte Steuerung und Auswer­ tung des Messprozesses, einen kontinuierlichen, fließenden Prüfbetrieb als Dauerbetrieb mit einer relativ zu einer notwendigen Messapparatur beweglichen Werkstoffoberfläche durchzuführen, deren Absorptionseigenschaften sich während des Betriebes ändern können, ohne dass hier zusätzliche ma­ nuelle Eingriffe oder Änderungen zur Anpassung an einen je­ weils veränderten Absorptions- (Emissions-)koeffizienten notwendig sind.

So liegt es insbesondere auch im Rahmen der Erfindung, vor­ teilhaft die Abtastung bzw. Erzeugung des Flächensignals als simultanes Ganzbild, nämlich mit einer i. w. gleichzei­ tig erfassten Mehrzahl von Signalen eines Sensorarrays, durchzuführen, wobei jeder Einzelsensor dann einen entspre­ chenden Teilabschnitt des beobachteten Flächenbereichs misst und so abschnitts- bzw. pixelweise zur Erzeugung des Gesamtbildes beiträgt. Besonders vorteilhaft ist für eine solche Bilderfassung, im Gegensatz etwa zu aus dem Stand der Technik bekannten Scanner-Vorrichtungen, das Vorsehen beweglicher Elemente, wie etwa optischer Ablenkelemente, unnötig, so dass nicht nur die Erfassungsgeschwindigkeit erhöht, sondern auch der mechanische Aufwand vermindert werden kann. Darüber hinaus liegt es im Rahmen der Erfin­ dung, jeweilige Teilabschnitte des Ganzbildes sequentiell über den vorbestimmten Zeitraum zu erfassen und dabei eine Mehrzahl aufeinanderfolgender Einzelwerte zu generieren. So hat es sich nämlich im Rahmen der Erfindung als besonders vorteilhaft und charakteristisch für zu messende Oberflä­ cheneigenschaften des Werkstoffes herausgestellt, wie - weiter bevorzugt spektral unterschiedlich - der auf einen jeweiligen Teilabschnitt des Flächenbereichs bezogene Wer­ teverlauf der Signalamplitude über die Zeit ist.

Um im Rahmen der vorliegenden Erfindung die gewünschten Er­ gebnisse zu erzielen, hat es sich als besonders bevorzugt herausgestellt, eine Abtastfrequenz der berührungslosen Er­ fassung bevorzugt in den Kilohertz-Bereich zu setzen, wo­ durch dann nicht nur - gerade auch bei schnell abkühlenden Oberflächen - eine hinreichende Datendichte vorhanden ist, sondern auch gerade sich bewegende Oberflächen mit einer hinreichenden Auflösung abgetastet werden können. Entspre­ chend der Abtastfrequenz ist dann die Modulations- bzw. Im­ pulsdauer sowie die zugehörige Periodendauer der abge­ strahlten (Sende-) Infrarotstrahlung eingestellt, wobei, bevorzugt, die Strahlungsleistung zumindest im zweistelli­ gen Wattbereich pro 1/10 mm² Flächeneinheit liegt.

Besonders bevorzugt ist es im Rahmen der Erfindung vorgese­ hen, den Absorptionskoeffizienten mittels Interferenzbil­ dung zu messen, indem nämlich ein von der zu messenden Werkstoffoberfläche reflektiertes bzw. emittiertes Signal mit einem von einer schwarzen Fläche reflektierten Refe­ renzwert überlagert wird, und durch eine so entstehende ei­ ner mittleren Temperatur am Bearbeitungspunkt entsprechen­ den Repräsentierung eine zuverlässige, aktuelle Absorpti­ ons- bzw. Emissionsgradfeststellung folgen kann.

Besonders bevorzugt ist es zudem im Rahmen der Erfindung, die Messung der emittierten und reflektierten Strahlung am Messobjekt durch selektive Betrachtung einzelner Spek­ trallinien und -bereich zu verfeinern. Zu diesem Zweck wird am Messdetektor bevorzugt eine Mehrzahl verschiedener op­ tisch wirksamer Filter vorgesehen, welche, rechnergesteuert oder manuell einstellbar, selektiv einzelne Spektral­ bereiche des reflektierten Strahlungssignals ausblendet, um so, etwa hinsichtlich einzelner, in der zu untersuchenden Oberfläche enthaltender chemischer Elemente, besonders charakteristische Verläufe der verbleibenden (Einzel-)­ Spektren überlagerungsfrei aufzufangen.

Hinsichtlich der benötigten Hardware kommt eine besondere Bedeutung der bevorzugt als Sensorarray ausgestalteten De­ tektoreinheit zu, die zum Erzeugen der hohen Anzahl simul­ taner Signale der bevorzugt gewählten hohen Abtastrate mit entsprechender Vorverstärker- und Auswertelektronik verbun­ den sein muss und weiter bevorzugt mit einer Kühleinheit versehen ist. Einzeldetektoren auf Basiselement Blei, Zink und Selenit haben sich für die Infrarotdetektion im be­ vorzugt gewählten Spektralbereich zwischen 3 und 14 Mikro­ metern als besonders empfindlich und geeignet erwiesen.

Als Strahlungsquelle bietet sich aufgrund der realisierba­ ren hohen Leistungsdichte bei einfacher Modulierbarkeit ein Laser als Lichtquelle an, der geeignet auf den vorgesehenen Erfassungsbereich eingestelltes monochromatisches Licht ausstrahlt. Zur Erzielung größerer spektraler Breiten des Sendesignals bietet es sich zudem an, eine möglichst ideal rechteckförmige Impulsform mit einem entsprechend breiten Oberwellenspektrum einzustellen, so dass auf diesem Wege entsprechend viele Interaktionseffekte mit den die Oberflä­ che bildenden Materialatomen und -molekülen möglich sind.

So wird etwa bei der Dickenmessung einer zu prüfenden, auf­ gebrachten Schicht sowohl die Transmission der Schicht, also auch die Reflexion am unterliegenden Träger ausge­ nutzt; eine geometrische Differenz zwischen einem Referenzimpuls und dem Reflexionsimpuls ermöglicht den Rückschluss auf die Schichtdicke. Da nämlich durch Grenz­ schichten generell das einfallende Energiesignal teilweise reflektiert wird, ändert sich Phase- und/oder Amplitude des reflektierten Energieimpulses. Zur Feuchtemessung wird bei­ spielsweise der Effekt ausgenutzt, dass Wassermoleküle im Infrarotbereich zum Teil ausgeprägte Absorptionseigenschaf­ ten aufweisen, die sich charakteristisch auf das reflek­ tierte bzw. emittierte Signal von der Probenoberfläche aus­ wirken.

Durch die erfindungsgemäße Vorgehensweise wird es damit er­ möglicht, zahlreiche Diagnose- und Prüfvorgänge an einer Vielzahl möglicher Oberflächen, Oberflächenbeschichtungen oder Festkörpern vorzunehmen, etwa

• - Kontrolle der Haftung bei Beschichtungen jeglicher Art;
• - Erkennung und Bewertung der Oberflächen­ fehlergüte;
• - Erkennung von Defekten (Fehlern) im Inne­ ren von Bauteilen bzw. Schichten;
• - Erkennung von Lösungserscheinungen zwi­ schen zwei Schichten;
• - Feststellung einer Orientierung eingebet­ teter Fasern bzw. Kristallstrukturen;
• - Messung einer Schichtstärke;
• - Erkennung von Abnutzungs- und Ver­ schleisserscheinungen;
• - Erkennen von Materialinhomogenitäten, insbesondere über die Fläche;
• - Erkennen von Hohlräumen im Inneren von Bauteilen;
• - Messung des Feuchtigkeitsgehalts im Inne­ ren eines Bauteils;
• - Messung der Wärme- bzw. Temperaturleitfä­ higkeit;
• - Erkennen von Verunreinigungen verschiede­ ner Art auf bzw. in einer Oberfläche.
• - Erkennen und Messen von Oxidanteilen.

Im Ergebnis erhält der Benutzer ein universell und flexibel für verschiedene Messanforderungen geeignetes System, wel­ ches insbesondere auch das neue und prozesstechnisch bei der Überprüfung nicht unproblematische Gebiet der konti­ nuierlichen Qualitäts-, Güte- und Fehlermessung auf ein­ fache und effiziente Weise erschließt.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen; diese zeigen in

Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild we­ sentlicher Funktionseinheiten der er­ findungsgemäßen Vorrichtung zur zerstö­ rungsfreien, berührungslosen Oberflä­ chenmessung gemäß einer ersten, bevor­ zugten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 ein typisches, dreidimensionales Si­ gnaldiagramm mit den zeitlichen Verlauf verschiedener Spektrallinien für benachbarte Messpunkte;

Fig. 3 ein Signal-Impulsdiagramm mit der zeit­ lichen Abfolge zwischen Sendeimpuls und Abtastdauer sowie

Fig. 4 eine Darstellung analog Fig. 3 mit zu­ sätzlicher, geschalteter Filterperiode.

Die Darstellung in Fig. 1 verdeutlicht schematisch die we­ sentlichen Funktionskomponenten der hier dargestellten, er­ sten Ausführungsform. Der linke, umrandete Bereich 10 be­ zeichnet den um einen Laser 12 als Energiequelle gebildete Strahlungs- bzw. Sendeseite, die, getriggert und synchroni­ siert durch eine mit einem (nicht gezeigten) Computer ver­ bundene Steuer- und Synchronisationseinheit 14, den Ener­ giestrahl 16 des Lasers 12 über eine Anordnung aus halb bzw. undurchlässigen Spiegeln 18 und eine zugeordnete Optik 20 auf die Oberfläche 22 des Messobjektes lenkt. Ein an den halbdurchlässigen Spiegeln 18 ausgekoppelter Referenzstrahl wird zudem über eine weitere Optik als Referenzoptik 24 auf einen schwarzen Körper 26 gelenkt, um durch Interferenz zwischen dem von der Objektoberfläche 22 und dem vom schwarzen Körper 26 reflektierten Strahl den Absorptions­ wert (Absorptionskoeffizienten) des Messobjektes 22 aktuell festzustellen.

Dies geschieht, wie auch die eigentliche Signalerfassung, innerhalb des in der Fig. 1 gezeigten, rechten umrandeten Bereichs 28, welcher die Empfangsseite symbolisiert.

Hier ist der Materialoberfläche des Untersuchungsobjektes wiederum eine Abtast- bzw. Empfangsoptik 30 zugeordnet, in deren Strahlengang dann eine Infrarot-Kamera-Einheit 32, realisiert als Array 31 aus 128 × 96 Einzelsensoren, den von der Optik 30 abgebildeten Oberflächenbereich 22 abta­ stet. Der Kamera-Einheit 32 ist eine mittels einer Kühl­ flüssigkeit betriebene Kühleinheit 34 zugeordnet. Darüber hinaus ist für die Infrarot-Empfangskamera 32 eine schema­ tisch dargestellte, durch die Steuereinheit 14 separat an­ steuerbare Filtereinheit 36 vorgesehen, die eine Mehrzahl spektral abgestufter Filter als Reaktion auf ein entspre­ chendes Steuersignal in den Strahlengang einführen und so selektive Spektralbereiche bzw. Spektrallinien, die von der Kamera-Einheit 32 aufgenommen werden, ein- bzw. ausblenden kann.

Das Sensor-Array ist als PbsnSe-Hybrid-Sensor Array reali­ siert und weist eine spektrale Empfindlichkeit im Bereich zwischen etwa 3 und 14 Mikrometern (bevorzugt 6 und 14 Mi­ krometern) auf. Die mittels der Optik auf das Sensorfeld abgebildete Werkstoffoberfläche hängt von der Fokussierung bzw. der Brennweite der eingesetzten Optik ab; typisch ist, dass eine Fläche von beispielsweise 1 cm × 1 cm auf die Sensorfläche abgebildet wird. Jeder Bildpunkt des Arrays kann einzeln angesteuert werden, wobei auf diese Weise ins­ besondere eine Anpassung der Abtastfrequenz möglich ist:
Eine hohe Abtastfrequenz von 16 KHz ist beispielsweise mög­ lich, wenn lediglich ein Feld von 16 × 16 Bildelementen aus dem Gesamtarray abgetastet und nachfolgend in Echtzeit aus­ gewertet wird (die Abtastfrequenz liegt also im Bereich zwischen etwa 1 Hz und 16 KHz, wobei die Sensoreinheit Tem­ peraturen im Bereich zwischen etwa -20°C und etwa 2000°C zuverlässlich auflöst). Typischerweise wird ein solches Signal dann mit einer Auflösung von 14 Bit digitalisiert.

Geeignet ist dem Sensor für Pufferzwecke eine digitale Da­ tenspeichereinheit (nicht gezeigt) zugeordnet. Die Trigge­ rung von Laser 12 bzw. Array 31 erfolgt durch die Steuer­ einheit 14 bzw. den zugeordneten Computer. Hier kann insbe­ sondere dann auch die Prozesssteuerung des gesamten Messprozesses bzw. die Synchronisation mit dem (Online) zu überwachenden Produktionsprozess erfolgen.

Im Zusammenhang mit der Fig. 2 wird ein typischer Messwer­ teverlauf erläutert, wie er als hochdynamisch erfasste, in­ stationäre Reaktion auf einen Impuls der Lasereinheit 12 und ein nachfolgendes Abtasten einer Mehrzahl von Empfangs­ werten in (sehr kleinem) zeitlichem Abstand durch die Ka­ mera-Einheit, spektral unterschieden, aufgenommen werden konnte. In der Fig. 2 gibt dabei die Vertikalachse die Signalamplitude A des eine jeweilige (durch Filter einge­ stellten) Spektrallinie gemäß Ausgangssignal der Sensorein­ heit an, während in horizontaler Richtung die Zeitachse t verläuft. Verschiedene Spektrallinien für benachbarte Messpunkte sind in die Bildebene hinein aufgetragen.

Aus der Darstellung der Fig. 2 zeigt sich, dass - charak­ teristisch für gewisse Oberflächeneigenschaften, etwa ein­ gelagerte Atome, Defektstellen od. dgl. - die Abkühlkurven spektral unterschiedliche Verläufe bzw. Extremwerte auf­ weisen, die auf jeweilige Oberflächeneigenschaften signi­ fikant und einfach detektierbar hinweisen. Durch entspre­ chende elektronische Auswertung der Einzelsignale bzw. Einzelsignalverläufe und der spektralen Abgrenzung zwischen diesen ist es daher möglich, zuverlässig auf derartige Oberflächenerscheinungen zu prüfen bzw. diese Überprüfung - bei kontinuierlichem, gepulstem Betrieb und entsprechend kontinuierlicher, getakteter Abtastung - die kontinuierliche, laufende Qualität an der Oberfläche zu überwachen.

Aus den Kurvenverläufen, etwa der in Fig. 2 gezeigten Art, lassen sich dann Rückschlüsse auf Oberflächeneigenschaften schnell und zuverlässig ziehen. So würde etwa ein Haftungs­ fehler bei der Messung der Schichtdicke sich durch einen stark gedämpften Signalverlauf, insbesondere im Bereich des steil ansteigenden Bereichs, zeigen. Schichtdickenunter­ schiede auf einer zu messenden Oberfläche zeigen sich etwa durch unterschiedlich hohe, durchschnittliche Amplituden­ verläufe entlang von parallel gemessenen Kurven benachbar­ ter Messpunkte. Entsprechendes gilt zudem für die Messung der Schichtdicke.

Gegen entsprechendes Abtasten benachbarter Probenbereiche lassen sich selbst grosse Flächen in vergleichsweise kurzer Zeit zuverlässig messen, da, durch die hohe Abtastfrequenz, die Impulsdauer im Mikrosekundenbereich eingestellt sein kann. In der vorgeschriebenen Weise lassen sich somit zahl­ reiche Beschichtungs-, Material-, Feuchtigkeits- bzw. Kor­ rosionsfeststellungen und -messungen reaktionsschnell, preisgünstig und prozesstauglich durchführen.

Ein kontinuierlicher Messvorgang ist schematisch in Fig. 3 verdeutlicht: Während die oberen, kürzeren Impulse das Sendesignal (aufgetragen über eine Mehrzahl der höherfre­ quenten Taktimpulse) angibt, verdeutlicht der untere Balken der Fig. 3 die längere Abtastperiode, die, erkennbar, schon kurz vor dem Ende des Strahlungsimpulses beginnt (und damit in diesem Zeitraum statt eines emittierten, einen reflek­ tierten Wert aufnimmt).

Die Darstellung in Fig. 4 entspricht der Anordnung der Fig. 3, bis auf das Einsetzen eines zusätzlichen, mittleren Ver­ laufs, der einem Filtereinsatz entspricht. Es zeigt sich, dass dieser die eigentliche Messperiode vollständig ein­ schließt.

Gemäß einer weiteren, bevorzugten Weiterbildung der Erfin­ dung ist es zudem möglich, die erfindungsgemäße Oberflächen­ prüfung durchzuführen, indem eine ohnehin vorhandene Infra­ rot-Strahlungsquelle, etwa ein für Verschweißungszwecke eingesetzter Laser, die Messenergiequelle 12 ersetzt. So ist es etwa im Rahmen eines besonders ökonomischen, konti­ nuierlichen Systems bevorzugt, die Qualität einer mit einem solchen Schweißlaser (etwa CO₂-Laser) durchgeführte Schweißung zu überprüfen, indem die vom Objekt absorbierte, reflektierte und emittierte Energie des Laserimpulses am Schweißpunkt in der oben skizzierten Weise unmittelbar nach dem Schweißen erfasst und analytisch bearbeitet und ausge­ wertet wird. Durch entsprechende Auswertung dieses Tem­ peraturbildes ist es dann möglich, simultan und on-Line zuverlässige Werte über Qualität und Erfolg des durchge­ führten Schweißvorganges zu erhalten, ohne dass etwa eine gesonderte Prüfstation nachgeschaltet werden muss.

Gemäss einer weiteren, günstigen Ausführungsform der vor­ liegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zur Oberflächen­ messung als portables Handmessgerät realisiert, welches, in einem geeigneten, manuell handhabbaren Gehäuse, einen Im­ pulsgeber, den Sensor und eine zugeordnete Auswerteelektro­ nik aufweist.

Im Ergebnis ermöglicht es damit die vorliegende Erfindung, in überraschend flexibler und leistungsfähiger Art durch Verbesserung von Methoden der Infrarot-Oberflächenmessung den Informationsgehalt deutlich zu erhöhen und die Nutzbar­ keit dieser Technologie gerade für kontinuierliche, lau­ fende Prozesse erstmals in flexibler und ökonomischer Art sicherzustellen. Unterstützt durch zunehmend leistungsfähi­ ger Rechner, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung für die Bildauswertung und Erzeugung der Auswertungen, etwa ge­ mäß Fig. 2, sorgen, ist damit ein Werkzeug für die verbes­ serte, nämlich effizientere und leistungsfähigere, Oberflä­ chenprüfung geschaffen.

Claims (21)

1. Verfahren zur zerstörungsfreien, berührungslosen Mes­ sung einer Werkstoffoberfläche, insbesondere eines ge­ schweißten, beschichteten und/oder Verbundwerkstoffes, mit den Schritten:

• - Beaufschlagen eines vorbestimmten Flächenbereichs der Werkstoffoberfläche mit einer modulierten, ins­ besondere gepulsten, Energie-, insbesondere Infra­ rot-Strahlung,
• - berührungsloses, hinsichtlich Oberflächenstrah­ lungs- bzw. -reflexionseigenschaften des Flächenbe­ reichs kompensiertes Erfassen von vom Flächenbe­ reich reflektierter, absorbierter und/oder emit­ tierter Strahlung zumindest für einen vorbestimmten Zeitraum nach dem Ende einer Modulation der Infra­ rot-Strahlung und
• - rechnergestütztes Auswerten eines erfassten Signals in Abhängigkeit von einer Zeit nach dem Ende der Modulation, einer Frequenz und/oder Amplitude der reflektierten und/oder emittierten Strahlung sowie einer Flächendimension des Flächenbereichs.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des berührungslosen Erfassens das simultane Erzeugen einer Mehrzahl von elektronisch auswertbaren Einzelwerten entsprechend einem jeweiligen Teilab­ schnitt des Flächenbereichs und/oder entsprechend einem jeweiligen spektralen Ausschnitt des Flächenbereichs aufweist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, dass der Schritt des berührungslosen Erfassens das aufeinanderfolgende Erzeugen einer Mehrzahl von elek­ tronisch auswertbaren Verlaufswerten für ein jeweili­ ges, selektives Element eines Empfangssensors aufweist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrzahl von elektronisch auswertbaren Verlaufswer­ ten mit einer Abtastfrequenz erzeugt wird, deren Peri­ ode klein gegenüber einer Modulationsdauer und/oder ei­ ner Periodendauer der beaufschlagten Infrarot-Strahlung ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die modulierte Infrarot-Strahlung rechteckförmig und insbesondere regelmäßig gepulst ist sowie eine Impulsfrequenz im Bereich zwischen 1 Hz und 1000 Hz aufweist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die modulierte Infrarot-Strahlung mit einer Strahlungsleistung im Bereich zwischen 10 und 800 Watt auf den Flächenbereich aufgebracht wird und/oder eine monochromatische spektrale Wellenlänge im Bereich zwischen etwa 0,3 und etwa 14 Mikrometern auf­ weist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, dass eine Abtastfrequenz der berührungs­ losen Erfassung auf einen Bereich zwischen 0,5 Hz und 18 KHz, insbesondere zwischen 9 und 15 KHz, eingestellt ist.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekenn­ zeichnet durch den Schritt des Messens eines Absorpti­ onskoeffizienten des Flächenbereichs bevorzugt durch Vergleichen eines von dem Flächenbereich erfassten Im­ missionswerts mit einem Referenzwert eines schwarzen Körpers, der weiter bevorzugt in einem Empfangssensor für die reflektierte, absorbierte und/oder emittierte Stahlung vorgesehen ist.

9. Verfahren nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch das Bilden und Auswerten eines Interferenzbildes von Emis­ sionswert und Referenzwert, bevorzugt mit einer eine Abtastfrequenz der berührungslosen Strahlung entspre­ chenden Folgeperiode.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge­ kennzeichnet, dass das Verfahren als kontinuierliches Verfahren mit einem kontinuierlichen Beaufschlagen, Er­ fassen und Auswerten bezogen auf einen bevorzugt rela­ tiv zu einer Messvorrichtung bewegbaren Flächenbereich ausgebildet ist.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des berührungslosen Erfassens das selektive Ausblenden vorbestimmter spek­ traler Bereiche der reflektierten und/oder emittierten Strahlung mittels spektral wirksamer Filtereinrichtun­ gen aufweist.

12. Verfahren nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von Filtereinrichtungen für eine Mehrzahl se­ lektiver, spektraler Bereiche, die mittels Rechner­ steuerung kontinuierlich und periodisch aktiviert wer­ den.

13. Vorrichtung zur zerstörungsfreien, berührungslosen Oberflächenmessung einer Werkstoffoberfläche, insbeson­ dere Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12, mit
einer bevorzugt periodisch modulierbaren, weiter bevor­ zugt gepulst betreibbaren Infrarot-Strahlungsquelle (12), die zum gesteuerten Beaufschlagen eines vorbe­ stimmten Flächenbereichs (22) der Werkstoffoberfläche mit Infrarot-Strahlung ausgebildet ist,
einer zum Erfassen von vom Flächenbereich reflektierter und/oder emittierter Strahlung ausgebildeten Detek­ toreinheit (32)
und einer der Detektoreinheit nachgeschalteten Aus­ werte- und Speicherelektronik, die zum Auswerten eines durch die Detektoreinheit erfassten Signals in Abhän­ gigkeit von der Zeit, der Amplitude und/oder Frequenz sowie einer Geometrie bzw. Flächendimension des Flä­ chenbereichs (22) ausgebildet ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch eine zum Erzeugen eines Interferenzbildes eines durch die Detektoreinheit erfassten, emittierten Strahlungs­ signals mit einem mittels eines schwarzen Körpers (26) erzeugten Referenzbildes vorgesehene Korrektureinheit, die einen Absorptions- und/oder Emissionswert für den Flächenbereich zur Auswertung erzeugt.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, gekennzeichnet durch eine der Detektoreinheit vorgeschaltete, bevor­ zugt elektronisch ansteuerbare Filtereinheit (36), die zum selektiven Ausblenden vorbestimmter spektraler Be­ reiche aus der reflektierten, absorbierten und/oder emittierten Strahlung ausgebildet ist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle als monochro­ matische Lichtquelle, insbesondere mittels eines Lasers (12), ausgebildet ist.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektoreinheit eine bevorzugt als Array angeordnete Mehrzahl von Sensorelementen auf­ weist, die bevorzugt zum Ausgeben simultaner Erfas­ sungssignale parallel ansteuerbar sind.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorelemente auf der Basis von Blei-Zink-Se­ lenit-Elementen und/oder Si-Elementen realisiert und im spektralen Bereich zwischen 0,3 und 14 Mikrometern sen­ sitiv sind.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 18, gekenn­ zeichnet, durch eine der Detektoreinheit zugeordnete, bevorzugt kühlmittelbetriebene Kühleinheit (34).

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle eine in einem vorgelagerten Bearbeitungsprozess der Werkstoffoberflä­ che verwendete Wärme- bzw. Strahlungsquelle, insbeson­ dere ein Schweißlaser, ist.

21. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 20 zur Bestimmung von Oberflächeneigenschaften und/oder Materialparametern, die aus der folgenden Gruppe ausgewählt sind: Kontrolle der Haftung einer Be­ schichtung, Erkennung von Defekten und Fehlern in einer Oberfläche und/oder im Inneren eines Bauteils, Erken­ nung von Lösungserscheinungen zwischen Schichten, Fest­ stellung der Orientierung eingebetteter Fasern oder Kristallen in einer Oberfläche, Messung einer Schicht­ stärke, Messung von Verschleiß- und Abnutzungserschei­ nungen, Erfassen von Materialinhomogenitäten, Erkennen von Hohlräumen, Messung von Feuchtigkeitsgehalt, Mes­ sung von Wärme- und Temperaturleitfähigkeit, Erkennen von Verunreinigungen auf und in der Oberfläche, Erken­ nen und Messen von Oxidanteilen.