DE4204934A1

DE4204934A1 - Verfahren zur riss- und fehlstellenerkennung bei bauteilen aus nichtmetallischen werkstoffen insbesondere natursteinplatten und steinen

Info

Publication number: DE4204934A1
Application number: DE19924204934
Authority: DE
Inventors: Otto Dr Rer Nat Kroggel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1992-02-19
Filing date: 1992-02-19
Publication date: 1993-08-26

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung von Rissen oder Fehlstellen in Bauteilen aus nichtmetallischen Werkstoffen insbeson dere aus Kunststoffen, Naturstein, Beton oder keramischen Werkstoffen.

Es gibt je nach Material eine Reihe von Verfahren Oberflächenrisse und oberflächennahe sowie oberflächliche Defekte zu erkennen. Die derzeit benutzten Prüfverfahren beruhen im allgemeinen auf einer subjektiven optischen Inspektion durch erfahrenes Personal oder auf einer Weiter entwicklung dieses Prinzips mit bildverarbeitenden Rechnermethoden. Hierbei muß von Rißlänge und Rißbreite auf die strukturelle Relevanz, insbesondere auf die Rißtiefe geschlossen werden. Bei Defekten die sich in einer Vielzahl von eng benachbarten Einzelrissen geringer Riß breite, Rissen kleiner Länge jedoch großer Tiefe oder nicht rißförmi gen Effekten wie Löchern großer Tiefe äußern, muß dieses Verfahren versagen.

Desgleichen versagen rein optische oder auch infrarotreflektometrische Verfahren bei Materialien mit nichteinheitlicher Oberfläche wie z. B. Granit oder geflämmtem Stein. Ein Vorschlag nach dem Stand der Technik ist desweiteren das Röntgendurchstrahlungsverfahren;es werden hier je doch nur Defekte bzw. Risse erkannt, die eine ausgezeichnete Orientie rung zur Einfallsrichtung des Röntgenstrahls haben.

Aufgabe der Erfindung ist es,ein Verfahren anzugeben,das es erlaubt, Fehlstellen im Material und an dessen Oberfläche durch gezieltes Auf heizen von in diese Fehlstellen eingedrungenem Wasser durch thermogra phische bildgebende Techniken nachzuweisen. Die Füllung der Fehlstel len mit Wasser ist entweder durch den Produktionsprozeß vorgegeben oder muß nachträglich vorgenommen werden. Ersteres ist z. B. beim Sä gen von Natursteinplatten der Fall.

Das Aufheizen des im Defekt befindlichen Wassers geschieht durch Mi krowellen geeigneter Frequenz und geeigneter Leistung so selek tiv, daß das umgebende Material möglichst wenig Mikrowellenenergie absorbiert. Die Aufheizung des im Defekt befindlichen Wassers hängt von der Wassermenge, den Mikrowellenparametern wie Frequenz und Leistung, der Geometrie des Aufbaus und der Einwirkungszeit ab. Des weiteren bestimmen Form, Ausdehnung und Tiefe des Defekts sowie die Materialeigenschaften des umgebenden Stoffes (Wärmeleitfähigkeit, Wärmekapazität) die oberflächliche Temperaturverteilung insbesondere in der Umgebung des Defekts.

Die oberflächliche Temperaturverteilung wird mit einer Wärmbildkame ra oder einem entsprechenden Gerät, das auch nur zeilenweise arbei ten kann, erfaßt. Bei bekannter Mikrowellenleistung, bekannter Beaufschlagungszeit mit Mikrowellenstrahlung und bei Kenntnis der o.g. Materialparameter wird durch die Beobachtung des zweidimensio nalen zeitlichen Temperaturverlaufs auf die dreidimensionale Gestalt (insbesondere die Tiefe)des Defekts geschlossen. Die notwendigen Pa rameter Wärmeleitfähigkeit und Wärmekapazität können aus dem Verhal ten der defektfreien Bereiche des Prüflings bei der Mikrowellenbe aufschlagung gewonnen werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren unterscheidet sich grundsätzlich vom Infrarotthermographie-Reflexionsverfahren (DE 32 04 146.2 ). Es wird hier im Unterschied zum genannten Patent die von der lokalen Aufhei zung des Wasservolumens ausgehende Temperaturüberhöhung genutzt. Die se Temperaturüberhöhung charakterisiert den Defekt. Die Reflexion von Infrarotlicht kann zusätzlich, muß jedoch nicht genutzt werden.

Fig. 1 zeigt exemplarisch die Anwendung des Verfahrens zur Erken nung und Beurteilung von Defekten in plattenförmigen Bauteilen. Die zeitabhängige Temperaturverteilung während oder nach dem Aufhei zen ist Grundlage der Defekterkennung. Die Mikrowellenantenne (4) läßt den Blick der Wärmebildkamera (2) auf das Bauteil (6) frei. Al ternativ können Bauteile auch im geschlossenen Mikrowellenofen auf geheizt werden und erst danach in das Blickfeld der Wärmebildkamera gerückt werden.

Wegen der kurzen Aufheizzeit,der synchronen berührungslosen Aufnahme aller Daten über die Wärmebildkamera und der unkritischen Geome trie der Gesamtanordnung, Größe und Position des Prüflings können in weiten Grenzen variieren, läßt sich das Verfahren mit geringem Auf wand in Produktionsprozesse integrieren, insbesondere braucht das Untersuchungsobjekt nicht vom Laufband genommen werden.

Erklärung zu Fig. 1
1) Auswerteelektronik der Wärmekamera
2) Wärmekamera
3) Blickwinkel der Wärmekamera
4) Antenne des Mikrowellenheizgerätes
5) Mikrowellensender
6) Prüfkörper
7) Defekt
Diagramm: Temperaturverlauf in einer Prüflingsdimension
8) Temperaturverlauf längere Zeit nach dem Mikrowellenaufheizen
9) Temperaturverlauf kurze Zeit nach dem Mikrowellenaufheizen.

Claims

1. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung und Beurteilung von Fehlstellen in nicht leitfähigem Mate rial, insbesondere in Natur- und Kunststeinplatten und Betonoberflächen, bei dem das in den Fehlstellen be findliche Wasser durch Mikrowelleneinstrahlung aufge heizt wird und die Temperaturüberhöhung gegenüber dem umgebenden nicht leitfähigen Material durch ein bildge bendes Verfahren, insbesondere thermografisch, erfaßt wird, wobei Fehlerstrukturen durch Bildverarbeitungs techniken wie Differenzbildung während des Aufheizens herausgehoben werden und ihre dreidimensionale Ausdeh nung, insbesondere die Fehlertiefe, beurteilt wird, da durch gekennzeichnet, daß das durch den Produktionspro zeß schon vorhanden oder besonders eingebrachte Wasser in den Fehlstellen durch einen in der Frequenz auf die Energieabsorption des Wassers abgestimmten Mikrowellen strahlers aufgeheizt wird, daß die hierbei entstehende Temperaturverteilung an der Objektoberfläche gemessen wird und daß das so gewonnene Temperaturbild zur Beur teilung von Fehlerort und Fehlertyp, insbesondere Tiefe, herangezogen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während des Aufheizvorganges das Wärmebild in kurzen zeitlichen Abständen bestimmt wird und durch Differenz bildung zwischen den Einzelbildern die Fehlererkennbar keit erhöht und die Beurteilung der Fehlergröße ermög licht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß anstelle des Wassers eine andere Flüssigkeit oder eine Aufschlämmung benutzt wird.

4. Verfahren nach 1, 2 und 3 dadurch gekennzeichnet, daß Wärmebilderfassung und Mikrowellenaufheizung zu einem Gerät zusammengefaßt werden und eine Benetzung oder Trocknung vorgenommen wird.

5. Verfahren nach 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fehlbeurteilung durch Bildverarbeitungstechniken auto matisiert wird.

6. Verfahren nach 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß das emissionsspektrografische Verfahren der Wasseraufhei zung kombiniert wird mit dem Infrarot-Reflexionsverfah ren (nach DE 32 04 146.2).