DE4216551A1

DE4216551A1 - Verfahren und Vorrichtung zur zerstörungsfreien Erkennung von Material- und/oder Bauteilfehlern

Info

Publication number: DE4216551A1
Application number: DE19924216551
Authority: DE
Inventors: Michael Krauhausen; Reinhard Dr Noll
Original assignee: NOKRA OPTISCHE PRUEFTECHNIK UN
Current assignee: NOKRA OPTISCHE PRUEFTECHNIK UN
Priority date: 1992-05-19
Filing date: 1992-05-19
Publication date: 1993-11-25

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur zer störungsfreien Erkennung von Material- und/oder Bauteil fehlern, bei dem das zu prüfende Objekt zeitverschoben zwei unterschiedlichen Belastungszuständen ausgesetzt und das Bauteil zumindest auf Teilflächen in diesen Belastungszuständen mit zumindest teilweise kohärenter Strahlung bestrahlt und auf einem Aufzeichnungsmedium abge bildet wird, wobei dieser Abbildung eine Referenzstrahlung definierter Phasenlage überlagert wird.

Ein derartiges Verfahren, das für eine zerstörungsfreie Ma terial- und Bauteilprüfung eingesetzt wird, ist als hologra phische Interferometrie bekannt, das nachfolgend noch näher erläutert wird.

Typische Material- und Bauteilfehler, die insbesondere bei der Herstellung von Massengütern auftreten, wie beispiels weise bei der Produktion von Reifen für Kraftfahrzeuge, sind

- verminderte Materialfestigkeit,
- Beeinträchtigung des visuellen Erscheinungsbildes von Oberflächen,
- unzureichende Verbindung zwischen Materialien,
- unzureichende Gefügeausbildung.

Die vorstehend aufgeführte verminderte Materialfestigkeit tritt u. a. bei Gürtelreifen für Kraftfahrzeuge in Form von Hohlräumen zwischen den verschiedenen Materialien und Schichten oder in Form von Rissen in einzelnen Schichten bzw. Materialien auf.

Die Beeinträchtigung des visuellen Erscheinungsbildes von Oberflächen tritt insbesondere bei beschichteten Materia lien, wie Bändern, Folien, Platten oder Formkörpern, oder mit Folien bespannte oder beklebte geformte Materialien, auf. Im einzelnen sind dies Klebungsfehler, Gaseinschlüsse, Verbindungsfehler zwischen dem jeweiligen Grundkörper und der Beschichtung.

Eine unzureichende Verbindung zwischen Materialien sind ins besondere für Verbundmaterialien wie Faserverbundwerkstoffe und oberflächenveredelte Materialien von Bedeutung. Sie treten bei Faserverbundwerkstoffen in Form von Tränkungs fehlern der Fasern oder lokal unterschiedlichen Faserorien tierungen auf. Beim Oberflächenveredeln sind es Verbindungs- und Haftungsfehler zwischen dem Grundmaterial und dem Schichtwerkstoff.

Eine unzureichende Gefügeausbildung eines Werkstoffes kann beim Urformen, wie beispielsweise bei der Polymerisation oder dem Gießen, auftreten. Ursache sind fehlerhafte Aus gangsstoffe oder Unregelmäßigkeiten im Urformprozeß, die zu Inhomogenitäten bei der Gefügeausbildung führen.

Für die Fehlererkennung zur Materialprüfung und für die Qua litätssicherung werden nach dem Stand der Technik verschiedene Methoden und Verfahren eingesetzt.

Eine Methode beruht auf der Beleuchtung des zu prüfenden Ma terials mit Röntgenstrahlung; dieses Verfahren erfordert al lerdings einen hohen apparativen Aufwand und es sind Maßnah men gegen eine zu hohe Strahlenbelastung notwendig. Darüber hinaus ist dieses Verfahren nur beschränkt bei Materialien mit geringen Kernladungszahlen, wie z. B. Kunststoffen, ein setzbar.

Eine weitere Methode stellt die Prüfung mittels Ultraschall dar; diese Methode erfordert einen hohen Zeitaufwand, außer dem muß das zu prüfende Objekt mit einer Sonde berührt wer den, wodurch das Bauteil beeinflußt werden kann.

Weiterhin sind eine Reihe von taktilen Prüfverfahren be kannt, die mit einem hohen Zeitaufwand verbunden sind, bei denen das Objekt berührt wird, die eine geringe Ortsauflö sung mit sich bringen und auf oberflächennahe Fehler be schränkt sind.

Vielfach wird eine Bauteilprüfung durch eine Belastung des Bauteils bis zur Zerstörschwelle durchgeführt, insbesondere mit dem Nachteil der Zerstörung fehlerhafter Prüflinge. Eine Reparatur von durch die Prüfung ausgesonderten Bauteilen ist nicht möglich.

Eine weitere Gruppe von Meßverfahren sind die holographische Interferometrie, die Speckle-Interferometrie und die Shearo graphie.

Bei der holographischen Interferometrie, der Speckle-Inter ferometrie und der Shearographie wird die zerstörungsfreie Material- und Bauteilprüfung durch teilkohärente Beleuchtung des Prüflings und Beobachtung des Prüflings mit einem op tischen Sensor durchgeführt. Hierbei wird das zu prüfende Bauteil durch eine mechanische Kraft, durch Aufheizung, durch eine Schwingungsanregung oder durch Veränderung des Umgebungsdruckes einer Belastung unterworfen.

Entsprechende holographische und Speckle-interferometrische Verfahren sind in "Holographic and Speckle interferometry, A discussion of the theory, practice and application of the techniques", Robert Jones and Catherine Wykes, Cambridge University Press, second edition 1989, auf den Seiten 297 bis 303 beschrieben.

In "Metals Handbook, Nineth Edition, Volume 17, Nondestruc tive Evaluation and Quality Control", ASM INTERNATIONAL, USA September 1989, wird in einem Kapitel sehr ausführlich die optische Holographie (Seiten 405 bis 431) einschließlich verschiedener Versuchsaufbauten und in einem weiteren Kapi tel die Speckle Metrologie (Seiten 432 bis 437) beschrieben.

Weiterhin wird die interferometrische Meßtechnik unter Ver wendung eines Lasers in "Holographische Meß- und Prüftech nik - Grundlagen und technische Anwendung", von H. Steinbichler und T. Franz, OPTOELEKTRONIK MAGAZIN,Vol. 4, No. 8, 1988, Seite 466 ff., behandelt.

Bei diesen holographischen Verfahren werden genau zwei Be lastungszustände des zu prüfenden Bauteils auf einem Film oder einem CCD-Array aufgezeichnet, wie dies in den vor stehend angeführten Fundstellen beschrieben ist.

Diese Aufzeichnungstechniken werden weiterhin in

"Shearographie - ein optisches Verfahren zur zerstörungs freien Werkstoffprüfung" von A. Ettemeyer, TM - Technisches Messen 58 (1991) 6, Seiten 247 bis 252, R. Oldenbourg Ver lag,
in "Interferometrie-System für großflächige zerstörungsfreie Werkstoffprüfung - Vergleich im Videotakt", von H. Fuchs, Sonderdruck aus KEM Konstruktion Elektronik Maschinenbau, Konradin Verlag, 7022 Leinfelden Echterdingen, Heft 1/91, und
in der Produktinformation "OPTOELECTRONIC NON DESTRUCTIVE TESTING TV-SHEARING-INTERFEROMETER" der Steinbichler Optotechnik GmbH, D-8201 Neubeuern,

beschrieben.

Die Auswertung der sich aus der Überlagerung der zwei unter schiedlichen Objektzustände ergebenden Interferenzstreifen durch entweder visuelle Betrachtung des Interferenzmusters oder durch rechnergestützte Auswertung des Streifenmusters werden insbesondere in den vorstehend aufgeführten Fundstel len "OPTOELECTRONIC NON DESTRUCTIVE TESTING TV-SHEARING-IN TERFEROMETER", "Holographische Meß- und Prüftechnik - Grund lagen und technische Anwendung" sowie in der Produktinfor mation "OPTOCAT - Rechnergestützte Streifenanalyse in der optischen Meß- und Prüftechnik" der Breukmann GmbH, Indus trielle Bildverarbeitung und Automation, D-7758 Meersburg, beschrieben.

Wie die vorstehenden Fundstellen "OPTOCAT - Rechnergestützte Streifenanalyse in der optischen Meß- und Prüftechnik" und "Holographische Meß- und Prüftechnik - Grundlagen und tech nische Anwendung" zeigen, ist der Meßbereich der derzeitigen Verfahren nach oben begrenzt. Dies resultiert daraus, daß nicht eine beliebige Anzahl von Interferenzstreifen auf ei nem Filmmaterial oder einem CCD-Array aufgelöst werden kön nen. Außerdem sind diese Verfahren zeitaufwendig, insbeson dere im Hinblick einer in der Serienproduktion eingesetzten Bauteilprüfung, um unmittelbar aus der laufenden Produktion fehlerhafte Bauteile auszusondern.

Ausgehend von dem eingangs genannten, gattungsgemäßen Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren für die Erkennung von Material- und Bauteilfehlern anzugeben, bei dem im Vergleich zu den bekannten Verfahren eine zerstörungsfreie, berührungslose Prüfung des Bauteils in deutlich kürzerer Zeit mit wesentlich reduziertem Aufwand möglich ist und zudem ein erheblich größerer Meßbereich zur Verfügung steht. Weiterhin soll das Verfahren mit einer Prü fanordnung durchführbar sein, mit der die Informationen über detektierte Fehlstellen für eine Bauteilbehandlung unmittel bar weiterverarbeitet werden können.

Gelöst wird diese Aufgabe ausgehend von einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art dadurch, daß die aufgrund einer Belastung auftretende zeitliche Veränderung der Oberfläche des zu prüfenden Objekts auf einen photoempfindlichen Detek tor abgebildet und dieser Abbildung die Referenzstrahlung überlagert wird, wodurch ein sich zeitlich änderndes Inter ferenzfeld erzeugt wird, das sowohl örtlich als auch zeit lich ausgewertet und ein Maß der zeitlichen Veränderung der Art, Größe und/oder Lage einem Material- und/oder Bauteil fehler zugeordnet wird. Wesentlich ist, daß das Objekt bzw. der Prüfling zeitveränderlich belastet wird. Diese zeitver änderliche Belastung wird durch eine mechanische Kraft, eine elektromagnetische Strahlung, durch Wärmeleitung oder Kon vektion in einem den Prüfling umgebenden Medium, beispiels weise eines Fluids, durch Joulesche Wärme im Prüfling oder durch chemische Prozesse im Prüfling realisiert, wobei die ausgewählte Art, mit der das Bauteil der Belastung unter worfen wird, von der Art des Bauteils bzw. des Bauteilma terials abhängig ist. Die zeitveränderliche Belastung führt zu einer orts- und zeitabhängigen Verlagerung der einzelnen Volumenelemente des Prüflings. In der Umgebung von Fehlern oder Fehlstellen des Bauteils ist dieses Verlagerungsfeld durch größere örtliche und zeitliche Verlagerungsgradienten gekennzeichnet. Diese lokal größeren Gradienten wirken sich, wenn auch nur geringfügig, bis zur Oberfläche des Prüflings aus und führen so zu einer zeitlich veränderlichen örtlichen Verlagerung der Oberfläche. Die Oberfläche, die mit der teilkohärenten Strahlung beleuchtet wird, wird auf einem lichtempfindlichen, fotoelektrischen Detektor, beispiels weise einem CCD-Array, abgebildet. Auf dem Detektor wird ei ne Referenzstrahlung mit definierter Phasenlage überlagert, so daß ein Interferenzfeld auf dem Detektor entsteht. Der Detektor erzeugt hierbei eine Signalfolge, deren Einzelsig nale eindeutig jeweils einem Bildelement zugeordnet werden können. Die sowohl lokale als auch zeitliche Veränderung des Interferenzfeldes wird ausgewertet und einem Maß zugeordnet, das kennzeichnend für die Veränderung der Art, Größe und/oder Lage eines Material- und/oder Bauteilfehlers ist.

In einer vorteilhaften Weiterführung des Verfahrens wird die Auswertung des sich zeitlich ändernden Interferenzfeldes nach einer zeitlichen Verzögerung, nachdem das Objekt einer Belastung unterworfen wurde, vorgenommen. Hierdurch werden Einschwingvorgänge des Prüfobjektes nicht in die Auswertung einbezogen, die ansonsten ein verfälschtes Bild des Bauteils wiedergeben würden.

Um eine hochaufgelöste Information über das zu prüfende Bau teil zu erhalten, sollte die Auswertung des sich zeitlich ändernden Interferenzfeldes in kurzen Zeitintervallen unter teilt getaktet erfolgen, wobei hierzu die Dauer der Zeitin tervalle vor jeder Messung einstellbar sein sollte. Für die Weiterverarbeitung kann das Verfahren derart ausgestaltet sein, daß in jedem Zeitintervall das Maß für die lokal auftretende Oberflächenveränderung gebildet wird.

Bevorzugt wird die Auswertung der lokal auftretenden Ober flächenveränderung derart durchgeführt, daß die durch eine Veränderung der Oberfläche des Objekts hervorgerufene Inten sitätsänderung im Detektor zu einer Zunahme des Maßes führt.

Um eine hochauflösende Information über die flächenmäßige Verteilung von Fehlern in einem Bauteil zu erhalten, wird im Detektor die Bildinformation über die Oberfläche des Bau teils in mehrere Bildelemente unterteilt, die dann weiter verarbeitet werden.

Als Maß für die lokal-auftretende Oberflächenveränderung des Bauteils wird das zeitliche Integral des gewichteten Betra ges des zeitlichen Differentials der Intensität des jewei ligen Bildelementes einer bestrahlten Teilfläche ermittelt, wobei für dieses Maß

gilt, mit
t = Zeit als Integrationsvariable,
τ_o = untere Integrationsgrenze,
τ = obere Integrationsgrenze,
α_x,y(t) = Gewichtungsfunktion für ein Bildelement x,y,
x,y = Ortskoordinaten des Bildelementes des Objekts,
I_x,y(t) = Intensität eines Bildelementes x,y als Funktion der Zeit,
M_x,y(τ) = Maß für die aufgetretene Oberflächenveränderung im Zeitintervall τ-τ₀.

Für die Auswertung wird bevorzugt das Maß für die lokal auf tretende Oberflächenveränderung mit Grenzwerten für die ent sprechende Teilfläche oder das entsprechende Bildelement der Teilfläche des Objekts verglichen und aufgrund dieses Ver gleichs auf eine Fehlstelle geschlossen. Für die Ermittlung dieser Grenzwerte für ein Objekt werden Messungen an einem fehlerfreien Objekt durchgeführt und diese Meßwerte für die weitere Auswertung im Rahmen der Prüfung eines Prüfobjektes abgerufen.

Die vorstehend angegebene Gewichtungsfunktion (Beziehung 1) kann auf die zeitliche Veränderung der Belastung und die bauteil- und materialspezifischen Parameter des Objekts örtlich und/oder zeitlich abgestimmt werden.

Falls die Gewichtungsfunktion eine monoton wachsende Funk tion der Zeit ist, führt die betragsmäßige Intensitätsablei tung dazu, daß sie zu einem frühen Zeitpunkt der zeitlichen Veränderung der Belastung des Objekts in geringem Maße und zu späteren Zeitpunkten in größerem Maße zum Integral bei trägt. Hierdurch werden Störeinflüsse zu Beginn einer Mes sung unterdrückt.

Falls die Gewichtungsfunktion eine monoton fallende Funktion der Zeit ist, führt die betragsmäßige Intensitätsableitung dazu, daß sie zu einem frühen Zeitpunkt der zeitlichen Ver änderung der Belastung des Objekts in größerem Maße und zu späteren Zeitpunkten in geringerem Maße zum Integral bei trägt. Dieser Fall ist komplementär zu dem Fall, in dem die Gewichtungsfunktion eine monoton wachsende Funktion der Zeit ist; die beispielsweise nach einer impulsförmigen Belastung des Bauteils auftretenden Intensitätsänderungen werden stär ker bewertet als die später folgenden Intensitätsänderungen.

Falls die Gewichtungsfunktion eine konstante Funktion der Zeit ist, führt die betragsmäßige Intensitätsableitung dazu, daß sie zu jedem Zeitpunkt der zeitlichen Veränderung der Belastung gleich gewichtet wird.

Die Gewichtungsfunktion kann einer Teilfläche oder einem einzelnen Bildelement als monoton wachsende, monoton fallen de oder als konstante Funktion zugeordnet werden.

Um eine Information über die räumliche Lage der Fehlstelle im Objekt zu erhalten, wird nach einer Auswertung der ört lichen Lage der Fehlstelle auf einer Teilfläche eine zusätz liche Information über die räumliche Struktur und Lage des Objekts zuhilfe genommen.

Mit dem angegebenen Verfahren ist eine einfache Möglichkeit gegeben, die ausgewerteten Daten für die Qualitätssicherung zu verwenden, die dann auf einem Monitor angezeigt werden können. Um eine einfache Zuordnung dieser Daten, die auf Fehlstellen auf oder in dem Prüfobjekt hinweisen, zu erhal ten, werden die Fehlstellen ihrer Art und Größe nach auf dem Monitor unterschiedlich gekennzeichnet, wobei diese Kenn zeichnung der Fehlstellen durch unterschiedliche Farben er folgen kann.

Im Hinblick auf eine Automatisierung werden über die ausge werteten Informationen über die Lage einer Fehlstelle in ei ner Teilfläche Steuersignale für eine Einrichtung zur Mani pulierung des Objekts erzeugt, um beispielsweise ein fehler haftes Objekt nachzuarbeiten, um es dann den verwendbaren Objekten wieder zuzuführen. Eine solche Nachbearbeitung kann durch einen mechanischen Eingriff am Objekt erfolgen.

Falls das geprüfte und für fehlerhaft befundene Objekt nicht unmittelbar einer Nacharbeitung unterzogen wird oder kann, werden die Fehlstellen über eine Einrichtung mit einer Mar kierung auf ihrer Oberfläche versehen, so daß die gefundene Fehler-Information unmittelbar auf dem geprüften Objekt ge speichert ist.

In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird das Maß für eine Dehnungsmessung des Bauteils verwendet, um bei spielsweise über die elastischen Eigenschaften des Objekts Aufschluß zu erhalten. Aus gleichem Grund kann das Maß einer Schwingungsamplitude eines wechselbelasteten Bauteils zuge ordnet werden.

Das Verfahren wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 die Intensität I_x,y eines Bildelementes als Funktion der Zeit für ein geprüftes Bauteil,

Fig. 2 den zu Fig. 1 entsprechenden Betrag der Intensitäts änderung als Funktion der Zeit für ein Bildele ment x,y in dem Bereich tτ_o,

Fig. 3 schematisch das gemäß Beziehung (1) ermittelte Maß M_x,y(τ),

Fig. 4 schematisch eine Prüfanordnung, mit der das erfin dungsgemäße Verfahren durchgeführt wird.

Fig. 4 zeigt eine Ausführung einer Vorrichtung, mit der das erfindungsgemäße Verfahren zur zerstörungsfreien Erkennung von Material- und Bauteilfehlern durchführbar ist. Ein Bau teil 1 wird von einer teilkohärenten Strahlenquelle 2 über eine Beleuchtungsoptik 3 mit einem Strahl 4 beleuchtet. Das vom Bauteil 1 reflektierte Licht 5 wird über eine Beobach tungsoptik 6 auf einen Detektor 7 abgebildet. Der Detektor 7 ist beispielsweise ein CCD-Array. Aus den Signalen des De tektors werden über eine Elektronik 10 Intensitäten der Bildelemente I_x,y gebildet.

Das auf den Detektor 7 auftreffende, reflektierte Licht wird mit einer teilkohärenten Strahlung 8 auf dem Detektor 7 überlagert. Die Strahlung 8 wird entweder über ein in Fig. 4 nicht dargestelltes optisches Element aus der von der Strahlenquelle 2 emittierten Strahlung ausgekoppelt oder aus dem reflektierten Strahl 5 gewonnen. Das Bauteil 1 wird von der Einrichtung 9 über ein Wirkmedium 9a zeitveränderlich belastet. Beispielsweise handelt es sich bei der Einrich tung 9 um ein Heißluftgebläse und bei dem Wirkmedium 9a um die Umgebungsluft.

Die Intensitäten der Bildelemente I_x,y verändern sich auf grund der durch die zeitveränderliche Belastung induzierten Verlagerung der Bauteiloberfläche. Aus den Intensitätswer ten I_x,y als Funktion der Zeit wird mit Hilfe der Be ziehung (1) für jeden Bildpunkt das Maß M_x,y in einer Ein richtung 11 gebildet. Die dafür erforderliche untere Inte grationsgrenze τ_o sowie die Gewichtungsfunktion α_x,y(t) wer den von einer Zentraleinheit 12 über eine Leitung 13 der Einrichtung 11 zugeführt.

Die Werte M_x,y werden in Form eines Bildes E dargestellt. Dazu wird in einer Einrichtung 14 jedem Wert M_x,y eindeutig ein Wert eines Bildelementes E_x,y zugeordnet. Die Einrich tung 14 ist beispielsweise eine in einem elektronischen Speicher abgelegte Tabelle.

Die Werte E_x,y werden dann in einer Vergleichseinheit 15 mit Grenzwerten G_x,y verglichen, um Fehlstellen zu erkennen. Die Grenzwerte G_x,y werden über eine Leitung 16 von der Zentral einheit 12 vorgegeben. Das Ergebnis des Vergleiches wird in einer Einrichtung 17 als Bild F gespeichert. In dem Bild F sind die Fehlstellen markiert. Aufgrund der Abbildung 6 des Bauteils 1 auf den Detektor 7 läßt sich die Lage einer Fehl stelle relativ zum projizierten Bild des Bauteils eindeutig ermitteln. Das Bild F kann über die Zentraleinheit 12 über eine in Fig. 4 nicht dargestellte Anzeigeeinheit angezeigt oder in der Zentraleinheit 12 zur Gewinnung von Daten für die Qualitätssicherung weiterverarbeitet werden.

Über einen Kanal 18 erhält die Zentraleinheit zusätzliche Informationen über Bauteileigenschaften, Bauteilform und Bauteillage, so daß in Verbindung mit dem Bild F die räum liche Position und Größe der Fehlstellen im Bauteil ermit telt werden kann. Aus Position und Größe der Fehlstellen bildet die Zentraleinheit 12 Steuersignale für eine Ma schine 19, die auf das Bauteil 1 einwirkt und in der Lage ist, folgende Funktionen einzeln oder in Kombination auszu führen:

- Reparatur der Fehlstellen,
- Markierung der Fehlstellen,
- Heraustrennen der fehlerhaften Bereiche,
- Aussondern des Bauteils.

Die Zentraleinheit 12 steuert den Prüfablauf. Sie erhält über die Leitung 21 Signale über die aktuelle Bauteilposi tion. Befindet sich das Bauteil 1 im Prüfbereich, so startet die Zentraleinheit 12 die oben beschriebene Einheit 9, die eine Bauteilbelastung hervorruft, die Bauteilbeleuchtung, die Detektion des reflektierten Lichts sowie dessen Weiter verarbeitung. Ist die Bauteilprüfung und Bauteilbehandlung beendet, gibt die Zentraleinheit 12 über die Leitung 20 an den Leitrechner ein Signal, das den Weitertransport des Bau teils 1 und die Zuführung eines weiteren zu prüfenden Bau teils auslöst.

Die in der Zentraleinheit 12 gewonnenen Daten für die Quali tätssicherung werden über die Leitung 20 an einen Leitrech ner weitergeleitet.

Nach Fig. 1 ist angenommen, daß auf einem Bauteil 1 zum Zeitpunkt t=0 eine zeitveränderliche Bauteilbelastung aufge bracht wird. Dadurch werden Intensitätsänderungen im Inter ferenzfeld hervorgerufen. Anfänglich können kurzzeitige Schwingungen ähnlich Einschwingvorgängen auftreten, wobei dieser Zeitbereich in Fig. 1 gekennzeichnet ist. Die Zeit zu der die Auswertung gestartet und die Gewichtungs funktion der Beziehung (1) ausgewertet wird (untere Inte grationsgrenze), ist ebenfalls gekennzeichnet; die Zeit o wird vorzugsweise in den Zeitbereich gelegt, der auf den Einschwingvorgang des Bauteils, nachdem die Bauteilbelastung aufgebracht wurde, folgt. Fig. 2 zeigt den zu Fig. 1 ent sprechenden Betrag der Intensitätsänderung als Funktion der Zeit für ein Bildelement x,y in dem Bereich tτ_o. In Fig. 3 ist schematisch das Maß M_x,y(τ) dargestellt, für das gilt

mit
t = Zeit als Integrationsvariable,
τ_o = untere Integrationsgrenze,
τ = obere Integrationsgrenze,
α_x,y(t) = Gewichtungsfunktion für ein Bildelement x,y,
x,y = Ortskoordinaten des Bildelementes des Objekts,
I_x,y(t) = Intensität eines Bildelementes x,y als Funktion der Zeit,
M_x,y(τ) = Maß für die aufgetretene Oberflächenveränderung im Zeitintervall τ-τ₀.

Wie die Fig. 1 bis 3 verdeutlichen, wird durch die Betrags bildung der zeitlichen Ableitung der Intensität und die In tegration erreicht, daß jede durch eine Objektverlagerung hervorgerufene Intensitätsänderung zu einer Zunahme des Maßes M_x,y für die Oberflächenveränderung führt.

Die Gewichtungsfunktion α_x,y(t) wird auf die zeitveränderliche Belastung und das Bauteilverhalten abgestimmt, wobei folgende Fälle möglich sind:

- α_x,y(t) ist eine monoton wachsende Funktion; Störeinflüsse zu Beginn einer Messung werden unterdrückt,
- α_x,y(t) ist eine monoton fallende Funktion; anfängliche Intensitätsveränderungen werden stärker bewertet als später folgende Intensitätsveränderungen,
- α_x,y(t) ist konstant; alle auftretenden Intensitätsänderungen werden gleich gewichtet.

Das Integral nimmt an den Stellen, an denen lokale Ober flächenveränderungen aufgrund der Bauteilbelastung aufgetre ten sind, andere Werte an im Vergleich zu den Stellen, an denen keine oder nur geringe Oberflächenveränderungen statt gefunden haben. Das Integral M_x,y gemäß Beziehung (1) wird für jeden Bildpunkt gebildet. Das Ergebnis wird wieder in Form eines Bildes E dargestellt. Einem Wert M_x,y wird ein deutig die Intensität und/oder die Farbe eines Bildelemen tes E_x,y zugeordnet.

Die Werte E_x,y werden mit Grenzwerten G_x,y verglichen, die vom aufzufindenden Fehler und vom Bauteil abhängen. Auf der Basis dieses Vergleichs wird entschieden, ob eine Fehlstelle vorliegt oder nicht. Die Grenzwerte werden beispielsweise durch Referenzmessungen an fehlerfreien Bauteilen 1 be stimmt.

Durch Vergleich der Werte E_x,y mit den Grenzwerten G_x,y wird ein Bild F erzeugt, in dem die Fehlstellen markiert sind. Dieses Bild wird angezeigt und/oder verwendet, um Daten, beispielsweise für die Qualitätssicherung, zu gewinnen.

Mit dem Bild F und einer zusätzlichen Information über die Bauteilform und die Bauteillage läßt sich die räumliche Po sition und Größe der Fehlstelle im Bauteil 1 ermitteln. Aus diesen Daten werden Steuersignale für eine Maschine gebil det, die am Ort der Fehlstellen eine Reparatur des Bau teils 1 ausführt und/oder die fehlerhaften Bereiche des Bau teils 1 markiert und/oder heraustrennt und/oder das Bauteil aussondert.

Das vorstehend beschriebene Verfahren läßt sich ebenfalls zur Dehnungsmessung einsetzen, und wenn die zeitveränder liche Belastung des Bauteils 1 periodisch erfolgt, lassen sich mit diesem Verfahren auch Schwingungen sichtbar machen.

Claims

1. Verfahren zur zerstörungsfreien Erkennung von Material- und/oder Bauteilfehlern, bei dem das zu prüfende Objekt zeitverschoben zwei unterschiedlichen Be lastungszuständen ausgesetzt und das Bauteil zumindest auf Teilflächen in diesen Belastungszuständen mit zumin dest teilweise kohärenter Strahlung bestrahlt und auf einem Aufzeichnungsmedium abgebildet wird, wobei dieser Abbildung eine Referenzstrahlung definierter Phasenlage überlagert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die auf grund einer Belastung auftretende zeitliche Veränderung der Oberfläche des zu prüfenden Objekts auf einen photoempfindlichen Detektor abgebildet und dieser Abbildung die Referenzstrahlung überlagert wird, wodurch ein sich zeitlich änderndes Interferenzfeld erzeugt wird, das sowohl örtlich als auch zeitlich ausgewertet und ein Maß der zeitlichen Veränderung der Art, Größe und/oder Lage einem Material- und/oder Bauteilfehler zu geordnet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertung des sich zeitlich ändernden Interferenz feldes nach einer zeitlichen Verzögerung, nachdem das Objekt einer Belastung unterworfen wurde, erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Auswertung des sich zeitlich ändernden Interferenzfeldes in kurzen Zeitintervallen unterteilt getaktet erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer der Zeitintervalle vor jeder Messung einge stellt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeich net, daß in jedem Zeitintervall das Maß für die lokal auftretende Oberflächenveränderung gebildet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge kennzeichnet, daß die Auswertung der lokal auftretenden Oberflächenveränderung derart durchgeführt wird, daß die durch eine Veränderung der Oberfläche des Objekts her vorgerufene Intensitätsänderung im Detektor zu einer Zu nahme des Maßes führt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge kennzeichnet, daß im Detektor die Bildinformation der Oberfläche des Bauteils in mehrere Bildelemente unter teilt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Maß für die lokal auftretende Oberflächenveränderung das zeitliche Integral des gewichteten Betrages des zeitlichen Differentials der Intensität des jeweiligen Bildelementes einer bestrahlten Teilfläche ermittelt wird, wobei für dieses Maß gilt, mit
t = Zeit als Integrationsvariable,
τ_o = untere Integrationsgrenze,
τ = obere Integrationsgrenze,
α_x,y(t) = Gewichtungsfunktion für ein Bildelement x,y,
x,y = Ortskoordinaten des Bildelementes des Ob jekts,
I_x,y(t) = Intensität eines Bildelementes x,y als Funktion der Zeit,
M_x,y(τ) = Maß für die aufgetretene Oberflächenverän derung im Zeitintervall τ-τ_o.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge kennzeichnet, daß das Maß für die lokal auftretende Oberflächenveränderung mit Grenzwerten für die entspre chende Teilfläche oder das entsprechende Bildelement der Teilfläche des Objekts verglichen wird und aufgrund die ses Vergleichs auf eine Fehlstelle geschlossen wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ermittlung der Grenzwerte für ein Objekt durch Mes sungen an einem fehlerfreien Objekt erfolgt.

11. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewichtungsfunktion auf die zeitliche Veränderung der Belastung und die bauteil- und materialspezifischen Parameter des Objekts örtlich und/oder zeitlich abge stimmt wird, wobei
die Gewichtungsfunktion eine monoton wachsende Funktion der Zeit ist, so daß die betragsmäßige Intensitätsablei tung zu einem frühen Zeitpunkt der zeitlichen Verände rung der Belastung des Objekts in geringem Maße und zu späteren Zeitpunkten in größerem Maße zum Integral bei trägt,
oder
die Gewichtungsfunktion eine monoton fallende Funktion der Zeit ist, so daß die betragsmäßige Intensitätsablei tung zu einem frühen Zeitpunkt der zeitlichen Verände rung der Belastung des Objekts in größerem Maße und zu späteren Zeitpunkten in geringerem Maße zum Integral bei trägt,
oder
die Gewichtungsfunktion eine konstante Funktion der Zeit ist, so daß die betragsmäßige Intensitätsableitung zu jedem Zeitpunkt der zeitlichen Veränderung der Belastung gleich gewichtet wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 11, dadurch gekenn zeichnet, daß die Gewichtungsfunktion für ein Bildele ment als monoton wachsende, monoton fallende oder als konstante Funktion gewählt wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch ge kennzeichnet, daß nach einer Auswertung der Lage der Fehlstelle in einer Teilfläche unter Zuhilfenahme einer zusätzlichen Information über die räumliche Struktur und Lage des Objekts eine Ermittlung der räumlichen Lage der Fehlstelle im Objekt erfolgt.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch ge kennzeichnet, daß die ausgewerteten Daten für die Quali tätssicherung verwendet und auf einem Monitor angezeigt werden.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Fehlstellen ihrer Art und Größe nach auf dem Monitor unterschiedlich gekennzeichnet werden.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Fehlstellen durch unterschiedliche Farben gekenn zeichnet werden.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch ge kennzeichnet, daß über die ausgewerteten Informationen über die Lage einer Fehlstelle in einer Teilfläche Steu ersignale für eine Einrichtung zur Manipulierung des Ob jekts erzeugt werden.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß über die Einrichtung eine Markierung der Fehlstelle auf der Oberfläche des Objekts erfolgt.

19. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß über die Einrichtung ein mechanischer Eingriff am Objekt erfolgt.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch ge kennzeichnet, daß das Maß für eine Dehnungsmessung des Bauteils verwendet wird.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch ge kennzeichnet, daß das Maß einer Schwingungsamplitude ei nes wechselbelasteten Bauteils zugeordnet wird.