DE69317142T2

DE69317142T2 - Verfahren zum Nachweis der Feuchtigkeit innerhalb von Platten mit Honigwabenstruktur

Info

Publication number: DE69317142T2
Application number: DE69317142T
Authority: DE
Inventors: Hideyuki Hirasawa; Hiroyuki Matsumura; Takamasa Ogata; Kenji Tsubaki; Masato Uchiyama
Original assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Current assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Priority date: 1992-04-20
Filing date: 1993-04-20
Publication date: 1998-11-12
Anticipated expiration: 2013-04-21
Also published as: JPH0627061A; EP0567078B1; JPH0812162B2; EP0567078A2; DE69317142D1; EP0567078A3; US5433106A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Detektieren von Feuchtigkeit in einer Wabenstruktur durch kontinuierliches Erwärmen der Struktur von außen her ohne direkten Kontakt mit der Struktur.
In einer Wabenstruktur, wie z.B. Tragflächen eines Flugzeugs, besteht ein Problem dahingehend, daß in der Luft enthaltene Feuchtigkeit aufgrund von wiederholten Flügen oder aufgrund einer Veränderung beim Atmosphärendruck in die Wabenstruktur eindringt und ferner eine Taukondensation lokal darin auftritt. Die Feuchtigkeit in der Wabenstruktur gefriert, wenn das Flugzeug einen Flug in großer Höhe unternimmt, und Verbindungsbereiche zwischen der Wabenstruktur und einer Außenplatte schälen sich aufgrund einer Volumenexpansion der Feuchtigkeit beim Gefrieren ab, wodurch eine Beschädigung der Wabenstruktur verursacht wird, wenn sich die lokale Trennung der Verbindung ausbreitet.
Zur Überwindung des vorstehend genannten Problems wurden bisher verschiedene Techniken verwendet, wie z.B. eine röntgenologische Untersuchung durch Röntgenstrahlen, ein zerstörungsfreier Test durch Ultraschallwellen usw.
Ferner ist als eine der Techniken zum Lösen des vorstehend genannten Problems ein Verfahren zum Detektieren von Feuchtigkeit in einer Flugzeug- Wabenstruktur vorgeschlagen worden, bei der Infrarotbilder einer Flugzeugstruktur sowie von Bordgerätschaften unter Verwendung einer Infrarotbild- Erzeugungsvorrichtung aufgenommen werden, um den normalen und anomalen Zustand des Flugzeugkörpers und der Bordgerätschaften auf der Basis der erzielten Infrarotbilder zu überprüfen, wie dies in der Schrift Transcript of Lectures (1991) of 29th Airplane Symposium (8. Oktober 1991) in Japan offenbart ist.
Bei diesem Feuchtigkeitsüberprüfungsverfahren werden anomale Bereichen der Wabenstruktur folgendermaßen detektiert: Stehende Bilder von den Oberflächen der Wabenstruktur werden zuvor unter Verwendung der Infrarotbild-Erzeugungsvorrichtung aufgenommen; Integrationsbilder (Summationsbilder) werden durch Aufnehmen einer Mehrzahl von Infrarotbildern geschaffen, nachdem das Flugzeug gelandet ist und dadurch die Temperatur des Flugzeugs ansteigt; und die Integrationsbilder werden mit den stehenden Bildern verglichen, um anomale Bereiche der Wabenstruktur zu detektieren. Ferner ist in dem vorstehend genannten Symposium auch eine Technik zum Aufnehmen von Infrarotbildern von einem zu überprüfenden Gegenstand nach einer momentanen Erwärmung und Abkühlung vorgeschlagen worden.
Ein weiteres zerstörungsfreies Inspektionsverfahren für eine Verbundstruktur ist ferner in den japanischen veröffentlichten ungeprüften Patentanmeldungen Nrn. 3- Verbinden dünner Platten gebildete Struktur auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmt wird und die Oberflächentemperaturverteilung während des Abkühlungsvorgangs auf der Basis eines Infrarotbildes gemessen wird, um dadurch fehlerhafte Stellen der Verbundbereiche zu unterscheiden.
Die vorstehend genannten Verfahren des Standes der Technik zum Detektieren von Feuchtigkeit in einer Wabenstruktur beinhalten verschiedene Nachteile, wie z.B.: Im Fall der zerstörungsfreien Überprüfung durch röntgenologische Untersuchung (Röntgenstrahlen) ist eine radioaktive Röntgenquelle erforderlich, und die Handhabung ist daher nicht sicher; für die Inspektion ist ein Spezialfilm notwendig, so daß die Inspektion teuer ist; die Durchführbarkeit der Feuchtigkeitsdetektion ist gering, und außerdem ist die Automatisierung des Feuchtigkeitsdetektionsverfahrens recht schwer zu realisieren; und es ist unmöglich, eine solche kleine Feuchtigkeitsmenge zu detektieren, bei der jede Zelle der Wabenstruktur nicht perfekt mit Feuchtigkeit gefüllt ist usw. Bei der röntgenologischen Messung auf der Basis einer Differenz bei der Filmdichte z.B., wobei eine Mehrzahl von Zellenmustern einer Wabenstruktur bereitgestellt werden und weitere Zellen mit Wasser gefüllt sowie teilweise Wasser enthaltende Zellen mittels Röntgenstrahlen aufgenommen werden, ist genauer gesagt eine Differenz in der Filmdichte zwischen den kein Wasser beinhaltenden normalen Zellen und den mit Wasser gefüllten anomalen Zellen relativ groß und läßt sich daher unterscheiden. Eine Differenz in der Filmdichte zwischen den kein Wasser beinhaltenden normalen Zellen und den teilweise Wasser enthaltenden anomalen Zellen ist jedoch relativ gering und somit nur schwer zu unterscheiden.
Im Fall der zerstörungsfreien Überprüfung durch Ultraschallwellen ist eine mit der Messung vertraute Inspektionsperson erforderlich; die Durchführbarkeit der Feuchtigkeitsdetektion ist gering; die Automatisierung der Feuchtigkeitsdetektion ist schwierig; es ist schwer, eine geringe Menge an Feuchtigkeit zu detektieren usw.
Im Fall der Feuchtigkeitsinspektion aufgrund von Infrarotbildern ist es aufgrund der Tatsache, daß zuvor stehende Bilder aufgenommen werden müssen, recht schwierig, dieses Verfahren bei verschiedenen anderen Wabenstrukturen als einer speziellen Struktur anzuwenden. Da die Infrarotbilder aufgenommen werden, wenn die Temperatur des Flugzeugs nach dem Landen ansteigt, ist es außerdem schwierig, eine geringe Feuchtigkeitsmenge zu detektieren. Dies ist dadurch bedingt, daß eine Temperaturdifferenz zwischen normalen und anomalen Bereichen gering ist und zusätzlich dazu die Detektion dem Einfluß von Rauschen ausgesetzt ist, so daß die Detektionsgenauigkeit verschlechtert wird, mit dem Ergebnis, daß die Auflösungsleistung der Temperaturdetektion nur ca. 0,3 bis 0,5ºC beträgt.
Ferner ist ein Verfahren des vorstehend genannten Typs bekannt (NON-DESTRUCTIVE TESTING, Bd. 6, Nr. 2, April 1973, S. 74-80; S.E. Cohen: "The Design and Application of the Traversing Infra-Red Inspection System TIRIS"), bei dem eine heiße Luft ausstoßende Vorrichtung eine heiße Linie in der Oberfläche einer zu testenden Struktur erzeugt, wobei die heiße Linie langsam über die dem Test unterzogene Fläche bewegt wird. Bildaufnahmeeinrichtungen bilden Infrarotbilder auf dem Bildschirm eines Monitors. Eine Analyse der Bilder erfolgt visuell. Wenn die sich bewegende Linie eine Lücke oder dergleichen quert, wird die erwärmte Linie verformt, da eine Lücke die Erwärmung des Materials beträchtlich verzögert.
Die US-A-4 647 220 offenbart ein Verfahren zum Detektieren von Korrosion unter Verwendung einer Infrarotanalyse durch Erwärmen eines zu testenden Bereichs sowie Detektion von Temperaturunterschieden, die in diesem Bereich auftreten.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der 15 Schaffung eines Verfahrens zum Detektieren von Feuchtigkeit in einer Wabenstruktur, das eine hohe Detektionsgenauigkeit und Durchführbarkeit aufweist und das sich ferner automatisieren läßt.
Zum Erreichen des vorstehend genannten Ziels umfaßt das Verfahren zum Detektieren von Feuchtigkeit in einer Wabenstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung die in Anspruch 1 angegebenen Schritte.
25 Die Temperatur auf der Oberfläche der erwärmten Wabenstruktur wird gemessen, nachdem eine vorbestimmte Zeit ab dem Start der Erwärmung verstrichen ist. Ein Vorhandensein von Feuchtigkeit wird auf der Basis einer Differenz bei der Temperatur oder einer Temperaturänderungsrate zwischen einem anomalen Bereich und einem normalen Bereich detektiert. Ferner werden Infrarotbildsignale auf der Basis der gemessenen Temperatur geschaffen und in binäre Signale umgewandelt. Die Feuchtigkeit wird auf der Basis der in binäre Signale umgewandelten Infrarotbildsignale detektiert.
Ferner beinhaltet das Verfahren folgende Schritte: Erwärmen einer Wabenstruktur; Messen der Temperatur auf einer Oberfläche der Wabenstruktur mittels eines Infrarotstrahlungsthermometers; Schaffen von Infrarotbildsignalen auf der Basis der gemessenen Temperatur; Anzeigen der erzielten Infrarotbildsignale; Unterscheiden eines anomalen Bereichs auf dem angezeigten Infrarotbild; kontinuierliches Erwärmen der Wabenstruktur zur kontinuierlichen Messung von Temperaturen an dem anomalen sowie an dem normalen Bereich; und Detektieren eines Vorhandenseins von Feuchtigkeit an dem anomalen Bereich auf der Basis eines Vergleichs bei der Temperaturänderungsrate zwischen dem anomalen und dem normalen Bereich.
Da bei dem Verfahren zum Detektieren von Feuchtigkeit in einer Wabenstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung die Wabenstruktur kontinuierlich erwärmt wird, ohne daß ein direkter Kontakt mit der Wabenstruktur erfolgt, ist es möglich, eine Temperaturdifferenz zwischen dem anomalen Bereich (der Feuchtigkeit enthält) und dem normalen Bereich (der keine Feuchtigkeit enthält) nach ausreichender Erwärmung der Struktur zu messen, wodurch sich die Feuchtigkeitsdetektionsgenauigkeit verbessern läßt. Da es bei der vorliegenden Erfindung ferner nicht notwendig ist, im voraus ein Foto von der Wabenstruktur anzufertigen, ist es möglich, das Verfahren der vorliegenden Erfindung bei jeglicher Art von Wabenstrukturen anzuwenden.
Da sich die Konstruktion ferner erwärmen läßt, ohne daß es zu einem direkten Kontakt mit der Heizeinrichtung kommt, und die Temperatur der erwärmten Struktur durch das Infrarotstrahlungsthermometer gemessen werden kann, ist es möglich, die Feuchtigkeitsdetektionsvorgänge gemäß der vorliegenden Erfindung in einfacher, effizienter und kostengünstiger Weise durchzuführen, wobei ferner eine Automatisierung möglich ist.
Da die Oberflächentemperatur gemessen wird, nachdem eine vorbestimmte Zeit ab dem Start der Erwärmung verstrichen ist, läßt sich ferner eine ausreichend große Tempereturdifferenz zwischen dem anomalen und dem normalen Bereich messen, wodurch die Detektionsgenauigkeit verbessert wird.
Da ferner die detektierten Temperaturdaten in Infrarotbildsignale umgewandelt werden und diese ferner in binäre Daten umgesetzt werden, ist es möglich, Feuchtigkeit für jeden Abschnitt der Wabenstruktur automatisch zu detektieren.
In dem Fall, in dem sichtbares Licht als Einrichtung zum Erwärmen der Wabenstruktur verwendet wird, läßt sich das der Erwärmung dienende Licht kostengünstig als Beleuchtungseinrichtung verwenden. In dem Fall, in dem Infrarotlicht als Einrichtung zum Erwärmen der Konstruktion verwendet wird, ist es ferner möglich, die Erwärmungszeit zu reduzieren und somit die Effizienz des Detektionsvorgangs zu verbessern.
Wenn das Infrarotbild auf einer Anzeigeeinheit angezeigt wird, ist es ferner möglich, die anomalen Positionen grob zu lokalisieren, wodurch sich die Detektionseffizienz für die nachfolgende feine und exakte Detektion verbessern läßt.
In dem Fall, in dem die Wabenstruktur kontinuierlich erwärmt wird, werden die Temperaturen an dem anomalen und dem normalen Bereich ferner kontinuierlich gemessen; und die Temperaturänderungsraten an den anomalen und den normalen Bereichen werden miteinander verglichen, um die Temperatur an den anomalen Bereichen festzustellen; da eine geringe Menge an Feuchtigkeit als Differenz bei der Temperaturänderungsrate sicher detektiert werden kann, ist es möglich, das Vorhandensein von Feuchtigkeit mit hoher Genauigkeit zu detektieren.
In den beigefügten Zeichnungen zeigen:
Figur 1 ein Blockdiagramm unter Darstellung eines Systems gemäß der vorliegenden Erfindung zum Detektieren von Feuchtigkeit in einer Wabenstruktur;
Figur 2 eine Darstellung zur Hilfe bei der Erläuterung eines auf einer Anzeigeeinheit angezeigten Bildes, wobei Meßpunkte auf der Basis einer Bezugsmarke bestimmt worden sind;
Figur 3 eine Darstellung zur Hilfe bei der Erläuterung eines Beispiels eines Papierausdrucks, auf dem anomale Punkte, die Feuchtigkeit beinhalten, in einem Koordinatensystem dargestellt sind;
Figur 4 eine Darstellung zur Hilfe bei der Erläuterung des Verfahrens der Temperaturmessung auf der oberen Oberfläche eines Teststücks, das durch über die Oberfläche erfolgende Erwärmung erwärmt wird;
Figur 5 eine Darstellung zur Hilfe bei der Erläuterung eines Infrarotbildes, das auf einer Anzeigeeinheit dargestellt wird, wenn Wasser eine Zelle füllt;
Figur 6 eine graphische Darstellung der Temperatur-Veränderungsratencharakteristik sowohl im normalen Bereich als auch im anomalen Bereich, wenn Wasser eine Zelle füllt;
Figur 7 eine Darstellung zur Hilfe bei der Erläuterung des auf der Anzeigeeinheit angezeigten Infrarotbildes, wenn Wasser an einer Zelle anhaftet;
Figur 8 eine graphische Darstellung der Temperatur-Veränderungsratencharakteristik sowohl im normalen Bereich als auch im anomalen Bereich, wenn Wasser an einer Zelle anhaftet;
Figur 9 eine Darstellung zur Hilfe bei der Erläuterung des Verfahrens der Temperaturmessung an der unteren Oberfläche eines Teststücks, das durch Erwärmung an der unteren Oberfläche erwärmt wird;
Figur 10 eine Darstellung zur Hilfe bei der Erläuterung eines Infrarotbildes, das auf einer Anzeigeeinheit dargestellt wird, wenn Wasser eine Zelle füllt;
Figur 11 eine graphische Darstellung der Temperatur-Veränderungsratencharakteristik sowohl im normalen als auch im anomalen Bereich, wenn Wasser eine Zelle füllt;
Figur 12 eine Darstellung zur Hilfe bei der Erläuterung des auf der Anzeigeeinheit angezeigten Infrarotbildes, wenn Wasser an einer Zelle anhaftet;
Figur 13 eine graphische Darstellung der Temperatur-Veränderungsratencharakteristik sowohl im normalen als auch im anomalen Bereich, wenn Wasser an einer Zelle anhaftet;
Figur 14 eine graphische Darstellung der Differenz bei der Temperaturanstiegsrate bei fünf Teststücken, wobei beide Fälle dargestellt sind, nämlich der Fall, in dem Wasser eine Zelle füllt und Wasser an einer Zelle anhaftet; und
Figur 15 eine graphische Darstellung der Differenz bei der Temperaturanstiegsrate eines Teststücks A zwischen der Erwärmung der oberen Oberfläche und der unteren Oberfläche, wobei beide Fälle dargestellt sind, nämlich der Fall, in dem Wasser eine Zelle füllt und Wasser an einer Zelle anhaft.
Ein erstes Ausführungsbeispiel des Verfahrens zum Feststellen von Feuchtigkeit in einer Wabenstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Vor der Beschreibung des ersten Ausführungsbeispiels wird ein bei dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung verwendetes Detektionssystem im folgenden ausführlich beschrieben.
Wie in Fig. 1 zu sehen ist, umfaßt das System im großen und ganzen ein Infrarotstrahlungsthermometer (Temperaturmeßeinrichtung) 2, eine Glühlampe 3 (Heizeinrichtung), einen Orthogonalkoordinaten-5- Achsenroboter 10 mit mehreren Gelenken, eine Thermometersteuereinheit 20, eine Lampenantriebseinheit 35, eine Robotersteuereinheit 19, einen Computer 30 usw.
Das Infrarotstrahlungsthermometer 2 und die Glühlampe 3 sind beide über einer oberen Oberfläche einer Flugzeug-Tragfläche 1 angeordnet, und zwar in einem vorbestimmten Abstand von der Tragfläche 1, um in einer Wabenstruktur 1a der Flugzeug-Tragfläche 1 beinhaltete Feuchtigkeit zu detektieren. Das Infrarotstrahlungsthermometer 2 und die Glühlampe 3 sind durch einen Greifer 18 des Orthogonal-5-Achsen- Roboters 10 mit mehreren Gelenken derart gehaltert, daß sie dreidimensional beweglich sind.
Der Roboter 10 besteht aus einer Basis 11, die sich in Längsrichtung der Tragfläche 1 erstreckt und relativ zu dem Boden beweglich ist, einem Paar Kugeispindel- Führungsstangen 12, die an der Basis 11 befestigt sind und sich diese entlangerstrecken, einem beweglichen Basiselement 13, das unter numerischer Steuerung die Führungsstange 12 entlangbeweglich ist, einem Ständer 14, der vertikal auf dem beweglichen Basiselement 13 angeordnet ist, einen ersten Arm 15, einem zweiten Arm 16, einem dritten Arm 17 sowie dem Greifer 18, der von herkömmlicher Konstruktion ist. Der Roboter 10 wird durch die Robotersteuereinheit 19 gesteuert.
Das Infrarotstrahlungsthermometer 2 wird durch die Infrarotstrahlungsthermometer-Steuereinheit 20 gesteuert, mit der eine Kathodenstrahiröhren- Anzeigeeinheit 21, ein Farbdrucker 22, eine Tastatur 23 und eine Maus 24 zum Bewegen eines Cursors auf einem Bild der Anzeigeeinheit 21 verbunden sind. Ferner sind eine Videoband-Antriebseinheit 25 zum Aufzeichnen von Daten auf einem Videoband sowie ein Diskettenlaufwerk 26 zum Aufzeichnen von Daten auf einer Diskette mit der Thermometersteuereinheit 20 verbunden.
Die Thermometersteuereinheit 20 ist mit dem Computer 30 verbunden, mit dem eine Kathodenstrahlröhren- Anzeigeeinheit 31, ein Drucker 32, eine Tastatur 33, ein Diskettenlaufwerk 34 zum Antreiben einer Diskette usw. verbunden sind. Ferner ist der Computer 30 mit der Robotersteuereinheit 19 und der Lampenantriebseinheit 35 verbunden. Ein Steuerprogramm zum Steuern des Roboters 10 über die Robotersteuereinheit 19 sowie weitere Programme zum Steuern der Thermometersteuereinheit 20 und der Lampenantriebseinheit 35 sind alle zuvor in dem Computer 30 gespeichert worden.
Im folgenden wird das Verfahren zum Detektieren von Feuchtigkeit in der Wabenstruktur der Tragfläche 1 unter Verwendung des vorstehend genannten Feuchtigkeitsdetektionssystems beschrieben.
In einem ersten Schritt wird der Roboter 10 nach Maßgabe eines von dem Computer 30 durch die Robotersteuereinheit 19 übertragenen Befehls betätigt, so daß das Infrarotstrahlungsthermometer 2 und die Glühlampe 3 beide über die Oberfläche der Tragfläche 1 (einen zu messenden Gegenstand) bewegt werden.
In einem zweiten Schritt wird eine Bezugspositionsmarke (ein Koordinaten-Ursprung) 4 unter Verwendung einer kreuzförmigen Heizeinrichtung in einer vorbestimmten markierten Position innerhalb eines kleinen Abschnitts (Fläche) 5 des zu messenden Bereichs gesetzt, und es wird Strom durch die nun gesetzte, kreuzförmige Heizeinrichtung hindurchgeleitet. Der kleine zu vermessende Abschnitt 5 wird unter Verwendung der Glühlampe 3 für eine vorbestimmte Zeitdauer erwärmt. Die Oberflächentemperatur des erwärmten kleinen Abschnitts 5 wird mittels des Infrarotstrahlungsthermometers 2 fotografiert, um dadurch ein Infrarotbild zu schaffen; die Bildsignale des aufgenommenen Infrarotbildes werden zu der Thermometersteuereinheit 20 übertragen und die übertragenen Bildsignale werden auf der Anzeigeeinheit 21 angezeigt.
In einem dritten Schritt wird das auf der Anzeigeeinheit 21 angezeigte Infrarotbild auf der Basis seiner Farbe und seines Musters durch visuelle Betrachtung überprüft, um dadurch eine einzelne oder mehrere anomale Stellen auf der Oberfläche der Wabenstruktur zu detektieren.
In einem vierten Schritt wird der Cursor unter Verwendung der Maus 24 zu der anomalen Position bewegt. Unter diesen Bedingungen wird die anomale Position als Meßpunkt durch Übertragen eines Befehls von der Tastatur 23 zu der Thermometersteuereinheit 20 gesetzt. Bei Vorhandensein einer Mehrzahl anomaler Bereiche wird der vorstehend erläuterte Vorgang ferner wiederholt, um die mehreren anomalen Punkte als Meßpunkte zu setzen. In diesem Fall wird auch die Bezugsmarke 4 als Meßpunkt gesetzt. Ferner ist es möglich, eine weitere Grundposition oder einen normalen Bereich als Meßpunkte zu setzen. Im Fall des in Fig. 1 gezeigten Thermometers 20 können z.B. zehn Meßpunkte gesetzt werden. Fig. 2 zeigt ein Beispiel der Darstellung auf der Anzeigeeinheit 21, in der zwei anomale Bereiche 6, die Bezugsmarke 4a und 4 Meßpunkte 7 festgelegt und dargestellt sind.
Nach dem Setzen der Meßpunkte wird das angezeigte Infrarotbild durch den Farbdrucker 22 ausgedruckt.
In einem fünften Schritt wird die Glühlampe 3 durch den von dem Computer 30 übertragenen Befehl mittels der Lampenantriebseinheit 35 eingeschaltet, um den kleinen zu messenden Abschnitt 5 (in derselben Weise wie in dem vorstehend genannten Schritt 2) weiter kontinuierlich zu erwärmen, und die Bezugsmarke 4 wird weiter erwärmt. Die Temperaturen an einer Mehrzahl der in dem vierten Schritt gesetzten Meßpunkte werden durch das Infrarotstrahlungsthermometer 2 zeitlich der Reihe nach kontinuierlich gemessen. Die zeitlich der Reihe nach erzielten Temperatursignale werden durch die Temperatursteuereinheit 20 einer Analog-Digital- Umwandlung unterzogen, und die umgewandelten digitalen Signale werden dem Computer 30 zeitlich der Reihe nach zugeführt.
In einem sechsten Schritt werden die zugeführten Temperaturdaten an den mehreren Meßpunkten gemäß einem zuvor in dem Computer 30 gespeicherten Analyseprogramm analysiert, um dadurch eine Unterscheidung dahingehend vorzunehmen, ob Feuchtigkeit in dem einzelnen oder in den mehreren anomalen Bereichen vorhanden ist, die bereits in dem vierten Schritt gesetzt worden sind.
Bei dieser Analyse werden die Temperaturänderungsraten an dem einzelnen oder den mehreren normalen Bereichen berechnet, und die Temperaturänderungsraten an den jeweiligen anomalen Bereichen werden ebenfalls berechnet. Wenn die Temperaturänderungsrate an dem anomalen Bereich nennenswert geringer ist als an den normalen Bereichen, erfolgt für den anomalen Bereich die Feststellung, daß Feuchtigkeit vorhanden ist. Wenn dagegen kein wesentlicher Unterschied in der Temperaturänderungsrate zwischen dem anomalen Bereich und den normalen Bereichen vorhanden ist, erfolgt für den anomalen Bereich die Feststellung, daß keine Feuchtigkeit vorhanden ist.
Der Grund hierfür ist folgender: In dem Fall, in dem Wasser eine einzelne oder mehrere sechseckige Zellen der Wabenstruktur füllt oder daran anhaftet, ist die Temperaturänderungsrate an dem anomalen Bereich im Vergleich zu der Temperaturänderungsrate an dem normalen Bereich aufgrund des Einflusses der latenten Wärme der Feuchtigkeitsverdunstung mit Sicherheit gering, so daß es möglich ist, das Vorhandensein oder Nicht-Vorhandensein von Feuchtigkeit an den anomalen Bereichen festzustellen.
Da ferner die Temperaturdifferenz zwischen dem normalen und dem anomalen Bereich nach der kontinuierlichen Erwärmung der Meßpunkte stärker ansteigt, ist es bevorzugt, das Vorhandensein oder Nicht-Vorhandensein von Feuchtigkeit an den anomalen Bereichen auf der Basis der Temperaturdifferenz zu detektieren, die sich nach der über eine lange Zeitdauer erfolgenden, kontinuierlichen Erwärmung des zu messenden Gegenstands ergibt.
In einem siebten Schritt werden die Meßpunkte der anomalen Bereiche (in denen Feuchtigkeit vorhanden ist) in Relation zu der Bezugsrnarke 4 gesetzt, und zwar durch Berechnungen auf der Basis der Positionsdaten, die die in dem vierten Schritt gesetzten Meßpunkte darstellen, der Daten im Hinblick auf die anomalen Bereiche (in denen Feuchtigkeit vorhanden ist), die durch die Analyseergebnisse in dem sechsten Schritt erzielt wurden, sowie der Steuerdaten (einschließlich der Positionsdaten, die die Position des Greifers 18 des Roboters 10 wiedergeben), die von der Robotersteuereinheit 19 geliefert werden. Fig. 3 zeigt ein Beispiel, in dem eine Bezugsmarke 4b, zwei Meßpunkte 7a der anomalen Bereiche, die Feuchtigkeit beinhalten, zusammen mit den Positionsinformationsdaten (Koordinaten: (m, n) oder (i, j)) der anomalen Meßpunkte 7a gezeigt sind, wobei die Bezugsmarke 4b (0, 0) als Koordinatenursprung dient. Diese Daten werden allesamt von dem Drucker 32 ausgedruckt. Ferner werden in dem vorstehend genannten Berechnungsschritt die Berechnungssteuerprogramme vorab allesamt in dem Computer 30 gespeichert.
Wie vorstehend beschrieben wurde, ist es aufgrund der Tatsache möglich, daß eine Marke, an der die Bezugsmarke 4 gesetzt ist, in dem kleinen Abschnitt 5 auf der zu messenden Tragfläche 1 ausgedruckt wird, möglich, die Positionen und die Flächen der anomalen Bereiche, in denen Feuchtigkeit in dem zu vermessenden kleinen Abschnitt 5 auf der Tragfläche 1 vorhanden ist, exakt festzustellen.
Die Testergebnisse des Verfahrens zum Detektieren der Feuchtigkeit in der Wabenstruktur werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Fig. 4 bis 15 beschrieben.

[Erwärmung von der oberen Oberfläche her]

Wie in Fig. 4 gezeigt ist, sind das Infrarotstrahlungsthermometer 2 und eine fotografische Lampe 40 über dem Wabenmaterial (Teststück) 1 angeordnet. Der Fall, in dem das Wabenmaterial 1 durch die fotografische Lampe 40 von oben her erwärmt wird, wird als Erwärmung über der oberen Oberfläche definiert. Der Test wurde für beide Fälle ausgeführt, in denen Wasser die Zelle des Wabenmaterials 1 ausfüllt sowie an der Zelle anhaftet.
Fig. 5 zeigt ein Infrarotbild, das man erhält, wenn Wasser in dem vierten Schritt eine Zelle füllt, wobei ein anomaler Bereich 6A durch ein Gitter dargestellt ist und der verbleibende, normale Bereich schraffiert dargestellt ist. Fig. 7 zeigt ein Infrarotbild, das man erhält, wenn Wasser in dem vierten Schritt an der Zelle anhaftet, wobei ein anomaler Bereich 6A durch ein Gitter dargestellt ist, während der verbleibende, normale Bereich schraffiert dargestellt ist.
Ferner zeigt Fig. 6 ein Temperaturkennliniendiagramm, das man erhält, wenn Wasser in dem fünften Schritt eine Zelle füllt, wobei die Temperaturänderung sowohl für den normalen als auch den anomalen kontinuierlich erwärmten Bereich dargestellt ist, nachdem die Meßpunkte in der in Fig. 5 gezeigten Weise in dem Infrarotbild gesetzt worden sind. Fig. 8 zeigt ein Temperaturkennliniendiagramm, das man erhält, wenn Wasser in dem fünften Schritt an einer Zelle anhaftet, wobei die Temperaturänderung sowohl für den normalen als auch den anomalen kontinuierlich erwärmten Bereich dargestellt ist, nachdem die Meßpunkte in der in Fig. 7 gezeigten Weise in dem Infrarotbild festgesetzt worden sind.
Die vorstehend genannten Testergebnisse zeigen, daß die Temperaturänderungsrate an den anomalen Bereichen geringer ist als an den normalen Bereichen, und zwar für beide Fälle, in denen Wasser die Zelle füllt und Wasser an der Zelle anhaftet.

[Erwärmung von der unteren Oberfläche her]

Wie in Fig. 9 gezeigt ist, wurde das Infrarotstrahlungthermometer 2 über dem Wabenmaterial (Teststück) 1 angeordnet, und eine fotografische Lampe 40A wurde unter dem Wabenmaterial 1 angeordnet. Der Fall, in dem das Wabenmaterial 1 durch die fotografische Lampe 40A von der Unterseite her erwärmt wird, ist als Erwärmung von der unteren Oberfläche her definiert. Der Test wurde für beide Fälle durchgeführt, in denen Wasser die Zelle des Wabenmaterials 1 füllt und Wasser an dieser anhaftet.
Fig. 10 zeigt ein Infrarotbild, das man erhält, wenn Wasser in dem vierten Schritt eine Zelle füllt, wobei ein anomaler Bereich 6A durch ein Gitter dargestellt ist und der übrige, normale Bereich schraffiert dargestellt ist. Fig. 12 zeigt ein Infrarotbild, das man erhält, wenn Wasser in dem vierten Schritt an einer Zelle anhaftet, wobei ein anomaler Bereich 6A durch ein Gitter dargestellt ist und der verbleibende, normale Bereich schraffiert dargestellt ist. Da die Testtemperatur in diesem Test niedriger war als bei dem Test mit Erwärmung von der oberen Oberfläche her, waren die Zellenmuster des Wabenmaterials erkennbar. Diese Muster sind in den Fig. 10 und 12 jedoch weggelassen.
Ferner zeigt Fig. 11 ein Temperaturkennliniendiagramm, das man erhält, wenn Wasser in dem fünften Schritt eine Zelle füllt, wobei die Temperaturänderung sowohl für den normalen als auch den anomalen kontinuierlich erwärmten Bereich dargestellt ist, nachdem die Meßpunkte in dem Infrarotbild in der in Fig. 10 gezeigten Weise gesetzt worden sind. Fig. 13 zeigt ein Temperaturkennliniendiagramm, das man erhält, wenn Wasser in dem fünften Schritt an einer Zelle anhaftet, wobei die Temperaturänderung sowohl für den normalen als auch den anomalen kontinuierlich erwärmten Bereich dargestellt ist, nachdem die Meßpunkte in dem Infrarotbild in der in Fig. 12 gezeigten Weise gesetzt worden sind.
Die vorstehenden Testergebnisse zeigen, daß die Temperaturänderungsrate an den anomalen Bereichen geringer ist als an den normalen Bereichen, und zwar für beide Fälle, in denen Wasser die Zelle füllt und Wasser an der Zelle anhaftet.
Ferner wurden fünf Teststücke A, B, C, C, D aus Wabenmaterial (Wabenverbundmaterialien aus verschiedenen faserverstärkten Kunststoffen) vorbereitet. Dieselben Tests wie vorstehend (über der oberen Oberfläche und der unteren Oberfläche erfolgende Erwärmungstests sowohl, wenn Wasser die Zelle füllt, als auch wenn Wasser an der Zelle anhaftet) wurden für diese Teststücke unter Verwendung einer Glühlampe von 500 W als Heizeinrichtung durchgeführt. Fig. 14 zeigt die Unterschiede der Temperaturanstiegsrate zwischen den normalen und den anomalen Bereichen der fünf Teststücke A bis D bei dem Test mit Erwärmung von der oberen Oberfläche her, wobei die schraffierten Kreise den Fall darstellen, in dem Wasser die Zelle füllt, und die normalen Kreise den Fall darstellen, in dem Wasser an der Zelle anhaftet. Fig. 15 zeigt die Unterschiede der Temperaturanstiegsrate zwischen dem normalen und dem anomalen Bereich des Teststücks A sowohl bei dem Test mit Erwärmung von der oberen Oberfläche her als auch bei dem Test mit Erwärmung von der unteren Oberfläche her, wobei der schraffierte Kreis und das schraffierte Dreieck den Fall darstellen, in dem Wasser die Zelle füllt, und der andere Kreis und das andere Dreieck den Fall darstellen, in dem Wasser an der Zelle anhaftet.
Ein zweites Ausführungsbeispiel des Verfahrens zum Detektieren von Feuchtigkeit in der Wabenstruktur wird im folgenden beschrieben.
Der erste und der vierte Schritt sind im wesentlichen dieselben wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel, so daß diese Schritte im folgenden weggelassen werden.
In einem fünften Schritt wird die Glühlampe 3 durch den von dem Computer 30 übermittelten Befehl durch die Lampenantriebseinheit 35 erleuchtet, um den kleinen zu messenden Abschnitt 5 (denselben wie in dem oben genannten Schritt 2) kontinuierlich zu erwärmen, und außerdem wird die Bezugsmarke 4 erwärmt, und zwar durch diese durchfließenden Strom. Die Temperaturen an einer Mehrzahl von in dem vierten Schritt gesetzten Meßpunkten werden durch das Infrarotstrahlungstemperatur 2 gemessen, nachdem eine vorbestimmte Zeit nach Start der kontinuierlichen Erwärmung verstrichen ist (z.B. 10 s) Ferner werden die Infrarotbilder durch den Farbdrucker 22 ausgedruckt. Es ist jedoch auch möglich, die vorstehend genannte Temperaturmessung sowie den Druckvorgang durch den Farbdrucker 22 in diesem fünften Schritt wegzulassen.
In dem sechsten Schritt bleibt der kleine Abschnitt 5 aus dem vorangehenden Schritt kontinuierlich erwärmt, und nachdem eine vorbestimmte Zeitdauer (z.B. 15 bis 20 s) ab Start der kontinuierlichen Erwärmung in dem vorangehenden Schritt verstrichen ist, werden die Temperaturen an einer Mehrzahl der in dem vierten Schritt gesetzten Meßpunkte durch das Infrarotstrahlungsthermometer 2 gemessen. Die erzielten Infrarotbildsignale werden durch die Thermometersteuereinheit 20 einer Analog-Digital- Wandlung unterzogen, und die umgewandleten Signale werden dem Computer 30 zugeführt. Hierbei handelt es sich bei der vorstehend genannten vorbestimmten verstrichenen Zeit um einen Zeitpunkt, an dem eine Temperaturdifferenz zwischen dem normalen und dem anomalen Bereich ausreichend ansteigt (z.B. ist die Temperatur an dem normalen Bereich etwa 5ºC höher als an dem anomalen Bereich) und zusätzlich dazu wird das Infrarotbild in den normalen Bereichen in seiner Farbe hellrosa oder weiß (bei etwa 45º bis 50ºC) und an den anomalen Bereichen dunkelrot oder dunkelrosa (bei ca. 40 bis 45ºC).
In dem siebten Schritt werden die erhaltenen Temperaturdaten auf der Basis eines vorbestimmten Schwellenwerts durch den Computer 30 nach Maßgabe eines vorbestimmten Programms in Binärdaten umgewandelt, und der anomale Bereich, in dem Feuchtigkeit vorhanden ist, wird auf der Basis der erzielten Binärdaten detektiert.
In dem achten Schritt wird die Position des anomalen Bereichs relativ zu der Bezugsrnarke 4 auf der Basis der Positionsdaten der in dem vierten Schritt festgesetzten Meßpunkte, der Daten in bezug auf den anomalen Bereich, die sich als Ergebnis des siebten Schritts ergeben, sowie auf der Basis von Steuerdaten berechnet, die von der Robotersteuereinheit 19 zugeführt werden (einschließlich der Positionsdaten des Greifers 18 des Roboters 10). Die Bezugsmarke, die Feuchtigkeit beinhaltenden anomalen Bereiche sowie die Positionsinformation (Koordinaten) der anomalen Bereiche, wie sie in Fig. 3 gezeigt sind, werden alle durch den Drucker 32 ausgedruckt.
Wie vorbestehend beschrieben wurde, ist es bei dem Verfahren zum Detektieren von Feuchtigkeit in einer Wabenstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, die Feuchtigkeit beinhaltenden anomalen Bereiche durch kontinuierliches Erwärmen der Wabenstruktur von außen her zu detektieren, um dadurch eine Temperaturdifferenz zwischen den normalen und den anomalen Bereichen zu erhöhen, ohne daß es dabei eines direkten Kontakts mit einem zu messenden Gegenstand bedarf, und zwar unter Messung der Temperaturen sowohl an den normalen als auch an den anomalen Bereichen unter Verwendung des Infrarotstrahlungsthermometers sowie durch Vergleichen der Temperaturen oder der Temperaturänderungsraten zwischen den normalen und den anomalen Bereichen. Ferner ist es möglich, die Feuchtigkeit durch eine mit hoher Geschwindigkeit ablaufende Verarbeitung innerhalb kurzer Zeit zu detektieren und den Feuchtigkeitsdetektions- Arbeitsvorgang zu automatisieren, so daß sich die Kosten für eine Feuchtigkeitsdetektion merklich reduzieren lassen.
Da die Bezugsmarke innerhalb des zu messenden Abschnitt gesetzt ist, ist es insbesondere möglich, den anomalen Bereich in Form von Koordinaten auf der Basis der Bezugsmarke (dem Ursprung der Koordinaten 18) zu lokalisieren.
Ferner kann anstatt der Glühlampe eine Infrarot- Heizvorrichtung als Heizeinrichtung verwendet werden. Ferner können die verschiedenen, auf eine hohe oder niedrige Temperatur erwärmten Bezugsmarken verwendet werden, solange sich die Temperatur an der Bezugsmarke von der Temperatur an den normalen und den anomalen Bereichen unterscheiden läßt. Ferner können das System und das Verfahren zum Detektieren von Feuchtigkeit gemäß der vorliegenden Erfindung bei verschiedenen anderen Wabenstrukturen als den Tragflächen eines Flugzeugs sowie verschiedenen anderen Wabenstrukturen als bei Fluggeräten verwendet werden.

Claims

1. Verfahren zum Detektieren von Feuchtigkeit in einer Wabenstruktur durch Erwärmen der Struktur (1) kontinuierlich von außen her ohne direkten Kontakt mit der Struktur&sub1; mit folgenden Schritten:

a) Anordnen einer Bezugspositionsmarken- Heizeinrichtung an einer Bezugsmarkenposition (4) innerhalb einer vorbestimmten Fläche (5) einer Oberfläche der Wabenstruktur (1a);

b) Aktivieren der Bezugspositionsmarken- Heizeinrichtung;

c) Erwärmen der vorbestimmten Fläche (5),

d) Photographieren der vorbestimmten Fläche (5), die die Bezugspositionsmarken-Heizeinrichtung (4) beinhaltet, mit einem

Infrarotstrahlungsthermometer (2) zur Erzielung von Infrarotbildsignalen der vorbestimmten Fläche (5) und der Bezugspositionsmarken- Heizeinrichtung (4);

e) Anzeigen eines Infrarotbildes der vorbestimmten Fläche (5) und der Bezugspostionsmarken- Heizeinrichtung (4);

f) Unterscheiden eines anomalen Bereichs (6) der vorbestimmten Fläche, der Feuchtigkeit auf dem angezeigten Infrarotbild enthält;

g) kontinuierliches Erwärmen der vorbestimmten Fläche unter kontinuierlicher Anzeige der Infrarotbilder sowohl des anomalen Bereichs (6), der Feuchtigkeit enthält, als auch eines normalen Bereichs, der frei ist von Feuchtigkeit;

h) Messen von temperaturbezogenen Eigenschaften des anomalen Bereichs (6) und des normalen Bereichs auf der Oberfläche der Struktur;

i) Detektieren des Vorhandenseins von Feuchtigkeit an dem anomalen Bereich (6) auf der Basis von Vergleichen zwischen den temperaturbezogenen Eigenschaften des anomalen Bereichs und den temperaturbezogenen Eigenschaften des normalen Bereichs; und

j) Lokalisieren des anomalen Bereichs (6) in Form von Koordinaten auf der Basis des angezeigten Infrarotbildes der Bezugspositionsmarken- Heizeinrichtung (4).

2. Verfahren zum Detektieren von Feuchtigkeit in einer Wabenstruktur nach Anspruch 1, wobei der Schritt der Messung der temperaturbezogenen Eigenschaften durchgeführt wird, wenn eine vorbestimmte Zeit nach Start des Erwärmungsschrittes verstrichen ist.

3. Verfahren zum Detektieren von Feuchtigkeit in einer Wabenstruktur nach Anspruch 1, wobei es sich bei den temperaturbezogenen Eigenschaften um Temperaturen handelt.

4. Verfahren zum Detektieren von Feuchtigkeit in einer Wabenstruktur nach Anspruch 3, wobei die Vergleiche durch Detektion einer Temperaturdifferenz zwischen dem anomalen Bereich (6) und dem normalen Bereich durchgeführt werden.

5 5. Verfahren zum Detektieren von Feuchtigkeit in einer Wabenstruktur nach Anspruch 1, wobei es sich bei den temperaturbezogenen Eigenschaften um Temperaturänderungsraten handelt.

6. Verfahren zum Detektieren von Feuchtigkeit in einer Wabenstruktur nach Anspruch 5, wobei die Vergleiche durch Detektion einer Differenz der Temperaturänderungsraten zwischen dem anomalen Bereich (6) und dem normalen Bereich durchgeführt werden.

7. Verfahren zum Detektieren von Feuchtigkeit in einer Wabenstruktur nach Anspruch 1, wobei der Schritt der Messung der temperaturbezogenen Eigenschaften zeitlich nacheinander mehrmals wiederholt wird.