EP2062008A1 - Method and apparatus for determining component parameters by means of thermography - Google Patents
Method and apparatus for determining component parameters by means of thermographyInfo
- Publication number
- EP2062008A1 EP2062008A1 EP07820069A EP07820069A EP2062008A1 EP 2062008 A1 EP2062008 A1 EP 2062008A1 EP 07820069 A EP07820069 A EP 07820069A EP 07820069 A EP07820069 A EP 07820069A EP 2062008 A1 EP2062008 A1 EP 2062008A1
- Authority
- EP
- European Patent Office
- Prior art keywords
- component
- hot gas
- temperature
- gas
- pulses
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 35
- 238000001931 thermography Methods 0.000 title claims abstract description 27
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 16
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 52
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims description 13
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 11
- 239000000112 cooling gas Substances 0.000 claims description 10
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 17
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 8
- 238000012935 Averaging Methods 0.000 description 4
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 4
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 4
- 238000011088 calibration curve Methods 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 3
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 2
- 238000001208 nuclear magnetic resonance pulse sequence Methods 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 2
- 238000003908 quality control method Methods 0.000 description 2
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 2
- 241000282472 Canis lupus familiaris Species 0.000 description 1
- 238000004164 analytical calibration Methods 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 238000001311 chemical methods and process Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000009795 derivation Methods 0.000 description 1
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 description 1
- 210000004072 lung Anatomy 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000001454 recorded image Methods 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 230000036962 time dependent Effects 0.000 description 1
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B21/00—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant
- G01B21/02—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring length, width, or thickness
- G01B21/08—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring length, width, or thickness for measuring thickness
- G01B21/085—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring length, width, or thickness for measuring thickness using thermal means
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N25/00—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
- G01N25/72—Investigating presence of flaws
Definitions
- the invention relates to a method and a device for determining component parameters by means of thermography.
- thermography As examples ultrasonic, magnetic field and eddy current methods that thermography has lately etab ⁇ prominent because they, unlike the other method is non-contacting and imaged and thus increased measurement speed or increased resolution and easier to automate.
- thermography For the determination of quantitative parameters such as the geometry of a component or its intrinsic thermal properties ⁇ means of thermography are various approaches proposed hands.
- Thermographic measurement methods have in common that they use infrared radiation emitted from the surface of a heated component to record a temporal evolution of the surface temperature.
- a thermal imaging camera is often used to record a temporal development of a planar heat ⁇ mesents.
- the measured temperature signal is compared to a reference signal, which is either measured as disclosed in EP 1173724, or calculated as disclosed in EP 1203224 or US 394646.
- the time-dependent tempera ⁇ tursignal be transformed into the frequency domain, such as from EP 1203199 or Maldaque XP, Marinetti S., "Pulse Phase Infrared Thermography”; J. Appl. Phys. .
- DE 4343076 C2 discloses a device for thermal testing of a surface of a particular moving object by means of thermography with optical excitation.
- WO 2006/037359 A1 discloses a method for determining material parameters of an object from data of a temperature versus time plot.
- the method is characterized in that at least one component is heated by means of a hot gas.
- a hot gas By the application of hot gas Ver ⁇ a high heat development at the component is possible.
- the mixererzeu ⁇ supply is particularly well controlled, since both the supply amount, the gas flow and the temperature of the hot gas are set independently.
- At least one component is heated by generally modulated hot gas, in particular by one or more pulses of hot gas.
- the pulses can be changed during the measurement, z. B. in their pulse duration or the interval duration between the pulses.
- the pulses may be superimposed on a continuous gas supply.
- different dene pulse sequences, also different frequency and amplitude, are superimposed.
- the pulsed gas supply has the advantage that for one or more frequencies present in the pulse sequence, a phase angle of a temperature measured between the pulses of the hot gas and the modulation of a temperature measured at the surface of the component can be determined, thereby favoring a wall thickness of the component or thermal material parameters are determined.
- a single-frequency excitation is ver ⁇ turns, since as from the phase angle of the component or whether ⁇ jekts the wall thickness by knowing the thermal conductivity or thermal conductivity in regard to the wall thickness comparatively can be determined easily. It is exploited ⁇ that the phase angle correlated with the duration of heat pulses in the component.
- a lock-in method is preferably used, since this allows a reliable Phasenbestim ⁇ tion.
- lock-in methods are susceptible to slow drift, in the case of thermography, if so, when a slow temperature shift is superimposed on the desired periodic signal. This drift causes an additional signal, which is superimposed on the useful signal and leads to a phase error, which is the greater, the weaker the useful signal is compared to the additional signal.
- the raw data are approximated by a low-order polynomial fit (eg linear or quadratic), which also suppresses the useful signal in the resulting curve.
- the determined polynomial is subtracted from the raw data before the lock-in calculation to remove the drift.
- the calculation for each pixel is Runaway ⁇ leads.
- the drift suppression is lower, but the calculation effort is reduced.
- artificial data may be introduced and applied ⁇ leads the lock-in calculation are such.
- phase and amplitude image are available here.
- an effective centering of the phase images taking into account the amplitude is possible.
- the phase and amplitude image is combined to form a new image consisting of complex-valued pixels, which are then subjected to suitable averaging methods, such as a two-dimensional running average. Thereafter, the newly obtained complex-valued image is transformed back into a phase and amplitude image.
- suitable averaging methods such as a two-dimensional running average.
- the determination of the wall thickness from the phase angle by means of a - calculated or measured - calibration curve is particularly advantageous for complex components.
- the at least one component is cooled in periods between pulses of the hot gas supplied to ⁇ , in particular by pulses of cooling gas.
- the component is thus cooled between the pulses of hot gas by pulses of cooling gas.
- Such Küh ⁇ lung also has the advantage that is a change in temperature by hot gas (for heating) and similar cooling gas (for cooling), since the component is treated by gas both times.
- the pulses of hot gas need not have the same duration or shape, nor do they have to connect directly to each other.
- an amplitude of a temperature modulation of the frequencies for which the phase angle is detected is determined on the component, such as a measurement accuracy of the measured parameters of the component from the determined phase and amplitude and from noise can be determined in a recorded thermal image.
- the method is particularly advantageous applicable when the hot ⁇ gas is introduced into an interior of a hollow component, in particular in a turbine blade.
- the object is also achieved by a device for determining component parameters by means of thermography, which has a heating means for heating at least one component and a temperature sensor for receiving at least one tempera ⁇ turwerts of the component, wherein the heating means for heating the component, a hot gas ejecting device for ejecting of modulated, in particular pulsed, hot gas.
- the device For detecting a phase angle between pulses of a heat excitation and a temperature of the surface of the component, the device conveniently has a lock-in circuit.
- the temperature sensor is preferably a thermal imaging or infrared camera. Then it may be favorable if the evaluation is done pixel by pixel. It may also be favorable if a display unit displays a representation on the basis of a superimposition of several thermal images taken from different angles, in particular a wall thickness image of the component.
- the device further comprises a cooling gas supply means for supplying cooling gas to a heated by the hot gas region.
- FIG. 1 shows a sketch of an embodiment for the thermographic measurement of a workpiece.
- the device 1 shows a device 1 for determining component parameters by means of thermography.
- the device 1 comprises a heating means in the form of a hot gas ejection device 2 for ejecting pulsed hot gas, which is supplied with a hot gas supply. 3 is connected.
- Hot gas ejection device 2 is further connected to a control device 4 which outputs control signals to the hot gas ejection device 2 to control the pulses, e.g. B. a pulse rate, a pulse height and / or a pulse duration.
- the device 1 also has a temperature sensor in the form of a thermal imaging camera 5.
- the thermal imaging camera 5 and the control device 4 are connected to a lock-in circuit 6 for detecting a phase angle between pulses of heat excitation, derived here from the control pulses of the control device 4, and a temperature measured by the thermal imaging camera 5.
- the results of the lock-in circuit 6 are carried out by an evaluation and display unit 7 in order to be converted there into a user-evaluable image which shows the component parameters to be determined.
- the hot gas ejection device 2 is further connected to a cooling gas line 8.
- a cooling gas line 8 By appropriate switching of the hot gas ejection device 2, either hot gas (supplied through the hot gas supply line 3, as indicated by the white arrow) or cooling gas (supplied by thedegaszuschreiblei ⁇ device 3, as indicated by the black arrow) ejected from the hot gas ejection device 2 by means of the control device 4 become (as indicated by the alternating sequence of white and black arrows on ⁇ ).
- the gas turbine blade 9 has due to design at least one cooling channel 10, through which the gas turbine blade 9 is cooled during operation.
- the wall thickness w between the cooling channel 10 and the outer surface of the gas turbine blade 9 is checked for quality control, for example by means of ultrasonic methods or by flash lamp thermography for quality control.
- the flash lamp thermography for gas turbine blades 9 is thicker than 4-5 millimeters from the previously mentioned reasons, not more reliably applicable, as the remaining to mes ⁇ transmitting temperature difference is comparable to the noise of the heat mesenty. 5
- the blade 9 is attached in an airtight socket (not shown);
- a thermal imager detects the surface temperature of the blade 9 at an area
- Hot air which has been heated to about 80 0 C, and compressed air to ambient temperature in 10 to 20 cycles of 0.5 Hz to 2 Hz.
- the load cycle from hot to cold air typically varies between 10% and 50%;
- thermographic process in particular in a turbine blade, has over other thermographic processes, in particular with respect to the flash bulb and the laser ser-thermography, a number of advantages and impr ⁇ gen on:
- Turbine blades which are designed to be cooled by air, are ideal for hot air excitation because all the critical points to be examined are automatically reached by the hot air.
- the amount of heat transferred to the component does not depend on the optical properties of the component, such as in flash or laser excitation.
- the lock-in detection effectively suppresses noise from the IR camera, so that signal quality can be improved simply by measuring additional cycles, so that required accuracy can be set by the measurement time.
- the measurement is designed for a transmission configuration. Therefore, a thermal wave only needs to cross the device once, resulting in a better signal compared to a one-sided design, such as in flash or laser excitation.
- the component temperature increased with each shot, whereby the signal strength decreased.
- the component temperature can be limited in the process shown, so that the
- Cooling air can be supplied to cool the component for each on ⁇ angle taken in the same initial temperature. As a result, several angles can be measured quickly and without additional equipment.
- the accuracy of the wall thickness calculation can be determined.
- the method can be further improved because now only areas of the component are used for wall thickness determination, which reach a predetermined level of accuracy. For example, in the case of pixel-by-pixel calculation, those pixels or pixels from a recorded image which do not reach the predetermined level of accuracy can be masked out. A user can thus rely on the predetermined level of accuracy.
- a calibration curve is used in this embodiment, which is based on a Referenzbau ⁇ part, z. B. a pipe with changing, known wall thickness is made.
- the calibration ⁇ curve by an analytical model, z. B. be set up by a finite element method. It is particularly advantageous if the calibration curve for different vibration modes, z. B. the fundamental and the second harmonic determined. The use of higher vibration modes gives the advantage that the reliably measurable wall thickness range is extended to smaller values and also that details of the captured image can be displayed there more finely, where a recording with lower modes, eg. B. the fundamental, due to the lateral thermal expansion would be blurred.
- wall thickness calculation can be done in three basic steps: (1) Determination of the phase and amplitude of the excitation frequency and of harmonics for each pixel.
- the present embodiment is not limited to the above-described embodiment.
- other hollow components can be used.
- Kgs be used ⁇ NEN non-hollow components where hot gas is irradiated from the outside onto the surface.
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Radiation Pyrometers (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
Abstract
Description
Beschreibungdescription
Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung von Bauteilparametern mittels ThermographieMethod and device for determining component parameters by means of thermography
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung von Bauteilparametern mittels Thermographie.The invention relates to a method and a device for determining component parameters by means of thermography.
Neben anderen Methoden zur Bauteilcharakterisierung, wie bei- spielsweise Ultraschall-, Magnetfeld- und Wirbelstrom- Verfahren, hat sich in letzter Zeit die Thermographie etab¬ liert, da sie im Gegensatz zu den anderen Verfahren berührungslos und bildgebend arbeitet und dadurch eine erhöhte Messgeschwindigkeit bzw. erhöhte Auflösung erreichen kann und einfacher automatisierbar ist.Among other methods for component characterization, game, as examples ultrasonic, magnetic field and eddy current methods that thermography has lately etab ¬ prominent because they, unlike the other method is non-contacting and imaged and thus increased measurement speed or increased resolution and easier to automate.
Zur Bestimmung quantitativer Parameter, wie beispielsweise der Geometrie eines Bauteils oder dessen thermische Eigen¬ schaften mittels Thermographie sind verschiedene Ansätze vor- handen. Thermographischen Messmethoden ist gemein, dass sie Infrarotstrahlung verwenden, die von der Oberfläche eines aufgeheizten Bauteils abgestrahlt wird, um eine zeitliche Entwicklung der Oberflächentemperatur aufzunehmen. Zur Erfassung der Infrarotstrahlung wird häufig eine Wärmebildkamera verwendet, um eine zeitliche Entwicklung eines flächigen Wär¬ mebilds aufzunehmen.For the determination of quantitative parameters such as the geometry of a component or its intrinsic thermal properties ¬ means of thermography are various approaches proposed hands. Thermographic measurement methods have in common that they use infrared radiation emitted from the surface of a heated component to record a temporal evolution of the surface temperature. For detecting the infrared radiation, a thermal imaging camera is often used to record a temporal development of a planar heat ¬ mebilds.
Zur Bestimmung von Materialparametern wird häufig nicht nur die Eigenwärme des Bauteils verwendet, sondern zusätzlich Wärme in das Bauteil eingebracht, um gezielt einen Wärmefluss zu induzieren. Zur Aufheizung des Bauteils sind bisher unter anderem ein Anlegen elektrischen Stroms, ein Bestrahlen mit Mikrowellen, eine Verwendung chemischer Prozesse und eine Verwendung von Strahlung (Laser, Halogenlampen, Blitzlampen) bekannt. Von diesen Methoden ist insbesondere die Verwendung von Blitzlampen verbreitet, bei der Lichtpulse von den Blitzlampen ausgesandt werden, welche die Bauteiloberfläche auf¬ heizen. Der so erzeugte Wärmefluss ist von der Oberfläche in das Bauteil gerichtet. Durch Analysieren der Oberflächentemperatur kann ein Parameter wie eine Wandstärke bzw. -dicke bestimmt werden: die Oberflächentemperatur verringert sich so lange, wie die Wärme ins Innere abfließen kann und erreicht ein gleich bleibendes Niveau, nachdem die Wärmefront dieTo determine material parameters, not only is the heat of the component often used, but also heat is introduced into the component in order to specifically induce a heat flow. For the heating of the component have been known, inter alia, applying electrical current, irradiation with microwaves, a use of chemical processes and the use of radiation (laser, halogen lamps, flash lamps). Of these methods, the use of flash lamps is particularly widespread, in which light pulses are emitted by the flash lamps, which heat the component surface on ¬ . The heat flow generated in this way is from the surface in directed the component. By analyzing the surface temperature, a parameter such as a wall thickness or thickness can be determined: the surface temperature decreases as long as the heat can flow inside and reaches a constant level after the heat front
Rückseite des Bauelements erreicht hat und die Wärme sich so¬ mit gleichmäßig im ganzen Bauteil verteilt hat. Die zum Her¬ stellen des Wärmegleichgewichts und damit der Temperatur an der gemessenen Bauteiloberfläche benötigte Zeit ist ein Maß für die Bauteildicke (Wandstärke) .Rear side of the device has reached and the heat has been distributed ¬ so evenly throughout the component. The filters for Her ¬ thermal balance and thus the temperature on the component surface measured time required is a measure of the component thickness (wall thickness).
Zur Bestimmung einer Wandstärke mittels Blitz-Thermografie sind mehrere Verfahren bekannt. Bei einer Methode wird das gemessene Temperatursignal mit einem Referenzsignal vergli- chen, das entweder gemessen wird, wie in EP 1173724 offenbart, oder das berechnet wird, wie in EP 1203224 oder US 394646 offenbart. Alternativ kann das zeitabhängige Tempera¬ tursignal in die Frequenzdomäne transformiert werden, wie beispielsweise aus EP 1203199 oder Maldaque X. P., Marinetti S., "Pulse Phase Infrared Thermography" ; J. Appl . Phys . ,To determine a wall thickness by means of flash thermography, several methods are known. In one approach, the measured temperature signal is compared to a reference signal, which is either measured as disclosed in EP 1173724, or calculated as disclosed in EP 1203224 or US 394646. Alternatively, the time-dependent tempera ¬ tursignal be transformed into the frequency domain, such as from EP 1203199 or Maldaque XP, Marinetti S., "Pulse Phase Infrared Thermography"; J. Appl. Phys. .
79(5) (1996), Seiten 2694 - 2698, bekannt. WO 2001/41421 of¬ fenbart eine Methode zur Berechnung der Ableitung von mit einem Infrarotdetektor aufgenommenen Daten, um mittels der Position eines Extremwerts in der Ableitung des Zeit-Tempera- tur-Signals die Wandstärke zu bestimmen.79 (5) (1996), pages 2694-2698. WO 2001/41421 ¬ fenbart of a method for calculation of the derivative taken with an infrared detector data to determine the wall thickness by means of the position of an extreme value in the derivation of the time-temperature tur signal.
Allerdings beschränkt eine Verwendung einer gepulster Anre¬ gung, wie sie bei Blitzlampen auftritt, die maximal messbare Dicke: wenn der Temperaturunterschied an der Oberfläche unter den Rauschpegel des Detektors fällt, kann die transienteHowever, limited use of a pulsed Anre ¬ supply, as occurs in flash lamps, the maximum measurable thickness: if the difference in temperature on the surface falls below the noise level of the detector, the transient
Oberflächentemperatur nicht mehr ausgewertet werden. Falls das auszumessende Objekt höhere Oberflächentemperaturen zu- lässt, können mehrfache Pulse die Wärmezufuhr erhöhen, oder die Anregungszeit kann erhöht werden. Alternativ kann dazu eine kontinuierlich modulierte Wärmequelle mit geeignetenSurface temperature can no longer be evaluated. If the object to be measured permits higher surface temperatures, multiple pulses can increase the heat input or the excitation time can be increased. Alternatively, a continuously modulated heat source with suitable
Auswerteverfahren verwendet werden, welche zusammen mit Lock- In-Erfassungsmethoden das Rauschen abhängig von der Messzeit verringern können, wie z. B. in US 4,878,116 und DE 4203272 beschrieben. WO 2000/11450 offenbart eine Verwendung mehrfa¬ cher Frequenzen zu einem Zeitpunkt.Evaluation methods are used, which together with lock-in detection methods can reduce the noise depending on the measurement time, such. In US 4,878,116 and DE 4203272 described. WO 2000/11450 discloses use Multiple Dogs ¬ cher frequencies at a time.
DE 4343076 C2 offenbart eine Vorrichtung zum thermischen Prü- fen einer Oberfläche eines insbesondere bewegten Gegenstands mittels Thermographie mit optischer Anregung.DE 4343076 C2 discloses a device for thermal testing of a surface of a particular moving object by means of thermography with optical excitation.
WO 2006/037359 Al offenbart ein Verfahren zum Bestimmen von Materialparametern eines Objekts aus Daten einer Temperatur- gegen-Zeit-Auftragung.WO 2006/037359 A1 discloses a method for determining material parameters of an object from data of a temperature versus time plot.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine zuverlässige und genaue Möglichkeit zur Bestimmung von Parame¬ tern auch größerer Abmessungen mittels Thermographie bereit- zustellen.It is therefore the object of the present invention to provide a reliable and accurate way to determine parame ¬ tern of larger dimensions determine readiness by means of thermography.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und eine Vorrichtung nach Anspruch 10 gelöst. Vorteilhafte Aus¬ gestaltungen sind insbesondere der Unteransprüchen einzeln oder in Kombination entnehmbar.This object is achieved by a method according to claim 1 and an apparatus according to claim 10. Advantageous Aus ¬ designs, in particular the dependent claims individually or in combination can be removed.
Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Bauteil mittels eines Heißgases erhitzt wird. Durch die Ver¬ wendung von Heißgas ist eine hohe Wärmeentwicklung am Bauteil möglich. Zudem ist bei Verwendung von Heißgas die Wärmeerzeu¬ gung besonders gut steuerbar, da sowohl die Zufuhrmenge, die Gasführung als auch die Temperatur des Heißgases unabhängig eingestellt werden.The method is characterized in that at least one component is heated by means of a hot gas. By the application of hot gas Ver ¬ a high heat development at the component is possible. In addition, when using hot gas, the Wärmeerzeu ¬ supply is particularly well controlled, since both the supply amount, the gas flow and the temperature of the hot gas are set independently.
Insbesondere vorteilhaft ist es, wenn mindestens ein Bauteil durch allgemein moduliertes Heißgas, insbesondere durch ein oder mehrere Pulse von Heißgas erhitzt wird. Dadurch können auf die modulierte bzw. gepulste Wärmeanregung abgestimmte Auswerteverfahren, z. B. zur Blitzlampen- oder Laseranregung verwendet werden. Die Pulse können im Laufe der Messung verändert werden, z. B. in ihrer Pulsdauer oder der Intervalldauer zwischen den Pulsen. Auch können die Pulse einer kontinuierlichen Gaszufuhr überlagert sein. Zudem können verschie- dene Pulsfolgen, auch unterschiedlicher Frequenz und Amplitude, überlagert werden.It is particularly advantageous if at least one component is heated by generally modulated hot gas, in particular by one or more pulses of hot gas. As a result, matched to the modulated or pulsed heat excitation evaluation method, eg. B. used for flashlamp or laser excitation. The pulses can be changed during the measurement, z. B. in their pulse duration or the interval duration between the pulses. Also, the pulses may be superimposed on a continuous gas supply. In addition, different dene pulse sequences, also different frequency and amplitude, are superimposed.
Die gepulste Gaszufuhr weist insbesondere den Vorteil auf, dass für ein oder mehrere Frequenzen, die in der Pulsfolge vorhanden sind, ein Phasenwinkel einer zwischen den Pulsen des Heißgases und der Modulation einer an der Oberfläche des Bauteils gemessenen Temperatur bestimmt werden kann, wodurch günstigerweise eine Wandstärke des Bauteils oder thermische Materialparameter bestimmt werden. Dies kann insbesondere vorteilhaft geschehen, wenn eine monofrequente Anregung ver¬ wendet wird, da so aus dem Phasenwinkel des Bauteils bzw. Ob¬ jekts die Wandstärke bei Kenntnis der Wärmeleitfähigkeit oder die Wärmeleitfähigkeit bei Kenntnis der Wandstärke ver- gleichsweise einfach bestimmt werden kann. Dabei wird ausge¬ nutzt, dass der Phasenwinkel mit der Laufzeit von Wärmepulsen im Bauteil korreliert.In particular, the pulsed gas supply has the advantage that for one or more frequencies present in the pulse sequence, a phase angle of a temperature measured between the pulses of the hot gas and the modulation of a temperature measured at the surface of the component can be determined, thereby favoring a wall thickness of the component or thermal material parameters are determined. This can be done particularly advantageous if a single-frequency excitation is ver ¬ turns, since as from the phase angle of the component or whether ¬ jekts the wall thickness by knowing the thermal conductivity or thermal conductivity in regard to the wall thickness comparatively can be determined easily. It is exploited ¬ that the phase angle correlated with the duration of heat pulses in the component.
Zur Signalwerterfassung wird vorzugsweise ein Lock-In- Verfahren verwendet, da dies eine verlässliche Phasenbestim¬ mung erlaubt. Jedoch sind Lock-In-Verfahren anfällig gegenüber langsamen Drift, im Fall der Thermographie wenn also dann, wenn eine langsame Temperaturverschiebung dem gewünschten periodischen Signal überlagert wird. Diese Drift verur- sacht ein zusätzliches Signal, das dem Nutzsignal überlagert wird und zu einem Phasenfehler führt, der umso größer ausfällt, je schwächer das Nutzsignal gegenüber dem zusätzlichen Signal ist. Zur Verringerung oder sogar Beseitigung des durch die Temperaturdrift erzeugten Auswertefehlers sind zwei Ver- fahren besonders geeignet, die auf die Rohdaten vor einer Be¬ rechnung der Wandstärke angewandt werden:For signal value detection, a lock-in method is preferably used, since this allows a reliable Phasenbestim ¬ tion. However, lock-in methods are susceptible to slow drift, in the case of thermography, if so, when a slow temperature shift is superimposed on the desired periodic signal. This drift causes an additional signal, which is superimposed on the useful signal and leads to a phase error, which is the greater, the weaker the useful signal is compared to the additional signal. To reduce or even eliminate the Auswertefehlers generated by the temperature drift are two procedural particularly suitable to be applied to the raw data prior to loading ¬ calculation of the wall thickness:
(a) Es wird ein seitliches laufendes Mittel der Messdaten be¬ rechnet und verwendet. Verwendet man eine Mittelungslänge die einem ganzzahligen Vielfachen der Periodenlänge entspricht, enthalten die gemittelten Daten keinerlei Nutzsignal, sondern bestehen ausschließlich aus Temperaturdrift. Subtrahiert man die gemittelten Daten von dem ursprünglichen Signal vor der Lock-In-Berechnung, wird das Driftsignal weitgehend unter¬ drückt. Dabei kann vor der Lock-In-Berechnung die erste und letzte halbe Periode jeweils abgeschnitten werden. Statt ei¬ nes laufenden Mittelwerts, der einer Faltung mit einem Recht- eckfaltungskern entspricht, kann jeder andere symmetrische Faltungskern mit der Länge eines ganzzahligen Vielfachen der Periodenlänge verwendet werden. Dadurch ist es zusätzlich noch möglich im gleichen Rechenschritt weitere unerwünschte Frequenzen vor der Lock-In-Berechnung zu unterdrücken.(a) There is a lateral running average of the measured data be ¬ calculated and used. If one uses an averaging length which corresponds to an integer multiple of the period length, the averaged data contains no useful signal but consists exclusively of temperature drift. Subtracting the averaged data from the original signal before Lock-in calculation, the drift signal is largely under ¬ presses. It is possible to cut off the first and last half periods before the lock-in calculation. Instead of egg ¬ nes running average, which corresponds to a convolution with a legality eckfaltungskern, any other symmetric convolution kernel may be used with the length of an integer multiple of the period length. As a result, it is additionally possible to suppress further unwanted frequencies in the same calculation step before the lock-in calculation.
(b) Die Rohdaten werden durch einen Polynomfit niedriger Ordnung (z.B. linear oder quadratisch) angenähert, wodurch ebenfalls das Nutzsignal in der resultierenden Kurve unterdrückt wird. Das ermittelte Polynom wird von den Rohdaten vor der Lock-In-Berechnung abgezogen, um die Drift zu entfernen. Vorzugsweise wird die Berechnung für jeden Bildpunkt durchge¬ führt. Gegenüber dem Verfahren (a) ist die Driftunterdrückung geringer, der Berechnungsaufwand jedoch reduziert. Zur Ver¬ besserung der Genauigkeit bei nur wenigen Messzyklen können künstliche Daten eingeführt und der Lock-In-Berechnung zuge¬ führt werden, z. B. eine sinusförmige Funktion(b) The raw data are approximated by a low-order polynomial fit (eg linear or quadratic), which also suppresses the useful signal in the resulting curve. The determined polynomial is subtracted from the raw data before the lock-in calculation to remove the drift. Preferably, the calculation for each pixel is Runaway ¬ leads. Compared to the method (a), the drift suppression is lower, but the calculation effort is reduced. For Ver ¬ improvement of accuracy in just a few measuring cycles artificial data may be introduced and applied ¬ leads the lock-in calculation are such. B. a sinusoidal function
Zur Verbesserung der Genauigkeit der aus der Lock-In-Berechnung erhaltenen Phasen- und Amplitudenwerte ist es möglich über das Bild eine laterale Mittelung zu legen. Im Gegensatz zu den üblicherweise eingesetzten Mittelungsverfahren der Bildverarbeitung stehen hier sowohl ein Phasenbild als auch ein Amplitudenbild zur Verfügung. Bei Verwendung der einzelnen Pixelwerte als komplexe Zahlen ist eine effektive Mitte- lung der Phasenbilder unter Berücksichtigung der Amplitude möglich. Dazu wird das Phasen- und Amplitudenbild zu einem neuem Bild bestehend aus komplexwertigen Pixeln zusammenge- fasst, die danach geeigneten Mittelungsverfahren unterzogen werden, wie z.B. einem zweidimensionalen laufenden Mittel- wert. Danach werden das neu erhaltene komplexwertige Bild wieder zurück in ein Phasen- und Amplitudenbild verwandelt. Die beiden Verfahren unter (a) und (b) sind nicht auf eine Heißgas-Thermographie beschränkt, sondern stellen eine eigen¬ ständige Erfindung für jegliche Lock-In-Berechnung dar, bei der eine langsame Signaländerung einem periodischen Signal überlagert ist.In order to improve the accuracy of the phase and amplitude values obtained from the lock-in calculation, it is possible to apply lateral averaging over the image. In contrast to the commonly employed averaging methods of image processing, both a phase image and an amplitude image are available here. When using the individual pixel values as complex numbers, an effective centering of the phase images taking into account the amplitude is possible. For this purpose, the phase and amplitude image is combined to form a new image consisting of complex-valued pixels, which are then subjected to suitable averaging methods, such as a two-dimensional running average. Thereafter, the newly obtained complex-valued image is transformed back into a phase and amplitude image. The two methods under (a) and (b) are not limited to a hot gas thermography, but represent an intrinsic ¬ constant invention for any lock-in calculation, in which a slow signal change is superimposed on a periodic signal.
Die Bestimmung der Wandstärke aus dem Phasenwinkel mittels einer - berechneten oder gemessenen - Kalibrierungskurve ist insbesondere vorteilhaft bei komplexen Bauteilen.The determination of the wall thickness from the phase angle by means of a - calculated or measured - calibration curve is particularly advantageous for complex components.
Es ist zur Erweiterung des Bestimmungsbereichs insbesondere vorteilhaft, wenn die Modulation der Temperatur des Bauteils für verschiedene Schwingungsmoden ausgemessen wird, insbesondere für eine Grundschwingung, die dem Pulsmuster der Heiß- gaswärmeanregung entspricht, und eine zweite Oberschwingung.It is particularly advantageous for expanding the determination range if the modulation of the temperature of the component is measured for different vibration modes, in particular for a fundamental vibration that corresponds to the pulse pattern of the hot gas heat excitation, and a second harmonic.
Zur Erhöhung der Messgenauigkeit ist es vorteilhaft, wenn das mindestens eine Bauteil in Zeiträumen zwischen Pulsen des zu¬ geführten Heißgases abgekühlt wird, insbesondere durch Pulse von Kühlgas. Das Bauteil wird somit zwischen den Pulsen von Heißgas durch Pulse von Kühlgas abgekühlt. Eine solche Küh¬ lung weist auch den Vorteil auf, das eine Temperaturänderung durch Heißgas (bei Aufheizung) und Kühlgas (bei Abkühlung) ähnlich ist, da das Bauteil beide Male durch Gas behandelt wird. Die Pulse von Heißgas müssen weder die gleiche Dauer oder Form aufweisen, noch müssen sie direkt aneinander anschließen .To increase the accuracy of measurement, it is advantageous if the at least one component is cooled in periods between pulses of the hot gas supplied to ¬ , in particular by pulses of cooling gas. The component is thus cooled between the pulses of hot gas by pulses of cooling gas. Such Küh ¬ lung also has the advantage that is a change in temperature by hot gas (for heating) and similar cooling gas (for cooling), since the component is treated by gas both times. The pulses of hot gas need not have the same duration or shape, nor do they have to connect directly to each other.
Es ist auch günstig, wenn ferner eine Amplitude einer Tempe- raturmodulation der Frequenzen, für die der Phasenwinkel er- fasst wird, am Bauteil bestimmt wird, da so beispielsweise eine Messgenauigkeit der ausgemessenen Parameter des Bauteils aus der bestimmten Phase und Amplitude und aus einem Rauschen in einem aufgenommenen Wärmebild bestimmt werden kann.It is also advantageous if, furthermore, an amplitude of a temperature modulation of the frequencies for which the phase angle is detected is determined on the component, such as a measurement accuracy of the measured parameters of the component from the determined phase and amplitude and from noise can be determined in a recorded thermal image.
Das Verfahren ist besonders günstig anwendbar, wenn das Hei߬ gas in einen Innenraum eines hohlen Bauteils eingeführt wird, insbesondere in eine Turbinenschaufel. Die Aufgabe wird auch durch eine Vorrichtung zur Bestimmung von Bauteilparametern mittels Thermographie gelöst, die ein Aufheizmittel zum Aufheizen mindestens eines Bauteils und ei- nen Temperatursensor zur Aufnahme mindestens eines Tempera¬ turwerts des Bauteils aufweist, wobei das Aufheizmittel zum Aufheizen des Bauteils eine Heißgasausstoßvorrichtung zum Ausstoß von moduliertem, insbesondere gepulstem Heißgas ist.The method is particularly advantageous applicable when the hot ¬ gas is introduced into an interior of a hollow component, in particular in a turbine blade. The object is also achieved by a device for determining component parameters by means of thermography, which has a heating means for heating at least one component and a temperature sensor for receiving at least one tempera ¬ turwerts of the component, wherein the heating means for heating the component, a hot gas ejecting device for ejecting of modulated, in particular pulsed, hot gas.
Zur Erfassung eines Phasenwinkels zwischen Pulsen einer Wärmeanregung und einer Temperatur der Oberfläche des Bauteils weist die Vorrichtung günstigerweise eine Lock-in-Schaltung auf .For detecting a phase angle between pulses of a heat excitation and a temperature of the surface of the component, the device conveniently has a lock-in circuit.
Zur schnellen und genauen Messwerterfassung ist der Temperatursensor vorzugsweise eine Wärmebild- bzw. Infrarotkamera. Dann kann es günstig sein, wenn die Auswertung bildpunktweise erfolgt. Es kann auch günstig sein, wenn eine Anzeigeeinheit eine Darstellung auf der Grundlage einer Überlagerung mehre- rer Wärmebilder, die aus verschiedenen Winkeln aufgenommen worden sind, anzeigt, insbesondere ein Wandstärkenbild des Bauteils .For fast and accurate measured value detection, the temperature sensor is preferably a thermal imaging or infrared camera. Then it may be favorable if the evaluation is done pixel by pixel. It may also be favorable if a display unit displays a representation on the basis of a superimposition of several thermal images taken from different angles, in particular a wall thickness image of the component.
Es kann ferner günstig sein, wenn die Vorrichtung ferner ein Kühlgaszufuhrmittel zur Zuführung von Kühlgas auf einen durch das Heißgas aufgeheizten Bereich aufweist.It may also be advantageous if the device further comprises a cooling gas supply means for supplying cooling gas to a heated by the hot gas region.
Im Folgenden wird die Erfindung rein schematisch anhand eines ausgewählten, nicht zur Beschränkung der Erfindung gedachten Ausführungsbeispiels näher erläutert.In the following, the invention is explained in more detail purely schematically with reference to a selected, not intended to limit the invention embodiment.
FIG 1 zeigt eine Skizze eines Ausführungsbeispiels zur thermographischen Ausmessung eines Werkstücks.1 shows a sketch of an embodiment for the thermographic measurement of a workpiece.
FIG 1 zeigt eine Vorrichtung 1 zur Bestimmung von Bauteilparametern mittels Thermographie. Die Vorrichtung 1 weist ein Aufheizmittel in Form einer Heißgasausstoßvorrichtung 2 zum Ausstoß von gepulstem Heißgas auf, die mit einer Heißgaszu- fuhrleitung 3 verbunden ist. Heißgasausstoßvorrichtung 2 ist weiterhin mit einer Steuervorrichtung 4 verbunden, die Steuersignale an die Heißgasausstoßvorrichtung 2 ausgibt, um die Pulse zu steuern, z. B. eine Pulsfrequenz, eine Pulshöhe und / oder eine Pulsdauer.1 shows a device 1 for determining component parameters by means of thermography. The device 1 comprises a heating means in the form of a hot gas ejection device 2 for ejecting pulsed hot gas, which is supplied with a hot gas supply. 3 is connected. Hot gas ejection device 2 is further connected to a control device 4 which outputs control signals to the hot gas ejection device 2 to control the pulses, e.g. B. a pulse rate, a pulse height and / or a pulse duration.
Die Vorrichtung 1 weist ferner einen Temperatursensor in Form einer Wärmebildkamera 5 auf. Die Wärmebildkamera 5 und die Steuervorrichtung 4 sind mit einer Lock-in-Schaltung 6 zur Erfassung eines Phasenwinkels zwischen Pulsen einer Wärmeanregung, hier abgeleitet aus den Steuerpulsen der Steuervorrichtung 4, und einer durch die Wärmebildkamera 5 gemessenen Temperatur verbunden. Die Ergebnisse der Lock-in-Schaltung 6 werden einer Auswerte- und Anzeigeeinheit 7 ausgeführt, um dort in ein für einen Nutzer auswertbares Bild umgewandelt zu werden, das die zu bestimmenden Bauteilparameter zeigt.The device 1 also has a temperature sensor in the form of a thermal imaging camera 5. The thermal imaging camera 5 and the control device 4 are connected to a lock-in circuit 6 for detecting a phase angle between pulses of heat excitation, derived here from the control pulses of the control device 4, and a temperature measured by the thermal imaging camera 5. The results of the lock-in circuit 6 are carried out by an evaluation and display unit 7 in order to be converted there into a user-evaluable image which shows the component parameters to be determined.
Zur Erhöhung der Messgenauigkeit ist die Heißgasausstoßvorrichtung 2 weiterhin mit einer Kühlgasleitung 8 verbunden. Durch entsprechende Schaltung der Heißgasausstoßvorrichtung 2 kann mittels der Steuervorrichtung 4 wahlweise Heißgas (durch die Heißgaszufuhrleitung 3 zugeführt, wie durch den weißen Pfeil angedeutet) oder Kühlgas (durch die Kühlgaszufuhrlei¬ tung 3 zugeführt, wie durch den schwarzen Pfeil angedeutet) aus der Heißgasausstoßvorrichtung 2 ausgestoßen werden (wie durch die abwechselnde Folge weißer und schwarzer Pfeile an¬ gedeutet) .To increase the measurement accuracy, the hot gas ejection device 2 is further connected to a cooling gas line 8. By appropriate switching of the hot gas ejection device 2, either hot gas (supplied through the hot gas supply line 3, as indicated by the white arrow) or cooling gas (supplied by the Kühlgaszufuhrlei ¬ device 3, as indicated by the black arrow) ejected from the hot gas ejection device 2 by means of the control device 4 become (as indicated by the alternating sequence of white and black arrows on ¬ ).
In dieser FIG 1 wird nun die Anwendung der Vorrichtung 1 zur Ausmessung einer Wandstärke w einer Gasturbinenschaufel 9 als Bauteil genauer beschrieben. Die Gasturbinenschaufel 9 weist bauartbedingt mindestens einen Kühlkanal 10 auf, durch den die Gasturbinenschaufel 9 während des Betriebs gekühlt wird.In this FIG 1, the application of the device 1 for measuring a wall thickness w of a gas turbine blade 9 is now described as a component in more detail. The gas turbine blade 9 has due to design at least one cooling channel 10, through which the gas turbine blade 9 is cooled during operation.
Bisher wird zur Qualitätskontrolle die Wandstärke w zwischen dem Kühlkanal 10 und der äußeren Oberfläche der Gasturbinenschaufel 9 beispielsweise mittels Ultraschallverfahren oder durch Blitzlampenthermographie überprüft. Ungünstigerweise ist die Blitzlampenthermographie für Gasturbinenschaufeln 9 dicker als 4-5 Millimeter aus den vorher genannten Gründen nicht mehr verlässlich anwendbar, da die verbleibende zu mes¬ sende Temperaturdifferenz vergleichbar dem Rauschen der Wär- mebildkamera 5 wird.So far, the wall thickness w between the cooling channel 10 and the outer surface of the gas turbine blade 9 is checked for quality control, for example by means of ultrasonic methods or by flash lamp thermography for quality control. Unfortunately, the flash lamp thermography for gas turbine blades 9 is thicker than 4-5 millimeters from the previously mentioned reasons, not more reliably applicable, as the remaining to mes ¬ transmitting temperature difference is comparable to the noise of the heat mebildkamera. 5
In der hier gezeigten Anwendung wird hingegen Heißgas in den bereits vorhandenen Kühlkanal 10 der Gasturbinenschaufel 9 eingeleitet. Dadurch wird die Gasturbinenschaufel 9 von innen aufgewärmt, und ein Teil der Wärme fließt zur Oberfläche der Gasturbinenschaufel 9, wo sie in einem bestimmten Flächenab¬ schnitt durch die Wärmebildkamera 5 aufgenommen wird. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn noch keine weiteren Kühl¬ kanäle durch die Oberfläche gebohrt worden sind.In the application shown here, however, hot gas is introduced into the already existing cooling channel 10 of the gas turbine blade 9. Thereby, the gas turbine blade 9 is heated from the inside, and a part of the heat flows to the surface of the gas turbine blade 9, where it is taken in a certain Flächenab ¬ section by the thermal imaging camera 5. This is particularly advantageous if no further cooling ¬ channels have been drilled through the surface.
In der gezeigten Ausführungsform:In the embodiment shown:
- wird die Schaufel 9 in einer luftdichten Fassung (nicht dargestellt) befestigt;- The blade 9 is attached in an airtight socket (not shown);
erfasst eine Wärmebildkamera die Oberflächentemperatur der Schaufel 9 an einem Bereich;a thermal imager detects the surface temperature of the blade 9 at an area;
- wird zur gleichen Zeit Druckluft durch den Kühlkanal 10 der Schaufel 9 geleitet, und zwar abwechselnd zwischen- At the same time compressed air is passed through the cooling channel 10 of the blade 9, and alternately between
Heißluft, die auf ca. 80 0C aufgeheizt worden ist, und Druckluft auf Umgebungstemperatur in 10 bis 20 Zyklen von 0,5 Hz bis 2 Hz. Der Lastzyklus von heißer zu kalter Luft schwankt typischerweise zwischen 10% und 50%;Hot air, which has been heated to about 80 0 C, and compressed air to ambient temperature in 10 to 20 cycles of 0.5 Hz to 2 Hz. The load cycle from hot to cold air typically varies between 10% and 50%;
wird für jeden Bildpunkt des sich ergebenden Infrarotvideos eine Lock-in-Berechnung durchgeführt, die einen Pha¬ sen- und Amplitudenwert ergibt, der in einen Wandstärkenwert umgewandelt und dargestellt wird; undperforming a lock-in calculation for each pixel of the resulting infrared video which gives a Pha ¬ transmitter and amplitude value is converted to a wall thickness value and displayed; and
- wird die Messung von 4 bis 5 verschiedenen Winkeln aus durchgeführt, um die gesamte Oberfläche des Flügels der Gasturbinenschaufel 9 abzudecken. Ein Thermographie-Verfahren, bei dem Heißgas in einen Innenraum eines hohlen Bauteils eingeführt wird, insbesondere in eine Turbinenschaufel, weist gegenüber anderen Thermographie- verfahren, insbesondere gegenüber der Blitzlicht- und der La- ser-Thermographie, eine Reihe von Vorteilen und Verbesserun¬ gen auf:the measurement is made from 4 to 5 different angles to cover the entire surface of the blade of the gas turbine blade 9. Is introduced at the hot gas in an interior of a hollow component A thermographic process, in particular in a turbine blade, has over other thermographic processes, in particular with respect to the flash bulb and the laser ser-thermography, a number of advantages and impr ¬ gen on:
Turbinenschaufeln, die dazu ausgelegt sind, durch Luft gekühlt zu werden, sind ideal auf eine Anregung mittels heißer Luft, da alle zu untersuchenden kritischen Stellen automatisch auf durch die Heißluft erreicht werden.Turbine blades, which are designed to be cooled by air, are ideal for hot air excitation because all the critical points to be examined are automatically reached by the hot air.
- Da das Aufheizen durch Wärmekonvektion erreicht wird, hängt die Menge der auf das Bauteil übertragenen Wärme nicht von optischen Eigenschaften des Bauteils ab, wie beispielsweise bei der Blitzlicht- oder Laser-Anregung.- Since the heating is achieved by heat convection, the amount of heat transferred to the component does not depend on the optical properties of the component, such as in flash or laser excitation.
Die Lock-In-Erfassung unterdrückt effektiv von der IR- Kamera stammendes Rauschen, so dass die Signalqualität einfach durch Messen zusätzlicher Zyklen verbessert werden kann, so dass eine benötigte Genauigkeit durch die Messzeit eingestellt werden kann.The lock-in detection effectively suppresses noise from the IR camera, so that signal quality can be improved simply by measuring additional cycles, so that required accuracy can be set by the measurement time.
- Die Messung ist auf eine Transmissionskonfiguration ausgelegt. Daher braucht eine Wärmewelle das Bauteil nur einmal zu durchqueren, was zu einem besseren Signal im Vergleich zu einem einseitigen Aufbau, wie beispielsweise bei der Blitzlicht- oder Laser-Anregung, führt.- The measurement is designed for a transmission configuration. Therefore, a thermal wave only needs to cross the device once, resulting in a better signal compared to a one-sided design, such as in flash or laser excitation.
Bisher erhöhte sich bei bekannten gepulsten Thermogra- phieverfahren die Bauteiltemperatur mit jedem Schuss, wodurch die Signalstärke abnahm. Durch Zufuhr von Kühlluft zwischen den Heißgaspulsen kann bei dem gezeigten Verfah- ren die Bauteiltemperatur begrenzt werden, so dass dieSo far, in known pulsed Thermogra- phieverfahren the component temperature increased with each shot, whereby the signal strength decreased. By supplying cooling air between the hot gas pulses, the component temperature can be limited in the process shown, so that the
Signalstärke auf einem bestimmten Niveau gehalten werden kann. Zudem kann zwischen dem Umbau der Messvorrichtung, um das Bauteil unter einem neuen Winkel aufzunehmen, Kühlluft zugeführt werden, um das Bauteil für jeden auf¬ genommenen Winkel auf die gleiche anfängliche Temperatur abzukühlen. Dadurch lassen sich mehrere Winkel schnell und ohne zusätzliche Ausrüstung ausmessen.Signal strength can be kept at a certain level. In addition, between the conversion of the measuring device to accommodate the component at a new angle, Cooling air can be supplied to cool the component for each on ¬ angle taken in the same initial temperature. As a result, several angles can be measured quickly and without additional equipment.
Da nicht nur die Phase, sondern auch die Amplitude erfasst wird, kann die Genauigkeit der Wandstärkenberechnung bestimmt werden. Durch die Genauigkeitsbestimmung kann das Verfahren weiter verbessert werden, da nun nur noch Bereiche des Bau- teils zur Wandstärkenbestimmung verwendet werden, die ein vorbestimmtes Genauigkeitsniveau erreichen. Beispielsweise können - bei bildpunktweiser Berechnung - diejenigen Bildpunkte bzw. Pixel aus einem aufgenommenen Bild ausgeblendet werden, welche das vorbestimmte Genauigkeitsniveau nicht er- reichen. Ein Benutzer kann sich so auf das vorbestimmte Genauigkeitsniveau verlassen.Since not only the phase but also the amplitude is detected, the accuracy of the wall thickness calculation can be determined. By determining the accuracy, the method can be further improved because now only areas of the component are used for wall thickness determination, which reach a predetermined level of accuracy. For example, in the case of pixel-by-pixel calculation, those pixels or pixels from a recorded image which do not reach the predetermined level of accuracy can be masked out. A user can thus rely on the predetermined level of accuracy.
Zur Berechnung der Wandstärke w aus der jeweils ausgemessenen Phase und Amplitude wird in dieser Ausführungsform eine Ka- librierungskurve verwendet, die anhand eines Referenzbau¬ teils, z. B. einem Rohr mit sich ändernder, bekannter Wandstärke angefertigt wird. Alternativ kann die Kalibrierungs¬ kurve durch ein analytisches Modell, z. B. durch ein Finite- Elemente-Verfahren aufgestellt werden. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Kalibrierungskurve für verschiedene Schwingungsmoden, z. B. die Grundschwingung und die zweite Oberschwingung, bestimmt wird. Die Nutzung höherer Schwingungsmoden ergibt den Vorteil, dass der verlässlich messbare Wandstärkenbereich zu kleineren Werten hin ausgedehnt wird und auch, dass Details des aufgenommenen Bildes dort feiner dargestellt werden können, wo eine Aufnahme mit niedrigeren Moden, z. B. der Grundschwingung, aufgrund der seitlichen Wärmeausdehnung verschwommener wäre.To calculate the wall thickness w from the respectively measured phase and amplitude, a calibration curve is used in this embodiment, which is based on a Referenzbau ¬ part, z. B. a pipe with changing, known wall thickness is made. Alternatively, the calibration ¬ curve by an analytical model, z. B. be set up by a finite element method. It is particularly advantageous if the calibration curve for different vibration modes, z. B. the fundamental and the second harmonic determined. The use of higher vibration modes gives the advantage that the reliably measurable wall thickness range is extended to smaller values and also that details of the captured image can be displayed there more finely, where a recording with lower modes, eg. B. the fundamental, due to the lateral thermal expansion would be blurred.
Bei Verwendung verschiedenen Schwingungsmoden kann die Wandstärkenberechnung in drei grundsätzlichen Schritten erfolgen: (1) Bestimmung der Phase und Amplitude der Anregungsfrequenz und von Oberschwingungen für jeden Bildpunkt.When using different vibration modes, wall thickness calculation can be done in three basic steps: (1) Determination of the phase and amplitude of the excitation frequency and of harmonics for each pixel.
(2) Berechnung der Dicke und des Genauigkeitswerts für jeden Bildpunkt unter Verwendung der analytischen Kalibrati- onskurve. Genauigkeitswerts unterhalb eines vorbestimm¬ ten Genauigkeitswertsschwellwerts werden ausgeblendet.(2) Calculation of thickness and accuracy value for each pixel using the analytical calibration curve. Accuracy values below a predetermined accuracy value threshold are masked out.
(3) Die Wandstärkenwerte der unterschiedlichen Schwindungs- moden werden in eine einzige Wandstärkenbildkarte einge¬ tragen und dem Benutzer dargestellt.(3) The wall thickness values of the different shrinkage are moden wear ¬ incorporated into a single wall thickness image map and displayed to the user.
Selbstverständlich ist die vorliegende Ausführungsform nicht auf das oben beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. So können auch andere hohle Bauteile verwendet werden. Auch kön¬ nen nicht-hohle Bauteile verwendet werden, bei denen Heißgas von außen auf die Oberfläche gestrahlt wird. Of course, the present embodiment is not limited to the above-described embodiment. Thus, other hollow components can be used. Also Kgs be used ¬ NEN non-hollow components where hot gas is irradiated from the outside onto the surface.
Claims
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102006043339A DE102006043339B4 (en) | 2006-09-15 | 2006-09-15 | Method and device for determining component wall thicknesses by means of thermography |
| PCT/EP2007/059413 WO2008031774A1 (en) | 2006-09-15 | 2007-09-07 | Method and apparatus for determining component parameters by means of thermography |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EP2062008A1 true EP2062008A1 (en) | 2009-05-27 |
Family
ID=38805719
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| EP07820069A Withdrawn EP2062008A1 (en) | 2006-09-15 | 2007-09-07 | Method and apparatus for determining component parameters by means of thermography |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US8197129B2 (en) |
| EP (1) | EP2062008A1 (en) |
| DE (1) | DE102006043339B4 (en) |
| WO (1) | WO2008031774A1 (en) |
Families Citing this family (27)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102010047713B4 (en) | 2009-10-12 | 2015-09-17 | BAM Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung | Measuring arrangement and method for the quantitative detection of spatial distributions of gas flows |
| US8742347B2 (en) | 2010-06-08 | 2014-06-03 | Dcg Systems, Inc. | Three-dimensional hot spot localization |
| FR2965353B1 (en) | 2010-09-28 | 2013-08-23 | Astrium Sas | METHOD AND DEVICE FOR NON-DESTRUCTIVE CONTROL OF WINDMILL BLADES |
| US9004753B1 (en) * | 2010-10-01 | 2015-04-14 | Kurion, Inc. | Infrared detection of defects in wind turbine blades |
| TWI460422B (en) | 2010-10-22 | 2014-11-11 | Dcg Systems Inc | Phase-locked thermal laser excitation from one side of the device and phase-locked thermal divergence image from the other side |
| US8810644B2 (en) * | 2010-12-15 | 2014-08-19 | General Electric Company | Thermal inspection and machining systems and methods of use |
| US8553233B2 (en) * | 2011-06-30 | 2013-10-08 | John W. Newman | Method and apparatus for the remote nondestructive evaluation of an object using shearography image scale calibration |
| KR20140091784A (en) | 2011-12-10 | 2014-07-22 | 디씨지 시스템스 인코포레이티드 | Method for examination of a sample by means of the heat flow thermography |
| KR101315772B1 (en) * | 2012-02-29 | 2013-10-10 | 현대자동차주식회사 | Analysis system and method for visualizing heat conduction of a sample |
| US9746381B2 (en) | 2012-06-22 | 2017-08-29 | United Technologies Corporation | Laser instrumentation bracket |
| US8866084B2 (en) | 2012-09-06 | 2014-10-21 | Siemens Energy, Inc. | Infrared non-destructive evaluation method and apparatus |
| US8720526B1 (en) | 2012-11-13 | 2014-05-13 | Siemens Energy, Inc. | Process for forming a long gas turbine engine blade having a main wall with a thin portion near a tip |
| EP2743688B1 (en) | 2012-12-17 | 2017-05-03 | Thermosensorik Gmbh | Method and system for the examination of a sample by means of thermography |
| WO2014134231A1 (en) * | 2013-03-01 | 2014-09-04 | United Technologies Corporation | Flash thermography double wall thickness measurement |
| US8866912B2 (en) | 2013-03-10 | 2014-10-21 | Pelican Imaging Corporation | System and methods for calibration of an array camera using a single captured image |
| US9453500B2 (en) | 2013-03-15 | 2016-09-27 | Digital Wind Systems, Inc. | Method and apparatus for remote feature measurement in distorted images |
| US9395337B2 (en) | 2013-03-15 | 2016-07-19 | Digital Wind Systems, Inc. | Nondestructive acoustic doppler testing of wind turbine blades from the ground during operation |
| US9330449B2 (en) | 2013-03-15 | 2016-05-03 | Digital Wind Systems, Inc. | System and method for ground based inspection of wind turbine blades |
| US9194843B2 (en) | 2013-03-15 | 2015-11-24 | Digital Wind Systems, Inc. | Method and apparatus for monitoring wind turbine blades during operation |
| EP2840385A1 (en) * | 2013-08-23 | 2015-02-25 | DCG Systems, Inc. | Lock-in thermography method and system for determining material layer parameters of a sample |
| US9347899B2 (en) | 2013-12-06 | 2016-05-24 | Rolls-Royce Corporation | Thermographic inspection techniques |
| US10101577B2 (en) * | 2015-04-13 | 2018-10-16 | Siemens Energy, Inc. | System to prognose gas turbine remaining useful life |
| FI3315447T3 (en) * | 2016-10-31 | 2024-06-13 | Kone Corp | Method for checking the integrity of composite load bearing member |
| WO2019028465A1 (en) * | 2017-08-04 | 2019-02-07 | University Of South Florida | Non-contact system and method for detecting defects in an additive manufacturing process |
| US11307098B2 (en) * | 2020-03-27 | 2022-04-19 | Ecb Consulting Llc | Systems and approaches for obtaining temperature measurements using thermal imaging |
| CN112757747B (en) * | 2020-12-30 | 2022-07-22 | 广东华中科技大学工业技术研究院 | Special-shaped glass part film pasting device and method based on thermal spraying gas infrared imaging |
| CN117538378B (en) * | 2023-11-24 | 2024-06-28 | 山东大学 | A fast defect detection method based on phase lock-in thermal imaging based on square wave heat source |
Family Cites Families (27)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US394646A (en) | 1888-12-18 | Washing-machine | ||
| US455760A (en) | 1891-07-14 | Dinner-boiler | ||
| US487811A (en) | 1892-12-13 | Curd-cutter | ||
| US3566669A (en) * | 1968-09-04 | 1971-03-02 | Harry Parker | Method and apparatus for thermally examining fluid passages in a body |
| DE3034944C2 (en) * | 1980-09-01 | 1985-01-17 | Gerhard Dr. 8029 Sauerlach Busse | Method and device for the photothermal structure investigation of solid bodies |
| FI64465C (en) * | 1982-03-15 | 1983-11-10 | Mauri Luukkala | FOERFARANDE OCH APPARAT FOER ATT MAETA YTORNAS EGENSKAPER AV FASTA TILLSTAONDETS MATERIALER |
| US5111046A (en) * | 1991-03-18 | 1992-05-05 | General Electric Company | Apparatus and method for inspecting cooling holes |
| DE4203272C2 (en) | 1992-02-05 | 1995-05-18 | Busse Gerd Prof Dr Rer Nat Hab | Process for the phase-sensitive display of an effect-modulated object |
| DE4343076C2 (en) * | 1993-12-16 | 1997-04-03 | Phototherm Dr Petry Gmbh | Device for photothermal testing of a surface of an object in particular being moved |
| DE19720461A1 (en) * | 1996-07-31 | 1998-02-05 | Siemens Ag | Method and device for checking the internal cooling structure of turbine blades, in particular stationary gas turbines |
| DE19837889C1 (en) * | 1998-08-20 | 2000-12-21 | Siemens Ag | Thermowave measuring method |
| US6595685B2 (en) * | 1998-10-13 | 2003-07-22 | National Research Laboratory Of Metrology | Method and apparatus for measuring thermophysical properties |
| US6394646B1 (en) | 1999-04-16 | 2002-05-28 | General Electric Company | Method and apparatus for quantitative nondestructive evaluation of metal airfoils using high resolution transient thermography |
| US6367968B1 (en) | 1999-07-21 | 2002-04-09 | General Electric Company | Thermal resonance imaging method |
| US6367969B1 (en) * | 1999-07-21 | 2002-04-09 | General Electric Company | Synthetic reference thermal imaging method |
| AU1813201A (en) * | 1999-12-02 | 2001-06-12 | James R. Lhota | Method and system for reference-free thermographic detection of subsurface defects using compressed image data |
| US6751342B2 (en) * | 1999-12-02 | 2004-06-15 | Thermal Wave Imaging, Inc. | System for generating thermographic images using thermographic signal reconstruction |
| US7724925B2 (en) * | 1999-12-02 | 2010-05-25 | Thermal Wave Imaging, Inc. | System for generating thermographic images using thermographic signal reconstruction |
| WO2002059587A2 (en) * | 2001-01-26 | 2002-08-01 | Rolf Sandvoss | Thermography method |
| DE10103689A1 (en) * | 2001-01-26 | 2002-08-01 | Sandvoss Rolf | Active thermography materials testing method has test area of tested object scanned via thermal imaging camera before and after heating test area via focused laser beam |
| DE10118131C2 (en) * | 2001-04-11 | 2003-06-12 | Roeder Praez Gmbh | Process for thermographic production, quality and function control of heating conductor tracks embedded in aircraft parts |
| USH2127H1 (en) * | 2002-04-12 | 2005-10-04 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Corrosion detection by differential thermography |
| AU2003277158A1 (en) | 2002-09-30 | 2004-04-23 | Computerized Thermal Imaging, Inc. | Predictive performance analysis of turbine components |
| WO2004048775A2 (en) | 2002-11-20 | 2004-06-10 | Computerized Thermal Imaging, Inc. | Method and apparatus for determining the thermal performance of actively cooled turbine components |
| DE102004037575A1 (en) * | 2004-08-03 | 2006-03-16 | Daimlerchrysler Ag | Test device and test method for production-integrated, non-destructive testing, in particular of membrane-electrode assemblies for use in fuel cells |
| DE602004020938D1 (en) | 2004-10-04 | 2009-06-10 | Siemens Ag | METHOD FOR DETERMINING MATERIAL PARAMETERS OF AN OBJECT OF TEMPERATURE VERSUS TIME DATA |
| DE102007058566B4 (en) * | 2007-11-29 | 2020-10-15 | Infratec Gmbh | Device and method for non-contact and non-destructive testing of components using heat flow thermography |
-
2006
- 2006-09-15 DE DE102006043339A patent/DE102006043339B4/en not_active Expired - Fee Related
-
2007
- 2007-09-07 EP EP07820069A patent/EP2062008A1/en not_active Withdrawn
- 2007-09-07 WO PCT/EP2007/059413 patent/WO2008031774A1/en not_active Ceased
- 2007-09-07 US US12/310,856 patent/US8197129B2/en not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| See references of WO2008031774A1 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20090201971A1 (en) | 2009-08-13 |
| DE102006043339A1 (en) | 2008-03-27 |
| DE102006043339B4 (en) | 2010-11-11 |
| WO2008031774A1 (en) | 2008-03-20 |
| US8197129B2 (en) | 2012-06-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2062008A1 (en) | Method and apparatus for determining component parameters by means of thermography | |
| EP1473539B1 (en) | Method and apparatus for measuring the form and/or deformation of an object, in particular by interferometry | |
| DE3129139C2 (en) | Device for measuring the surface temperature of an object in an oven | |
| DE69637471T2 (en) | THERMAL MEASURING DEVICE WITH FAST-REACTIVE CALIBRATION DEVICE | |
| EP1891408B1 (en) | Method and device for producing and detecting a raman spectrum | |
| EP1159598B1 (en) | Device and method for simultaneous in-situ determination of particle size and mass concentration of fluid-borne particles | |
| DE19749984A1 (en) | Methods and devices for the photothermal examination of a test specimen | |
| EP2473839A1 (en) | Method for measuring a semiconductor structure, which is a solar cell or a precursor of a solar cell | |
| DE102020111293B4 (en) | Method and device for in-situ determination of the temperature of a wafer | |
| DE112015000283T5 (en) | Fluorescence observation device | |
| DE19838858A1 (en) | Method for material testing, e.g. by thermography | |
| DE10053112A1 (en) | Non-destructive thermographic testing device for detection of delamination, cracks or material defects in the surfaces of electrically conducting test pieces using a microwave source to provide inductive heating | |
| DE19720461A1 (en) | Method and device for checking the internal cooling structure of turbine blades, in particular stationary gas turbines | |
| DE102007031206B3 (en) | Welding seam inspection method for use during building of car body, in automobile industry, involves using thermal image to detect and evaluate welding seam with respect to different types of defects | |
| DE102008012533A1 (en) | Surface defect and/or internal defect testing method for connected component, involves strongly cooling droplets of water spray by steep temperature gradients, and homogenously and convectively exciting water spray for thermography | |
| DE4203272A1 (en) | Phase sensitive modulated multiplex scanning pattern imaging - using measuring duration per image element which is shorter than cycle duration of modulation, and multi-scanning each of several image elements during cycle | |
| EP1423675B1 (en) | Method and device for measuring the viscosity of a liquid | |
| DE69933722T2 (en) | System for controlling the difference of the optical path length in solid state lasers | |
| DE112014003549T5 (en) | Multi-wavelength radiation thermometer and method for measuring a temperature of multi-wavelength radiation | |
| DE102014017006A1 (en) | Method for the determination and evaluation of time-resolved fluorescence or reflection images on extended three-dimensional surfaces | |
| DE102019107815A1 (en) | Method for operating a cooking appliance and cooking appliance | |
| DE102014007537A1 (en) | Method and device for determining the heating behavior of a working piston | |
| DE102004006853A1 (en) | Method and device for calibrating and correcting grayscale on images | |
| DE4000584A1 (en) | METHOD AND DEVICE FOR DETERMINING CONCENTRATION OF ISOTOPES | |
| DE102018110692B3 (en) | Method and device for time-resolved analysis of transfer films |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PUAI | Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase |
Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012 |
|
| 17P | Request for examination filed |
Effective date: 20090213 |
|
| AK | Designated contracting states |
Kind code of ref document: A1 Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MT NL PL PT RO SE SI SK TR |
|
| AX | Request for extension of the european patent |
Extension state: AL BA HR MK RS |
|
| DAX | Request for extension of the european patent (deleted) | ||
| RAP1 | Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred) |
Owner name: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT |
|
| 17Q | First examination report despatched |
Effective date: 20140206 |
|
| STAA | Information on the status of an ep patent application or granted ep patent |
Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN |
|
| 18D | Application deemed to be withdrawn |
Effective date: 20140401 |