WO2016202749A1 - Abschirmvorrichtung, verfahren zur durchführung einer aktiven thermographie-werkstoffprüfung sowie verwendung - Google Patents

Abschirmvorrichtung, verfahren zur durchführung einer aktiven thermographie-werkstoffprüfung sowie verwendung Download PDF

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WO2016202749A1
WO2016202749A1 PCT/EP2016/063525 EP2016063525W WO2016202749A1 WO 2016202749 A1 WO2016202749 A1 WO 2016202749A1 EP 2016063525 W EP2016063525 W EP 2016063525W WO 2016202749 A1 WO2016202749 A1 WO 2016202749A1
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WO
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shielding
excitation
workpiece
excitation radiation
radiation
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PCT/EP2016/063525
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Philipp Just
Lars Ebert
Thomas Echelmeyer
Marcel Kramer
Michael Roscher
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Thyssenkrupp System Engineering Gmbh
Thyssenkrupp Ag
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Publication date
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    • 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
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/171—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated with calorimetric detection, e.g. with thermal lens detection
    • G01N2021/1714—Photothermal radiometry with measurement of emission

Definitions

  • Shielding device method for performing active thermography material testing and use
  • the invention relates to a shielding device.
  • the invention further relates to a method for carrying out an active thermography material testing. Furthermore, the invention relates to two uses.
  • thermographic, non-destructive material testing by means of active thermography is well known.
  • active thermography a primary excitation is used by means of an excitation source to heat a workpiece. This primary stimulation can be
  • Workpiece example be supplied as Pnconceranregungsstrahlung by means of light sources.
  • an increased emission of electromagnetic radiation in particular in regions of the infrared wave spectrum, ie infrared radiation, is effected.
  • Wavelength regions of the infrared spectrum-sensitive thermographic camera are provided with images which visually map temperature profiles in the workpiece and thus enable, for example, pertinent evaluations such that, for example, a material quality can be evaluated. Naturally, such methods are used for non-destructive testing of workpieces.
  • thermographic camera In order to ensure an evaluation which ensures the lowest possible number of false exclusions or incorrect evaluations, it is necessary for the thermographic camera to selectively record the information actually to be evaluated and, at the same time, to expose it to as little interference as possible.
  • thermographic camera Thermography camera and the workpiece proposed.
  • a test setup has the disadvantage that the complete construction of the thermographic camera makes the test setup structurally more constructive and makes it more difficult to provide the equipment required for material testing in practicable form.
  • US 2002/0172410 AI deals with the non-destructive testing of defects of a workpiece sample by means of thermographic image acquisition.
  • DE 198 30 473 C1 discloses a device for generating and detecting induced heat radiation with two Radiation sources.
  • the US 2010/0074515 AI shows a device for non-destructive
  • the invention is therefore based on the object to provide a way to perform a non-destructive material testing by means of thermography with high quality while avoiding the disadvantages explained above, at the same time the requirement of a compact and easy-to-handle experimental setup is guaranteed.
  • a shielding device for shielding an observation region of a workpiece from secondary excitation radiation during active thermography material testing with thermal excitation of the workpiece in an excitation region by means of primary excitation radiation.
  • the shielding device has a shielding segment for positioning between the observation region of the workpiece and a protrusion.
  • the shielding segment has a high transmissivity for the primary excitation radiation.
  • the shielding segment has no or low transmissivity for the
  • secondary radiation refers to electromagnetic radiation, especially in the infrared region, which is caused by a thermal excitation of a workpiece or a survey of the workpiece or other object by reflected primary excitation radiation.
  • Secondary excitation radiation has the consequence that no or only to a small extent reflected secondary excitation radiation is detected by means of a thermographic camera, superimposed with the image provided for recording and subsequently the
  • Secondary excitation radiation is to be understood as meaning that the shielding segment has a transmissivity of less than 0.2, to the extent that less than 20 percent of the secondary excitation radiation is transmitted. In a special embodiment, it can be provided, in particular, that the shielding segment has a transmissivity of less than 0.05, that is to say less than 5 percent of the secondary excitation radiation is transmitted.
  • transmissivity as a proportion of the transmitted intensity of the secondary excitation radiation integrated over all wavelengths in the wavelength range between 3 microns and 14 micrometers bezich. This wavelength range covers the relevant wavelength range or a large proportion of the relevant wavelength range of the described application range.
  • An embodiment of the shielding device may provide, for example, that the
  • Shielding device has a high absorptivity for the secondary excitation radiation, which is preferably 0.8 or more.
  • High absorptivity is of particular advantage in order to avoid that new sources of impairment of the thermographic image to be produced are brought about as a result of further reflections.
  • the primary excitation radiation has a wavelength between 500 nm and 1100 nm, for which the high transmissivity of the
  • Shielding segment is 0.8 or larger.
  • the primary excitation radiation is laser light of a single wavelength, wherein the laser light is preferably provided as pulsed laser light.
  • the shielding device has a passage mask with a passage opening for positioning between an excitation device and the excitation area, and that the shielding segment is arranged on the passage mask.
  • the components of the shielding device consist of the same material.
  • the shielding device is integrally formed. Such an integrally formed shielding device is particularly advantageous in terms of mechanical robustness.
  • the shielding segment at least partially has a thickness between 1 mm and 3 mm, which has been found in the trial phase of this invention to be sufficient and at the same time provides an advantageous material-saving and flexible formable training.
  • the shielding segment comprises a PBT, a PVC, a PMMA and / or a protective glass.
  • PBT denotes a polybutylene terephthalate.
  • PMMA refers to a polymethylmethacrylate.
  • other transparent thermoplastic materials may be provided.
  • Insbesendere may also be provided in specific exemplary embodiments, that the shielding segment has one of the materials listed in Table 1.
  • Another independent concept of the invention provides a method for performing active thermography material testing of a workpiece.
  • the method comprises the following steps:
  • thermographic camera Detecting an infrared radiation emitted by a thermally excited part of the workpiece located in the excitation region, by means of a thermographic camera,
  • Shielding device at least between an observation area of the workpiece and a bump is arranged, and wherein the Ablesegment has a high transmissivity for the primary excitation radiation and wherein the shielding device further has no or a low transmissivity for secondary excitation radiation.
  • the shielding segment has a high absorptivity, preferably of 0.8 or greater, for secondary excitation radiation.
  • Another exemplary way of carrying out the method may provide that the
  • Primary excitation radiation has a wavelength between 500 nm and 1100 nm.
  • the primary excitation radiation can be monochromatic radiation. Likewise, the primary excitation radiation may be a superposition of radiation of different wavelengths.
  • the high transmissivity is a transmissivity of 0.8 or greater.
  • thermography device which comprises one of the initially provided shielding devices.
  • a further independent aspect of the invention provides for use of a PBT, a PVC, a PMMA and / or a protective glass suitable for shielding an observation area from secondary excitation radiation during an active thermography material test with a thermal excitation of a workpiece at least partly in the observation area and are provided.
  • Fig. La an embodiment of a shielding device and the principle of a
  • Fig. Lb the embodiment of the shielding of Fig. La) and the principle of a
  • FIG. 2 shows an embodiment of a shielding device
  • Tab. 1 Materials that can be used by way of example, which has the shielding element, and measurement results obtained by means of shielding elements produced from the usable materials for the experimental verification of the procedure explained.
  • Fig. La is an embodiment of a shielding device 1 and the principle of thermal excitation of a workpiece 3 in an excitation area to remove.
  • thermography device which is adapted to perform a non-destructive material testing of a workpiece 3.
  • the thermography device has an excitation device 10 designed as a laser, which is aligned for the thermal excitation of an excitation region of the workpiece 3 located in an observation region 2.
  • the pulse laser is operated to heat the workpiece in the excitation region and around the excitation region, for which purpose the laser radiation emitted by the pulsed laser is used as primary excitation radiation 5.
  • a passage mask 8 is disposed between the excitation device 10 and the workpiece 3.
  • the excitation radiation passes through the passage opening 9.
  • a reflection of primary excitation radiation 5 'takes place.
  • a shielding segment 6 of the shielding device 1 is arranged between an elevation 7 and the observation area 2 of the workpiece. The incident on the shielding segment 6 portion of the reflected
  • Primary excitation radiation 5 'transmits the shielding segment 6 to a large extent due to the high transmissivity of greater than 0.8, whereupon a part of the transmitted one transmits
  • Primary excitation radiation 5 'leads to a heating of the elevation 7.
  • the then heated elevation 7 in turn emits radiation whose wavelength is largely located in a range of the infrared spectrum.
  • the radiation reflected in this way is secondary excitation radiation 4, which is transmitted only to a small extent due to the low transmissivity of the shielding segment for secondary excitation radiation, as shown schematically in FIG. 1b).
  • the secondary excitation radiation 4 has no or negligible influence on the thermal spectrum detected by the thermographic camera 11 aligned on the observation area 2.
  • a thermographic image of significantly improved quality compared to conventionally acquired thermographic images is obtained.
  • FIG. 2 is an illustration iner embodiment of a shielding device can be seen.
  • the shielding device of FIG. 2 has a passage mask 8 into which two shielding holes 9 are inserted.
  • a shielding segment 6 is provided, which is provided for arrangement between an observation region of the workpiece and an elevation, as shown by way of example in FIG. 1 a) and in FIG. 1 b).
  • FIG. 3 shows exemplary test results. The experiment was carried out by means of a shielding device 1 which consists entirely of PMMA. The
  • Shielding device 1 was arranged in a test set-up according to Figures la) and lb), wherein for a third constellation, as explained below, the elevation 7 was removed.
  • An excitation device 10 was for an excitation of a workpiece 3, which in this experiment consisted of the alloy EN AW 3003.
  • As an excitation device was a pulsed high-energy laser Trumpf TruDisk 5001, disk laser, with which a primary excitation radiation 5 with a wavelength of 1030 nm was emitted.
  • a detection of a radiation emitted due to the thermal excitation of the workpiece 3 radiation took place by means of a thermographic camera 11, which in a detection range of 3.9-5, 1
  • Thermography imaging shows that the intensity measured using the shielding device 1 is almost equivalent to an intensity detected without elevation 7.
  • Table 1 shows exemplary results for PBT, protective glass, PVC and PMMA, in each case indicating the brand name of the corresponding material and of the manufacturer. It is shown that reflectivity and transmissivity are very low and absorptivity is high in a subrange between 3.9 microns and 5.1 microns of the relevant wavelength range for secondary excitation radiation. It can therefore be provided in particular, one of the specified materials for one of the initially explained

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abschirmvorrichtung (1) zur Abschirmung eines Beobachtungsbereichs eines Werkstücks (3) vor einer Sekundäranregungsstrahlung (4) während einer aktiven Thermographie-Werkstoffprüfung mit einer thermischen Anregung des Werkstücks (3) in einem Anregungsbereich mittels einer Primäranregungsstrahlung. Die Abschirmvorrichtung (1) weist ein Abschirmsegment (6) auf zur Positionierung zwischen dem Beobachtungsbereich (2) des Werkstücks (3) und einer Erhebung, wobei das Abschirmsegment (6) eine hohe Transmissivität für die Primäranregungsstrahlung (5) aufweist. Das Abschirmsegment (1) weist keine oder eine geringe Transmissivität für die Sekundäranregungsstrahlung (4) auf. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Durchführung einer aktiven Thermographie-Werkstoffprüfung sowie eine Verwendung.

Description

Abschirmvorrichtung, Verfahren zur Durchführung einer aktiven Thermographie- Werkstoffprüfung sowie Verwendung
Die Erfindung betrifft eine Abschirmvorrichtung. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Durchführung einer aktiven Thermographie-Werkstoffprüfung. Des Weiteren betrifft die Erfindung zwei Verwendungen.
Die thermographische, zerstörungsfreie Werkstoffprüfung mittels aktiver Thermographie ist allgemein bekannt. Bei der aktiven Thermographie wird mittels einer Anregungsquelle eine Primäranregung genutzt, um ein Werkstück zu erhitzen. Diese Primäranregung kann dem
Werkstück beispielsweise als Pnmäranregungsstrahlung mittels Leuchtquellen zugeführt werden. Als Folge der hierdurch erfolgenden Erwärmung des Werkstücks wird eine erhöhte Emission von elektromagnetischer Strahlung insbesondere in Bereichen des infraroten Wellenspektrums, also Infrarotstrahlung, bewirkt. Mittels Aufnahme dieser Infrarotstrahlung mit einer für
Wellenlängenbereiche des Infrarotspektrums empfindlichen Thermographie-Kamera werden Bilder zur Verfügung gestellt, welche Temperaturverläufe in dem Werkstück sichtbar abbilden und hierdurch beispielsweise dahingehende Auswertungen ermöglichen, dass beispielsweise eine Werkstoffqualität bewertet werden kann. Naturgemäß werden derartige Verfahren für zerstörungsfreien Prüfung von Werkstücken genutzt.
Um eine Auswertung zu gewährleisten, die eine möglichst geringe Anzahl von Fehlausschlüssen beziehungsweise von Fehlbewertungen gewährleistet, ist erforderlich, dass die Thermographie- Kamera selektiv die tatsächlich auszuwertenden Informationen erfasst und gleichzeitig in möglichst geringem Umfang darüber hinausgehenden Störeinflüssen ausgesetzt ist.
Beispielsweise in der US 7855368 B2 ist als Lösung zur Vermeidung oder wenigstens Reduktion dieses Problems ein Umhüllen des gesamten Prüfaufbaus, insbesondere auch der
Thermographie-Kamera und des Werkstücks vorgeschlagen. Ein derartiger Versuchsaufbau weist jedoch den Nachteil auf, dass durch den vollständigen Einschluss der Thermographie- Kamera der Versuchsaufbau konstruktiv an Aufbau gewinnt und eine Bereitstellung der für eine Werkstoffprüfung erforderlichen Gerätschaften in praktikabler Form erschwert wird.
Die US 2002/0172410 AI beschäftigt sich mit der zerstörungsfreien Prüfung von Fehlern einer Werkstückprobe mittels thermographischer Bilderfassung. Die DE 198 30 473 Cl offenbart eine Vorrichtung zum Erzeugen und Erfassen von induzierter Wärmestrahlung mit zwei Strahlenquellen. Die US 2010/0074515 AI zeigt eine Vorrichtung zur zerstörungsfreien
Werkstückprüfung mittels Lockin-Thermographie.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Möglichkeit bereitzustellen, eine zerstörungsfreie Werkstoffprüfung mittels Thermographie mit hoher Qualität unter Vermeidung der eingangs erläuterten Nachteile durchzuführen, wobei gleichzeitig das Erfordernis eines kompakten und gut handhabbaren Versuchsaufbaus gewährleistet ist.
Die Aufgabe wird mit einer Abschirmvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 6, mit einer Thermographievorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 10, mit einer Verwendung des Anspruchs 11 sowie mit einer Verwendung mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen gehen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor. Ein oder mehrere Merkmale aus den Ansprüchen, der Beschreibung wie auch den Figuren können mit einem oder mehreren Merkmalen aus weiteren Ausgestaltungen der Erfindung verknüpft werden. Es können auch ein oder mehrerer Merkmale aus den unabhängigen Ansprüchen durch ein oder mehrere Merkmale ersetzt oder verknüpft werden. Der vorgeschlagene Gegenstand ist nur als Entwurf zur Formulierung der Erfindung aufzufassen, ohne diese aber zu beschränken.
Es wird eine Abschirmvorrichtung vorgeschlagen zur Abschirmung eines Beobachtungsbereichs eines Werkstücks vor einer Sekundäranregungsstrahlung während einer aktiven Thermographie- Werkstoffprüfung mit einer thermischen Anregung des Werkstücks in einem Anregungsbereich mittels einer Primäranregungsstrahlung. Die Abschirmvorrichtung weist ein Abschirmsegment auf zur Positionierung zwischen dem Beobachtungsbereich des Werkstücks und einer Erhebung Das Abschirmsegment weist eine hohe Transmissivität für die Primäranregungsstrahlung auf. Das Abschirmsegment weist keine oder eine geringe Transmissivität für die
Sekundäranregungsstrahlung auf.
Der Begriff der Sekundäranregungsstrahlung bezeichnet elektromagnetische Strahlung, insbesondere im infraroten Bereich, welche durch eine thermische Anregung eines Werkstücks beziehungsweise einer Erhebung des Werkstücks oder eines anderen Gegenstands durch reflektierte Primäranregungsstrahlung hervorgerufen wird.
Ein Abschirmen des Beobachtungsbereichs des Werkstücks vor der
Sekundäranregungsstrahlung hat den Vorteil zur Folge, dass nicht oder nur in sehr geringem Maße reflektierte Sekundäranregungsstrahlung mittels einer Thermographiekamera erfasst wird, die sich mit der zur Aufnahme vorgesehenen Abbildung überlagert und in der Folge die
Auswertung dieser Abbildung erschwert. Auch eine durch die Sekundäranregung erfolgende Erwärmung weiterer Bereiche als des Anregungsbereichs, die sodann ebenfalls zu einer Überlagerung der Abbildungen und einer entsprechen erschwerten Auswertung führen würde, wird durch die Abschirmvorrichtung in vorteilhafter Weise vermieden oder reduziert.
Das Merkmal eines Aufweisens keiner oder einer geringen Transmissivität für die
Sekundäranregungsstrahlung ist dahingehend zu verstehen, dass das Abschirmsegment eine Transmissivität von weniger als 0,2 aufweist, was insoweit zu verstehen ist, dass weniger als 20 Prozent der Sekundäranregungsstrahlung transmittiert werden. In einer speziellen Ausbildung kann insbesondere vorgesehen sein, dass das Abschirmsegment eine Transmissivität von weniger als 0,05 aufweist, also weniger als 5 Prozent der Sekundäranregungsstrahlung transmittiert wird.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Begriff der Transmissivität als Anteil der transmittierten Intensität der Sekundäranregungsstrahlung integriert über alle Wellenlängen in dem Wellenlängenbereich zwischen 3 Mikrometern und 14 Mikrometern bezichnet. Mit diesem Wellenlängenbereich ist der relevante Wellenlängenbereich oder ein großer Anteil des relevanten Wellenlängenbereichs des erläuterten Anwendungsbereichs abgedeckt.
Eine Ausbildung der Abschirmvorrichtung kann beispielsweise vorsehen, dass die
Abschirmvorrichtung eine hohe Absorptivität für die Sekundäranregungsstrahlung aufweist, die bevorzugt 0,8 oder mehr beträgt. Eine hohe Absorptivität ist von besonderem Vorteil, um zu vermeiden, dass als Folge weiterer Reflexionen neue Quellen einer Beeinträchtigung der anzufertigenden Thermographieabbildung herbeigeführt wird.
Insgesamt gilt, dass A +T + R = 1 beträgt, wobei A die Absorptivität, T die Transmissivität und R die Reflexivität bezeichnet mit der Maßgabe, dass sonstige Verluste vernachlässigt werden.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Primäranregungsstrahlung eine Wellenlänge zwischen 500 nm und 1100 nm aufweist, für welche die hohe Transmissivität des
Abschirmsegments 0,8 oder größer ist.
In einer speziellen Ausbildung kann vorgesehen sein, dass die Primäranregungsstrahlung Laserlicht einer einzigen Wellenlänge ist, wobei das Laserlicht bevorzugt als gepulstes Laserlicht bereitgestellt ist. Eine Ausbildung der Erfindung sieht vor, dass die Abschirmvorrichtung eine Durchtrittsmaske aufweist mit einer Durchtrittsöffnung zur Positionierung zwischen einer Anregungsvorrichtung und dem Anregungsbereich, und dass das Abschirmsegment an der Durchtrittsmaske angeordnet ist.
Zweckmäßigerweise kann vorgesehen sein, dass die Bestandteile der Abschirmvorrichtung aus dem gleichen Material bestehen. In einer besonders vorteilhaften Ausbildung kann vorgesehen sein, dass die Abschirmvorrichtung einstückig ausgebildet ist. Eine derartige einstückig ausgebildete Abschirmvorrichtung ist insbesondere auch hinsichtlich mechanischer Robustheit vorteilhaft.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass das Abschirmsegment wenigstens bereichsweise eine Dicke zwischen 1 mm und 3 mm aufweist, die sich in der Erprobungsphase dieser Erfindung als ausreichend herausgestellt hat und gleichzeitig eine vorteilhafte materialsparende und flexibel ausformbare Ausbildung bereitstellt.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Abschirmsegment ein PBT, ein PVC, ein PMMA und/oder ein Schutzglas aufweist.
PBT bezeichnet ein Polybutylenterephthalat. PMMA bezeichnet ein Polymethylmethacrylat. In weiteren Ausbildungen können auch weitere, durchsichtige thermoplastische Kunstoffe vorgesehen sein. Insbesendere kann in speziellen beispielhaften Ausgestaltungen auch vorgesehen sein, dass das Abschirmsegment einen der in der Tabelle 1 aufgeführten Werkstoffe aufweist.
Ein weiterer, unabhängiger Gedanke der Erfindung sieht ein Verfahren zur Durchführung einer aktiven Thermographie-Werkstoffprüfung eines Werkstücks vor. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
- thermische Anregung eines in einem Beobachtungsbereich des Werkstücks befindlichen Anregungsbereichs mittels einer Primäranregungsstrahlung,
- Erfassung einer Infrarotstrahlung, die von einem in dem Anregungsbereich befindlichen thermisch angeregten Teil des Werkstücks emittiert wird, mittels einer Thermographie-Kamera,
- Bereitstellen einer Abschirmvorrichtung, wobei wenigstens ein Abschirmsegment der
Abschirmvorrichtung wenigstens zwischen einem Beobachtungsbereich des Werkstücks und einer Erhebung angeordnet wird, und wobei das Abschirmsegment eine hohe Transmissivität für die Primäranregungsstrahlung aufweist und wobei die Abschirmvorrichtung weiterhin keine oder eine geringe Transmissivität für Sekundäranregungsstrahlung aufweist.
In einer Ausbildung des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass das Abschirmsegment eine hohe Absorptivität, bevorzugt von 0,8 oder größer, für Sekundäranregungsstrahlung aufweist.
Eine weitere beispielhafte Art der Durchführung des Verfahrens kann vorsehen, dass die
Primäranregungsstrahlung eine Wellenlänge zwischen 500 nm und 1100 nm aufweist.
Die Primäranregungsstrahlung kann monochromatische Strahlung sein. Ebenfalls kann die Primäranregungsstrahlung eine Überlagerung von Strahlung verschiedener Wellenlängen sein.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die hohe Transmissivität eine Transmissivität von 0,8 oder größer ist.
In einem weiteren, unabhängigen Gedanken der Erfindung kann eine Thermographievorrichtung vorgesehen sein, die eine der eingangs vorgesehenen Abschirmvorrichtungen umfasst.
Ein weiterer unabhängiger Gedanke der Erfindung sieht eine Verwendung eines PBT, eines PVC, ein PMMA und/oder eines Schutzglases vor, die zur Abschirmung eines Beobachtungsbereichs vor Sekundäranregungsstrahlung bei einer aktiven Thermographie-Werkstoffprüfung mit einer thermischen Anregung eines wenigstens teilweise in dem Beobachtungsbereichs befindlichen Werkstücks geeignet und vorgesehen sind.
Weiterhin ist eine Verwendung einer der eingangs erläuterten Abschirmvorrichtungen zur Abschirmung eines Beobachtungsbereichs vor Sekundäranregungsstrahlung bei einer aktiven Thermographie-Werkstoffprüfung mit einer thermischen Anregung eines Aluminium, Kupfer, eine Aluminium-Legierung und/oder einer Kupfer-Legierung aufweisenden Teils eines Werkstücks vorgesehen. Insbesondere kann beispielsweise eine Verwendung bei einer aktiven
Thermographie-Werkstoffprüfung einer Schweißverbindung aus und/oder mit einer der genannten Materialien vorgesehen sein. Insbesondere die genannten Materialien sind aufgrund ihrer vergleichsweise hohen Reflektivität anfällig für ein Auftreten des beschriebenen Effekts einer Erzeugung von Sekundäranregungsstrahlung, wodurch die beschriebene Abschirmvorrichtung beziehungsweise deren Nutzung bei diesen Materialien im Besonderen ihre Vorteile zur Geltung bringt. Im Folgenden werden konkrete Ausgestaltungen der Erfindung mit Bezugnahme auf die Figuren im Detail näher erläutert. Die Figuren und begleitende Beschreibung der resultierenden
Merkmale sind nicht beschränkend auf die jeweiligen Ausgestaltungen zu lesen, dienen jedoch der Illustration beispielhafter Ausgestaltung. Weiterhin können die jeweiligen Merkmale untereinander wie auch mit Merkmalen der obigen Beschreibung genutzt werden für mögliche weitere Entwicklungen und Verbesserungen der Erfindung, speziell bei zusätzlichen
Ausgestaltungen, welche nicht dargestellt sind.
Es zeigen:
Fig. la): eine Ausgestaltung einer Abschirmvorrichtung sowie das Prinzip einer
thermischen Anregung eines Werkstücks in einem Anregungsbereich;
Fig. lb): die Ausgestaltung der Abschirmvorrichtung der Fig. la) sowie das Prinzip einer
Abschirmung eines Beobachtungsbereichs des Werkstücks vor einer Sekundäranregungsstrahlung;
Fig. 2: Darstellung einer Ausgestaltung einer Abschirmvorrichtung;
Fig. 3: Ergebnisse von Thermographieabbildungen zum experimentellen Nachweis der erläuterten Vorgehensweise;
Tab. 1 : Beispielhaft verwendbare Materialien, welche das Abschirmelement aufweist, sowie mittels aus den verwendbaren Materialien hergestellter Abschirmelemente erhaltene Messergebnisse zum experimentellen Nachweis der erläuterten Vorgehensweise.
Fig. la) ist eine Ausgestaltung einer Abschirmvorrichtung 1 sowie das Prinzip einer thermischen Anregung eines Werkstücks 3 in einem Anregungsbereich zu entnehmen.
Es ist eine Thermographievorrichtung dargestellt, die eingerichtet ist, eine zerstörungsfreie Werkstoffprüfung eines Werkstücks 3 vorzunehmen. Die Thermographievorrichtung weist eine als Laser ausgebildete Anregungsvorrichtung 10 auf, welche zur thermischen Anregung eines in einem Beobachtungsbereich 2 befindlichen Anregungsbereichs des Werkstücks 3 ausgerichtet ist. Der Pulslaser wird zur Erwärmung des Werkstücks in dem Anregungsbereich und um den Anregungsbereich betrieben, wofür die von dem Pulslaser emittierte Laserstrahlung als Primäranregungsstrahlung 5 genutzt wird. Zur Abschirmung des Anregungsbereichs und des Beobachtungsbereichs 2 ist zwischen der Anregungsvorrichtung 10 und dem Werkstück 3 eine Durchtrittsmaske 8 angeordnet. Die Anregungsstrahlung tritt durch die Durchtrittsöffnung 9 hindurch. Zusätzlich zu der beabsichtigten Erwärmung des Werkstücks erfolgt eine Reflexion von Primäranregungsstrahlung 5' . Die reflektierte Primäranregungsstrahlung 5' tritt aus der
Durchtrittsmaske 8 teilweise wieder aus; in der dargestellten Ausführungsform weist die
Durchtrittsmaske eine hohe Transmissivität für Primäranregungsstrahlung auf, sodass der größte Teil; in diesem Fall 0,8 der gesamten Strahlung, die Durchtrittsmaske transmittiert. Mit dem Zweck einer Reduzierung von Streustrahlung ist zwischen einer Erhebung 7 und dem Beobachtungsbereich 2 des Werkstücks ein Abschirmsegment 6 der Abschirmvorrichtung 1 angeordnet. Der auf das Abschirmsegment 6 auftreffende Anteil der reflektierten
Primäranregungsstrahlung 5' transmittiert aufgrund der hohen Transmissivität von größer 0,8 das Abschirmsegment 6 zu einem großen Teil, woraufhin ein Teil der transmittierten
Primäranregungsstrahlung 5' zu einer Erwärmung der Erhebung 7 führt. Die sodann erwärmte Erhebung 7 emittiert ihrerseits wieder eine Strahlung, deren Wellenlänge größtenteils in einem Bereich des Infrarotspektrums befindlich ist.
Bei der derart reflektierten Strahlung handelt es sich um Sekundäranregungsstrahlung 4, welche aufgrund der geringen Transmissivität des Abschirmsegments für Sekundäranregungsstrahlung nur zu einem geringen Teil transmittiert wird, wie in Fig. lb) schematisch dargestellt ist. Die Sekundäranregungsstrahlung 4 hat in der Folge keinen oder einen vernachlässigbaren Einfluss auf das von der auf den Beobachtungsbereich 2 ausgerichteten Thermographiekamera 11 erfasste Wärmespektrum. In der Folge wird eine Thermographieabbildung von gegenüber herkömmlich erfassten Thermographieabbildungen erheblich verbesserter Qualität erhalten.
Fig. 2 ist eine Darstellung iner Ausgestaltung einer Abschirmvorrichtung zu entnehmen. Die Abschirmvorrichtung der Fig. 2 weist eine Durchtrittsmaske 8 auf, in welche zwei Abschirmlöcher 9 eingebracht sind. Seitlich einer der Abschirmlöcher 9 ist ein Abschirmsegment 6 ausgebildet, welches zur Anordnung zwischen einem Beobachtungsbereich des Werkstücks und einer Erhebung vorgesehen ist, wie es beispielhaft in Fig. la) und in Fig. lb) gezeigt ist.
Fig. 3 sind exemplarische Versuchsergebnisse zu entnehmen. Der Versuch wurden mittels einer Abschirmvorrichtung 1 vorgenommen, welche vollständig aus PMMA besteht. Die
Abschirmvorrichtung 1 wurde in einem Versuchsaufbau gemäß der Abbildungen la) und lb) angeordnet, wobei für eine 3. Konstellation wie weiter unten erläutert die Erhebung 7 entfernt wurde. Eine Anregungsvorrichtung 10 wurde für eine Anregung eines Werkstücks 3 , das in diesem Versuch aus der Legierung EN AW 3003 bestand. Als Anregungsvorrichtung wurde ein pulsierender Hochenergielaser Trumpf TruDisk 5001, Scheibenlaser, genutzt, mit welchem eine Primäranregungsstrahlung 5 mit einer Wellenlänge von 1030 nm emittiert wurde. Eine Detektion einer aufgrund der thermischen Anregung des Werkstücks 3 emittierten Strahlung fand mittels einer Thermographiekamera 11 statt, welche in einem Detektionsbereich von 3,9-5, 1
Mikrometern betrieben wurde. Dem Diagramm der Fig. 3 ist die über den erfassten
Wellenlängenbereich integrierte Intensität der Strahlung Abhängigkeit eines Zeitverlaufs zu entnehmen. Der Versuch wurde in drei Konstellationen durchgeführt:
1. Konstellation: Ohne Abschirmvorrichtung 1, mit Erhebung 7, dargestellt durch Kurve 12;
2. Konstellation: mit Abschirmvorrichtung 1, mit Erhebung 7, dargestellt durch Kurve 14;
3. Konstellation: ohne Abschirmvorrichtung 1, ohne Erhebung7, dargestellt durch Kurve 13.
Wie dem Diagramm der Fig. 3 zu entnehmen ist, ist die Kurve für die 2. Konstellation und die 3. Konstellation nahezu identisch. Es konnte somit nachgewiesen werden, dass mit der erläuterten Vorgehensweise eine Abschirmung der durch die Erhebung verursachte
Sekundäranregungsstrahlung zu einer dahingehenden Verbesserung der erfassten
Thermographieabbildung führt, dass die unter Nutzung der Abschirmvorrichtung 1 gemessene Intensität nahezu gleichwertig mit einer ohne Erhebung 7 erfassten Intensität ist. Es sind somit eine Methode und eine Vorrichutng vorgestellt, unter deren Nutzung eine Ausschaltung negativer Einflüsse von als Erhebung vorhandenen Störkonturen erreicht wird, ohne dass eventuelle negative Begleiteffekte wie beispielsweise eine signifikante Verringerung der erfassten Intensität hiermit einhergehen würden.
Tabelle 1 sind exemplarische Ergebnisse für PBT, Schutzglas, PVC und PMMA angegeben, wobei jeweils der Markenname des entsprechenden Materials und des Herstellers angegeben sind. Es ist dargestellt, dass in einem Teilbereich zwischen 3,9 Mikrometern und 5, 1 Mikrometern des relevanten Wellenlängenbereichs für Sekundäranregungsstrahlung die Reflektivität und die Transmissivität sehr gering und die Absorptivität hoch ist. Es kann daher insbesondere vorgesehen sein, eines der angegebenen Materialien für eine der eingangs erläuterten
Materialklassen, PBT, Schutzglas, PVC und PMMA, einzusetzen.

Claims

Patentansprüche
Abschirmvorrichtung (1) zur Abschirmung eines Beobachtungsbereichs eines Werkstücks (3) vor einer Sekundäranregungsstrahlung (4) während einer aktiven Thermographie- Werkstoff prüfung mit einer thermischen Anregung des Werkstücks (3) in einem
Anregungsbereich mittels einer Primäranregungsstrahlung (5), wobei die
Abschirmvorrichtung (1) ein Abschirmsegment (6) aufweist zur Positionierung zwischen dem Beobachtungsbereich
(2) des Werkstücks
(3) und einer Erhebung, wobei das
Abschirmsegment (6) eine hohe Transmissivität für die Primäranregungsstrahlung (5) aufweist und wobei das Abschirmsegment (6) keine oder eine geringe Transmissivität für die Sekundäranregungsstrahlung (4) aufweist.
Abschirmvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die
Abschirmvorrichtung (1) eine hohe Absorptivität, bevorzugt von 0,8 oder größer, für die Sekundäranregungsstrahlung
(4) aufweist.
Abschirmvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Primäranregungsstrahlung (5) eine Wellenlänge zwischen 500 nm und 1100 nm aufweist, für welche die hohe Transmissivität des Abschirmsegments (6) 0,8 oder größer ist.
Abschirmvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Abschirmvorrichtung (1) eine Durchtrittsmaske (8) aufweist mit einer Durchtrittsöffnung (9) zur Positionierung zwischen einer Anregungsvorrichtung (10) und dem Anregungsbereich, und dass das Abschirmsegment (6) an der Durchtrittsmaske (8) angeordnet ist.
Abschirmvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass das Abschirmsegment (6) ein PBT, ein PVC, ein PMMA und/oder ein Schutzglas aufweist.
Verfahren zur Durchführung einer aktiven Thermographie-Werkstoffprüfung eines
Werkstücks, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
- thermische Anregung eines in einem Beobachtungsbereich (2) des Werkstücks (3) befindlichen Anregungsbereichs mittels einer Primäranregungsstrahlung, - Erfassung einer Infrarotstrahlung, die von einem in dem Anregungsbereich befindlichen thermisch angeregten Teil des Werkstücks (3) emittiert wird, mittels einer Thermographie- Kamera (11),
- Bereitstellen einer Abschirmvorrichtung, wobei wenigstens ein Abschirmsegment (6) der Abschirmvorrichtung (1) wenigstens zwischen einem Beobachtungsbereich (2) des
Werkstücks (3) und einer Erhebung (7) angeordnet wird, und wobei das Abschirmsegment (6) eine hohe Transmissivität für die Primäranregungsstrahlung
(5) aufweist und wobei die Abschirmsegment
(6) weiterhin keine oder eine geringe Transmissivität für
Sekundäranregungsstrahlung (4) aufweist.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschirmsegment (6) eine hohe Absorptivität, bevorzugt von 0,8 oder größer, für Sekundäranregungsstrahlung (4) aufweist.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die
Primäranregungsstrahlung (5) eine Wellenlänge zwischen 500 nm und 1100 nm aufweist.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die hohe
Transmissivität für die Primäranregungsstrahlung eine Transmissivität von 0,8 oder größer ist.
10. Thermographievorrichtung, die eine Anregungsvorrichtung (10), eine Thermographiekamera (11) und eine Abschirmvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 aufweist, die als Set in miteinander verbundener oder unverbundener Weise vorliegen.
11. Verwendung eines PBT, eines PVC, eines PMMA und/oder eines Schutzglases, bevorzugt in einer Abschirmvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, zur Abschirmung eines Beobachtungsbereichs vor Sekundäranregungsstrahlung (4) bei einer aktiven
Thermographie-Werkstoffprüfung mit einer thermischen Anregung eines wenigstens teilweise in dem Beobachtungsbereichs befindlichen Werkstücks.
12. Verwendung einer Abschirmvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zur
Abschirmung eines Beobachtungsbereichs vor Sekundäranregungsstrahlung (4) bei einer aktiven Thermographie-Werkstoffprüfung mit einer thermischen Anregung eines Aluminium, Kupfer, eine Aluminium-Legierung und/oder einer Kupfer-Legierung aufweisenden Teils eines Werkstücks, insbesondere einer Schweißverbindung.
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