WO2019129499A1

WO2019129499A1 - Verfahren sowie vorrichtung zur berührungslosen zerstörungsfreien untersuchung eines werkstückes

Info

Publication number: WO2019129499A1
Application number: PCT/EP2018/084736
Authority: WO
Inventors: Patrick Jäckel
Original assignee: Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e. V.
Priority date: 2017-12-28
Filing date: 2018-12-13
Publication date: 2019-07-04
Also published as: DE102017223849A1

Abstract

Beschrieben werden ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur berührungslosen zerstörungsfreien Untersuchung eines elektrisch leitendes und ferromagnetisches Material aufweisenden Werkstückes im Rahmen einer elektromagnetischen Ultraschallwellen-Untersuchung, bei der das Werkstück zumindest bereichsweise wenigstens einem statischen oder quasistatischen Magnetfeld sowie einem mit Hilfe einer HF-Spulenanordnung erzeugbaren und mit dem Magnetfeld überlagernden elektromagnetischen HF-Feld derart ausgesetzt wird, so dass sich innerhalb des Werkstückes Ultraschallwellen ausbilden, die nach Durchschallen wenigstens eines Bereiches des Werkstückes im Bereich des Magnetfeldes und/oder eines anderen statischen oder quasistatischen Magnetfeldes ein mit Hilfe der HF-Spulenanordnung und/oder einer anderen HF-Spulenanordnung detektierbares HF-Feld erzeugen, das der Untersuchung zugrunde gelegt wird. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass mit Hilfe des mit der HF- Spulenanordnung erzeugbaren HF-Feldes in zeitlicher Synchronisation zur elektromagnetischen Ultraschallwellen-Untersuchung das Werkstück induktiv erwärmt und mittels einer Induktionsthermographie untersucht wird. Hierzu ist die wenigstens eine HF-Spulenanordnung mit einer Ansteuereinheit verbunden und derart ansteuerbar, so dass ein von der HF-Spulenanordnung erzeugbares HF-Feld innerhalb des Werkstückes Wirbelströme induziert, durch die Ultraschallwellen innerhalb des Werkstückes erzeugbar sind sowie das Werkstück derart erwärmen, so dass das Werkstück mittels Induktionsthermographie erfassbar ist. Dabei ist die wenigstens eine HF-Spulenanordnung derart ausgebildet und am Werkstück anbringbar ausgebildet, so dass ein Oberflächenbereich des Werkstückes, der von dem HF-Feld zur induktiven Erwärmung des Werkstückes durchsetzbar ist, von einer Thermographiekamera optisch frei zugänglich erfassbar ist.

Description

Verfahren sowie Vorrichtung zur berührungslosen zerstörungsfreien Untersuchung eines Werkstückes

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren sowie auf eine Vorrichtung zur berührungslosen zerstörungsfreien Untersuchung eines elektrisch leitendes und ferromagnetisches Material aufweisenden Werkstückes im Rahmen einer

elektromagnetischen Ultraschallwellen-Untersuchung, bei der das Werkstück zumindest bereichsweise wenigstens einem statischen oder quasistatischen

Magnetfeld sowie einem mit Hilfe einer HF-Spulenanordnung erzeugbaren und mit dem Magnetfeld überlagernden elektromagnetischen HF-Feld derart ausgesetzt wird, so dass sich innerhalb des Werkstückes Ultraschallwellen ausbilden, die nach Durchschallen wenigstens eines Bereiches des Werkstückes im Bereich des

Magnetfeldes und/oder eines anderen statischen oder quasistatischen Magnetfeldes ein mit Hilfe der HF-Spulenanordnung und/oder einer anderen HF-Spulenanordnung detektierbares HF-Feld erzeugen, das der Untersuchung zugrunde gelegt wird.

Stand der Technik

In vielen Industriebereichen, z. B. in der Automobilindustrie oder in der

Eisenbahntechnik müssen sicherheitsrelevante Bauteile, wie Komponenten von Bremsen und der Lenkung oder ganze Eisenbahnräder, zum Ausschluss von

Oberflächenrissen bei der Fertigung einer Hundertprozent-Prüfung unterzogen werden. Dabei sind zukünftig vor allem Verfahren von Vorteil, die ohne eine spezielle Oberflächenbehandlung auskommen, die zuverlässig und objektiv arbeiten und eine vollautomatische Prüfung von Komponenten ermöglichen.

Neben der Untersuchung von möglichen Oberflächendefekten, vorzugsweise in Form von Oberflächenrissen sind in vielen Fällen in gleicher weise Kenntnisse über die Materialqualität von Werkstücken im gesamten Werkstückvolumen von großer Bedeutung, um eine allumfassende Aussage über die Fertigungsqualität bzw. den aktuellen Zustand eines Werkstückes treffen zu können.

Mit den Mitteln der bisherigen zerstörungsfreien Fehlerdetektion an Werkstücken wird häufig zwischen dem Nachweis von Oberflächenfehlern, die sich bis zu einer Tiefe von etwa 1 mm von der Werkstückoberfläche erstrecken, und von

Volumenfehlern, d.h. Materialfehler in Form von Rissen, Lunkern oder ähnlichen Materialinhomogenitäten, die tiefer als 1 mm entfernt von der Werkstückoberfläche liegen, unterschieden.

Die gängigen, insbesondere in der Industrie eingesetzten Standardprüfverfahren basieren entweder auf Ultraschall-Verfahren oder Thermographieverfahren. Bei metallischen Werkstücken wird aus Gründen einer kontaktlosen Arbeitsweise auf die so genannte Induktionsthermographie sowie auf elektromagnetisch basierte

Ultraschallverfahren zurückgegriffen, je nachdem ob die Erfassung von

Oberflächenfehlern oder von Volumenfehlern im Fokus der Untersuchung stehen.

Zur oberflächennahen Fehlerinspektion eignen sich, wie bereits erwähnt, die

Methoden der aktiven Thermographie, siehe X. Madague, Theory and Practice of Infrared Technology for Nondestructive, New-York: John Wiley, 2001.

Für Werkstücke aus elektrisch leitenden und ferromagnetischen Materialien eignet sich zur Erfassung von Oberflächenfehlern die induktiv angeregte Thermographie, kurz Induktionsthermographie, bei der innerhalb des Werkstückmaterials mit Hilfe einer auf der Werkstückoberfläche angeordneten Induktionsspule Wirbelströme hervorgerufen werden, die auf geschlossenen Stromwegen verlaufen. Die Wirbelströme werden in bzw. an fehlerhaften Werkstückbereichen abgelenkt und müssen Umwege um die entsprechende Fehler, in Form von Rissen bzw.

Oberflächenrissen nehmen. Die durch die Schädigungen geänderte lokale

Stromdichte führt zu einer Änderung in der Temperaturverteilung unmittelbar am Fehler, der mit H ilfe einer Thermographiekamera sichtbar gemacht werden kann. Siehe hierzu auch U. Netzeimann, G. Walle und H. Strauß,„Einsatz der induktiven Thermographie zur schnellen und sicheren Fehldetektion an Bauteilen der

Massivumformung,“ in Massivumformung - Produkte - Perspektiven, Leonberg, 2007, B. Valeske, G. Walle und U. Netzeimann,„Oberflächenrissprüfung mit aktiver dynamischer Thermographie - Alternative zu konventionellen Prüfverfahren,“ QZ- Messen und Prüfen, Bd. 53, Nr. 3, pp. 66-69, 2008, V. Carl und G. Zenziger, „Automatische Rissprüfung mit induktiv angeregter Thermographie,“ in DGZfP- Jahrestagung, Rostock, 2005.

Für tiefer liegende Fehler, so genannte Volumenfehler, ist die Detektion mittels Ultraschall eine gängige Prüfmethode, bei der elektromagnetisch erzeugte und nachweisbare Ultraschallwellen mit Hilfe so genannter EMUS-Prüfköpfen, die eine kontaktlose Ultraschallwellenerzeugung innerhalb des Werkstückes ermöglichen, zum Einsatz kommen.

Gleichsam der induktiv angeregten Thermographie wird auch im Falle der so genannten EMUS-Prüftechnik ein Wirbelstrom im Werkstück nahe der

Werkstückoberfläche angeregt, der in Wechselwirkung mit einem statischen oder quasi statischen, d.h. niederfrequenten, Magnetfeld innerhalb des Werkstückes auf das Werkstückgitter gerichtete Kräfte ausbildet, die zu einer Gitterverzerrung führen, durch die sich räumlich und zeitlich elastische Wellen mit Frequenzen im

Ultraschallbereich ausbilden und innerhalb des Werkstückes ausreiten. Die

Ultraschallwellen wechselwirken mit Fehlern bzw. Materialungänzen und erzeugen Schallechos, die wiederum empfangen und ausgewertet werden können. Aus der Druckschrift DE 10 2009 021 233 A1 gehen eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Erfassung von Wärmebildern eines Objektes hervor, das mit einem periodischen Anregungssignal mechanisch angeregt wird.

Die Druckschrift DE 103 31 070 A1 offenbart ein Verfahren zur Charakterisierung von Werkstücken aus elektrisch leitfähigen Materialien, die zu Zwecken einer

Fehleruntersuchung induktiv erwärmt werden und eine daraus resultierende örtliche Temperaturverteilung an einer Oberfläche erfasst wird.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur berührungslosen zerstörungsfreien Untersuchung eines elektrisch leitendes und ferromagnetisches Material aufweisenden Werkstückes derart auszubilden, so dass die Erfassung von Oberflächen- und Volumenfehlern innerhalb eines Werkstückes gleichzeitig möglich sein soll. Ferner gilt es beide Verfahrensvarianten mit Hilfe einer einheitlich handhabbaren Baueinheit durchzuführen.

Die Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Gegenstand des Anspruches 9 ist eine lösungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des in Anspruch 1 angegebenen lösungsgemäßen Verfahrens. Den Erfindungsgedanken in vorteilhafter weise weiterbildende Merkmale sind

Gegenstand der Unteransprüche sowie der weiteren Beschreibung insbesondere unter Bezugnahme auf die Ausführungsbeispiele zu entnehmen.

Das lösungsgemäße Verfahren zur berührungslosen und zerstörungsfreien

Untersuchung eines elektrisch leitendes und ferromagnetisches Material

aufweisenden Werkstückes basiert auf der an sich bekannten elektromagnetischen Ultraschallwellen-Untersuchung, bei der das Werkstück zumindest bereichsweise wenigstens einem statischen oder quasi statischen Magnetfeld sowie einem mit Hilfe einer HF-Spulenanordnung erzeugbaren und mit dem Magnetfeld überlagernden elektromagnetischen HF-Feld derart ausgesetzt wird, so dass ich innerhalb des Werkstückes Ultraschallwellen ausbilden, die nach Durchschallen wenigstens eines Bereiches des Werkstückes im Bereich des Magnetfeldes, das zur

Ultraschallwellenerzeugung dient, und/oder eines anderen statischen oder quasi statischen Magnetfeldes, das an einem anderen Werkstückbereich vorherrscht, ein mit Hilfe der HF-Spulenanordnung und/oder einer anderen HF-Spulenanordnung detektierbares HF-Feld erzeugen, das der Untersuchung zugrundegelegt wird. Lösungsgemäß wird mit Hilfe des mit der HF-Spulenanordnung erzeugbaren HF- Feldes, mit dem die Ultraschallwellen innerhalb des Werkstückes erzeugt werden, in zeitlicher Synchronisation zur elektromagnetischen Ultraschallwellen-Untersuchung das Werkstück induktiv erwärmt und mittels einer Induktionsthermographie untersucht. D.h. die vom HF-Feld innerhalb des Werkstückes generierten

Wirbelströme dienen sowohl zur Ultraschallwellenerzeugung als auch zur

Werkstückerwärmung.

Das lösungsgemäße Verfahren sieht eine Fusion beider bekannter

Untersuchungsverfahren der induktiv angeregten Thermographie sowie der elektromagnetisch basierten Ultraschallwellenuntersuchung dergestalt vor, so dass beide Verfahren zeitsynchron an ein und dem gleichen Werkstück ohne sich gegenseitig zu behindern, anwendbar sind. Das statische bzw. quasi statische, d.h. niederfrequente Magnetfeld vermag mit Hilfe des zusätzlichen HF-Feldes einerseits elektromagnetisch basierte Ultraschallwellen zu erzeugen und zu detektieren und andererseits zur Kontraststeigerung bei der induktiv angeregten Thermographie beizutragen.

In einer bevorzugten Ausführungsvariante wird die HF-Spulenanordnung mit einer Arbeitsfrequenz betrieben, bei der sich ein HF-Feld ausbildet, das innerhalb des Werkstückes Wirbelströme induziert, die sowohl der Ausbildung von

Ultraschallwellen, die der elektromagnetischen Ultraschallwellen-Untersuchung zugrunde gelegt werden, als auch zur Erwärmung des Werkstückes, die im Rahmen der Induktionsthermographie genutzt wird, dienen. Alternativ zum Betrieb der HF-Spulenanordnung mit einer einzigen Arbeitsfrequenz bietet es sich gleichsam an, die HF-Spulenanordnung mit einer ersten

Arbeitsfrequenz zu beaufschlagen, bei der sich ein HF-Feld ausbildet, das innerhalb des Werkstückes Wirbelströme induziert, die der Ausbildung von Ultraschallwellen, die der elektromagnetischen Ultraschallwellen-Untersuchung zugrunde gelegt werden, dienen. Zudem wird die HF-Spulenanordnung mit einer zweiten

Arbeitsfrequenz beaufschlagt, bei der sich ein HF-Feld ausbildet, das innerhalb des Werkstückes Wirbelströme induziert, die zur Erwärmung des Werkstückes und zur Durchführung der Induktionsthermographie dienen, wobei die HF-Spulenanordnung vorzugsweise mit beiden Frequenzen in Art eines Multiplexverfahrens betrieben wird, beispielsweise im Wege eines Zeit-, Frequenz- oder Codemultiplexverfahrens. Auf diese Weise ist es möglich zeitsynchron das Werkstück mittels elektromagnetischer Ultraschallwellenuntersuchung sowie auch der induktiv angeregten Thermographie zu untersuchen und auf diese Weise sowohl Oberflächen- als auch Volumenfehler innerhalb des Werkstückes zeitsynchron zu erfassen.

Je nach Art der verwendeten Ultraschallwellenanregung, d.h. vermittels Lorenzkraft oder Magnetostriktion, wird das statische oder quasi statische Magnetfeld horizontal oder orthogonal zu einer dem Werkstück zuordenbaren Werkstückoberfläche orientiert, an der die HF-Spulenanordnung zur Erzeugung des mit dem Magnetfeld überlagernden elektromagnetischen HF-Feldes angeordnet ist.

Optional wird das statische oder quasi statische Magnetfeld im Falle einer zur Werkstückoberfläche horizontalen Orientierung zusätzlich um eine zur

Werkstückoberfläche orthogonalen Raumrichtung gedreht, um so Rissorientierungen unterschiedlicher räumlicher Lagen sicher erfassen zu können. In gleicher weise kann das statische oder quasi statische Magnetfeld im Falle einer zur

Werkstückoberfläche orthogonalen Orientierung um eine längs der

Werkstückoberfläche orientierten Raumrichtung gedreht werden.

Ebenso ist es möglich, neben dem horizontal oder orthogonal zur

Werkstückoberfläche orientierten statischen oder quasi statischen Magnetfeld wenigstens ein weiteres, d.h. zusätzliches statisches oder quasi statisches

Magnetfeld mit einer zur Werkstückoberfläche horizontalen Orientierung vorzusehen, das zu einer zur Werkstückoberfläche orientierten Raumrichtung gedreht werden kann. Neben der bereits erwähnten sicheren, lageunabhängigen Risserfassung kann auf diese Weise das Signal-Rausch-Verhältnis verbessert werden, dies betrifft insbesondere die im Rahmen der induktiven Thermographie erfassbaren Bildsignale, die eine Signalsteigerung von bis zu 300% erfahren können. Zudem trägt diese Maßnahme für eine schnellere Prüfung bei, da weniger Energie bei gleichbleibendem Kontrast in das Werkstück eingetragen werden muss.

Zum Zwecke einer möglichst unbeeinflussten Durchführung der

Induktionsthermographie wird wenigstens ein Oberflächenbereich des Werkstückes, der von dem HF-Feld zur induktiven Erwärmung des Werkstückes durchsetzt wird, von einer Thermographiekamera optisch frei zugänglich erfasst. Flierzu sind geeignete Maßnahmen zu treffen, so dass die Werkstückoberfläche zumindest nicht vollständig von der zur elektromagnetischen Ultraschallwellenuntersuchung erforderlichen HF-Spulenanordnung überdeckt wird.

Vorzugsweise wird die HF-Spulenanordnung resonant betrieben, d.h. sämtliche Komponenten der HF-Spulenanordnung sind bezüglich ihres elektrischen

Widerstandes, ihrer kapazitiven und induktiven Eigenschaften resonant aufeinander abgestimmt.

Ferner ist eine Vorrichtung zur berührungslosen zerstörungsfreien Untersuchung eines elektrisch leitendes und ferromagnetisches Material aufweisenden

Werkstückes zur Durchführung einer elektromagnetischen Ultraschallwellen- Untersuchung, mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 9 derart ausgebildet, so dass die wenigstens eine HF-Spulenanordnung mit einer

Ansteuereinheit verbunden und ansteuerbar ist, so dass ein von der HF- Spulenanordnung erzeugbares HF-Feld innerhalb des Werkstückes Wirbelströme induziert, durch die Ultraschallwellen innerhalb des Werkstückes erzeugbar sind und die das Werkstück derart erwärmen, so dass das Werkstück mittels Induktionsthermographie erfassbar ist. Zudem ist die wenigstens eine HF- Spulenanordnung derart ausgebildet und am Werkstück angebracht, so dass ein Oberflächenbereich des Werkstückes, der von dem HF-Feld zur induktiven

Erwärmung des Werkstückes durchsetzt wird, von einer Thermographiekamera optisch frei zugänglich erfasst werden kann. Flierzu sieht die Thermographiekamera eine Empfangsapertur vor, über die die Thermographikamera detektierbare Signale bspw. in Form von IR-Strahlung zu erfassen vermag und die auf den

Oberflächenbereich des Werkstückes gerichtet ist, der von dem HF-Feld zur Induzierung der Wirbelströme und der damit verbundenen

Ultraschallwellenerzeugung sowie induktiven Erwärmung des Werkstückes durchsetzt wird.

Von zentraler Bedeutung ist die Ansteuereinheit, die die wenigstens eine HF- Spulenanordnung sowohl für den Betrieb zum Zwecke der

Ultraschallwellenuntersuchung, d.h. Ultraschallwellenerzeugung und -detektion, sowie auch zum Zwecke der induktiven Werkstückerwärmung dient. Die

vorzugsweise als gemeinsame Leistungselektronik ausgebildete Ansteuereinheit ermöglicht somit eine effiziente, synchronisierbare kompakte Lösung, zur vollständigen Untersuchung eines Werkstückes im Rahmen einer Ultraschallwellen- sowie auch Thermographie-Untersuchung. Diese eröffnet viele Möglichkeiten, insbesondere im Bereich automatisierbarer Anwendungsfelder.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Spulenanordnung wenigstens eine Induktionsspule auf, die eine Vielzahl an Wicklungen wenigstens eines elektrischen Leiters vorsieht, die nach einem Wickelmuster angeordnet sind, das wenigstens einen Zwischenraum zwischen den Wicklungen einschließt, der einen für die Thermographiekamera optisch freien Sichtkanal auf das Werkstück bietet.

In Kombination oder als Alternative hierzu bietet es sich an die wenigstens eine Induktionsspule der Spulenanordnung aus einem für die Thermographiekamera erfassbaren Wellenlängenbereich transparenten elektrisch leitenden Material zu fertigen. Hierzu bieten sich beispielsweise folgende transparente elektrisch leitende Materialien an: ITO (Indium-Zinnoxid), Sn0₂:F, ZnO:AI, Sn0₂:Sb, Graphen.

Zum Zwecke einer einfachen vorzugsweise portablen Handhabung der Vorrichtung ist die Thermographiekamera mittel- oder unmittelbar raumfest mit der wenigstens eine HF-Spulenanordnung und/oder der wenigstens einen Magneteinheit verbunden

Kurze Beschreibung der Erfindung

Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen

Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 Stark schematisierte Darstellung einer Vorrichtung zur

Durchführung einer elektromagnetischen

Ultraschallwellenuntersuchung sowie induktiven Thermographie,

Wege zur Ausführung der Erfindung, gewerbliche Verwendbarkeit

Figur 1 zeigt schematisiert die Draufsicht auf ein Werkstück 1 , an dessen

Werkstückoberfläche eine Spulenanordnung 2 angebracht ist. Zusätzlich ist eine Permanentmagnetanordnung 3 vorgesehen, die auf der Werkstückoberfläche des Werkstückes 1 aufsitzt und innerhalb des Werkstückes 1 ein horizontal orientiertes statisches B-Feld Bo erzeugt. Die Spulenanordnung 2 ist mit einer Ansteuereinheit 4 verbunden, vorzugsweise in Form einer Leistungselektronik, die die

Spulenanordnung 2 resonant anzuregen vermag, wodurch Wirbelströme 5 innerhalb des Werkstückes 1 induziert werden. Die Wirbelströme 5 überlagern mit dem horizontal orientierten Magnetfeld Bo und erzeugen innerhalb des Werkstückes 1 kraftbedingte Gitterverzerrungen, durch die innerhalb des Werkstückes 1 sich ausbreitende Ultraschallwellen entstehen. Nach entsprechender Durchschallung der Ultraschallwellen des Werkstückes 1 und Reflexion, so insbesondere auch und insbesondere an innerhalb des Werkstückes enthaltenden Fehlstellen rufen die Ultraschallwellen in Kombination mit dem horizontal orientierten Magnetfeld Bo im Bereich der HF-Spulenanordnung 2 detektierbare Ströme hervor, die der Ultraschallwellenuntersuchung zugrunde gelegt werden.

Gleichfalls führen die innerhalb des Werkstückes durch die HF-Spulenanordnung 2 induzierten Wirbelströme 5 zur lokalen Erwärmung des Werkstückes 1. Mit Hilfe einer Thermographiekamera 6, deren Empfangsapertur E auf die Werkstückoberfläche 8 des Werkstückes 1 insbesondere im Bereich der HF-Spulenanordnung 2 gerichtet ist und durch eine entsprechend transparente Ausbildung der HF-Spulenanordnung 2 und/oder durch Sichtlücken innerhalb der HF-Spulenanordnung 2 die freie

Werkstückoberfläche 8 erfassen vermag, können auf Fehler nahe der

Werkstückoberfläche 8 hinweisende, geringste Temperaturunterschiede erfasst werden.

Die sowohl mit Hilfe der Ultraschallwellenuntersuchung als auch mit Hilfe der induktiven Thermographie gewonnenen Messsignale werden zeitlich synchron kombiniert in einer Auswerteeinheit 7 gemeinsam erfasst und ausgewertet, so dass eine zuverlässige Aussage über mögliche Fehler innerhalb des gesamten

Werkstückes l angestellt werden kann. Die aus beiden Verfahren stammenden Messsignale stehen in einem festen zeitlichen und räumlichen Bezug zueinander und vermögen so ein tatsächliches Abbild über den Zustand eines zu untersuchenden Werkstückes anzugeben. Die in Figur 1 schematisiert dargestellte Vorrichtung eignet sich insbesondere zur Erfassung dynamischer Belastungszustände innerhalb eines Werkstückes, zumal die Vorrichtung erstmals ein Werkstück sowohl mittels

Ultraschallwellenuntersuchung als auch induzierter thermographischer Untersuchung zu analysieren vermag.

In einer bevorzugten Ausführungsform bildet die HF-Spulenanordnung 2 sowie zumindest die Thermographiekamera 6 eine portable und gemeinsam handhabbare Einheit. Auf diese Weise können Werkstückoberflächen durch manuelle oder automatisierte Handhabung der Messanordnung ganz- oder zumindest großflächig vermessen werden. Denkbar wäre ebenfalls die Ausbildung einer kompakten

Baueinheit aus Permanentanordnung 3, HF-Spulenanordnung 2, Ansteuereinheit 4 und Thermograph iekamera 6. Je nach Ausbildung kann die Baueinheit gleichfalls portabel ausgebildet sein. Die mit Hilfe der portablen Baueinheit erfassbaren Messsignale können kabelgebunden oder kabelungebunden an die Auswerteinheit 7 übertragen werden.

Bezugszeichenliste Werkstück

HF-Spulenanordnung

Permanentmagnetanordnung bzw. Elektromagnetanordnung Ansteuereinheit

Wirbelströme

Thermographiekamera

Auswerteeinheit

Oberflächenbereich

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur berührungslosen zerstörungsfreien Untersuchung eines elektrisch leitendes und ferromagnetisches Material aufweisenden Werkstückes im Rahmen einer elektromagnetischen Ultraschallwellen-Untersuchung, bei der das Werkstück zumindest bereichsweise wenigstens einem statischen oder

quasistatischen Magnetfeld sowie einem mit Hilfe einer HF-Spulenanordnung erzeugbaren und mit dem Magnetfeld überlagernden elektromagnetischen HF-Feld derart ausgesetzt wird, so dass sich innerhalb des Werkstückes Ultraschallwellen ausbilden, die nach Durchschallen wenigstens eines Bereiches des Werkstückes im Bereich des Magnetfeldes und/oder eines anderen statischen oder quasistatischen Magnetfeldes ein mit Hilfe der HF-Spulenanordnung und/oder einer anderen HF- Spulenanordnung detektierbares HF-Feld erzeugen, das der Untersuchung zugrunde gelegt wird,

dadurch gekennzeichnet, dass mit Hilfe des mit der HF-Spulenanordnung erzeugbaren HF-Feldes in zeitlicher Synchronisation zur elektromagnetischen Ultraschallwellen-Untersuchung das Werkstück induktiv erwärmt und mittels einer Induktionsthermographie untersucht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet, dass die HF-Spulenanordnung mit einer Arbeitsfrequenz betrieben wird, bei der sich ein HF-Feld ausbildet, das innerhalb des Werkstückes Wirbelströme induziert, die sowohl der Ausbildung von Ultraschallwellen, die der elektromagnetischen Ultraschallwellen-Untersuchung zugrunde gelegt werden, als auch zur Erwärmung des Werkstückes, die im Rahmen der Induktionsthermographie genutzt wird, dienen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet, dass die HF-Spulenanordnung mit einer ersten

Arbeitsfrequenz betrieben wird, bei der sich ein HF-Feld ausbildet, das innerhalb des Werkstückes Wirbelströme induziert, die der Ausbildung von Ultraschallwellen, die der elektromagnetischen Ultraschallwellen-Untersuchung zugrunde gelegt werden, dienen,

dass die HF-Spulenanordnung mit einer zweiten Arbeitsfrequenz betrieben wird, bei der sich ein HF-Feld ausbildet, das innerhalb des Werkstückes Wirbelströme induziert, die zur Erwärmung des Werkstückes und zur Durchführung der

Induktionsthermographie dienen, und

dass die FIF-Spulenanordnung mit beiden Arbeitsfrequenzen, in Art eines

Multiplexverfahrens betrieben wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3,

dadurch gekennzeichnet, dass die FIF-Spulenanordnung mit beiden

Arbeitsfrequenzen im Rahmen eines Zeit-, Frequenz- oder Codemultiplexverfahrens betrieben wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,

dadurch gekennzeichnet, dass das statische oder quasi-statische Magnetfeld horizontal und/oder orthogonal zu einer dem Werkstück zuordenbaren

Werkstückoberfläche orientiert wird, an der die FIF-Spulenanordnung zur Erzeugung des mit dem Magnetfeld überlagernden elektromagnetischen FIF-Feldes angeordnet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5,

dadurch gekennzeichnet, dass das statische oder quasi-statische Magnetfeld im Falle einer zur Werkstückoberfläche horizontalen Orientierung um eine zur

Werkstückoberfläche orthogonale Raumrichtung gedreht wird, oder

dass das statische oder quasi-statische Magnetfeld im Falle einer zur

Werkstückoberfläche orthogonalen Orientierung um eine längs der

Werkstückoberfläche orientierte Raumrichtung gedreht wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6,

dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein zusätzliches statisches oder quasi- statisches Magnetfeld mit einer zur Werkstückoberfläche horizontalen Orientierung vorgesehen wird, das zu einer zur Werkstückoberfläche orthogonalen Raumrichtung gedreht wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,

dadurch gekennzeichnet, dass im Rahmen der Induktionsthermographie wenigstens ein Oberflächenbereich des Werkstückes, der von dem HF-Feld zur induktiven Erwärmung des Werkstückes durchsetzt wird, von einer Thermographiekamera optisch frei zugänglich erfasst wird.

9. Vorrichtung zur berührungslosen zerstörungsfreien Untersuchung eines elektrisch leitendes und ferromagnetisches Material aufweisenden Werkstückes zur Durchführung einer elektromagnetischen Ultraschallwellen-Untersuchung, mit wenigstens einer Magneteinheit zur Erzeugung eines statischen oder quasistatischen Magnetfeldes sowie wenigstens einer HF-Spulenanordnung,

dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine HF-Spulenanordnung mit einer Ansteuereinheit verbunden und derart ausgebildet und ansteuerbar ist, so dass ein von der HF-Spulenanordnung erzeugbares HF-Feld innerhalb des Werkstückes Wirbelströme induziert, durch die Ultraschallwellen innerhalb des Werkstückes erzeugbar sind sowie das Werkstück erwärmen,

dass die wenigstens eine HF-Spulenanordnung derart ausgebildet und am

Werkstück anbringbar ist, so dass ein Oberflächenbereich des Werkstückes, der von dem HF-Feld zur Induzierung der Wirbelströme und der damit verbundenen

Ultraschallwellenerzeugung innerhalb des Werkstückes sowie induktiven Erwärmung des Werkstückes durchsetzbar ist, von einer Thermographiekamera optisch frei zugänglich erfassbar ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9,

dadurch gekennzeichnet, dass die Spulenanordnung wenigstens eine elektrische Induktionsspule und/oder die wenigstens eine Magneteinheit in Form eines

Permanentmagneten oder eines Elektromagneten ausgebildet ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10,

dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine HF-Spulenanordnung resonant abgestimmt ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11 ,

dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei HF-Spulenanordnungen

vorgesehen sind, von denen eine erste FIF-Spulenanordnung die Wirbelströme innerhalb des Werkstückes zur Ultraschallwellenerzeugung und Erwärmung des Werkstückes erzeugt, und eine zweite FIF-Spulenanordnung, die zur Detektion von sich innerhalb des Werkstückes ausbreitenden Ultraschallwellen dient.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12,

dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Magneteinheit drehbar oder schwenkbar relativ zum Werkstück angeordnet ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13,

dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Induktionsspule der FIF- Spulenanordnung eine Vielzahl an Wicklungen von wenigstens einen elektrischen Leiters vorsieht, die ein Wickelmuster aufweisen, das wenigstens einen

Zwischenraum zwischen den Wicklungen einschließt, der einen für die

Thermographiekamera optisch freien Sichtkanal auf das Werkstück darstellt.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14,

dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Induktionsspule aus einem für die Thermographiekamera transparenten elektrisch leitendem Material besteht.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15,

dadurch gekennzeichnet, dass das transparente elektrisch leitende Material aus einem der folgendem Materialien besteht: ITO (Indium-Zinnoxid), Sn0₂:F, ZnO:AI, Sn0₂:Sb, Graphen.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 10,

dadurch gekennzeichnet, dass die Thermographiekamera mittel- oder unmittelbar raumfest mit der wenigstens eine HF-Spulenanordnung verbunden ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17,

dadurch gekennzeichnet, dass die Thermographiekamera eine Empfangsapertur besitzt, die bei Anbringung der wenigstens einen HF-Spulenanordnung am

Werkstück wenigstens einen Teilbereich des von dem HF-Feld durchsetzten Oberflächenbereiches des Werkstückes erfasst.