Di.2.A - Thermographie / 07.05.2013A. Dillenz, W. Heinrich |
Di.2.A.1
10:40
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Einfluss von Material, Messparametern und Umgebungsbedingungen auf die Nachweisempfindlichkeit der Blitzthermografie
C. Maierhofer, P. Myrach, H. Steinfurth, BAM, Berlin
Kurzfassung:
Die aktive Thermografie mit Blitzlichtanregung ist aufgrund ihrer hohen Messgeschwindigkeit, der di...
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Die aktive Thermografie mit Blitzlichtanregung ist aufgrund ihrer hohen Messgeschwindigkeit, der direkten Bildgebung, der Berührungslosigkeit und damit der sehr guten Automatisierbarkeit ein Verfahren mit hohem Innovationsgehalt für die zerstörungsfreie Prüfung im industriellen Umfeld. Um eine effiziente Übertragbarkeit des Verfahrens auf neue Prüfprobleme zu ermöglichen, wurden für die Standardisierung sehr umfangreiche systematische Untersuchungen zu den Einflussgrößen durchgeführt. Neben einer Vielzahl verschiedener Materialsysteme wurden unterschiedliche Anregungsquellen und IR-Kamerasysteme eingesetzt und die Mess- und Umgebungsparameter in großem Umfang variiert. Dabei hat sich gezeigt, dass insbesondere die Anregungsintensität, die Nachweisempfindlichkeit des Detektionssystems und damit NETD (noise equivalent temperature difference) und MRTD (minimum resolvable temperature difference) der IR-Kamera und eine geeignete Oberflächenpräparation des Untersuchungsobjektes das Signal-zu-Rausch Verhältnis (SNR) der nachzuweisenden Inhomogenitäten wesentlich beeinflussen. Optische Filter müssen gezielt eingesetzt werden und führen in der Regel zu einer Verschlechterung des SNR, können aber bei tieferliegenden Defekten deren Nachweisempfindlichkeit und Messungenauigkeit bei der Bestimmung von lateraler Größe und Tiefenlage verbessern. Der Einsatz von IR-Kamerasystemen mit hoher Zeitauflösung (Bildwiederholrate) ist zusammen mit geeigneten Auswertungsverfahren insbesondere bei Materialien mit hohen Temperaturleitfähigkeiten sinnvoll. Zusammenfassend zeigt sich, dass die Nachweisempfindlichkeit des Verfahrens bezüglich Fehlstellen und Materialinhomogenitäten relativ unempfindlich gegenüber störenden Umgebungsbedingungen ist und sich mit entsprechender Auswahl der Gerätetechnik und Messparameter einfach optimieren lässt. Der Beitrag liefert eine praxisnahe und übersichtliche Darstellung der geeigneten Vorgehensweise bei der Lösung unterschiedlicher Prüfprobleme mit der Blitzthermografie.
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Di.2.A.2
11:00
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Partikeldetektion auf Elektroden für Lithium-Ionen-Batterien mit aktiven Thermografieverfahren
C. Spießberger, edevis, Stuttgart
C. Tammer, Fraunhofer IWU, Augsburg
Kurzfassung:
Die Bundesregierung fördert die Entwicklung leistungsfähiger Batteriesysteme im Rahmen des "Nationa...
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Die Bundesregierung fördert die Entwicklung leistungsfähiger Batteriesysteme im Rahmen des "Nationalen Entwicklungsplans Elektromobilität". Eine Herausforderung ist dabei die Sicherstellung einer hohen Betriebssicherheit von Batteriezellen bei gleichzeitig hoher Effizienz. Die Sicherheit kann beispielsweise durch lose Partikel auf den Elektrodenoberflächen beeinträchtigt werden, die durch Schneid- oder Stanzprozesse entstehen. Diese Partikel können den Separator, also die Isolierschicht zwischen Anode und Kathode, beschädigen und damit zum Versagen der gesamten Zelle führen. Es ist daher sinnvoll, Elektroden vor dem Stapeln auf Partikel und Verunreinigungen zu prüfen. Da die Partikel meistens aus dem gleichen Material wie die Elektrodenbeschichtung bestehen, lässt sich im sichtbaren Spektralbereich ein ausreichender Kontrast zwischen Partikel und Elektrode nur schwer erreichen. Es hat sich gezeigt, dass aktive Thermografieverfahren tendenziell bessere Ergebnisse mit hohem Kontrast liefern. Dabei wird die Elektrodenoberfläche flächig mit einer optischen Anregungsquelle (Blitzlampen oder Laser) erwärmt. Lose Partikel erwärmen sich deutlich stärker als die Beschichtung, da die Wärme nicht in das unter der Beschichtung liegende Elektrodenmaterial abgeführt werden kann. Es entstehen aussagekräftige Ergebnisse, die einfach auszuwerten sind. Allerdings ist die Pixelauflösung von Wärmebildkameras im Vergleich zu Kameras im sichtbaren Spektralbereich begrenzt. Eine große Herausforderung ist daher das Erreichen einer ausreichenden Ortsauflösung in einer kurzen Taktzeit. Dies lässt sich durch schnelles Verfahren der Elektroden relativ zur Kamera und Anregungseinheit erreichen. Die entstehenden Teilbilder werden automatisch zu einem einzigen Ergebnisbild zusammengesetzt, das dann ausgewertet wird. Der vorliegende Beitrag stellt hierzu Ergebnisse vor, die im Rahmen des Forschungsprojektes ProLIZ, einem vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderten Projekt, erzielt wurden.
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Di.2.A.3
11:20
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CT als Referenz zur Thermographischen Untersuchung von Defekten im gesenkgeschmiedeten Stahl
K. Ehrig, D. Meinel, P. Myrach, M. Ziegler, BAM, Berlin
A. Stranzinger-Mayrhauser, BRP-Powertrain, Gunskirchen, Österreich
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Die Computertomographie (CT) eignet sich aufgrund der isotropen dichteaufgelösten 3D-Darstellung de...
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Die Computertomographie (CT) eignet sich aufgrund der isotropen dichteaufgelösten 3D-Darstellung des durchstrahlten Objekts besonders gut zur Defektcharakterisierung (Risse, Materialverunreinigungen). Bei der Untersuchung von gesenkgeschmiedeten Stahl mittels CT sind insbesondere die durchstrahlbare Dicke und Durchstrahlungsartefakte (Streustrahlung, Strahlaufhärtung) zu beachten, wobei Mikrofokusbedingungen mit einem Brennfleck < 10 µm zur Erkennung von Rissen eingehalten werden müssen. In diesem Beitrag werden CT-Untersuchungen von unterschiedlichen Defekten im gesenkgeschmiedeten Stahl im Hinblick auf ihre Besonderheiten diskutiert.
Aufgrund der Einschränkungen, die sich durch die limitierte Durchstrahlungslänge und die vergleichsweise langen Prüfdauern ergeben, besteht ein Bedarf an schnellen und berührungslosen Alternativen für die Vor-Ort-Prüfung. Hier bieten sich insbesondere thermographische Verfahren an, welche gegenüber den Standardprüfverfahren Magnetpulver- bzw. Eindringprüfung keine Verbrauchsmittel benötigen. Der thermographische Nachweis beruht hierbei auf der Messung der zeitaufgelösten Oberflächentemperaturverteilung, welche durch Defekte in charakteristischer Weise beeinflusst wird. Neueste Entwicklungen der thermographischen Prüftechnik erlauben beispielsweise den Nachweis von mikroskopischen Oberflächenrissen. Neben der bloßen Erkennung solcher Oberflächenrisse sind Aussagen zu deren Größe und Geometrie wichtig. Die Rekonstruktion dieser Parameter aus den Thermographiedaten ist jedoch nicht trivial und bislang noch nicht gelöst. Als einen vielversprechenden Ansatz zur Lösung des Problems stellen wir hier einen Vergleich zwischen CT- und Thermographiedaten an.
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Di.2.A.4
11:40
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Laser-Thermografie für die schnelle Prüfung auf mikroskopische Risse in reflektierenden metallischen Oberflächen
M. Ziegler, C. Maierhofer, P. Myrach, J. Schlichting, BAM, Berlin
M. Kreutzbruck, Universität Stuttgart
Kurzfassung:
Thermografische ZfP-Verfahren erlauben die Erkennung einer Vielzahl von Defekten in unterschiedlich...
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Thermografische ZfP-Verfahren erlauben die Erkennung einer Vielzahl von Defekten in unterschiedlichsten Werkstoffen. Neue Ansätze unter Verwendung von Lasern ermöglichen darüber hinaus die Prüfung auf Oberflächenrisse. Wir stellen die neuesten Entwicklungen dieser vielversprechenden Technik vor und zeigen warum deren Einsatz potentiell die Standardprüfverfahren Magnetpulver- bzw. Eindringprüfung für eine Reihe von Prüfproblemen beerben könnte.
Hierzu stellen wir die Prüfergebnisse zu unterschiedlichen metallischen Werkstoffen, Rissgrößen und -typen in Abhängigkeit der Prüfparameter vor. Die aktuelle Grenze der Nachweisempfindlichkeit für die mittels klassischer Thermografie schwer prüfbaren hoch-reflektierenden Metalloberflächen liegt mit Rissbreiten und -tiefen von wenigen Mikrometern im Bereich der fluoreszierenden Magnetpulver- und Eindringprüfung. Dabei sind weder Verbrauchsmittel noch eine Oberflächenpräparation notwendig und eine Prüfung kann berührungslos und automatisiert über Entfernungen im Meter-Bereich erfolgen.
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