Mi.1.C - Thermographie / 12.05.2010A. Dillenz, W. Heinrich |
Mi.1.C.1
09:00
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Entwicklung und Kombination optischer und thermografischer zerstörungsfreier Messverfahren zur Bewertung von Bauteiloberflächen und -grenzflächen
C. Maierhofer, R. Krankenhagen, M. Röllig, BAM, Berlin
R. Mecke, M. Schiller, T. Seidl, Fraunhofer IFF, Magdeburg
C. Hennen, U. Kalisch, J. Meinhardt, IDK, Halle
Kurzfassung:
Ein Großteil der durch Umwelteinflüsse wie z. B. Sonneneinstrahlung, Luftverschmutzung, Feuchtigkei...
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Ein Großteil der durch Umwelteinflüsse wie z. B. Sonneneinstrahlung, Luftverschmutzung, Feuchtigkeit, Frost-Tau-Wechsel, Erschütterungen und Setzung induzierten Schadensprozesse an Baudenkmalen hat entweder einen Ausgangspunkt an der Bauteiloberfläche oder wird dort zuerst sichtbar. Ziel des vom Bundesamt für Bauwesen und Raumordnung im Rahmen der Forschungsinitiative "Zukunft Bau" geförderten Forschungsvorhabens ist daher die Entwicklung und Bewertung einer effizienten Strategie, mit der diese oberflächennahen Schäden mit modernen, elektronischen und automatisierten Messverfahren frühzeitig erkannt, räumlich erfasst und quantifiziert werden können. Veränderungen können so über längere Zeiträume beobachtet und geeignete Schutzmaßnahmen und/oder Ertüchtigungen rechtzeitig durchgeführt werden.
Die Strategie basiert auf der Kombination laserbasierter Verfahren zur Aufnahme der äußeren 3D-Geometrie der Bauteiloberfläche und zur Erfassung geometrischer Veränderungen (z. B. von Rissen, Vorwölbungen, Verformungen) sowie der aktiven Thermografie zur Darstellung von oberflächennahen, aber nicht von außen sichtbaren Defekten und Strukturen (z. B. von Ablösungen, Hohlstellen, Struktur des Mauerwerks hinter Putz, Feuchte an der Grenzfläche Putz/Mauerwerk).
Im Rahmen des Vorhabens wurden die Kenngrößen der einzelnen Messverfahren erfasst und mit den für die Anwendungen in der Denkmalpflege erforderlichen Spezifikationen verglichen. Die Messverfahren wurden entsprechend den Anforderungen für die Verfahrenskombination weiterentwickelt. Für die Entwicklung und Anwendung einer Messstrategie wurden vier Messobjekte im Magdeburger Dom, im Kloster Unser Lieben Frauen in Magdeburg und im Halberstädter Dom ausgewählt und teilweise wiederholende Messungen in größeren Zeitintervallen und unter verschiedenen klimatischen Randbedingungen durchgeführt.
Im Vortrag werden die Verfahrensspezifikationen, das Prinzip der Datenüberlagerung und ausgewählte Ergebnisse der Fallstudien vorgestellt. Die erreichten Messgenauigkeiten und die Reproduzierbarkeit der Messungen werden u. a. für verschiedene Anregungsquellen und -arten der aktiven Thermografie miteinander verglichen.
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Mi.1.C.2
09:20
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Geometrische Charakterisierung von Fehlstellen mittels lokal angeregter aktiver Thermografie
J. Schlichting, G.N. Kervalishvili, C. Maierhofer, BAM, Berlin
M. Kreutzbruck, Universität Stuttgart
Kurzfassung:
Die Charakterisierung von oberflächennahen Materialdefekten ist eine wichtige Grundlage für Vorhers...
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Die Charakterisierung von oberflächennahen Materialdefekten ist eine wichtige Grundlage für Vorhersagen der weiteren Zuverlässigkeit des untersuchten Bauteils. Besonders für ein erfolgreiches Product Lifecycle Management ist eine regelmäßige, schnelle und vor allem quantitative Überprüfung der vorhandenen Ungänzen essentiell. Aufgrund wesentlicher Verbesserungen in der Gerätetechnik gewinnt die aktive Thermografie als berührungsloses Messverfahren für vielfältige ZfP-Anwendungen zunehmend an Bedeutung. Hier werden neue Ergebnisse bei der quantitativen Untersuchung von Rissen vorgestellt.
Mittels lokaler orts- und zeitaufgelöster thermischer Anregung ist es möglich, Änderungen der lateralen Temperaturleitfähigkeit zu detektieren. Die mit einer Infrarot(IR)-Kamera erfassten Thermogramm-Sequenzen lassen quantitative Aussagen zu den Rissparametern zu. Insbesondere werden hier neben der Risstiefe auch der Winkel, unter dem der Riss zur Oberfläche steht, und die Klaffung berücksichtigt.
Bei den hier vorgestellten Messungen erfolgt die Anregung mit einem Nd:YAG-Laser, der mit Hilfe einer optischen Scannereinheit auf die Probe fokussiert und gerastert werden kann. Die Probe befindet sich dazu in einer evakuierbaren Kammer, so dass unterschiedliche Umgebungsbedingungen eingestellt werden können. Die Oberflächentemperatur wird mit einer Hochgeschwindigkeits-IR-Kamera (InSb FPA 3 bis 5 µm, 128 x 128 Pixel bei 500 Hz Bildwiederholrate) aufgenommen. Die experimentellen Daten werden mit numerischen Simulationen verglichen, um so die Zuverlässigkeit der Ergebnisse auf eine breitere Basis zu stellen.
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Mi.1.C.3
09:40
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Aktive und passive Thermographie mit einer Dual-Band Kamera für das mittlere und langwellige Infrarot
M. Abuhamad, Fraunhofer IZFP, Saarbrücken
C. Reuß, DCG Systems, Erlangen
U. Netzelmann, Fraunhofer IZFP, Saarbrücken
Kurzfassung:
Seit einigen Jahren sind Infrarotkameras verfügbar, die mit einem Detektor simultan in zwei Wellenl...
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Seit einigen Jahren sind Infrarotkameras verfügbar, die mit einem Detektor simultan in zwei Wellenlängenbereichen aufzeichnen. Für die Zukunft sind Kameras mit drei oder mehr spektralen Bereichen zu erwarten. Der vorliegende Beitrag beschäftigt sich mit der aktiven und passiven Thermographieprüfung mit einer Dual-Band Kamera mit zwei spektralen Kanälen im mittleren Infrarot (MWIR) und im langwelligen Infrarot (LWIR) und der Anwendung in der zerstörungsfreien Prüfung.
Im Bereich der aktiven Thermographie wurden Untersuchungen mit der blitzangeregten Impulsthermographie und mit Halogenlampen angeregter Lock-in Thermographie an keramischen Beschichtungen auf Stahl (Wärmedämmschichten) und an Polymerproben durchgeführt. Diese Werkstoffe sind im thermischen Infrarot je nach Spektralbereich unterschiedlich transparent. Die Infrarottransparenz führt zu spektral abhängigen Abklingsteigungen der scheinbaren Temperaturdifferenz nach Blitzanregung und zu spektral abhängigen Phasenverschiebungen bei der Lock-in Technik. Fehlertiefen werden dadurch nicht korrekt bestimmt, falls dieser Effekt nicht berücksichtigt oder einkalibriert wird.
Mit der passiven Thermographie wurde das Prinzip der Zweikanalpyrometrie auf die Dual-Band Infrarotkamera übertragen, um zu Temperatur- und Emissivitätsbildern von Prüfobjekten zu gelangen. Die zeitlich und örtlich simultane Messung mit dieser Kamera stellt einen großen Vorteil gegenüber der Arbeit mit Kameras mit Einzelfiltern dar und bietet die Chance zur Analyse von schnell veränderlichen Oberflächenzuständen bei Temperaturbehandlungen. Dennoch bleiben die klassischen Probleme der Unterbestimmtheit der Gleichungssysteme (z. B. wellenlängenabhängige Emissivität) und der Einfluss der Umgebungsstrahlung, besonders bei niedrigen Objekttemperaturen. In dem Beitrag wird der erreichte Stand dargestellt.
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Mi.1.C.4
10:00
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Grenzflächencharakterisierung mit aktiver Thermografie: Die Bedeutung des thermischen Kontaktwiderstands
C. Spießberger, edevis, Stuttgart
Kurzfassung:
Bei vielen Prüfproblemen in der zerstörungsfreien Prüfung spielen Grenzflächeneigenschaften eine wi...
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Bei vielen Prüfproblemen in der zerstörungsfreien Prüfung spielen Grenzflächeneigenschaften eine wichtige Rolle. Die Prüfung auf Fehler in Faserverbundwerkstoffen (Delaminationen, Impacts) und die Charakterisierung von Klebungen sind Beispiele dafür.
Häufig wird die Prüfung mit Ultraschallverfahren durchgeführt, die allerdings in den meisten Fällen berührend oder mit einem Koppelmittel arbeiten müssen. Für eine Reihe von Prüfaufgaben, insbesondere an Faserverbundwerkstoffen, sind optisch angeregte Thermografieverfahren eine berührungslose, einfach anzuwendende Alternative. Die Bauteiloberfläche wird mit Lampen erwärmt und dabei die Oberflächentemperatur mit einer Infrarotkamera gemessen. Die Wärme fließt ins Material und staut sich an Grenzflächen auf, was zu erhöhten Oberflächentemperaturen in diesen Bereichen führt. Das Verfahren wird zuverlässiger, wenn die eingebrachte Wärme pulsförmig oder moduliert eingebracht und über eine Fouriertransformation die zeitliche Verzögerung der Temperaturantwort analysiert wird. Diese Verfahren sind als Puls-Phasen-Thermografie bzw. Lockin-Thermografie bekannt.
Je nach Ablösungsgrad von Delaminationen oder fehlerhaften Klebungen staut sich die Wärme unterschiedlich stark auf. Dieser Effekt lässt sich mit dem sogenannten thermischen Kontaktwiderstand beschreiben. Ist eine Klebung vollständig abgelöst, so geht der Kontaktwiderstand gegen unendlich, die Wärme kann den Spalt nicht überbrücken. Bei idealen Klebungen ist der Widerstand null. Liegt der Wert dazwischen, deutet dies auf eine teilweise Ablösung der Klebung hin. Bei Delaminationen in bestimmten Tiefen muss der Kontaktwiderstand einen Grenzwert überschreiten, ansonsten ist eine Detektion mit thermischen Verfahren nicht möglich.
Der Beitrag gibt eine kurze theoretische Einführung und erläutert den Einfluss des thermischen Kontaktwiderstandes anhand von Praxisbeispielen.
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