Korrelationsverfahren für thermische Wellen in der zerstörungsfreien Prüfung
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Ziel des Projekts war die Übertragung der Korrelationsauswertung aus dem Vorgängerprojekt von der optisch angeregten Lockin-Thermografie auf andere Verfahren wie die optisch angeregte Lockin-Shearografie, die ultraschallangeregte Lockin-Thermografie oder eine Kombination von zwei der genannten Verfahren. Es wurde untersucht, ob Merkmale in Form von fortschreitenden Strukturen im Streudiagramm erkennbar werden, die nicht allein durch die Auswertung eines einzelnen Phasen- oder Amplitudenbildes zugänglich sind. Zu diesem Zweck wurden CFK-Platten mit definierten Impactschäden hergestellt, wie sie bei der Fertigung oder Wartung von Flugzeugen oder hochpreisigen PKWs entstehen können. Die Parameter zur zerstörungsfreien Prüfung der CFK-Platten mit thermischen Wellen wurden in mehreren Iterationsschritten optimiert. Im Vordergrund standen hier die Eignung der Ergebnisse zur Korrelationsauswertung mithilfe von Streudiagrammen und die zuverlässige Reproduzierbarkeit. Die Übertragung der Korrelationsauswertung auf die optisch angeregte Lockin-Shearografie und deren Kombination mit anderen Verfahren, wie zum Beispiel der optisch angeregten Lockin-Thermografie, erwies sich als problematisch. Die Shearografie zeigt mögliche Defekte als starke, lokale Gradienten an, was im Streudiagramm zu breit gestreuten Datenpunkten führt. Um diese Problematik zu beheben, wäre eine Integration der Shearografie-Phasenbilder sinnvoll, hierzu finden derzeit Bemühungen statt. Auch die Verwendung der Electronic Speckle Pattern Interferometrie statt der Shearografie würde zu einer Darstellung der Steifigkeitseigenschaften der Probe ohne den hinderlichen Gradienten führen, jedoch ist dieses Interferometrieverfahren wesentlich störanfälliger. Ebenso wie das Phasenbild der Shearografie zeigt das Phasenbild der ultraschallangeregten Lockin-Thermografie Defekte meist über einen sehr großen Wertebereich gestreut an und ist damit schlecht für die Auswertung in Form von Streudiagrammen geeignet. Die Amplitudenbilder derselben Messungen sind von diesem Problem nicht betroffen, zeigten aber für sich genommen auch keine belastbaren Zusammenhänge ihrer Muster im Streudiagramm mit den bekannten Schädigungs-energien der CFK-Proben. Hinsichtlich der Textilstruktur erwies sich CFK-Gelege als besser geeignet, da ein guter Defektkontrast und wenig Strukturrauschen entstehen. Proben aus CFK-Geflecht zeigen Impactschäden erst bei deutlich höherer Energieeinbringung. Die Kombination verschiedener Verfahren oder Anregungsmethoden zu einem Streudiagramm bietet die Möglichkeit, Defekte zu lokalisieren, die nicht eindeutig auf eine der beiden Methoden reagieren, wohl aber bei gleichzeitiger Darstellung im Streudiagramm sichtbar werden. Angesichts des Gradientenproblems der Shearografiedaten und der starken Streuung der ULT-Phasenwerte bietet die Kombination des Amplitudenbilds der ultraschallangeregten mit dem Phasenbild der optisch angeregten Lockin-Thermografie die besten Möglichkeiten, hier ist ein monoton mit der Impactenergie steigender Kontrast entlang beider Achsen des Streudiagramms erkennbar. Basierend auf dem guten Defektkontrast der beiden einzelnen Verfahren hat ihre Kombination das Potential, eine noch höhere Trennschärfe in der Fehlererkennung und späteren Charakterisierung zu erreichen. Die Relevanz dieser Ergebnisse für Folgeprojekte im Bereich Defektklassifizierung ist offensichtlich.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Thermal Waves for NDE of Aircraft: Comparison of Lockin Thermography and Lockin Interferometry, Quantitative InfraRed Thermography Journal, Vol. 10, No. 1, 2013
Rahammer, M.; Menner, P.; Busse, G.
