Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Steigerung des Auflösungsvermögens der thermografischen Tomografie mittels Methoden der Pulskompression

Die Thermografie ist eine in unterschiedlichsten Industriezweigen verbreitete Methode zur Produktprüfung und Qualitätssicherung. Die Erschließung neuer Anwendungsfelder wird derzeit besonders durch die eher geringe Tiefenreichweite, die in zunehmender Tiefe abnehmende Auflösung sowie dem Problem, dass verdeckte, d.h. örtlich hintereinander gelegene Strukturen und Defekte kaum erkennbar sind, limitiert. Um diese Defizite zu verringern, ist in diesem Forschungsvorhaben geplant, neue Methoden der Bauteilanregung und Signalverarbeitung zu entwickeln, anzuwenden und zu etablieren. Die dabei anvisierten Methoden der Pulskompression verwenden modulierte Anregungssignale wie Chirps oder binäre Signale und erzeugen nach Korrelation der Messdaten mit dem Anregungssignal zeitlich hochaufgelöste Daten mit hohem Signal-zu-Rausch-Verhältnis. Da somit auch tiefere Materialschichten als bisher beurteilt werden können und die Detektion verdeckter Strukturen und Fehlstellen deutlich verbessert werden kann, soll weiterhin eine tomografische 3D-Darstellung der Messergebnisse realisiert werden.

Da die kunststoffverarbeitende Industrie in Deutschland stark durch KMU geprägt ist und moderne Leichtbaumaterialien als Schlüsselbausteine zukünftiger Technologien angesehen werden können, sollen die in diesem Forschungsvorhaben zu entwickelnden Techniken an faserverstärkten Kunststoffen, die sich zudem auch gut für die Detektion übereinanderliegender Strukturen in unterschiedlichen Tiefenlagen eignen, verifiziert werden.

Die Umsetzung der Forschungsergebnisse für Firmen, die bereits die Thermografie nutzen, wird voraussichtlich sehr einfach zu vollziehen sein, da sich die notwendigen Investitionen in den meisten Fällen auf die Anschaffung neuer Ansteuerungssoftware beschränken wird. Für Anwenderfirmen ergeben sich letztlich wirtschaftliche Vorteile durch erweiterte Prozessinformationen und höhere Produktqualität sowie Kosteneinsparungen durch geringeren Materialverbrauch und kürzere Prüfzeiten.

Ergebniszusammenfassung:

Um die bestehenden Schwächen der etablierten Messmethoden Puls- und Lock-in-Thermografie zu überwinden, wurden verschiedene Verfahren auf Basis der Pulskompression erprobt.

Es wurde gezeigt, dass durch den Gebrauch des Pulskompressionsverfahrens in aktiven thermografischen Messungen die Qualität der Ergebnisse verbessert werden kann. Da diese vor allem von der Form des zur Erwärmung verwendeten Signals abhängt, sollte dieses abhängig von den Prioritäten der Messung gewählt werden. Ist eine Messung innerhalb einer bestimmten Frequenzspanne gewollt, sind Chirps am besten geeignet. Abhängig von der verwendeten Bandbreite kann die Tiefenwahrnehmung durch die Anwendung eines logarithmischen Chirps verbessert werden, wobei sich die Genauigkeit der Messergebnisse leicht verschlechtern kann. Messungen mit Erwärmung durch Barker-Codes zeigen auch schon bei kurzer Signaldauer eine verbesserte Fähigkeit zur Detektion von inneren Defekten. Allerdings benötigen die Messergebnisse aufgrund ihrer binären Struktur einen höheren Aufwand zur Anpassung der Temperaturverläufe, um ein optimales Ergebnis zu erzielen. Von allen gezeigten Signalformen zeigen komplementäre Golay-Paare die beste Tiefenerkennung von Defekten, wobei gleichzeitig auch ein guter Verlauf des SNR erzeugt wird. Für ihre Anwendung werden allerdings zwei Messaufnahmen benötigt. Hinsichtlich der Eignung der verschiedenen Anregungs-Systemtechniken kann mit Hinblick auf einen hohen Wirkungsgrad, eine gute Nachbildung der Eingangssignale sowie eine gute Ergebnisqualität ein Einsatz von LED-Strahlern empfohlen werden. Alternativ bieten auch herkömmlich verwendete Halogenstrahler weiterhin eine gute Anwendbarkeit. Blitzlampen können für die thermografische Pulskompression nur bedingt empfohlen werden.