Aktive Thermographie zur Qualitätssicherung

Die Thermographie, also die Abbildung von Oberflächentemperaturen mittels spezieller Infrarotkameras, ist eine relativ neue Prüfmethode in der Qualitätssicherung. In der Industrie werden Thermographie-Systeme derzeit vor allem zur Temperaturkontrolle von industriellen Anlagen eingesetzt. Doch durch die Entwicklung leistungsfähiger Sensoren gewinnt die Technik auch in der Qualitätssicherung immer mehr an Bedeutung.

Bei der so genannten aktiven Wärmefluss-Thermographie wird die Oberfläche der Messobjekte durch einen kurzen Wärmeimpuls erwärmt. Danach „wandert“ die Wärme von der Oberfläche ins Körperinnere. Befinden sich Fehler mit geringerer Wärmeleitfähigkeit unter der Oberfläche, wird der Wärmetransport behindert. Die Oberfläche bleibt über diesen Bereichen länger warm, und durch Thermographie-Kameras können Temperaturunterschiede sichtbar gemacht werden, die Hinweise auf Fehler wie Lunker, Hohlräume und Delaminationen geben können.

Die aktive Wärmefluss-Thermographie lässt sich in den unterschiedlichsten Industriezweigen einsetzen. Einige Schwerpunkte sind die berührungslose und zerstörungsfreie Detektion struktureller Schwächen wie z. B. Haftungsschwächen, Risse, Delaminationen, Blasen, Lufteinschlüsse, Korrosionsbildung unter Lack sowie die Prüfung der Festigkeit von Schweiß-, Klebe- und Lötverbindungen. Ebenso gehören auch die Erkennung feinster Materialunterschiede durch unterschiedliche optische Eigenschaften im Infraroten und die Schichtdickenbestimmung an Lacken, Filmen und Furnieren zu den wesentlichen Aufgabenstellungen bei der Thermographie-Prüfung.

Auch zur Prüfung von Nahrungsmitteln kann Thermographie genutzt werden, z. B. bei der Fremdkörpererkennung in Weingummi. Hier unterscheiden sich das Produkt und die Fremdkörper (Holzsplitter) in ihrer Wärmekapazität voneinander, so dass sie nach dem Wärmeimpuls unterschiedliche Temperaturen aufweisen und so im Thermographiebild unterschieden werden können.

Eine innovative, noch in der Entwicklung befindliche Variante der aktiven Thermographie zur Prüfung von Metallen ist die Induktions-Thermographie. Sie unterscheidet sich von den anderen genannten Thermographieverfahren dadurch, dass hier die Temperaturunterschiede nicht durch die unterschiedlichen thermischen Eigenschaften guter und schlechter Bereiche hervorgerufen werden, sondern durch Unterschiede in der elektrischen Leitfähigkeit. Zur Durchführung wird ein kupferner Induktor in die Nähe der zu prüfenden Stelle gebracht. Durch den Induktor werden Wirbelströme im Werkstück induziert, die aufgrund des Skin-Effektes eine begrenzte Eindringtiefe haben. Daher hemmen oberflächennahe Risse den Stromfluss, der die Rissgebiete also umgehen muss. Dies führt zu einer Stromdichteüberhöhung an den Rissspitzen, die eine entsprechende Temperaturerhöhung nach sich ziehen, welche dann im Thermographiebild sichtbar wird.

Die aktive Thermographie erweitert das Anwendungsspektrum für die Materialprüfung erheblich. Die praktische Bedeutung dieser Technik steigt mit der Verfügbarkeit von genauen, schnellen und robusten Sensoren. Allerdings ist die Vorhersage, ob ein bestimmtes Produkt für die Prüfung geeignet ist, außerordentlich schwer, da sie von einer Vielzahl von oft schwer bestimmbaren Parametern abhängt. Deshalb müssen in jedem Einzelfall detaillierte Voruntersuchungen stattfinden.

Mittels Thermographie können auch sehr große und schnell bewegte Objekte untersucht werden. Hierdurch ist das Verfahren oft auch für eine 100%-Online-Kontrolle im industriellen Einsatz geeignet. Die bisherigen Erfahrungen im Umgang mit der Thermographie lassen vermuten, dass bisher nur ein Bruchteil der sinnvollen Anwendungsmöglichkeiten bekannt ist. Da die Wärmefluss-Thermographie als „industrielles“ zerstörungsfreies Prüfverfahren noch relativ jung ist, veranstaltet die Fraunhofer-Allianz Vision Seminare zu diesem Thema, die die Verbreitung der Kenntnis über das neue Messverfahren zum Ziel haben.

Die Möglichkeiten der aktiven Thermographie werden auf der Control 2006, 9.-12. Mai, in Sinsheim (Halle 6, Stand 6306) vorgestellt.

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Die Fraunhofer-Allianz Vision ist ein Zusammenschluss von Fraunhofer-Instituten zu den Themen Bildverarbeitung, optische Inspektion und 3-D-Messtechnik, Röntgenmesstechnik und zerstörungsfreie Prüfung.