Berührungslose zerstörungsfreie Bauteilprüfung mit Lockin-Interferometrie und thermischen Wellen: Verfahrensentwicklung und Erprobung an Realbauteilen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Vor Beginn des Projektes war im Rahmen eigener Vorarbeiten bereits die prinzipielle Machbarkeit der Lockin-Shearografie gezeigt worden. Im Rahmen des Projektes wurden dann zunächst Hard- und Software weiterentwickelt. Im Vergleich zu industriellen Shearografie-Anlagen besitzt das entwickelte System eine sehr hohe Leistungsfähigkeit, insbesondere in Bezug auf die schnelle Aufnahme einer großen Zahl von Shearogrammen. Für die Untersuchung dynamischer Anrege- und Auswertemethoden war dies von entscheidender Bedeutung. Anhand des umfangreichen Probenprogramms ließen sich die Vorteile der Lockin-Shearografie belegen. Durch die Fourier-Analyse des sinusmodulierten Verformungsgradienten kann das Signal-/ Rausch-Verhältnis um bis zu einer Größenordnung gesteigert werden, und die oft störende Ganzkörperverformung wird erheblich reduziert. Defekte können hinsichtlich ihrer Tiefenlage jedoch immer noch nur relativ zueinander unterschieden werden. Eine absolute Bestimmung scheitert bei den oft dünnwandigen Messobjekten am Einfluss der Ganzkörperverformung auf den Phasenwinkel. Diese Amplitudenabhängigkeit gibt es bei der Lockin-Thermografie nicht, sie wurde auch bei der Lockin- Shearografie nicht erwartet. Andererseits ist die Ganzkörperverformung auch der Grund, aus dem die Lockin-Shearografie meistens eine höhere Tiefenreichweite besitzt als die Lockin-Thermografie. Mit dem Referenzkörper kann der Phasenwinkel nach Messung und Amplitudenkorrektur zwar rekonstruiert werden, allerdings ist dessen Einsatz bei der Untersuchung großer Strukturen nicht praktikabel. Das Lockin-Verfahren ist inzwischen so robust, dass regelmäßig große Realbauteile (überwiegend aus der Luft- und Raumfahrt) damit geprüft werden. Oft werden dabei Ergebnisse erzielt, die mit konventioneller Anregung und Auswertung nicht möglich wären, so dass der höhere zeitliche Aufwand gerechtfertigt erscheint. Im Vergleich zu anderen zerstörungsfreien Prüfverfahren hat sich gezeigt, dass die Lockin- Shearografie eine sehr nützliche Ergänzung im Methoden-Portfolio ist. Zwar ist sie noch nicht ganz so robust und gerätetechnisch industrialisiert wie die Lockin-Thermografie, sie ist jedoch in der Lage, viele Defektarten wie z.B. Impacts, Delaminationen und Faserwelligkeiten sensitiver zu erfassen. Beide Verfahren arbeiten kontaktlos, großflächig und relativ schnell. Daher sind sie gegenüber rasternden Ultraschallverfahren im Vorteil. Mit Kontakt-Ultraschall sind Defekte jedoch immer noch deutlich besser charakterisierbar in Bezug auf Größe und Tiefenlage. Daher sollten die flächig arbeitenden Verfahren derzeit noch vor allem zur großflächigen Defektsuche eingesetzt und erst im Fall einer Defektauffindung eine weitergehende Defektcharakterisierung mit anderen, langsameren Verfahren erfolgen. Erste Versuche mit der Anregung mittels Leistungsultraschall waren ermutigend. Das entwickelte System ist so flexibel, dass eine entsprechende Umrüstung schnell möglich ist. Eine Burst-Anregung wird derzeit getestet, Vorversuche mit einer modulierten Ultraschallanregung sind ebenfalls geplant. Da es bei einer defektselektiven Anregung nicht zu einer Ganzkörperverformung kommt, könnte damit das Problem amplitudenabhängiger Phasenwinkel einfacher lösbar sein.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Thermal Waves for NDE of Aircraft: Comparison of Lockin Thermography and Lockin Interferometry, Quantitative InfraRed Thermography Journal, Vol. 10, No. 1, 2013, 42 - 54
Rahammer, M.; Menner, P.; Busse, G.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1080/17686733.2013.767016) - Zerstörungsfreie Impacterkennung in CFK: Methodenvergleiche, Kunststoffkolloquium 2013, Universität Stuttgart, 2013
Gulnizkij, N; Menner, P.; Busse, G.
