Lockin Thermografie (CEDIP)

Messgrößen

  • Temperatur-feldmessung

Prinzip

Die Lockin Thermografie gehört zu den bildgebenden zerstörungsfreien Prüfverfahren. Bei der optisch angeregten Lockin Thermografie erfolgt die intensitätsmodulierte Anregung beispielsweise durch Halogenlampen. Die an der Objektoberfläche erzeugte sinusförmige Temperaturmodulation breitet sich im Bauteilinneren als stark gedämpfte und phasen-verschobene thermische Welle aus [1], [2], wird an Grenzflächen reflektiert, wandert zurück zur Oberfläche und interferiert mit der Anregung. Dieses überlagerte Signal wird mittels einer IR-Kamera kontaktfrei erfasst und bei der bekannten Anregungsfrequenz pixelweise fouriertransformiert. Als Ergebnis erhält man für jeden Bildpunkt Amplitude und Phasenlage des gemessenen Temperatursignals bezüglich der Anregung. Amplituden- und Phasensignaturen werden anschließend farbkodiert dargestellt. Im Gegensatz zur Amplitude ist die Phasenverschiebung des modulierten Wärmetransportes unabhängig von Inhomogenitäten der Beleuchtung, dem optischen Absorptions- sowie dem infraroten Emissionsvermögen, sie besitzt außerdem annähernd eine doppelt so große Tiefenreichweite wie die Amplitude [3], [4]. Der praxisrelevante Vorteil des Phasenbildes liegt folglich darin, dass nur die thermischen Strukturen von Grenzflächen oder Defekten abgebildet und somit Rückschlüsse auf die Defekttiefe getroffen werden können, da der Phasenwinkel vom Laufweg der thermischen Welle abhängt. Die Tiefenreichweite ist dabei über die Modulationsfrequenz einstellbar und von dem zu untersuchenden Material bzw. von dessen thermischen Eigenschaften abhängig- je niedriger die Modulationsfrequenz gewählt wird, desto höher ist die „thermische Eindringtiefe“. Diese Frequenzabhängigkeit ermöglicht eine tiefenaufgelöste Detektion von verborgenen bzw. unterhalb der Probenoberfläche liegenden thermischen Strukturen (“Thermische Tomografie“).

Anwendung

1. Lokalisierung von Fehlstellen in ausgehärteten faserverstärkten Kunststoffen und faserverstärkter Keramik wie z.B.:
• Porositäten
• Inhomogenitäten
• Delaminationen

2. Lokalisierung von Fehlstellen in isotropen Materialien (z.B. Metallen,..)
3. Charakterisierung von Klebeverbindungen
4. Schichtdickenmessungen (z.B. Lackschichtdicken,..)
5. In-situ Charakterisierung von Infusionsprozessen [5], [6]

Literatur / Referenzen

  • [1] Wu, D.: Lockin-Thermographie für die zerstörungsfreie Werkstoffprüfung und Werkstoffcharakterisierung, Dissertation Universität Stuttgart, Fakultät Verfahrens¬technik, Juni 1996.
  • [2] Fourier, J.: Théorie du mouvement de la chaleur dans les corps solides, Ire Partie, In: Memoires de l´Academie des Sciences 4, 1824.
  • [3] Busse, G.: Optoacoustic phase angle measurment for probing a metal, In: Appl. Phys. Lett. 35, S. 759-760, 1979.
  • [4] Dillenz, A.; Gerhard, H.; Krohn, N.; Pfleiderer, K.; Stößel, R., Zweschper, Th.; Busse, G.: Zerstörungsfreie Prüfung nichtmetallischer Werkstoffe: Neue Entwicklungen, DGZfP-Jahrestagung 2001, Berichtsband 75-CD.
  • [5] Chatzigeorgiou, L.; Feiler, M.; Aoki, R: Machbarkeitsstudie zum Prozessmonitoring von Vakuuminfusionsverfahren mittels Lockin Thermografie, Thermografie-Kolloquium 2003, Berichtsband 86-CD
  • [6] Feiler, M.; Dudenhausen, W.; Chatzigeorgiou, L.: Manufacturing of Primary Aircraft Structures with Vacuum Assisted Resin Infusion, ICCM, 14th International Conference on Composite Materials, San Diego, USA, 2003

Institut / Einrichtung

DLR-Institut für Bauweisen und Strukturtechnologie

Kontakt

Dr. phil. nat. Dorothee Maria Rück
Technologiemarketing

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