Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der
Verfahren zum Beurteilen von Körpern, insbesondere von Ultraschall-Thermographie
zur Risserkennung.
Derartige Verfahren sind z.B. aus der
DE 196 23 159 C2
bekannt. In diesem Dokument wird ein Verfahren zur Beurteilung eines Körpers
offenbart, wobei der Körper in einer Behandlungsstation über seine Oberfläche
energetisch beeinflusst wird, gleichzeitig oder anschließend das Temperaturfeldes
des energetisch beeinflussten Körpers erfasst und in Abhängigkeit des
Temperaturfeldes in einer Bewertungsstation bewertet wird.
Das Verfahren lt. der
DE 196 23 159 C2
wird vor allem für das Bewerten und Beurteilen von metallischen Körpern,
wie z.B. Blechen eingesetzt. Jedoch hat sich in der Praxis gezeigt, dass es wünschenswert
wäre, ein derartiges Verfahren auch für Körper mit niedrigerer Wärmeleitung
einsetzen zu können. Dies war in der Praxis jedoch bisher nicht möglich,
da die Prüfzeiten bei Anwendungen nach dem Stand der Technik, insbesondere
der
DE 196 23 159 C2
meist zu lang sind. Ein verbessertes Verfahren würde jedoch z.B.
eine Automatisierung mit niedrigeren Taktzeiten ermöglichen.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein
Verfahren zum Beurteilen von Körpern mit niedrigerer Wärmeleitung, insbesondere
mit Körpern mit einer Wärmeleitung von ≤5 W /mK bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch Anspruch 1 der vorliegenden Erfindung
gelöst. Demgemäß wird ein Verfahren zum Beurteilen eines Körpers
mit einer Wärmeleitung von ≤5 W /mK , insbesondere einer Oberfläche
und/oder oberflächennaher Bereiche desselben, unter Erfassung eines Temperaturfeldes
des Körpers bereitgestellt, wobei der Körper über seine Oberfläche
energetisch beeinflusst wird, gleichzeitig oder anschließend das Temperaturfeldes
des energetisch beeinflussten Körpers erfasst und in Abhängigkeit von
dem erfassten Temperaturfeldes bewertet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die bei
der energetischen Beeinflussung die zugeführte Energie ≤500 Ws beträgt.
Es hat sich überraschenderweise gezeigt, dass bei
einer solch energetisch niedrigen Beeinflussung innerhalb einer weiten Spanne der
Anwendungen der Erfindung eine akkurate und effiziente Beurteilung möglich
ist. Insbesondere kann so der Körper auf Risse und/oder Sprünge untersucht
werden. Weiterhin wird innerhalb einer weiten Spanne der Anwendungen der Erfindung
durch ein erfindungsgemäßes Verfahren mindestens einer der folgen Vorteile
erreicht:
- Durch die geringe Energie, die dem Körper zugeführt wird, wird dieser
nicht oder nur unwesentlich von dem Beurteilungsverfahren beeinflusst, insbesondere
nicht erwärmt oder verformt
- Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird der Körper nur geringfügig
erwärmt. Es ist dabei festgestellt worden, dass die Erwärmung im wesentlichen
nur im Bereich der Einkoppelstelle und am Riss stattfindet. Eine evtl. Schädigung
des Körpers findet nur im Bereich des Risses statt, da nur fehlerhafte Stellen
angeregt werden. Eine Verformung des Körpers konnte in der Praxis nicht oder
nur unwesentlich festgestellt werden.
- Aufgrund der niedrigen Energieleistung, die dem Körper zugeführt wird,
ist eine Implementierung des Verfahrens mit einfachen und unkomplizierten Verfahrensaufbauten
möglich
- Da der Körper nur wenig beeinflusst wird, kann dieser unmittelbar nach
dem Verfahren weiteren Verfahrensschritten (z.B. in einer Produktion) zugeführt
werden, ohne dass ein Abkühlen etc. notwendig wäre.
- Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird innerhalb einer weiten Spanne
der Anwendungen der Erfindung eine automatisierte Qualitätskontrolle von Werkstoffen
mit einem niedrigen Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten ermöglicht.
Hierbei kann bei einzelnen Anwendungen eine Taktrate von mindestens 300 Stück
pro Minute, z.T. sogar 400 oder 500 Stück erreicht werden.
- Durch das erfindungsgemäße Verfahren genügt innerhalb einer weiten
Spanne der Anwendungen und gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der der Erfindung zur Erfassung des Temperaturfeldes eine einfache Kamera, wie z.B.
eine Bolometerkamera, insbesondere eine Bolometerkamera mit einer geringen Auflösung,
wie z.B. 160 x 120 Pixel und 50 Hz Bildfolgerate. Es wird angenommen (ohne darauf
beschränkt zu sein), dass dies zum einen daher resultiert, dass sich die Wärme
aufgrund der geringen Wärmeleitfähigkeit des Prüfkörpers nur
sehr langsam verteilt. Zudem spielt eine Rolle, dass obwohl die verwendete Energie
kleiner als ≤500 Ws beträgt, innerhalb einer weiten Spanne der Anwendungen
der Erfindung die erzeugten Temperaturunterschiede im Körper so groß sind,
dass keine hohe Empfindlichkeit der Kamera notwendig ist.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf
ein Verfahren zum Beurteilen von Körpern mit einer Wärmeleitung von ≤3
W /mK, ebenso insbesondere auf ein Verfahren zum Beurteilen von Körpern mit
einer Wärmeleitung von ≤1 W /mK.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung beträgt die bei der energetischen Beeinflussung zugeführte
Energie ≤300 Ws. Dadurch kann innerhalb einer weiten Spanne der Anwendungen
der Erfindung eine noch schonendere Untersuchung erreicht werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung beträgt die bei der energetischen Beeinflussung zugeführte
Energie ≤100 Ws.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung wird der Körper für eine Zeit von >0 ms und ≤500
ms energetisch beeinflusst. Dadurch kann innerhalb einer weiten Spanne der Anwendungen
der Erfindung das Verfahren noch effizienter, insbesondere zeiteffizienter gestaltet
werden, ohne dass die Qualität des Verfahrens negativ beeinflusst wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung wird der Körper für eine Zeit von ≥ 50 ms und ≤
300 ms energetisch beeinflusst. Es hat sich herausgestellt, dass innerhalb einer
weiten Spanne der Anwendungen der Erfindung diese Zeit ausreicht, um eine genügend
genaue Beurteilung durchführen zu können.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung wird der Körper für eine Zeit von > 100 ms und ≤200
ms energetisch beeinflusst.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung wird der Körper mit einer Energiequelle mit einer Leistung von
> 200 W und ≤5000 W energetisch beeinflusst. Dadurch kann innerhalb einer
weiten Spanne der Anwendungen der Erfindung das Verfahren noch schonender gestaltet
werden, ohne dass die Qualität des Verfahrens negativ beeinflusst wird; ebenfalls
kann dadurch innerhalb einer weiten Spanne der Anwendungen der Erfindung auf unanspruchsvolle
und konventionelle Energiequellen wie z.B. ein Ultraschall-Handschweissgerät
zurückgegriffen werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung wird der Körper mit einer Energiequelle mit einer Leistung von
≥ 500 W und ≤2500 W energetisch beeinflusst. Es hat sich herausgestellt,
dass innerhalb einer weiten Spanne der Anwendungen der Erfindung eine Energiequelle
mit dieser Leistung ausreicht, um eine genügend genaue Beurteilung durchführen
zu können.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung wird mit einer Energiequelle mit einer Leistung von ≥ 750 W
und ≤ 1500 W energetisch beeinflusst.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung erfolgt die energetische Beeinflussung durch Ultraschalleinkopplung
und/oder mittels Ultraschall, bevorzugt im Bereich von ≥ 10 kHz und ≤100
kHz, noch bevorzugt ≥ 20 kHz und ≤35 kHz. Dies hat sich in
der Praxis für eine breite Spanne von Anwendungen innerhalb der vorgesehenen
Erfindung als vorteilhaft herausgestellt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung wird bei der Messung des Temperaturfeldes nur ein Teil des Körpers
erfasst und die energetische Beeinflussung an einer Stelle des Körpers erfolgt,
welcher nicht von der Messung des Temperaturfeldes erfasst wird. Dies erlaubt innerhalb
einer weiten Spanne der Anwendungen der Erfindung eine beeinflussungsfreiere Messung
des Temperaturfeldes; zudem wird der Körper weniger durch die Messung in Anspruch
genommen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung umfasst der Körper eine Ober- und Unterseite, wobei bei der Messung
des Temperaturfeldes die Oberseite des Körpers erfasst wird und die energetische
Beeinflussung an der Unterseite des Körpers erfolgt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung umfasst der Körper eine Obersowie eine Unterseite und mindestens
eine sonstige Seite, wobei bei der Messung des Temperaturfeldes die Oberseite des
Körpers erfasst wird und die energetische Beeinflussung an der Unterseite bzw.
einer der sonstigen Seiten des Körpers erfolgt.
Die Erfindung bezieht sich außerdem auf eine Vorrichtung
zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Bevorzugt beinhaltet die Vorrichtung ein Ultraschallgerät
für die energetische Beeinflussung des Körpers, durch welche bevorzugt
eine Ultraschallkopplung im Bereich von ≥ 10 kHz und ≤100 kHz, bevorzugt
≥ 20 kHz und ≤35 kHz erzeugt wird.
Die vorgenannten sowie die beanspruchten und in den Ausführungsbeispielen
beschriebenen erfindungsgemäß zu verwendenden Bauteile unterliegen in
ihrer Größe, Formgestaltung, Materialauswahl und technischen Konzeption
keinen besonderen Ausnahmebedingungen, so dass die in dem Anwendungsgebiet bekannten
Auswahlkriterien uneingeschränkt Anwendung finden können.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstandes
der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der nachfolgenden
Beschreibung der zugehörigen Zeichnungen, in denen - beispielhaft - mehrere
Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt
sind. In den Zeichnungen zeigt:
- Fig. 1
- eine sehr schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Durchführung des
Verfahrens gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung; sowie
- Fig. 2
- ein Temperaturbild eines Körpers, der gemäß einer zweiten Ausführungsform
der Erfindung beeinflusst wurde.
Fig. 1 zeigt eine sehr schematische Darstellung einer Vorrichtung
1 zur Durchführung des Verfahrens gemäß einer ersten Ausführungsform
der Erfindung.
Die Vorrichtung umfasst ferner ein Ultraschallgerät
100, welches einen Ultraschallgenerator 50, der einen Konverter 40 mit Sonotrode
30 treibt, umfasst. Mittels der Sonotrode 30 kann der zu untersuchende Körper
10 energetisch beeinflusst werden und sodann mittels der Kamera 20, welche bevorzugt
eine IR-Kamera ist ein Temperaturbild aufgenommen werden. Bevorzugt arbeitet dabei
der Konverter mit einer Ultraschallfrequenz von 20-35 kHz.
Es sei kurz darauf hingewiesen, dass - wie oben beschrieben
- es insbesondere bevorzugt ist, wenn die energetische Beeinflussung des Körpers
10 durch die Sonotrode 30 an einer Seite des Körpers erfolgt, die nicht von
der Kamera 20 erfasst wird. Dies hat sich in vielen Anwendungen als vorteilhaft
herausgestellt, da so sowohl die Qualität des Temperaturbildes maximiert wie
auch die Beanspruchung des Körpers 10 vermindert werden kann.
Fig. 2 zeigt ein Temperaturbild eines Körpers, der
gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung beeinflusst wurde.
Dabei handelt es sich um einen Dachziegel, der von der Seite für 200ms mit
1000 W Ultraschall beeinflusst wurde. Im Temperaturbild ist deutlich der Riss im
Dachziegel als hellerer Fleck zu sehen.
