Multispektraler Ansatz zur Verbesserung der thermografischen Prüfbarkeit von Werkstoffverbunden

Abstract

Die Thermografie ist ein berührungsloses technisches Verfahren, mit dem Temperaturverläufe durch Wärmequellen und -senken beobachtet werden. In der zerstörungsfreien Prüfung nutzt man dieses Verfahren, um strukturelle Fehler unter der Bauteiloberfläche zu erkennen. Dabei ergeben sich Schwierigkeiten dadurch, dass die Temperatur nicht direkt gemessen wird, sondern die von der Oberfläche abgestrahlte Infrarot-Strahlung. Nach dem Strahlungsgesetz spielt der Oberflächenzustand bezüglich Material und Rauheit eine große Rolle, ebenso Reflexionen der Umgebung. Die Dissertation arbeitet einen multispektralen Ansatz aus, mit dem sich diese Einflüsse in Thermografiebildern nach Bedarf verstärken oder dämpfen lassen. Speziell an Materialverbunden können damit Störungen einfacher identifiziert und Aufnahmen besser interpretiert werden. Mit einer Simulation der Bildgebung wird gezeigt, dass im Idealfall eine vollständige Trennung der Einflüsse möglich ist. Die Simulation wurde derart konzipiert, dass sie ein anwendungsnahes Tool zur Auslegung von multispektralen thermografischen Messsystemen darstellt. Hierzu wurde eine spezielle mathematische Beschreibung der Strahlungsbilanz gewählt, die von konventionellen Ansätzen abweicht und die physikalischen Randbedingungen in relevanten Bereichen der Thermografie besser wiedergibt. Darüber hinaus wurde eine vereinfachte Prozedur zur Kalibrierung der Infrarotkamera entwickelt.

Thermography is a contactless testing procedure to observe temperature gradients caused by heat sources and sinks. The method is used in non-destructive testing to detect structural defects beneath the surface of components. Difficulties arise from the fact that the temperature is not measured directly, but rather the infrared radiation emitted by the surface. According to the law of radiation, the surface condition in terms of material and roughness plays a major role, but so does reflection from the environment. The thesis works out a multispectral approach able to intensify or suppress these influences in thermographic images as required. This makes it easier to identify faults, especially on composite materials, and interpret recordings better. With a simulation of the imaging it can be shown for the ideal case that a complete separation of the influencing factors is possible. The simulation was designed to represent an application-oriented tool for the design of multispectral thermographic measuring systems. For this purpose, a special mathematical description of the radiation balance was chosen. It differs from conventional approaches and better reflects the physical boundary conditions in relevant fields of thermography. In addition, a simplified procedure for calibrating the infrared camera has been developed.