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Licensed Unlicensed Requires Authentication Published by Oldenbourg Wissenschaftsverlag March 26, 2019

Thermografie zur Detektion von CFK-Schäden – Quantitativer Vergleich der Lock-in- und Puls-Phasen-Thermografie

Thermography for the detection of CFRP damage – A quantitative comparison of lock-in and pulse-phase thermography
Sarah Ekanayake

Sarah Ekanayake ist wissenschaftliche Mitarbeiterin am Lehrstuhl für Fertigungsmesstechnik und Qualitätsmanagement des Werkzeugmaschinenlabors der RWTH Aachen. Ihr Forschungsschwerpunkt liegt im Bereich Qualitätssicherung von Faserverbundkunststoffen.

, Dennis Wiedbrauck

Dennis Wiedbrauck ist Masterstudent der Automatisierungstechnik an der RWTH Aachen und ist als studentische Hilfskraft am Lehrstuhl für Fertigungsmesstechnik und Qualitätsmanagement des Werkzeugmaschinenlabors der RWTH Aachen tätig.

, Marielouise Schäferling

Marielouise Schäferling ist wissenschaftliche Mitarbeiterin im Bereich Produktionssysteme des Instituts für Produktionstechnik am KIT in Karlsruhe. Ihr Forschungsschwerpunkt ist die Qualitätssicherung von hybriden faserverstärkten Kunststoffen mittels Datenfusion.

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, Benjamin Häfner

Benjamin Häfner promovierte 2017 im Rahmen seiner Tätigkeit als wissenschaftlicher Assistent am Institut für Produktionstechnik (wbk) am Karlsruher Institut für Technologie (KIT). Seit 2016 ist er als Oberingenieur am Institut für Produktionstechnik (wbk) tätig. Seine Forschungsschwerpunkte umfassen unter anderem die Integration von Inline-Messtechnik in unreifen Fertigungsprozesse, die Qualitätsregelung in Produktionssystemen und Verfahren zur Messunsicherheitsermittlung.

, Robert H. Schmitt

Robert Schmitt ist Inhaber des Lehrstuhls für Fertigungsmesstechnik und Qualitätsmanagement und Direktor des Werkzeugmaschinenlabor WZL der RWTH Aachen sowie Mitglied des Direktoriums des Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnologie (IPT) und dort Leiter der Abteilung Produktionsmesstechnik und Qualität. Er ist Vorsitzender des Fachbereichs 3 Fertigungsmesstechnik der GMA und Mitglied des Vorstands der DGQ.

and Gisela Lanza

Gisela Lanza ist Inhaberin des Lehrstuhls für Produktionssysteme und Qualitätsmanagement des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) und Institutsleiterin am Institut für Produktionstechnik (wbk). Dieser Bereich befasst sich in Forschung, Lehre und Innovation schwerpunktmäßig mit den Themen Globale Produktionsstrategien, Produktionssystemplanung und Qualitätssicherung. Seit 2009 ist sie zudem Direktorin des „Global Advanced Manufacturing Institute (GAMI)“ in Suzhou, VR China.

From the journal tm - Technisches Messen

Zusammenfassung

Die aktive Thermografie wird zur Detektion von Schäden in kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen (CFK) verwendet. Aufgrund des bildgebenden und tomografischen Messverfahrens wird eine zerstörungsfreie Prüfung von CFK-Schäden ermöglicht, wie sie z. B. die Serienproduktion von Fahrzeugen fordert. Das indirekte Messverfahren misst die IR-Strahlen infolge einer aktiven Anregung des Prüfobjektes. Anregungsformen, welche im industriellen Umfeld Anwendung finden, sind die sinusförmige Lock-in und die pulsförmige Puls-Phasen Thermografie. In beiden Verfahren wird die erfasste Wärmestrahlung mittels Fast Fourier Transformation in ein Phasenbild überführt. Die quantitative Auswertung erfolgt anhand der gemessenen Phasenwerte und des Phasenbildes.

Während die Lock-in Thermografie den Vorteil der Rauschunterdrückung und Detektion von tieferliegenden Schäden bietet, kann durch die Puls-Phasen Thermografie eine zeiteffizientere und somit wirtschaftlichere Messung erfolgen. In diesem Beitrag wird eine automatisierte Auswertung von Bildaufnahmen mittels Lock-in und Puls-Phasen Thermografie entwickelt und ein quantitativer Vergleich beider Verfahren hinsichtlich messtechnischer und wirtschaftlicher Kriterien der Schadensdetektion von CFK-Strukturen durchgeführt.

Abstract

Active thermography is applied for damage detection in carbon fiber reinforced plastics (CFRP). Due to the imaging and tomographic measurement principle, non-destructive testing of CFRP damage is possible, as e. g. the serial production in the automotive industry requires. The indirect measuring method measures the infrared radiation as a result of active excitation of the test object. The means of excitation used in industrial environments are sinusoidal lock-in and pulse-phase thermography. In both methods, the recorded thermal radiation is converted into a phase image using Fast Fourier Transformation. The quantitative evaluation is based on the measured phase values and the phase image. While lock-in thermography offers the advantage of noise suppression and detection of deeper damages, pulse-phase thermography allows a more time-efficient and thus more economical measurement. In this article, an automated evaluation of lock-in and pulse-phase thermography images is developed and a quantitative comparison of both methods with regard to metrological and economic criteria of CFRP damage detection is performed.

Schlagwörter: Messtechnik; Thermografie; CFK

About the authors

Sarah Ekanayake

Sarah Ekanayake ist wissenschaftliche Mitarbeiterin am Lehrstuhl für Fertigungsmesstechnik und Qualitätsmanagement des Werkzeugmaschinenlabors der RWTH Aachen. Ihr Forschungsschwerpunkt liegt im Bereich Qualitätssicherung von Faserverbundkunststoffen.

Dennis Wiedbrauck

Dennis Wiedbrauck ist Masterstudent der Automatisierungstechnik an der RWTH Aachen und ist als studentische Hilfskraft am Lehrstuhl für Fertigungsmesstechnik und Qualitätsmanagement des Werkzeugmaschinenlabors der RWTH Aachen tätig.

Marielouise Schäferling

Marielouise Schäferling ist wissenschaftliche Mitarbeiterin im Bereich Produktionssysteme des Instituts für Produktionstechnik am KIT in Karlsruhe. Ihr Forschungsschwerpunkt ist die Qualitätssicherung von hybriden faserverstärkten Kunststoffen mittels Datenfusion.

Benjamin Häfner

Benjamin Häfner promovierte 2017 im Rahmen seiner Tätigkeit als wissenschaftlicher Assistent am Institut für Produktionstechnik (wbk) am Karlsruher Institut für Technologie (KIT). Seit 2016 ist er als Oberingenieur am Institut für Produktionstechnik (wbk) tätig. Seine Forschungsschwerpunkte umfassen unter anderem die Integration von Inline-Messtechnik in unreifen Fertigungsprozesse, die Qualitätsregelung in Produktionssystemen und Verfahren zur Messunsicherheitsermittlung.

Robert H. Schmitt

Robert Schmitt ist Inhaber des Lehrstuhls für Fertigungsmesstechnik und Qualitätsmanagement und Direktor des Werkzeugmaschinenlabor WZL der RWTH Aachen sowie Mitglied des Direktoriums des Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnologie (IPT) und dort Leiter der Abteilung Produktionsmesstechnik und Qualität. Er ist Vorsitzender des Fachbereichs 3 Fertigungsmesstechnik der GMA und Mitglied des Vorstands der DGQ.

Gisela Lanza

Gisela Lanza ist Inhaberin des Lehrstuhls für Produktionssysteme und Qualitätsmanagement des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) und Institutsleiterin am Institut für Produktionstechnik (wbk). Dieser Bereich befasst sich in Forschung, Lehre und Innovation schwerpunktmäßig mit den Themen Globale Produktionsstrategien, Produktionssystemplanung und Qualitätssicherung. Seit 2009 ist sie zudem Direktorin des „Global Advanced Manufacturing Institute (GAMI)“ in Suzhou, VR China.

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Received: 2018-12-21
Accepted: 2019-02-27
Published Online: 2019-03-26
Published in Print: 2019-05-27

© 2019 Walter de Gruyter GmbH, Berlin/Boston

Downloaded on 3.12.2022 from frontend.live.degruyter.dgbricks.com/document/doi/10.1515/teme-2018-0086/html
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