Accessible Unlicensed Requires Authentication Published by De Gruyter November 15, 2018

Thermografische Rekonstruktion von internen Wärmequellen mittels virtueller Schallwellen

Thermographic reconstruction of internal heat sources using the virtual wave concept
Peter Burgholzer, Günther Mayr, Jürgen Gruber and Gregor Stockner
From the journal Materials Testing

Kurzfassung

Die thermografische Rekonstruktion von Messsignalen einer Infrarot-Kamera hat große Vorteile gegenüber einer Ultraschall-Prüfung: Es wird kein Koppelmedium benötigt, und die Temperatur kann an vielen Pixeln der Kamera parallel gemessen werden. Der Hauptnachteil im Vergleich zu Ultraschall ist die sich stark verschlechternde Auflösung mit zunehmender Tiefe der abzubildenden Strukturen. In dieser Arbeit wird demonstriert, wie Ultraschall-Rekonstruktions-Methoden für die thermografische Rekonstruktion genutzt werden können. Vor der Ultraschall-Bildrekonstruktion wird aus dem gemessenen zeitlichen Temperaturverlauf jedes Kamera-Pixels eine virtuelle Schallwelle berechnet. Wie hier gezeigt, ist diese virtuelle Welle die inverse eindimensionale Rekonstruktion an der Position dieses Pixels. Diese lokale Transformation beinhaltet die gesamte Irreversibilität des Diffusionsprozesses und kann für beliebige zwei- und dreidimensionale Probenformen verwendet werden. Es werden zweidimensionale Rekonstruktionen aus numerischen Simulationen und experimentelle Ergebnisse gezeigt, bei denen parallele Stahlstäbe in einer Epoxidharz-Matrix eingebettet sind und durch Induktion von Wirbelströmen pulsförmig erhitzt werden.

Abstract

Using an infrared camera for thermographic reconstruction has many advantages compared to ultrasound reconstruction: no coupling media is needed and it makes it possible to measure the temperature of many surface pixels both simultaneously and without contact. The main drawback is the strong degradation of spatial resolution as imaging depth increases, which results in blurred images for structures lying deeper. In this work, it is shown that image reconstruction methods from ultrasonic imaging can be employed for thermographic signals. Before using these imaging methods, a virtual signal is calculated locally for each camera pixel by applying a one-dimensional reconstruction (“local transformation”) for the thermographic signal at this pixel position. The local transformation describes all the irreversibility of the heat diffusion process and can be used for every sample shape and dimension. This is demonstrated by two-dimensional reconstructions from numerical simulations and from thermographic measurements, where parallel steel-rods, embedded in an epoxy matrix are heated by induction using eddy current pulses.


*Korrespondenzadresse, Priv.-Doz. DI Dr. Peter Burgholzer, RECENDT Research Center for Non-Destructive Testing GmbH, Science Park 2/2. OG, Altenberger Straße 69, A-4040 Linz, Österreich, E-mail:

DI Dr. Peter Burgholzer, geboren 1964, studierte Technische Physik an der Johannes Kepler Universität in Linz, Österreich, wo er 1993 sein Doktorat abschließen konnte. Von 1990 bis 1993 leitete er die Mess- und Prüftechnik in der Forschungsabteilung der Austria Metall AG (AMAG). Als Postdoc arbeitete er in Ispra, Italien an der Gemeinsamen Forschungsstelle der Europäischen Kommission (JRC) in der Materialforschung. Von 1998 bis 2010 war er Leiter der Sensorik Abteilung der Upper Austrian Research GmbH, die 2010 als eigene Gesellschaft RECENDT (Research Center for Non-Destructive Testing) ausgegründet wurde und als deren Geschäftsführer er seither tätig ist. 2008 habilitierte er im Bereich „Zerstörungsfreie Prüfung“ an der TU Wien.

Dr. Günther Mayr, geboren 1981, studierte Sensorik und Mikrosystemtechnik an der Fachhochschule Oberösterreich, Fakultät für Technik/Angewandte Naturwissenschaften. Im Anschluss an das Diplomstudium arbeitete er als wissenschaftlicher Mitarbeiter an der FH OÖ F&E GmbH. 2015 schloss er an der Johannes Kepler Universität seine Dissertation im Fachbereich Chemie und Kunststofftechnik ab.

DI(FH) Jürgen Gruber, geboren 1983, studierte Sensorik und Mikrosystemtechnik an der Fachhochschule Oberösterreich, Fakultät für Technik/Angewandte Naturwissenschaften. Im Anschluss an das Diplomstudium arbeitete er als wissenschaftlicher Mitarbeiter an der FH OÖ F&E GmbH. Weiterbildend studiert er berufsbegleitend an der Johannes Kepler Universität im Masterstudiengang Recht und Wirtschaft für TechnikerInnen.

Gregor Stockner Bsc, geboren 1990, studiert Entwicklungsingenieurwesen Maschinenbau an der Fachhochschule Oberösterreich, Fakultät für Technik/Angewandte Naturwissenschaften. Neben dem Masterstudium Entwicklungsingenieur Maschinenbau arbeitet er als Praktikant an der FH OÖ F&E GmbH.


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Online erschienen: 2018-11-15
Erschienen im Druck: 2018-06-30

© 2018, Carl Hanser Verlag, München