Einfluss thermischer und optischer Materialeigenschaften auf die Charakterisierung von Fehlstellen in Faserverbundwerkstoffen mit aktiven Thermografieverfahren
-
Christiane Maierhofer
Dr. Christiane Maierhofer leitet den Fachbereich Thermografische Verfahren an der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM). Im Fachbereich werden aktive Thermografieverfahren für die zerstörungsfreie Prüfung von Bauteilen und Komponenten aus Metallen und Nicht-Metallen eingesetzt. Dazu werden neue optische Anregungsquellen, Signal- und Bildverarbeitungsverfahren und numerische Rekonstruktionsverfahren entwickelt. Frau Maierhofer ist Obfrau des DIN-Arbeitsausschusses NA 062-08-27 AA Visuelle und thermografische Prüfung und der CEN Working Group CEN/TC 138/WG 11 Themographic testing.
Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), FB 8.7 Thermografische Verfahren, Richard-Willstätter-Straße 11, 12489 Berlin
,
Rainer Krankenhagen
Dr. Rainer Krankenhagen studierte Festkörperphysik an der Humboldt-Universität zu Berlin. Er promovierte 1996 mit einem Thema zur Materialforschung für Dünnschicht-Solarzellen. Seit 2008 arbeitet er als wissenschaftlicher Mitarbeiter im Bereich der zerstörungsfreien Prüfung mittels thermografischer Verfahren. Von 2011–2015 leitete er ein BMBF-gefördertes Projekt zur Evaluierung der thermografischen Ferninspektion von Rotorblättern an Windkraftanlagen. Ein Schwerpunkt seiner gegenwärtigen Arbeitliegt in der systematischen Verbesserung von thermografischen Untersuchungsmethoden.
Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), FB 8.7 Thermografische Verfahren, Richard-Willstätter-Straße 11, 12489 Berlin
Mathias Röllig ist Mitarbeiter im Fachbereich Thermografische Verfahren an der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung. Aufgabenschwerpunkte sind in der aktiven Thermografie sowohl die Qualifizierung und Validierung des Verfahrens als auch die Planung von Experimenten, Durchführung von Messungen und Auswertungen von Messergebnissen.
Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), FB 8.7 Thermografische Verfahren, Richard-Willstätter-Straße 11, 12489 Berlin
Dr. Sreedhar Unnikrishnakurup ist Mitarbeiter im Projekt VITCEA im Fachbereich Thermografische Verfahren an der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung. Er beschäftigt sich mit der numerischen Simulation der instationären Wärmeleitungsvorgänge in Faserverbundwerkstoffen.
Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), FB 8.7 Thermografische Verfahren, Richard-Willstätter-Straße 11, 12489 Berlin
Dr. Christian Monte ist Wissenschaftler mit langjährigen Erfahrungen in der Optik und optischen Spektroskopie. Er ist Leiter der Arbeitsgruppe Infrarot-Strahlungsthermometrie der PTB und verantwortlich für die Radiometrie im infraroten Spektralbereich, für die Tieftemperatur Strahlungsthermometrie in Luft und in Vakuum sowie für die Emissivitätsmessungen in Luft und Vakuum und die dafür erforderlichen experimentellen Einrichtungen. Er ist der Deutsche Vertreter in der BIPM CCT Fachgruppe Umwelt und der CCT Repräsentant im WMO Team zu Strahlungsreferenzen.
Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB), FB 7.3 Detektorradiometrie und Strahlungsthermometrie, Abbestraße 2–12, 10587 Berlin
Dr. Albert Adibekyan ist Wissenschaftler mit Erfahrungen in der Strahlungsthermometrie und Radiometrie. Er ist Mitglied der Arbeitsgruppe Infrarot-Strahlungsthermometrie der PTB und verantwortlich für Emissivitätsmessungen im Vakuum in den MWIR und LWIR Bereichen und die Messung weiterer optischer Eigenschaften im infraroten Spektralbereich.
Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB), FB 7.3 Detektorradiometrie und Strahlungsthermometrie, Abbestraße 2–12, 10587 Berlin
Berndt Gutschwager ist Wissenschaftler mit langjährigen Erfahrungen in der Strahlungsthermometrie und Radiometrie. Er ist Mitglied der Arbeitsgruppe Infrarot-Strahlungsthermometrie der PTB und verantwortlich für Strahlungsthermometrie und Kamerabasierte Radiometrie im SWIR und MWIR Bereich. Sein aktueller Forschungsschwerpunkt ist die Entwicklung neuer Konzepte für die Ungleichmäßigkeitskorrektur (non-uniformity correction) von Thermografie-Kameras.
Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB), FB 7.3 Detektorradiometrie und Strahlungsthermometrie, Abbestraße 2–12, 10587 Berlin
Lenka Knazowicka, Wissenschaftlerin und stellvertretende Leiterin des Thermal Units Department von CMI, hat mehr als sieben Jahre Erfahrungen auf dem Bereich der Thermometrie mit Schwerpunkt Strahlungsthermometrie einschließlich der Emissivitätsmessungen.
Czech Metrological Institute (CMI), Thermal Units Department – FM, ČMI OI Praha, Radiová 3, 102 00 Praha 10, Tschechische Republik
Ales Blahut ist als Wissenschaftler verantwortlich für die Entwicklung der HTGHP Apparatur und anderer Messgeräte zur Bestimmung thermophysikalischer Materialparameter im Thermal Units Department von CMI. Er ist aktives Mitglied der CEN/TC89/WG14 und Vertreter von CMI in der Arbeitsgruppe `Thermophysical Quantities of Materials' WG von EURAMET TC-T.
Czech Metrological Institute (CMI), Thermal Units Department – FM, ČMI OI Praha, Radiová 3, 102 00 Praha 10, Tschechische Republik
National Physical Laboratory (NPL), Materials Division, Hampton Road, Teddington, Middlesex, TW11 0LW, Vereinigtes Königreich Großbritannien und Nordirland
National Physical Laboratory (NPL), Materials Division, Hampton Road, Teddington, Middlesex, TW11 0LW, Vereinigtes Königreich Großbritannien und Nordirland
National Physical Laboratory (NPL), Materials Division, Hampton Road, Teddington, Middlesex, TW11 0LW, Vereinigtes Königreich Großbritannien und Nordirland
National Physical Laboratory (NPL), Materials Division, Hampton Road, Teddington, Middlesex, TW11 0LW, Vereinigtes Königreich Großbritannien und Nordirland
Zusammenfassung
In diesem Beitrag werden zerstörungsfreie Untersuchungen mittels aktiver Thermografie an Probekörpern aus CFK und GFK mit unterschiedlichen künstlichen Fehlstellen vorgestellt. Dabei wird die zeitliche und örtliche Temperaturverteilung nach der Erwärmung mit Blitzlampen oder mit einem Infrarot-Strahler mit einer Infrarot-Kamera erfasst. Zur späteren Rekonstruktion der Messdaten wurde ein numerisches Modell entwickelt. Dazu war die Bestimmung der thermophysikalischen und optischen Materialeigenschaften erforderlich, was in diesem Beitrag ebenfalls beschrieben wird. Die Ergebnisse der numerischen Modellierung werden mit den experimentellen Untersuchungen der aktiven Thermografie verglichen. Weiterhin werden die experimentellen Untersuchungen hinsichtlich der beiden Materialsysteme CFK und GFK und unter Berücksichtigung der Teiltransparenz des GFK-Materials sowie der unterschiedlichen Anregungsquellen bewertet.
Abstract
This paper presents results of the non-destructive evaluation of CFRP and GFRP test specimens with various artificial defects using active thermography. After heating the specimens with flash lamps or with an infrared radiator, the temporal and spatial resolved temperature distribution is recorded with an infrared camera. For the reconstruction of the experimental data, a numerical model was developed. For the numerical simulations, the thermal and optical material parameters had to be determined, which is described in this contribution as well. The results of numerical modelling are compared to experimental data of active thermography. Additionally, the experimental results are assessed related to the two materials CFRP and GFRP by considering the partial transmissivity of the GFRP material, and to the different excitation sources.
About the authors
Dr. Christiane Maierhofer leitet den Fachbereich Thermografische Verfahren an der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM). Im Fachbereich werden aktive Thermografieverfahren für die zerstörungsfreie Prüfung von Bauteilen und Komponenten aus Metallen und Nicht-Metallen eingesetzt. Dazu werden neue optische Anregungsquellen, Signal- und Bildverarbeitungsverfahren und numerische Rekonstruktionsverfahren entwickelt. Frau Maierhofer ist Obfrau des DIN-Arbeitsausschusses NA 062-08-27 AA Visuelle und thermografische Prüfung und der CEN Working Group CEN/TC 138/WG 11 Themographic testing.
Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), FB 8.7 Thermografische Verfahren, Richard-Willstätter-Straße 11, 12489 Berlin
Dr. Rainer Krankenhagen studierte Festkörperphysik an der Humboldt-Universität zu Berlin. Er promovierte 1996 mit einem Thema zur Materialforschung für Dünnschicht-Solarzellen. Seit 2008 arbeitet er als wissenschaftlicher Mitarbeiter im Bereich der zerstörungsfreien Prüfung mittels thermografischer Verfahren. Von 2011–2015 leitete er ein BMBF-gefördertes Projekt zur Evaluierung der thermografischen Ferninspektion von Rotorblättern an Windkraftanlagen. Ein Schwerpunkt seiner gegenwärtigen Arbeitliegt in der systematischen Verbesserung von thermografischen Untersuchungsmethoden.
Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), FB 8.7 Thermografische Verfahren, Richard-Willstätter-Straße 11, 12489 Berlin
Mathias Röllig ist Mitarbeiter im Fachbereich Thermografische Verfahren an der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung. Aufgabenschwerpunkte sind in der aktiven Thermografie sowohl die Qualifizierung und Validierung des Verfahrens als auch die Planung von Experimenten, Durchführung von Messungen und Auswertungen von Messergebnissen.
Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), FB 8.7 Thermografische Verfahren, Richard-Willstätter-Straße 11, 12489 Berlin
Dr. Sreedhar Unnikrishnakurup ist Mitarbeiter im Projekt VITCEA im Fachbereich Thermografische Verfahren an der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung. Er beschäftigt sich mit der numerischen Simulation der instationären Wärmeleitungsvorgänge in Faserverbundwerkstoffen.
Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), FB 8.7 Thermografische Verfahren, Richard-Willstätter-Straße 11, 12489 Berlin
Dr. Christian Monte ist Wissenschaftler mit langjährigen Erfahrungen in der Optik und optischen Spektroskopie. Er ist Leiter der Arbeitsgruppe Infrarot-Strahlungsthermometrie der PTB und verantwortlich für die Radiometrie im infraroten Spektralbereich, für die Tieftemperatur Strahlungsthermometrie in Luft und in Vakuum sowie für die Emissivitätsmessungen in Luft und Vakuum und die dafür erforderlichen experimentellen Einrichtungen. Er ist der Deutsche Vertreter in der BIPM CCT Fachgruppe Umwelt und der CCT Repräsentant im WMO Team zu Strahlungsreferenzen.
Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB), FB 7.3 Detektorradiometrie und Strahlungsthermometrie, Abbestraße 2–12, 10587 Berlin
Dr. Albert Adibekyan ist Wissenschaftler mit Erfahrungen in der Strahlungsthermometrie und Radiometrie. Er ist Mitglied der Arbeitsgruppe Infrarot-Strahlungsthermometrie der PTB und verantwortlich für Emissivitätsmessungen im Vakuum in den MWIR und LWIR Bereichen und die Messung weiterer optischer Eigenschaften im infraroten Spektralbereich.
Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB), FB 7.3 Detektorradiometrie und Strahlungsthermometrie, Abbestraße 2–12, 10587 Berlin
Berndt Gutschwager ist Wissenschaftler mit langjährigen Erfahrungen in der Strahlungsthermometrie und Radiometrie. Er ist Mitglied der Arbeitsgruppe Infrarot-Strahlungsthermometrie der PTB und verantwortlich für Strahlungsthermometrie und Kamerabasierte Radiometrie im SWIR und MWIR Bereich. Sein aktueller Forschungsschwerpunkt ist die Entwicklung neuer Konzepte für die Ungleichmäßigkeitskorrektur (non-uniformity correction) von Thermografie-Kameras.
Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB), FB 7.3 Detektorradiometrie und Strahlungsthermometrie, Abbestraße 2–12, 10587 Berlin
Lenka Knazowicka, Wissenschaftlerin und stellvertretende Leiterin des Thermal Units Department von CMI, hat mehr als sieben Jahre Erfahrungen auf dem Bereich der Thermometrie mit Schwerpunkt Strahlungsthermometrie einschließlich der Emissivitätsmessungen.
Czech Metrological Institute (CMI), Thermal Units Department – FM, ČMI OI Praha, Radiová 3, 102 00 Praha 10, Tschechische Republik
Ales Blahut ist als Wissenschaftler verantwortlich für die Entwicklung der HTGHP Apparatur und anderer Messgeräte zur Bestimmung thermophysikalischer Materialparameter im Thermal Units Department von CMI. Er ist aktives Mitglied der CEN/TC89/WG14 und Vertreter von CMI in der Arbeitsgruppe `Thermophysical Quantities of Materials' WG von EURAMET TC-T.
Czech Metrological Institute (CMI), Thermal Units Department – FM, ČMI OI Praha, Radiová 3, 102 00 Praha 10, Tschechische Republik
National Physical Laboratory (NPL), Materials Division, Hampton Road, Teddington, Middlesex, TW11 0LW, Vereinigtes Königreich Großbritannien und Nordirland
National Physical Laboratory (NPL), Materials Division, Hampton Road, Teddington, Middlesex, TW11 0LW, Vereinigtes Königreich Großbritannien und Nordirland
National Physical Laboratory (NPL), Materials Division, Hampton Road, Teddington, Middlesex, TW11 0LW, Vereinigtes Königreich Großbritannien und Nordirland
National Physical Laboratory (NPL), Materials Division, Hampton Road, Teddington, Middlesex, TW11 0LW, Vereinigtes Königreich Großbritannien und Nordirland
Danksagung
Die vorgestellten Ergebnisse sind Teil des ENG57 EMRP (European Metrology Programme)-Projektes VITCEA Validated Inspection Technologies for Composites in Energy Applications, das von EURAMET gefördert wurde.
©2017 Walter de Gruyter Berlin/Boston
Artikel in diesem Heft
- Frontmatter
- Beiträge
- Planare resonante Temperatursensoren für die Hochtemperatur-Dünnschichtkalorimetrie
- Einfluss thermischer und optischer Materialeigenschaften auf die Charakterisierung von Fehlstellen in Faserverbundwerkstoffen mit aktiven Thermografieverfahren
- Entwicklung und Test eines langwelligen Strahlungsthermometers zur berührungslosen Temperaturmessung in Gasturbinen während des Betriebs
- Entwicklung und Aufbau eines Probenhalters für die Emissionsgradmessung an semitransparenten Materialien
- Temperatur-Komparator auf Basis eines druckgeregelten Wärmerohres
- Methoden der Temperaturbestimmung von elektrischen Entladungen bei Öffnungs-Kontaktvorgängen in zündfähigen Gasen
- Grenzen der thermischen, räumlichen und zeitlichen Auflösung ungekühlter Thermografiekameras
- Schnelle Lufttemperaturfühler zur Anwendung in der Präzisionsmesstechnik und Maschinenkalibrierung
Artikel in diesem Heft
- Frontmatter
- Beiträge
- Planare resonante Temperatursensoren für die Hochtemperatur-Dünnschichtkalorimetrie
- Einfluss thermischer und optischer Materialeigenschaften auf die Charakterisierung von Fehlstellen in Faserverbundwerkstoffen mit aktiven Thermografieverfahren
- Entwicklung und Test eines langwelligen Strahlungsthermometers zur berührungslosen Temperaturmessung in Gasturbinen während des Betriebs
- Entwicklung und Aufbau eines Probenhalters für die Emissionsgradmessung an semitransparenten Materialien
- Temperatur-Komparator auf Basis eines druckgeregelten Wärmerohres
- Methoden der Temperaturbestimmung von elektrischen Entladungen bei Öffnungs-Kontaktvorgängen in zündfähigen Gasen
- Grenzen der thermischen, räumlichen und zeitlichen Auflösung ungekühlter Thermografiekameras
- Schnelle Lufttemperaturfühler zur Anwendung in der Präzisionsmesstechnik und Maschinenkalibrierung
