DE10118131A1 - Verfahren zum berührungslosen Detektieren von Teilen aus Verbundwerkstoffen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Temperaturverteilung an den Oberflächen wie auch im Inneren von Teilen aus Verbundwerkstoffen (1). Dies trifft insbesondere auf Flugzeugteile aus Verbundwerkstoffen (1) zu, die mit Heizbahnen (6) versehen sind. In regelmäßigen Abständen, entweder im Flugzeug selbst oder in Werkhallen, sollen die relevanten Teile gewartet und geprüft werden und mit diesem bildgebenden Verfahren etwaige Fehlerquellen frühzeitig aufgespürt werden, so dass es keinen Ausfall von Enteisungsanlagen bei Vereisungsgefahr geben kann.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Temperaturverteilung an den Oberflächen wie auch im Inneren von hochsicherheitsrelevanten Teilen aus Verbundwerkstoffen, insbesondere von Flugzeugteilen.

Bei der Herstellung, sowie bei lang- oder mittelfristigem Einsatz von zum Teil groß­ flächigen, hochsicherheitsrelevanten Teilen aus Verbundwerkstoffen kann es zu Lufteinschlüssen, Rissen, Inhomogenitäten oder Delaminationen sowohl im Materi­ al selbst, als auch zwischen den einzelnen Komponenten kommen. Diese struktu­ rellen Schwächen vermindern in der Regel die Festigkeit und damit die Qualität des Produktes. Es ist daher wünschenswert, möglichst frühzeitig bei Funktions­ kontrollen, die in regelmäßigem Abstand insbesondere bei Flugzeugen erfolgen, diese Fehler oder Schwächen zu erkennen, dies auch, um korrigierend in den Her­ stellungs- oder Reparaturprozess eingreifen zu können.

Es sind verschiedene Verfahren zur Erkennung von Materialschwächen bekannt:
So gibt es punktuell messende Systeme wie z. B. Ultraschall, radiometrische, in­ duktive oder kapazitive Methoden, die Auskunft über die Materialschwächen in ei­ nem kleinen Messfeld geben. Um mit diesen Methoden eine 100%-ige Kontrolle von großflächigen Teilen aus Verbundwerkstoffen zu ermöglichen, müssen punk­ tuell messende Verfahren zeitraubend über das gesamte Objekt geführt werden. Diese punktuell messenden Verfahren sind für eine 100%-ige On-Line- Fertigungskontrolle in der Regel wegen des zeitaufwendigen Scannens der Ver­ bundwerkstoffteile nicht zeitgünstig zu verwenden. Gleichzeitiges paralleles Betrei­ ben mehrerer Geräte verkürzt in der Regel zwar die Messzeit, macht aber die Messeinrichtungen entsprechend teuer.

Ein anderes Verfahren ist die optische Inspektion der Oberfläche von Verbund­ werkstoffteilen im sichtbaren Licht, wobei Fehler in der Oberflächenschicht schnell und flächenhaft detektiert werden.

Interferometrische Messsysteme, wie z. B. das elektronische Specklemuster Inter­ ferometer können Fehler auch im Inneren von Materialproben ganzflächig vermes­ sen. Sie sind aber wegen ihrer großen Empfindlichkeit gegen äußere Störeinflüsse nicht einfach und zuverlässig in den Qualitätskontrollprozess - sowohl bei Ferti­ gung, als auch bei Reparaturen - zu integrieren.

Verfahren zur Bestimmung der Temperaturverteilung an den Oberflächen und im Inneren von Bauelementen sind als thermografische Verfahren schon lange in der einschlägigen Industrie bekannt.

Als Stand der Technik sei hier die DE 340 711 A1 benannt, in der mittels Thermo­ grafle beaufschlagte Prüfkörper, z. B. Flugzeugteile, angeführt sind.

Weiterhin ist aus der DE 197 03 484 A1 ein Verfahren zur zerstörungsfreien Prü­ fung von Materialien und Materialverbunden auf innere Fehler mittels Thermografie bekannt, wobei im zu untersuchenden Bereich ein Wärmestrom erzeugt wird, der an Fehlerstellen gestört ist.

Eine weitere Schrift, nämlich die DE 199 19 441 A1, zeigt ein Verfahren zur Fest­ stellung von Unregelmäßigkeiten oder Fehlerstellen an Kunst- oder Dämmstoffen, wobei auch eine Wärmebildkamera zum Einsatz kommt.

Der Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, eine sichere Methode zu rechtzeitiger Erkennung beschädigter, sicherheitsrelevanter Bauteile, insbesondere bei Flugzeugteilen zu finden, um Schäden von Mensch und Material abzuwenden.

Dies wird durch die Anwendung des an sich bekannten Thermografieverfahrens mit einer Wärmequelle, einer hochauflösenden Wärmebildkamera, einem Rechner und einem Monitor für die Fertigungs-, Qualitäts- und Funktionskontrolle von in den Verbundwerkstoffen eingebetteten Heizleiterbahnen erreicht, wie auch für das Er­ kennen des Verlaufs der Heizleiterbahnen, insbesondere bei Reparaturen von Kor­ rosionsschäden, Bahnunterbrechungen und mangelhaften Kabelanschlusspunkten. Diese Heizleiterbahnen in Flugzeugteilen aus Verbundwerkstoffen sind von hoch­ sicherheitsintensiver Relevanz im Flugbetrieb, sollen sie doch im Falle von Verei­ sungen des Flugzeuges wirksam gesetzt werden, um bei Vereisungsgefahr Mensch und Gerät zu schützen. Die hochsicherheitsrelevanten Bauteile mit den in ihnen eingebetteten Heizleiterbahnen werden mit der erfinderischen Anwendung der Thermografle sicher geprüft.

Diese Prüfung kann sowohl in und am Flugzeug, wie aber auch durch Ausbau der Teile und nachfolgender Inspektion in den dazu vorgesehenen Werkshallen mittels des erfinderischen Verfahrens durchgeführt werden.

Die Vorteile der Thermografie bzw. IR-Technik ergeben sich dadurch, dass die Temperaturmessung an sehr heißen wie auch unzugänglichen Objekten berüh­ rungslos möglich ist, und keine Beeinflussung des Messobjektes oder des Prozes­ ses erfolgt, weiterhin durch die Schnelligkeit, es ist also ein Echtzeitsystem mit bis zu 50 Bildern/Sekunde. Die Bildgebung ist flächenhaft und ermöglicht sehr genaue Temperaturinformationen (mit einer Genauigkeit von kleiner als +/- 0,1 Grad Cel­ sius bei einer dementsprechenden Reproduzierbarkeit, daher wird eine hochsensi­ tive Temperaturauflösung erzielt).

In detaillierter Ausführung der Prüfmethode erfahren die Teile aus Verbund­ werkstoffen durch den entsprechenden Einsatz einer geeigneten Wärmequelle ei­ ne gleichmäßige Temperaturerhöhung, z. B. durch ein als Kreuzgang ausgewiese­ nes, seitliches Hin- und Herbewegen eines Heißluftgebläses, bis ein farblich ho­ mogenes Bild auf dem Monitor der Wärmbildkamera erkennbar wird und solcher Art mittels einer Temperaturdifferenzmessung die Fehler bzw. Schadstellen infolge schlechterer Wärmeableitung sichtbar werden. Solcher Art wird eine Topografie - also eine Landkarte - der zu prüfenden Heizleiterbahnen sichtbar, wobei beim Start von einer homogenen Temperaturverteilung ausgegangen werden muss.

In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens wird die Wärmebildkamera auf die er­ wärmte Fläche des Verbundwerkstoffs fokussiert, in dem Level und Span über die Automatik der Kamera angeglichen werden und das Fixieren des erfassten Bildes durch nochmaliges Abgleichen auf den vorhandenen Temperaturbereich mit ab­ schließendem Speichern des Bildes erfolgt. Auf diese Weise wird eine Feinein­ stellung des Wärmebildes mit evtl. Fehleranzeige erzielt.

In vorteilhafter Weise sind Heizbahnen bzw. -zonen mäanderförmig angeordnet, so dass entsprechende Heizleistungsfaktoren optimierbar sind.

Als Heißluftgebläse kann ein handelsüblicher Föhn eingesetzt werden, so dass sich die Verwendung der erfindungsgemäßen Methode verbilligt und auch infolge seiner Handlichkeit gut im Einsatz direkt im oder am Flugzeug bewährt.

Das Verfahren hat den Vorteil, dass zur Funktionskontrolle der Heizbahnen statt der Benutzung der Wärmequelle eine geeignete elektrische Spannung an den Heizleitern angelegt wird, so dass die Heizleiterbahnen sich selbst erwärmen, was Ihre Funktion und ihren Verlauf zu beurteilen erlaubt.

Die Erfindung ist in einer Figure dargestellt.

Fig. 1 zeigt eine Schemaskizze des erfinderischen Verfahrens.

Aus der Fig. 1 sind die schematischen wie auch bildhaften Einzelheiten des erfin­ derischen Verfahrens zu entnehmen. So zeigt die Fig. 1 "Prinzipskizze Thermo­ grafie" das zu untersuchende Objekt (1) mit den dort eingebauten Heizleiterbahnen (6).

Auf das Teil aus Verbundwerkstoff (1) ist die Wärmequelle (2) gerichtet; das Teil (1) mit den dort eingebauten Heizleiterbahnen (6) strahlt die Wärme zurück auf die Wärmebildkamera (IR-Kamera) (3), die wiederum mit Rechner (4) und Monitor (5) gekoppelt ist, so dass über die Rechnerauswertung auf Monitor (5) das Bild des geprüften Teils (1) einschliesslich der Heizleiterbahnen (6) erkennbar wird. Dabei werden auch im Material bzw. an den Heizleiterbahnen (6) vorhandene Fehler, wie auch der Verlauf der Heizleiterbahnen selbst, gut sichtbar. Aktiviert man hingegen die Heizleiterbahnen (6) durch Anlegen einer elektrischen Spannung, können, oh­ ne Wärmequelle von außen, die Heizleiterbahnen hinsichtlich Verlauf, der eigentli­ chen Funktion bzw. lokalen Störungen geprüft werden.

Bezugszeichenliste

1

Teil aus Verbundwerkstoff

2

Wärmequelle (z. B. Heißluftgebläse)

3

IR-Kamera (Wärmebildkamera)

4

Rechner

5

Monitor

6

Heizbahnen bzw- -zonen mit Anschlussstellen

Claims (6)

1. Verfahren zur Bestimmung der Temperaturverteilung an den Oberflächen wie auch im Inneren von Teilen aus hochsicherheitsrelevanten Verbundwerkstoffen, insbe­ sondere Flugzeugteilen, gekennzeichnet durch die Anwendung, des an sich be­ kannten Thermografieverfahrens mit einer Wärmequelle (2), einer hochauflö­ senden Wärmebildkamera (3), einem Rechner (4) und einem Monitor (5) für die Fertigungs-, Qualitäts- und Funktionskontrolle von in den Verbundwerkstoffen (1) eingebetteten Heizleiterbahnen (6), wie auch für das Erkennen des Verlaufs der Heizleiterbahnen (6), insbesondere bei Reparaturen von Korrosionsschäden, Bahnunterbrechungen und mangelhaften Anschlusspunkten.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Teile aus Ver­ bundwerkstoffen (1) durch den entsprechenden Einsatz einer Wärmequelle (2) ei­ ne gleichmäßige, geringfügige Temperaturerhöhung erfahren, z. B. durch ein als Kreuzgang ausgewiesenes, seitliches Hin- und Herbewegen eines Heißluftgeblä­ ses (2), bis ein farblich homogenes Bild auf dem Monitor (5) der Wärmebildkamera (3) erkennbar wird und solcher Art mittels einer Temperaturdifferenzmessung die Fehler bzw. Schadstellen infolge schlechterer Wärmeableitung sichtbar werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärme­ bitdkamera (3) auf das erwärmte Teil aus Verbundwerkstoffen fokussiert wird, indem Level und Span über die Automatik der Kamera (3) ausgeglichen werden und das Fixieren des erfassten Bildes durch nochmaliges Abgleichen auf den vorhan­ denen Temperaturbereich mit anschließendem Speichern des Bildes erfolgt.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Heiz­ bahnen bzw. -zonen (6) mäanderförmig angeordnet sind.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, dass als Wärmequelle (2) ein handelsüblicher Föhn eingesetzt wird.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, insbesbondere da­ durch gekennzeichnet, dass zur Funktionskontrolle statt der Benutzung der Wär­ mequelle (2) eine geeignete elektrische Spannung an den Heizleitern (6) angelegt wird.