Schlüsselwörter
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Zerstörungsfreie Prüfung, Lock-in Thermographie, Werkstoffprüfung, Schichtcharakterisie-rung, Beschichtungen, Bauteilprüfung.
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Kurzbeschreibung
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Highspeed-Thermographie zur Werkstoffprüfung
Zerstörungsfreie Prüfmethode mittels aktiver Thermographie für Beschichtungen, metallische Verbundwerkstoffe und ganze Bauteile mit komplizierten Strukturen. Mit den neuen Infrarot-Sensoren und Abtastraten im kHz Bereich sollte es möglich werden die Thermographie auch zur Prozessüberwachung während dem thermisch Spritzen einzusetzen.
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Projektbeschreibung
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Veranlassung / Problemstellung / Projektidee
Die Veredelung von Maschinenbauteilen mit funktionellen Schichten hat ein grosses Wachstumspotential. Deren zerstörungsfreie Prüfung und Qualitätssicherung ist bis heute in vielen Fällen ungenügend und verhindert den Einsatz bei kritischen Bauteilen. Durch die enormen Fortschritte im Sensorbau und der immer schnelleren Datenverarbeitung ist eine neue Generation von Thermographieanlagen in Entwicklung. Diese Geräte vermögen erstmals die Auflösung und Geschwindigkeitsanforderungen im Bereich thermisch leitender Materialien zu erfüllen. Vorversuche in Zusammenarbeit mit der Firma Ing. Büro Florin AG in Kriens zeigten erstaunliche Resultate und überzeugten uns vom Potential.
Umweltauswirkungen
Keine
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Projektziele
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Allgemeine Zielsetzungen / Erwartete Ergebnisse
Mit neuartigen Prototypen-Apparaten, wie aber auch mit heute erhältlichen, kommerziellen Anlagen, soll das Potential dieser Technologie im Bereich der Werkstofftechnik ausgelotet werden. Die Möglichkeiten der Anwendungen scheinen uns immens zu sein. So ist es bei-spielsweise möglich, Beschichtungen sowohl auf ihren Porenanteil, sowie auf Gefügeun-terschiede, Phasenanteile und Schichtdicken zu überprüfen. Für den industriellen Einsatz muss aber die Zuverlässigkeit zur Qualitätssicherung geprüft und ausgewiesen werden. Der Kalibrationsaufwand muss abgeklärt werden.
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Beschreibung der Resultate
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Forschungsberichte:
Titel: "Infrarot - Technik : Zerstörungsfreie Werkstoffprüfung und kontinuierliche Qualitätskontrolle" , 24 Seiten
Autor: Christian F l o r i n, Ing. Büro Florin, Kosthausstr. 10, CH-6010 Kriens und
M. Dvorak, Fa. DACS in 3602 Thun
Ausgabedatum: 27. September 2000
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Umsetzung und Anwendungen
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Bedürfnisträger / Empfänger der Ergebnisse:
Einsatz zur raschen Qualitätssicherung von beschichteten Systemen, insbesondere bei Galvano-, Lack-, gewalzten und thermisch gespritzten Schichten für industrielle Applikationen (z.B. bei SF, SM, SW, ...).
Form der Ergebnisse / Informationskonzept:
Im ersten Jahr werden die notwendigen Grunglagenkenntnisse anhand ausgewählter Be-schichtungssysteme erarbeitet. Demo für interessierte Kreise Erarbeitung der Stossrichtung und Schwerpunktsetzung anhand spezifischer Probleme. Intensivere Koperation mit in-dustriellen Partnern
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Technology Assessment
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Lagebeurteilung / Trend
Gewaltige Technologiesprünge im Bereich der Sensorik und der Datenverarbeitung führen zu völlig neuen Anwendungen der aktiven Pulsthermographie. Erste Abklärungen zeigen unge-ahnte Potentiale im Bereich metallischer Werkstoffe (Beschichtungen) und Composites, wel-che aber noch einige Grundlagenarbeiten im Bereich der Kalibration, Modellierung und In-terpretation bedürfen. Vielversprechend sind auch Ansätze mit mehrfacher Spektralmessung. Es bestehen auch bereits interessante Konzepte und erste Versuche bei der Vereinigung von Prozesssteuerung und Qualitätssicherung.
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Stand der Arbeiten
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Erreichte Resultate:
Infolge Kündigung des internen Projektleiters, Herrn Dr. Daniel Delfosse auf den 31.Mai 2000 ergab sich eine Verzögerung beim Vorantreiben des Projektes.
Vom Ing. Büro Florin in 6010 Kriens wurden bis zum heutigen Tag folgende Vorarbeiten durchgeführt:
- Es wurden Patentrecherchen über die am weitesten entwickelten Thermographiekameras durchgeführt.
- Verschiedene Prinzipversuche mit konventionellen IR-Sensoren und Thermographie kameras wurden durchgeführt.
- IR-Gerät zur Datenerfassung mit 65 kHz modifiziert sowie Software für Datenerfassung und Auswertung erstellt
- Versuche zur Bestimmung von Parameter beim thermisch beschichten wie Schichtdicke, Porosität und Haftung wurden durchgeführt.
Die neue C-MOS Technik erlaubt die Konstruktion extrem schneller Auslese-Elektronik für optische Sensoren. Dies gilt insbesondere für den Bereich optoelektronischer Sensoren im Infrarotbereich. Entscheidend hierfür ist, dass die Sensoren auf C-MOS Basis aufgebaut werden können. Verfügbar sind bereits Sensoren auf Silizium-Basis und sogenannte MCT-Arrays (MCT ; Mercury-Cadmium-Tellurium). Eine Testzeile mit 128 Elemente bestehend aus PbSnSe-Sensoren ist ebenfalls im Versuchsstadium. Hiermit kann bereits ein Wellenlängen-bereich von 0,8 bis 12 mm abgedeckt werden.
Für Einzelsensoren wurde im Experiment Abtastraten von 65 kHz und mehr realisiert.
Für ein Si-Array konnten Abtastraten bis zu 16 kHz und für ein PbSnSe (128 Elemente) ebenfalls Abtastraten von mehr als 10 kHz verwirklicht werden.
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Weiteres Vorgehen
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Jahresprogramm 2001
- Bau von PbSnSe IR-Sensoren à 128 Elemente zur Messung von Strahldichteänderungen und Aufbau eines Labors-Prototypes für die Schockwellen-Thermographie mit Abtastraten von 10 - 20 kHz
- Sensortests (bezüglich verschiedener Wellenlängenbereiche)
- Online-Versuche im Labor an Schweissnähten als relativ einfache Applikation
- Vermessen von zfP Standards
- Erfahrung sammeln in der Interpretation der Ergebnisse im Hinblick auf Kalibrationen von verschiedenen Schichtwerkstoffen
Zahlungskredit 2001: Fr. 0.-
Wiss. Leitung : L Rohr
Forschungsstelle : EMPA Thun
Forschungsleiter : L Rohr
Adm. Leitung : ST 951
Kreditstelle : KS 223
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