"Die Industrielle Thermografie bietet absolutes Automatisierungspotenzial", weiß Gerhard Traxler, Experte für industrielle Bildverarbeitung bei PROFACTOR Research and Solutions in Seibersdorf. Die Praxis zeigt, eine beachtliche Anzahl an thermografischen Applikationen lassen sich in der industriellen Produktion erfolgreich umsetzen. Haupteinsatzgebiet ist die automatische Überwachung der Qualität in einer Produktion. Die Spannweite der Anwendungen reicht von der Rissprüfung und Schichtdickenmessung über die Fügequalitätsbestimmung bis hin zur Erkennung von Fremdkörpereinschlüssen und der Materialhomogenität.
Die Vorteile der industriellen Thermografie liegen auf der Hand: Die Energieeinbringung für den nötigen Wärmefluss zur thermografischen Prüfung kann berührungslos erfolgen, zudem können die Temperaturinformationen berührungslos abgetastet werden. Dass sich auch kontinuierlich bewegte Objekte prüfen lassen, macht die industrielle Thermografie zur idealen Prüflösung im Produktionsumfeld.
Alles im Fluss
Auch raue Umgebungsbedingungen sind für die Wärmeflussthermografie oder Industrielle Thermografie kein Problem, wie sich an der Walzenbruchkontrolle bei der voestalpine Tubulars zeigt. Dabei werden am rot glühenden und mit sechs Meter pro Sekunde durchlaufenden Stahlrohr Gefügestörungen erkannt. Zur Vermeidung von Ausschuss prüft die Walzenbruchkontrolle die Rohre unmittelbar, nachdem sie aus den Walzgerüsten herauslaufen. Neben der Vermeidung von Schlechtteilen erhöht sie durch die Möglichkeit der raschen Beseitigung der defekten Walze auch den Produktionsdurchsatz. Drei wassergekühlte Kameras, entlang des Rohrumfangs angeordnet, liefern nach dem Passieren des Prüfportals Bilder der gesamten Rohroberfläche. Dort, wo Gefügestörungen vorliegen, ist die an der Umgebung abkühlende Rohroberfläche geringfügig kühler, weil die Störung den Nachtransport der Wärme aus dem Rohrinneren behindert.
Methodenvielfalt
In der zerstörungsfreien Prüfung kommen unterschiedliche Methoden zum Einsatz. Jede dieser Prüftechniken hat zweifellos ihre Stärken. So können auf Röntgenstrahlung und Ultraschall basierte Verfahren einen Körper durchstrahlen und so auch aus dem Inneren Informationen gewinnen. Wirbelstrom zeichnet sich besonders durch hohe Prüfgeschwindigkeiten aus, liefert aber nur Daten aus den Bereichen sehr nahe der Oberfläche. Visuelle Prüfungen sind naturgemäß auf die Oberfläche begrenzt, können aber dafür oft sehr kostengünstig umgesetzt werden.
Automatisch geprüft
Ein Vorteil der Wärmeflussthermografie ist, dass sie Informationen aus dem oberflächennahen Bereich, je nach Prüfsituation von bis zu zehn Millimeter Tiefe, ermittelt. Damit werden beispielsweise Risse, Delaminationen oder Fügestellen sichtbar. Gerhard Traxler wollte es genau wissen und nahm verschiedene Methoden zur Qualitätskontrolle unter dem Aspekt der automatisierten Prüfung in einem Produktionsablauf unter die Lupe. "Das Ergebnis", so Traxler, "lässt sich sehen. Die grün markierten Felder in der Tabelle zeigen, dass die betreffende Prüfaufgabe im Normalfall automatisierbar ist. Automatisierbare Sonderlösungen haben wir bewusst ausgeklammert. Auf einen Blick wird klar, dass Automatisierbarkeit eine besondere Stärke der thermografischen Wärmeflussprüfung ist."
Flecken rasch erkannt
Ein anschauliches Anwendungsbeispiel für das automatisierte Erkennen von Fremdkörpern ist die Polyurethan-Fleckenerkennung (PU) für Teppiche, die als Interieur in Kraftfahrzeugen eingesetzt werden. Polyurethane sind Kunststoffe oder Kunstharze und werden unter anderem zur Produktion von Schuhsohlen, Matratzen oder auch Armaturen verwendet. Produktionsbedingt könnte bei der Ausschäumung der Teppichunterseite PU-Schaum zur Oberseite gedrückt werden und damit einen fünf bis 20 Millimeter großen Fleck in den Teppichfasern hinterlassen. Die visuelle Prüfung bietet hier wenig Sicherheit, weil der Fleck sich kaum durch Farbe oder Helligkeit von den anderen Fasern unterscheidet. Ein Versuch mit der Wärmeflussthermografie zeigt jedoch rasch, dass der Fleck nach Erwärmung mit einem sehr kurzen Lichtblitz die Wärme rascher in die Tiefe ableitet, und die Fleckoberfläche daher schneller als die Fasern abkühlt. Der Fleck ist im Thermobild anhand seiner geringeren Temperatur ausgezeichnet erkennbar und ermöglicht damit auch die automatische Auswertung.
Die Vorteile der industriellen Thermografie liegen auf der Hand: Die Energieeinbringung für den nötigen Wärmefluss zur thermografischen Prüfung kann berührungslos erfolgen, zudem können die Temperaturinformationen berührungslos abgetastet werden. Dass sich auch kontinuierlich bewegte Objekte prüfen lassen, macht die industrielle Thermografie zur idealen Prüflösung im Produktionsumfeld.
Alles im Fluss
Auch raue Umgebungsbedingungen sind für die Wärmeflussthermografie oder Industrielle Thermografie kein Problem, wie sich an der Walzenbruchkontrolle bei der voestalpine Tubulars zeigt. Dabei werden am rot glühenden und mit sechs Meter pro Sekunde durchlaufenden Stahlrohr Gefügestörungen erkannt. Zur Vermeidung von Ausschuss prüft die Walzenbruchkontrolle die Rohre unmittelbar, nachdem sie aus den Walzgerüsten herauslaufen. Neben der Vermeidung von Schlechtteilen erhöht sie durch die Möglichkeit der raschen Beseitigung der defekten Walze auch den Produktionsdurchsatz. Drei wassergekühlte Kameras, entlang des Rohrumfangs angeordnet, liefern nach dem Passieren des Prüfportals Bilder der gesamten Rohroberfläche. Dort, wo Gefügestörungen vorliegen, ist die an der Umgebung abkühlende Rohroberfläche geringfügig kühler, weil die Störung den Nachtransport der Wärme aus dem Rohrinneren behindert.
Methodenvielfalt
In der zerstörungsfreien Prüfung kommen unterschiedliche Methoden zum Einsatz. Jede dieser Prüftechniken hat zweifellos ihre Stärken. So können auf Röntgenstrahlung und Ultraschall basierte Verfahren einen Körper durchstrahlen und so auch aus dem Inneren Informationen gewinnen. Wirbelstrom zeichnet sich besonders durch hohe Prüfgeschwindigkeiten aus, liefert aber nur Daten aus den Bereichen sehr nahe der Oberfläche. Visuelle Prüfungen sind naturgemäß auf die Oberfläche begrenzt, können aber dafür oft sehr kostengünstig umgesetzt werden.
Automatisch geprüft
Ein Vorteil der Wärmeflussthermografie ist, dass sie Informationen aus dem oberflächennahen Bereich, je nach Prüfsituation von bis zu zehn Millimeter Tiefe, ermittelt. Damit werden beispielsweise Risse, Delaminationen oder Fügestellen sichtbar. Gerhard Traxler wollte es genau wissen und nahm verschiedene Methoden zur Qualitätskontrolle unter dem Aspekt der automatisierten Prüfung in einem Produktionsablauf unter die Lupe. "Das Ergebnis", so Traxler, "lässt sich sehen. Die grün markierten Felder in der Tabelle zeigen, dass die betreffende Prüfaufgabe im Normalfall automatisierbar ist. Automatisierbare Sonderlösungen haben wir bewusst ausgeklammert. Auf einen Blick wird klar, dass Automatisierbarkeit eine besondere Stärke der thermografischen Wärmeflussprüfung ist."
Flecken rasch erkannt
Ein anschauliches Anwendungsbeispiel für das automatisierte Erkennen von Fremdkörpern ist die Polyurethan-Fleckenerkennung (PU) für Teppiche, die als Interieur in Kraftfahrzeugen eingesetzt werden. Polyurethane sind Kunststoffe oder Kunstharze und werden unter anderem zur Produktion von Schuhsohlen, Matratzen oder auch Armaturen verwendet. Produktionsbedingt könnte bei der Ausschäumung der Teppichunterseite PU-Schaum zur Oberseite gedrückt werden und damit einen fünf bis 20 Millimeter großen Fleck in den Teppichfasern hinterlassen. Die visuelle Prüfung bietet hier wenig Sicherheit, weil der Fleck sich kaum durch Farbe oder Helligkeit von den anderen Fasern unterscheidet. Ein Versuch mit der Wärmeflussthermografie zeigt jedoch rasch, dass der Fleck nach Erwärmung mit einem sehr kurzen Lichtblitz die Wärme rascher in die Tiefe ableitet, und die Fleckoberfläche daher schneller als die Fasern abkühlt. Der Fleck ist im Thermobild anhand seiner geringeren Temperatur ausgezeichnet erkennbar und ermöglicht damit auch die automatische Auswertung.
