DE102014224852A1

DE102014224852A1 - Verfahren zur berührungslosen, zerstörungsfreien Bestimmung von Inhomogenitäten und/oder Defekten an Oberflächen von Bauteilen oder Proben

Info

Publication number: DE102014224852A1
Application number: DE102014224852.3A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Schreiber; Jürgen Nicolai; Beatrice Bendjus; Ulana Cikalova
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2013-12-05
Filing date: 2014-12-04
Publication date: 2015-06-11
Anticipated expiration: 2034-12-05
Also published as: DE102014224852B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur berührungslosen, zerstörungsfreien Bestimmung von Inhomogenitäten und/oder Defekten an Oberflächen von Bauteilen oder Proben, mittels Speckle-Photometrie, bei dem kohärente elektromagnetische Strahlung mit einem definierten Einfallswinkel auf einen Oberflächenbereich eines Bauteils oder einer Probe gerichtet ist und der so bestrahlte Oberflächenbereich auf einer mindestens zweidimensionalen Arrayanordnung optischer Detektoren abgebildet wird. es wird eine thermische und/oder mechanische Aktivierung am Bauteil oder der Probe in einem Abstand zum bestrahlten Oberflächenbereich an einer Fläche durchgeführt. Mit der Arrayanordnung wird die Intensität von Speckle elektromagnetischer Strahlung, die infolge der Bestrahlung von der Oberfläche emittiert wird, zeit- und ortsaufgelöst detektiert. Daraus wird mittels Differenzautokorrelationsfunktion Cτ orts- und zeitaufgelöst bestimmt. Mittels Thermographie wird an denselben Positionen des bestrahlten Oberflächenbereichs die Temperatur orts- und zeitaufgelöst erfasst und die zu denselben Zeitpunkten an den selben Positionen mit beiden Verfahren erfassten Temperaturen werden addiert; wobei die Addition für mindestens zwei unterschiedliche Zeitpunkte durchgeführt wird und daraus ortsaufgelöst die jeweilige Temperaturänderung bestimmt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur berührungslosen, zerstörungsfreien Bestimmung von Inhomogenitäten und/oder Defekten an Oberflächen von Bauteilen oder Proben, die aus unterschiedlichen Werkstoffen oder Werkstoffverbünden bestehen können. Bei den Inhomogenitäten kann es sich um Oberflächenunebenheiten, Oberflächenkonturen und bei den Defekten um Risse oder andere Fehlstellen handeln. Es kann auch eine Detektion von lokalen Inhomogenitäten der Zusammensetzung des jeweiligen Werkstoffs oder Werkstoffverbundes erreicht werden.
Der Einsatz der Speckle-Photometrie für die Bestimmung der Härte, Porosität und/oder mechanischen Spannungen ist in WO 2011/153973 A1 beschrieben. Sie kann für die Bestimmung mechanischer Eigenschaften an metallischen, keramischen und organischen Kompakt- und Faserverbundwerkstoffen eingesetzt werden. Dies kann sowohl im Labor aber auch unter Betriebsbedingungen in kurzer Zeit durchgeführt werden. Der Einsatz ist online-fähig und kann während des Einsatzes bzw. Betriebes an Bauteilen durchgeführt werden. Es können aber auch Herstellungsprozesse kontrolliert und überwacht werden.
Für in kurzer Zeit durchführbare Prüfverfahren zur Charakterisierung von Werkstoffen und zur Überwachung von Fertigungsprozessen gibt es weitere optische Lösungsvorschläge.
Die Charakterisierung thermo-mechanischer Eigenschaften von Materialien oder Werkstoffen durch optische zerstörungsfreie Prüfverfahren wird bisher jedoch noch nicht, zumindest mit ausreichender Genauigkeit, durchgeführt.
Außerdem gibt es in der jüngeren Vergangenheit Ansätze zur Nutzung der Speckle-Photometrie als optisches Messverfahren. Dadurch sollen kleinste Verschiebungen und Änderungen der Form eines Objekts, auch dreidimensional ( EP 1 746 385 A1 ), oder zur Deformations- und Verformungsmessung an Bauteilen und Mikroarrays benutzt werden, wie dies in EP 1 400 779 A1 beschrieben ist. Mit dieser Methode sind Defekte an Bauteilen entsprechend EP 1 472 531 A1 und Risse z. B. für Reaktorkerne detektierbar.
Aus der DD 286 227 A ist es prinzipiell bekannt, dass thermisch mechanische Verschiebungsfelder sowohl mittels Specklefotografie, wie auch mittels eines Thermografie-Systems erfasst werden können. Die mit den beiden verschiedenen Messverfahren zu bestimmten Zeiten und Temperaturen erfassten Messergebnisse werden einem Rechner zugeführt und durch Korrelation des Verschiebungsfeldes aus der Specklefotografie und des Temperaturänderungsfeldes aus der Thermografie kann ein Spannungsfeld und/oder es können Datensätze für weitere gekoppelte thermisch-mechanische Feldprobleme erkannt werden. Dabei ist es nachteilig, dass durch die durchgeführte Korrelation keine ausreichend hohe Messgenauigkeit erreicht werden kann, um auch sehr kleine Inhomogenitäten und Defekte mit ausreichender Sicherheit erfassen zu können.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein berührungsloses, zerstörungsfreies Messverfahren für die Bestimmung von Inhomogenitäten oder Defekten an Bauteilen oder Proben oder Verbundwerkstoffen vorzuschlagen, das kostengünstig, in verkürzter Zeit durchführbar und mit dem dabei eine verbesserte Messgenauigkeit erreichbar ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Verfahren, das die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist, gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung können mit in untergeordneten Ansprüchen bezeichneten Merkmalen realisiert werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird kohärente elektromagnetische Strahlung mit einem definierten Einfallswinkel auf einen Oberflächenbereich eines Bauteils oder einer Probe gerichtet. Der zum Beleuchten bestrahlte Oberflächenbereich wird auf einer mindestens zweidimensionalen Arrayanordnung optischer Detektoren abgebildet. Hierfür kann eine einfache und kostengünstige CCD-Kamera eingesetzt werden, die ein ausreichend großes zeitliches Aufnahmevermögen aufweisen sollte. Dabei erfolgt eine thermische und/oder mechanische Aktivierung am Bauteil oder der Probe in einem Abstand zum bestrahlten Oberflächenbereich. Mit der Arrayanordnung wird die Intensität von Speckle elektromagnetischer Strahlung, die in Folge der Bestrahlung von der Oberfläche emittiert wird, zeit- und ortsaufgelöst detektiert. Aus den so zeit- und ortsaufgelöst erfassten Intensitätsmesswerten wird die Temperatur bestimmt. Zusätzlich kann auch die Speckle-Diffusivität K bestimmt werden, um weitere Parameter von Bauteil oder Probe bestimmen zu können.
Zur Bestimmung der Temperatur aus den orts- und zeitaufgelöst erfassten Intensitäten kann die Differenzautokorrelationsfunktion Cτ genutzt werden. Dabei wird die Variation der zeitlichen Veränderung im einzelnen Pixel, also an einer Position mit den zweidiemnsionalen Koordinaten i und j verursacht durch die Reaktion der Oberfläche auf die thermische oder mechanische Aktivierung, anhand der folgenden Gleichung (1) erfasst:

RMS: Root Mean Square (quadratisches Mittel)
S(n, i, j): Intensität bzw. Grauwert des n-ten Bildes
i,j: Pixelkoordinaten
τ: zeitliche Verschiebung
N: Anzahl der Bilder

Diese Korrelationsfunktion kann von jedem oder auch nur von einer Position mit den Koordinaten i und j bestimmt werden. Die Differenzautokorrelationsfunktion Cτ wiederspiegelt in Abhängigkeit von den speziellen Materialeigenschaften indirekt den Temperaturverlauf an der Messstelle und kann als Speckle-Temperatur, auch optische Temperatur bezeichnet werden. Diese Temperatur kann in Kombination mit der Temperatur aus der thermographischen Messung zur Charakterisierung der Oberflächenbeschaffenheit (Inhomogenität, Defekte) der Probe genutzt werden.
Mittels Thermographie wird an denselben Positionen des bestrahlten Oberflächenbereichs die Temperatur orts- und zeitaufgelöst erfasst. Die zu denselben Zeitpunkten an denselben Positionen mit beiden Verfahren erfassten Temperaturen werden addiert; wobei die Addition für mindestens zwei unterschiedliche Zeitpunkte durchgeführt wird. Daraus wird ortsaufgelöst die jeweilige Temperaturänderung bestimmt.
Da sich infolge von Inhomogenitäten oder Defekten die Temperatur an den verschiedenen Positionen unterschiedlich verändert, kann eine Detektion solcher Unterschiede einfach erreicht werden. Inhomogenitäten oder Defekte können dabei auch lokalisiert und in ihren Abmessungen und mit ihrer Geometrie erkannt werden. Dabei können auch sehr klein dimensionierte Inhomogenitäten und Defekte erkannt und lokalisiert werden.
Durch Erstellung einer bildlichen Darstellung der ortsaufgelöst erfassten und mittels Speckle-Photometrie und Thermographie bestimmten Temperarturänderungen kann dies veranschaulicht und dokumentiert werden. Es können dabei zwei- oder dreidimensionale, auch farbige Darstellungen gewählt werden. In einfachster Form können zweidimensional Isothermen in Form von Linien zweidimensional dargestellt werden.
Es ist keine Mittelung einer Korrelationsfunktion erforderlich und es kann eine punktuelle oder bereichsweise Berechnung erfolgen, woraus die fraktale Dimension D_F ermittelt werden kann. Die fraktale Dimension D_F ändert sich bei erfassten und bestimmten Inhomogenitäten oder Defekten, was ebenfalls bildlich dargestellt und so sichtbar gemacht werden kann. Dabei können unterschiedliche Skalenbereiche der Korrelationsfunktion für die Berechnung der fraktalen Dimension genutzt und in entsprechend unterschiedlichen bildlichen Darstellungen anschaulich gemacht werden.
Die mittels Speckle-Photometrie oder die mittels Thermographie erfassten Temperaturwerte werden vor der Addition mit einem Faktor A oder B multipliziert, bevor deren Auswertung erfolgt. Die Faktoren A oder B werden dazu unter Berücksichtigung der Art von jeweils zu detektierenden Inhomogenitäten, Defekten, dem Werkstoff und/oder Werkstoffverbund des Bauteils oder der Probe gewählt.
So kann für eine Detektion von Fehlstellen/Defekten, die sich mit der thermischen Leitfähigkeit von der Umgebung stärker unterscheiden ein Faktor B größer 1 gewählt werden. Bei einer sich von der Umgebung stärker unterscheidenden thermischen Ausdehnung kann der Faktor A größer 1 für die mittels Speckle-Photometrie bestimmten Temperaturwerte gewählt werden.
Prinzipiell besteht natürlich auch die Möglichkeit, beide erfassten Messwertarten mit jeweils einem Faktor A und B zu multiplizieren, wobei eine dem oben Ausgesagten entsprechende Wichtung der Größen dieser beiden Faktoren A und B gewählt werden sollte. So kann einmal der Faktor A und einmal der Faktor B größer als der jeweils andere Faktor gewählt worden sein.
Es kann auch versucht werden durch eine Variation eines der beiden Faktoren A oder B bzw. beider Faktoren A und B eine Optimierung auf iterativem Wege durch eine Durchführung mehrerer Versuche zu erreichen.
Wie bereits angesprochen kann mit der bestimmten Speckle-Diffusivität K und vorab mit einem anderen Messverfahren für den jeweiligen Werkstoff oder Werkstoffverbund bestimmten Referenzwerten dann die jeweilige Härte, Porosität und/oder mechanische Spannung bestimmt werden.
Die Erfindung kann für die unterschiedlichsten Werkstoffe und Verbundwerkstoffe, wie z. B. Faserverbundwerkstoffe, eingesetzt werden.
Die Intensität der von Speckle elektromagnetischer Strahlung, die in Folge der Bestrahlung von der Oberfläche emittiert wird, sollte bei mindestens zwei Zeitpunkten bestimmt werden. Eine häufigere Bestimmung innerhalb eines kleinen Zeitintervalls ist für eine erhöhte Genauigkeit jedoch günstiger.
In der Regel kann die ortsaufgelöste Bestimmung mindestens zweidimensional in der Ebene der Oberfläche des Bauteils oder der Probe durchgeführt werden, um eine ausreichende Messgenauigkeit zu erreichen. Es ist aber auch eine dreidimensionale Bestimmung möglich. In diesem Fall kann die Arrayanordnung zusätzlich definiert bewegt werden, so dass die Abbildung des bestrahlten Oberflächenbereichs aus unterschiedlichen Positionen und/oder Richtungen detektierbar ist.
Bei der Thermographie kann neben einer dazu geeigneten Kamera auch das Verfahren der Puls-Phasen- oder Lock-In-Thermographie eingesetzt werden.
Die elektromagnetische Strahlung sollte mit einem Einfallswinkel von 45° ± 20° in Bezug zur Oberfläche des Bauteils oder der Probe auf den bestrahlten Oberflächenbereich gerichtet werden. Dabei sollte eine Reflexion der auf die Oberfläche gerichteten elektromagnetischen Strahlung vollständig, zumindest jedoch zu einem erheblichen Anteil vermieden werden. Der Einfallswinkel ist auf die optische Achse der eingesetzten Strahlung bezogen, was auf divergente, fokussierte und selbstverständlich kollimierte Strahlung zutrifft. Kollimierte Strahlung hat den Vorteil, dass die Strahlung an jeder Position des bestrahlten Oberflächenbereichs mit dem gleichen Einfallswinkel auftrifft.
Bei der Durchführung des Verfahrens wird die Messstelle durch Bestrahlung mit kohärenter elektromagnetischer Strahlung beleuchtet. Gleichzeitig wird in einem Abstand zur so beleuchteten Oberfläche durch einen Energieeintrag eine thermische Aktivierung durchgeführt, um das Bauteil oder die zu untersuchende Probe in einem Abstand zum bestrahlten Oberflächenbereich zu erwärmen. In Folge der Wärmeleitung treten charakteristische Speckle-Bewegungen auf, die als Folge von Bildern der bestrahlten Fläche mit einer CCD-Kamera als Beispiel für eine Arrayanordnung aufgenommen und mit einer angeschlossenen elektronischen Auswerteeinheit ausgewertet werden können. Die so erfassten Aufnahmen können für die weiteren Auswertungen aufbereitet werden. Als Ergebnis erhält man einen Äquivalent-Wert zur gesuchten Werkstoffeigenschaft, d. h. in einem Fall kann die Härte bestimmt werden. Mit einer bei der Erfindung einsetzbaren Arrayanordnung oder CCD-Kamera muss nicht der gesamte bestrahlte Oberflächenbereich berücksichtigt werden. Es genügt eine ausreichend große Fläche, innerhalb derer die sich verändernden Intensitäten der gestreuten Strahlung, die als Speckle optisch detektiert werden können, erfasst werden.
Bei der Thermographie kann die Temperaturänderung infolge thermischer Leitung ausgehend von der Position an der der Energieeintrag durch Aktivierung erfolgt ist, bis über die gesamte Fläche des bestrahlten Oberflächenbereichs ortsaufgelöst erfasst werden.
Für die Bestrahlung der Oberfläche kann von einer Laserlichtquelle emittierte kohärente elektromagnetische Strahlung eingesetzt werden. Die Wellenlänge muss nicht zwingend unter Berücksichtigung der Oberflächenrauheit der detektierten Oberfläche ausgewählt werden. Die thermische Aktivierung, insbesondere eine lokale Erwärmung der Probenoberfläche kann kontinuierlich oder gepulst in einem Abstand zum bestrahlten Oberflächenbereich durchgeführt werden. Der Abstand kann unter Berücksichtigung des Temperaturgradienten und/oder der thermischen Leitfähigkeit des zu untersuchenden Werkstoffs gewählt werden. Es sollte ein Abstand der Position an der die Aktivierung erfolgt eingehalten werden, der eine unmittelbare direkte und zeitgleiche Beeinflussung des Werkstoffs im bestrahlten Bereich vermeidet. Zur Erwärmung kann beispielsweise ein CO₂-Laser eingesetzt werden. Für die Aufnahme der Speckle-Dynamik kann eine beliebige CCD-Kamera mit variabler Bildaufnahmegeschwindigkeit eingesetzt werden. Mit zusätzlichen optischen Elementen, die vor der CCD-Kamera angeordnet sein können, kann eine Vergrößerung der Abbildung erreicht werden.
Die erfass- und auswertbaren Speckle-Bilder entstehen bei kohärenter Beleuchtung einer optisch rauen Oberfläche mit elektromagnetischer Strahlung, die unter einem definierten Einfallswinkel auf die Oberfläche auftrifft. Die Unebenheiten der Oberfläche bilden dabei Streuzentren, von denen Kugelwellen unterschiedlicher Phase ausgehen, die im Fernfeld interferieren, was in 2 erkennbar ist. Es tritt eine räumliche Struktur mit zufällig verteilten Intensitätsminima und -maxima auf, die als ein Speckle-Bild bezeichnet werden kann.
Zur Bestrahlung kann elektromagnetische Strahlung mit Wellenlängen im sichtbaren bis nahen infraroten Bereich eingesetzt werden. Bei Untersuchungen wurde hauptsächlich eine He-Ne-Laserquelle (Wellenlänge λ = 663 nm, Leistung 10 mW, Strahldurchmesser 1 mm) eingesetzt. Der Laserstrahldurchmesser kann durch die Benutzung entsprechender Sammel- oder Streulinsen variiert werden. Beim erfindungsgemäßen Verfahren können auch andere, z. B. eine blaue Laserquelle (λ = 405 nm) oder eine Infrarotlaserquelle (λ = 1064 nm) eingesetzt werden.
Die bei Bestrahlung mit den unterschiedlichen Wellenlängen erfassten Speckle-Muster zeigt 3. Dabei sind scharfe lokale Helligkeitsmaxima an Positionen, an denen Strahlung von verschiedenen Oberflächenbereichen interferiert, erkennbar. Der Durchmesser eines Speckles ist proportional zur Wellenlänge der eingesetzten elektromagnetischen Strahlung. Der Durchmesser und die Intensität eines einzelnen Speckles werden außerdem von der Rauhigkeit der Probenoberfläche beeinflusst. Je rauer die Oberfläche ist, desto niedriger ist die Intensität und umso größer der Kontrast. Durch die Wahl einer Laserquelle mit geeigneter Wellenlänge zum Bestrahlen, ist es beispielsweise möglich, die Härte unabhängig von der Oberflächenrauhigkeit zu bestimmen, da zusätzlich die Speckle-Intensität mittels einer geeigneten Auswertesoftware angepasst werden kann.
Die lokale thermische Aktivierung kann auch mit einer Flamme, induktiv oder mit der Hilfe anderer lokaler Wärmequellen durchgeführt werden. Die sich ausbreitende Wärme führt lokal zu unterschiedlich starker thermischer Ausdehnung. Es bilden sich örtlich und zeitlich abhängige Dehnungsfelder an der Werkstoffoberfläche. Eine raue Oberfläche reagiert unter dieser Anregung mit der Veränderung der Neigung der Oberflächennormale und der absoluten Höhe der Oberflächenrauheit. Diese räumlich-zeitlichen Veränderungen enthalten Informationen über den Werkstoffzustand. Abbilder dieser thermisch stimulierten Verschiebungsfelder auf der Oberfläche sind die zeitlich aufgelösten Speckle-Aufnahmen. In 4 sind solche Änderungen in der Speckle-Struktur erkennbar. Die Art und die Länge der Erwärmung (Energie und Leistung) bestimmen die Anregung der Tiefe im Bauteil/Probe, aus der auswertbare Informationen erfasst werden können.
Die Aufnahme der Speckle-Bewegungen kann mittels einer CCD-Kamera erfolgen, die mindestens 20 Bilder/Sekunde aufnehmen kann. Höhere Bilderfassungsraten sind vorteilhaft. Bilderfassungsraten größer 200 Bilder/Sekunde verursachen jedoch große Datenmengen, die aufwändig ausgewertet werden müssen. Für die Reduzierung des erforderlichen Speicherplatzes sollte es möglich sein, mittels geeigneter Kamera-Software die Bildfrequenz und Bildergröße zu verändern. Hilfreich sind Funktionen, wie eine automatische Bildoptimierung und die Einstellung des Pixeltakts und der Belichtungszeit. Es kann eine monochromatische oder Farb-CCD-Kamera verwendet werden.
Die den Speckle-Bewegungen entsprechenden Messsignale, insbesondere die erfassten Grauwerte, sollten für die weitere Auswertung entsprechend vorbereitet werden. Die erfasste Bildfolge kann zuerst in einzelne Bilder mit Hilfe eines geeigneten Programms (hier: Virtual – Dub V 1.9.7.) geteilt und die einzelnen Bilder als bmp-Format in Graustufen gespeichert werden. Jedes Einzelbild kann dann auf eine Größe von 100 × 100 Pixel reduziert werden. Der letzte Schritt kann durch eine angepasste Kameraeinstellung ersetzt werden.
Im Zeitverlauf ändern sich die Lage und Helligkeit der Speckles, bedingt durch die Änderungen der Dehnungsfelder der Oberfläche während der Ausbreitung der lokal eingebrachten Wärme. Der Oberflächenzustand und damit die konkreten Speckle-Bilder sind Funktionen der Dehnungsfelder εi,j(t, R) (t – die Zeit, R der Ort der Messung und i,j – jeweils die Koordinatenachsen x, y) in der Probe. Diese wiederum sind über die Gleichung (1) der thermischen Ausdehnung mit der Temperatur T(t, R) und über die elastischen Gesetze mit den mechanischen Spannungen σi,j(t, R) verbunden:
Dabei ist Si,j,k,l eine Konstante (das Reziproke der elastischen Konstanten) und T0 die Umgebungstemperatur. Die lokal eingebrachte Wärmemenge verteilt sich in Zeit und Raum über die Probe nach der Thermodiffusionsgleichung
die für die ortsaugelöste Bestimmung der Temperatur durch Speckle-Photometrie ebenfalls genutzt werden könnte.
Um ggf. zusätzlich geeignete Informationen zur Härte aus den Intensitäten der Speckle-Bilder abzuleiten, kann die Speckle-Diffusivität „K” herangezogen werden:
I = I(t, x, y, z) ist hier die Intensität der Speckle als Funktion der Zeit und Messkoordinaten x, y, z am Messort. Bei der Aufnahme mit einer zweidimensionalen CCD-Kamera oder einer Arrayanordnung optischer Detektoren entfällt in der Regel die z-Koordinate. Diese dritte Dimension kann aber falls gewünscht oder erforderlich, durch definierte und bei der Auswertung zu berücksichtigende Bewegung der Kamera oder Arrayanordnung erfasst werden.
Da die zeitlichen Veränderungen von I(t) durch die Dehnungen ε = εi,j(t, R) gegeben sind, können die Ableitungen in Gleichung (3), wie folgt geschrieben werden:
wobei z. B.
Die Verwendung von Quotienten der Ableitungen der Speckle-Intensitäten hat den großen Vorteil, dass sich bestimmte Einflüsse der bei der Ableitung auftretenden Terme
wegkürzen, dies ist z. B. ein ortsunabhängiger Skalenfaktor, wie die Intensität der Laserstrahlung.
Der ebenfalls auftauchende Term
kann vernachlässigt werden, da im Rahmen einer linearen Theorie (Hook'sches Gesetz) quadratische Ausdrücke in εi,j(t, R) nicht berücksichtigt werden müssen.
Anstelle der Ableitungen in Gl.(3) könnte auch eine Speckle-Geschwindigkeit Vx (Gl.(6)) berücksichtigt werden.
Für die Härtebestimmung kann der Betrag der Speckle-Diffusivität K benutzt werden.
Als Ergebnis erhält man einen Betragswert der Speckle-Diffusivität K nach Gleichung (3). Es konnte eine direkte Korrelation des Parameters K mit den mechanischen Kenngrößen und ebenfalls mit der thermischen Leitfähigkeit festgestellt werden. Durch die Umrechnung der Einheiten kann aus der Speckle-Diffusivität K zusätzlich die Temperaturleitfähigkeit in m²/s berechnet werden. Die Voraussetzung dafür ist, dass die Veränderungen der Speckle in z–Achsrichtung berücksichtigt werden. Um den gemessenen Werten der Speckle-Diffusivität K einem bestimmten Härtewert des untersuchten Werkstoffs zuordnen zu können, ist eine Kalibrierung für die untersuchten Werkstoffe erforderlich. Hierzu wird an Proben aus dem gleichen Werkstoff die mechanische Härte mit anderen etablierten Messverfahren, beispielsweise nach Vickers, Rockwell oder Brinell gemessen. Anschließend kann dann an denselben Proben der Parameter Speckle-Diffusivität K und somit eine Kalibrierfunktion der entsprechenden Regressionsgeraden bestimmt werden.
Ergebnisse solcher Untersuchungen zeigt beispielhaft 5. Es ist deutlich zu sehen, dass der Betrag der Speckle-Diffusivität K mit steigender Härte abnimmt. Dazu wurden Fe-C-Legierungen (Stahl) mit unterschiedlichen Kohlenstoffanteilen untersucht. Die Härtewerte der Ti- und Ni-Legierungen sind bei den untersuchten Proben durch Oberflächenverfestigung mittels Kugelwalzen und Sandstrahlen entstanden. Mit Hilfe der nach den durchgeführten Intensitätsmessungen an Speckle ermittelten Werte der Speckle-Diffusivität K und den mechanisch vorab an Vergleichproben gemessenen Härtewerten HV2 wurde für jeden untersuchten Stahl und die beiden Legierungen als zu untersuchendem Werkstoff die Regressionsgerade berechnet. Die Parameter dieser Regressionsgeraden sind in einzelnen Diagrammen für jeden untersuchten Stahl und die Legierungen in 6 eingefügt. Durch Rückrechnung wurde aus der Speckle-Diffusivität K und den Regressionsparametern die Härte des geprüften Baustahls bzw. die Oberflächenhärte der Ni- und Ti-Legierung bestimmt. 6 zeigt die Korrelation der experimentellen Werte der Härtemessung (Kreise) und der aus der Kalibrierung berechneten Härte (gestrichelte Linie).
Die Größe des bestrahlten Oberflächenbereichs kann an den jeweiligen Werkstoff oder Verbundwerkstoff angepasst werden. Die bestrahlte Oberfläche sollte bei grob strukturierten Werkstoffen, das heißt solche mit großen Partikeln oder Poren, größer als bei feineren Oberflächen mit kleineren Partikeln oder Poren sein.
Das Ergebnis einer Bestimmung der Porosität kann analog zur Härtemessung angegeben werden. Dabei ergibt sich eine Korrelation des Betrags der Speckle-Diffusivität K zur Porosität des Werkstoffes. Die quantitative Bewertung verschiedener Porositäten eines Werkstoffs ist mittels einer Kalibrierung der berechneten Werte für die Speckle-Diffusivität K an die mit anderen Messverfahren bestimmten Porositäten möglich. Hierfür geeignete Messverfahren sind beispielsweise:

– Geometrische Bestimmung des Volumens und Wiegen der Probe. Aus der so ermittelten Dichte ρ kann mittels der Beziehung
die Porosität Φ mit ρ0 als Dichte des absolut dichten Materials bestimmt werden.
– Bestimmung nach dem „Archimedischen Prinzip”.
– Bestimmung der Porosität, insbesondere der geschlossenen, an Hand metallographischer Schliffbilder durch Bildauswertung.

Ein Beispiel für die Korrelation der Porosität mit dem Betrag der Speckle-Diffusivität K ist in 7 verdeutlicht. Der Wert der Speckle-Diffusivität K nimmt mit zunehmender Porosität ab. Die Bestimmung der Porosität wurde bei diesem Beispiel an zwei Kupfer-Faser-Strukturen und einer Aluminium-Schaum-Struktur mit unterschiedlichen Porositäten durchgeführt.
Mittels Speckle-Photometrie können auch sich verändernde mechanische Spannungen an der Oberfläche von Bauteilen/Proben bestimmt werden. Im Unterschied zur Härte- und Porositätsbestimmung kann hier die thermische durch eine mechanische Aktivierung ersetzt oder in Kombination mit der thermischen Aktivierung eingesetzt werden.
Der Messaufbau für die mechanische Spannungsbestimmung kann sich durch die Art der Aktivierung/Anregung unterscheiden. Dabei können Kräfte in einem Abstand zum bestrahlten Oberflächenbereich am Bauteil oder der Probe wirken. Dies ist immer dann der Fall, wenn allein durch thermische Aktivierung keine für eine Detektion ausreichenden mechanischen Spannungsdifferenzen erreicht werden können. Bevorzugt können Zugkräfte wirken. Diese oder auch Druckkräfte können je nach Messaufgabe konstant gehalten oder auch als wechselnd wirkende Kräfte am Bauteil/Probe angreifen.
Infolge einer mechanischen Krafteinwirkung (Last) oder einer Temperaturänderung kommt es zu Änderungen der Probenoberfläche. Die Speckle-Diffusivität K(t) berechnet nach Gleichung (4) erfasst diese Veränderungen im Zeitverlauf. Integriert man diese Konstante von einer Startzeit to bis zur Zeit t, dann lässt sich die Veränderung der Spannung Δσ(t, R) = σ(t, R) – σ(to, R) = Δσ(t) + δσ(t, R) unter Kenntnis der sich dabei veränderten Temperatur ΔT(t, R) = T(t, R) – T(to, R) = ΔT(t) + δT(t, R) bestimmen. Δσ(t) und ΔT(t) sind die für den Messbereich gemittelten Spannungen (Ingenieurspannungen) und Temperaturen, die Spannungs- und Temperaturschwankungen werden durch δσ(t, R) und δT(t, R) erfasst. Für die Ableitung der erforderlichen Bestimmungsgleichung erhält man aus Gl.(4) zunächst
wobei die Größe C die lokalen Spannungs- und Temperaturschwankungen (δσ(t, R) und δT(t, R)) gemäß Gl(4) enthält und Anteile der zeitlichen Schwankungen von
– zeitlicher Mittelwert) berücksichtigt sind. Für die weitere Auswertung kann weiterhin angenommen werden, dass der Schwankungsterm C als Konstante multipliziert mit der Zeitdifferenz Δt = t – to ersetzt werden kann. Im Ergebnis lässt sich Gl.(7) wie folgt zusammenfassen: ΔK(t) = A·Δσ(t)/E + B·α·ΔT(t) + C·Δt. (8)
Hier sind E der mittlere E-Modul und α der mittlere Koeffizient der thermischen Ausdehnung. Die Größen A, B und C sind zunächst unbekannt und müssen in einem geeigneten Verfahren ermittelt werden. Wenn man die Spannungsänderungen Δσ(t) aus der zeitabhängigen Speckle-Diffusivität ΔK(t) bei bekannten Temperaturveränderungen ΔT(t) ermitteln will, kann Gl.(8) in geeigneter Form umgestellt werden: Δσ(t) = P₁·ΔK(t) + P₂·E·α·ΔT(t) + P₃·Δt. (9)
P1, P2 und P3 wurden als neue Parameter eingeführt, die durch einen Kalibrierversuch bestimmt werden können. Dazu werden am optischen Messort eine Referenzspannung, z. B. gegeben in einem Zug oder Biegeversuch, und die Temperatur benötigt.
Die Ergebnisse dieser Kalibrierung sind in 8 zusammengefasst. Die mechanische Spannungsbestimmung wurde während eines Zugversuchs an dem höherfesten Baustahl S355 vorgenommen.
Mit dem bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens einsetzbaren Messaufbau kann zusätzlich auch die Schädigung oder Ermüdung eines Werkstoffs bestimmt werden. Zur Bewertung der bei plastischer Verformung oder bei zyklischer Beanspruchung auftretenden Werkstoffschädigung kann das fraktale Verhalten der Verformungsstrukturen herangezogen werden. Diese Verformungsstrukturen bilden sich im Verlaufe der Ermüdung an der Werkstoffoberfläche und zeigen in den sich herausbildenden Oberflächentopographien „Mesostrukturen”, die z. B. mit Hilfe eines Rasterkraftmikroskops vermessen werden können.
Auch die Durchführung ist weitestgehend analog zu der Bestimmung von Härte, Porosität und mechanischer Spannungen. Lediglich bei der Auswertung, wird nicht die detektierte Speckle-Diffusivität K bestimmt und berücksichtigt.
Die thermische Anregung kann hier analog zur Härtebestimmung, aber auch mechanisch, wie bei der Bestimmung mechanischer Spannungen durchgeführt werden.
Die „Mesostrukturen” sind stochastische oder nicht reguläre Strukturen, die im Zeitverlauf der Ermüdung auf verschiedenen Skalen erscheinen. Unterlegt man diese Eigenschaft einer fraktalen Analyse, so kann das Skalenverhalten charakterisiert und demzufolge auch die Schädigung bzw. der Ermüdungszustand des Werkstoffs bestimmt werden.
Die Oberflächentopografien mit Höhen Z(r) sind Funktionen des Ortes. Verändert man die Skala des Ortsvektors r gemäß r → λr, wobei r = (x, y) ein lateraler Bezugschritt ist, so kann für Systeme mit selbstähnlichen, fraktalen Strukturen Z(r) nach folgendem Skalengesetz transformiert werden: Z(λr) = λ^H·Z(r) mit H = 2 – D_F (10)
Die Größe λ ist ein willkürlicher Skalenparameter. Anstelle des Parameters H wird üblicherweise die fraktale Dimension DF benutzt. Bei eindimensionalen Funktionen gilt 1 < DF < 2. Ein Skalenverhalten wie in Gl.(10) ist in der Regel nur für ideale oder mathematische Fraktale im gesamten Raum bzw. für alle Zeiten erfüllt. Physikalische Fraktale hingegen weisen nur in begrenzten Bereichen ein solches Skalenverhalten auf, das aber zur Charakterisierung der Struktur in diesem ,Mesobereich' verwendet werden kann. Für eine mathematische Analyse von Messgrößen hinsichtlich ihres Skalenverhaltens eignen sich Korrelations-Funktionen. Für die Auswertung der zweidimensionalen Signale kann die Differenz-Korrelationsfunktion C(τ, q) = 〈(Z(t + τ) – Z(t))^q〉 (11) benutzt werden. Der Term <...> ist dabei die Mittelung über alle Messzeiten t bei fixiertem Wert von τ. Der Exponent q gestattet es, durch Grenzwertbildung 1/q → 0 verschiedene Beiträge in Z(t), z. B. gerätebedingte zufällige Störeinflüsse, zu eliminieren. Im Falle fraktalen Verhaltens folgt aus Gl(11) C(τ) ≈τ^q·H(q). (12)
Aus Gl(12) und der Beziehung D_F(q) = 2 – H(q) (13) kann die Größe der ,Fraktalen Dimension – DF' ermittelt werden. Mit dem ermittelten Wert DF kann der Schädigungs- bzw. Ermüdungszustand des Werkstoffs ermittelt werden.
Für eine solche fraktale Analyse können die integrierten Intensitätssignale IS der detektierten Speckle-Intensitäten nach Gleichung (14) genutzt werden.
nmax ist dabei die Anzahl der zeitlich nachfolgend mit einer Arrayanordnung erfassten Bilder eines Videos und gibt die Zeitabhängigkeit an. Sn,i,j ist der Grauwert des Speckle-Intensitätssignals im n-ten Bild, wobei i und j die Koordinaten des Pixels in den Speckle-Mustern sind. S _i,j ist der Mittelwert der Zeitreihe von Grauwerten des Speckle-Interitätssignals im i- und j-ten Pixel. Die Integration der Intensitätssignalzeitreihe unterdrückt die Störsignale, wie z. B. die Luftkonvektion bei einer Flammenerwärmung.
Für eine Datenreihe IS kann die Differenz-Korrelationsfunktion C entsprechend der Gleichung (9) definiert als
berechnet werden, wobei τ einem Zeitversatz entspricht. Das fraktale Verhalten wird nach Gleichung (10) beschrieben und die fraktale Dimension aus Gleichung (11) berechnet.
Das Profil der DF-Werte dargestellt in Abhängigkeit von der Lastspielzahl (N) bewertet den Ermüdungszustand der Probe. Zur Demonstration dient die Skizze in 10, die ein ansteigend-stufenförmiges Verhalten bei wachsender Lastspielzahl zeigt. Die bei wachsender Ermüdung signifikanten Plateaus der fraktalen Dimension DF können verschiedenem Skalenverhalten der Verformungsstrukturen des untersuchten Werkstoffs zugeordnet werden. Ähnlich kann für die kontinuierliche Überwachung von kritischen Komponenten vorgegangen werden. Dabei wird DF nach gleicher Vorgehensweise in definierten Zeitabständen bestimmt. Aus dem Verlauf der fraktalen Dimension DF während der Untersuchungen kann der Schädigungszustand ermittelt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann berührungslos mit Hilfe eines robusten kostengünstigen optischen Aufbaus, der sich für verschiedene Anwendungszwecke einfach realisieren lässt, durchgeführt werden. Die erreichbare Ortsauflösung kann durch Variation der Größe der bestrahlten Oberfläche. Z. B. der Größe des Brennflecks eines Laserstrahls vom Mikro- bis in den Makrobereich, beeinflusst werden.
Es tritt kein Einfluss der Oberflächenrauheit auf. Zumindest ist er vernachlässigbar. Dies trifft auch auf den Einfluss von Rand- und Geometriefaktoren zu.
Bei der Durchführung der Messung ist keine Schutzgasatmosphäre oder es sind keine Vakuumbedingungen erforderlich.
Die Messung kann an allen optisch undurchsichtigen sowie an allen nicht ideal reflektierenden Oberflächen durchgeführt werden.
Optisch transparente Werkstoffe können mittels Beschichtung einer Messung zugänglich gemacht werden.
Messungen können auch bei erhöhten Temperaturen, im Sekundentakt und damit online-fähig durchgeführt werden.
Einsetzbare Strahlungsquellen sind, z. B. Laser mit angepasster Wellenlänge oder vergleichbare im sichtbarem Bereich der elektromagnetischen Strahlung emittierende Quellen.
Als Arrayanordnung mit geeigneten Detektoren können kostengünstig einfache CCD-Kameras eingesetzt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann bei metallischen und nichtmetallischen Werkstoffen eingesetzt werden.
Es sind keine zusätzlichen Stoffe, wie Reagenzien und Chemikalien erforderlich, die ggf. Gefährdungen für Mensch und Umwelt hervorrufen könnten.
Nachfolgend soll die Erfindung beispielhaft nähere erläutert werden.
Dabei zeigen:
1 schematisch einen Aufbau zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit thermischer und/oder mechanischer Aktivierung;
2 Schematische Darstellungen von Speckle;
3 Typische Speckle-Bilder bei Bestrahlung mit von drei unterschiedlichen Laserquellen emittierter elektromagnetischer Strahlung mit Wellenlängen von 405 nm, 633 nm und 1064 nm;
4 Schematische Darstellungen der Veränderung der Speckle-Muster während der thermischen Aktivierung der Probenoberfläche unter lokaler Erwärmung;
5 Ein Diagramm der Abhängigkeit der Speckle-Diffusivität K von der Härte des Werkstoffs für unterschiedliche Werkstoffe;
6 Beispiele für die aus der Kalibrierung/dem Vergleich anhand der Speckle-Diffusivität K bestimmte Härte;
7 Abhängigkeit der Speckle-Diffusivität K in Abhängigkeit von der Porosität von Werkstoffen;
8 mechanische Spannungsänderungen, die aus der absoluten Speckle-Diffusivität K berechnet wurden und
9 Schematische Darstellung zur theoretischen Abhängigkeit der fraktalen Dimension DF von der Lastspielzahl N.
In schematisierter Darstellung zeigt 1 einen Aufbau zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit lokaler thermischer und/oder mechanischer Aktivierung. Dabei wird an der Oberfläche einer Probe 2 eine Bestrahlung mit kohärenter elektromagnetischer Strahlung 1, die bei dem Beispiel von einer Laserquelle 1.1 auf einen bestrahlten Bereich 2.1 der Oberfläche der Probe 2 mit einem Winkel von 45° gerichtet wird. Für die Strahlformung und die Beeinflussung der Größe der Fläche des bestrahlten Bereichs 2.1 ist eine optische Linse 1.2 im Strahlengang angeordnet.
In einem Abstand zum bestrahlten Oberflächenbereich 2.1 erfolgt eine thermische Aktivierung. Diese kann durch Bestrahlung der Fläche 2.2 erreicht werden. Dabei wird der Werkstoff der Probe 2 erwärmt und durch Wärmeleitung verändert sich die Oberfläche ausgehend von der Fläche 2.2 und dies erfolgt auch in den bestrahlten Oberflächenbereich 2.1. Dieser bestrahlte Oberflächenbereich 2.1 wird dabei teilweise oder vollständig auf der oberhalb zur Oberfläche angeordneten CCD-Kamera, als ein Beispiel einer Arrayanordnung optischer Detektoren 3, abgebildet. Die Erfassung der Abbildung mit den durch Speckle an der bestrahlten Oberfläche 2.1 optisch detektierbaren Intensitäten erfolgt dabei zeit- und ortsaufgelöst. Dementsprechend werden für unterschiedliche Positionen jeweils zeitgleich erfasste Intensitäten, der vom bestrahlten Oberflächenbereich 2.1 emittierten elektromagnetischen Strahlung, nämlich dem Speckle-Muster erfasst, und dann kann eine Auswertung mit zu späteren Zeiten erfassten Intensitätsmesswerten an den jeweils gleichen Positionen mit gleichen Positionskoordinaten Intensitätsmesswerten durchgeführt werden.
Die CCD-Kamera 3 kann dabei eine Bilderfassungsrate von mindestens 10 Bilder/Sekunde, bevorzugt mindestens 25 Bilder/Sekunde aufweisen.
Außerdem ist eine Thermokamera 5 vorhanden mit der berührungslos die Temperatur im Bereich 2.1, thermographisch orts- und zeitaufgelöst zu gleichen Zeiten bestimmt werden kann. Mit den so unterschiedlich erfassten und addierten Temperaturen kann, wie im allgemeinen Teil der Beschreibung erläutert, die zerstörungsfreie Bestimmung von Inhomogenitäten und/oder Defekten an Oberflächen von Bauteilen oder Proben 2 durchgeführt werden.
Typische Speckle-Bilder bei Bestrahlung mit von drei unterschiedlichen Laserquellen emittierter elektromagnetischer Strahlung mit Wellenlängen von 405 nm, 633 nm und 1064 nm sind in 3 gezeigt. Diese Abbildungen wurden mit einer schnellen CCD-Kamera bei gleichen Kameraeinstellungen: Pixeltakt 25 MHz; Bildrate 10 Bilder/Sekunde, Belichtungszeit 50 ms; Bildeinstellung, ohne Optimierung aufgenommen.
Schematische Darstellungen der Veränderung der Speckle-Muster während der thermischen Aktivierung der Probenoberfläche unter lokaler Erwärmung sind 4 entnehmbar. Es wurde eine thermische Aktivierung durch eine Bestrahlung der Fläche 2.2 vorgenommen. Für die Bestrahlung des bestrahlten Oberflächenbereichs 2.1 wurde ein He-Ne-Laser, der Strahlung mit einer Wellenlänge von 633 nm emittiert eingesetzt. Der bestrahlte Oberflächenbereich hatte eine Fläche von 100·100 Pixel der CCD-Kamera.
Die Erfassung der vom bestrahlten Oberflächenbereich 2.1 emittierten elektromagnetischen Strahlung erfolgte mit einer CCD-Kamera mit den Einstellungen: Pixeltakt 25 MHz; Bildrate 5 Bilder/Sekunde; Belichtungszeit 50 ms; Bildeinstellung: keine Optimierung.
Mit dem in 5 gezeigten Diagramm kann die Abhängigkeit der Härte eines untersuchten Werkstoffs von der erfindungsgemäß ermittelten Speckle-Diffusivität K erkannt werden.
Die Erfassung der in Folge der Speckle von der Oberfläche des bestrahlten Oberflächenbereichs 2.1 emittierten elektromagnetischen Strahlung erfolgte mit einer CCD-Kamera mit eingestelltem Pixeltakt von 245 MHz, einer Bilderfassungsrate 50 Bilder/Sekunde, Belichtungszeit 10 ms. Für die Bestrahlung des bestrahlten Oberflächenbereichs 2.1 wurde der He-Ne-Laser und für die thermische Aktivierung ein Laser, der elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge von 1064 nm bei einer Energie von 2 W über eine Zeit von 0,5 s emittiert und auf die Fläche 2.2 richtet, eingesetzt.
Dieser Sachverhalt ist für einen einfachen Baustahl und für mechanisch veränderte Oberflächenschichten bei Ni- und Ti- Legierungen wieder gegeben. Dabei handelte es sich um die unlegierten Einsatz- und Vergütungsstähle C35 und C60 sowie den Federstahl C75. Es wurden eine Nickelbasislegierung mit Chrom (INCONEL) und eine Titanlegierung Ti6 Al4 V untersucht.
Analog zur Härte zeigt das Diagramm nach 7 den Zusammenhang zwischen Speckle-Diffusivität K und Porosität für unterschiedliche Werkstoffe.
Dies erfolgte bei einer Probe 2 aus einem Aluminium-Schaum (AlCuZn) zwischen zwei Platten aus diesem Werkstoff und zwei Proben 2 aus jeweils einer Kupfer-Faser-Struktur. Eine Faserstruktur 1 war aus dem Werkstoff Cu 99,9 und eine Faserstruktur 2 aus dem Werkstoff Cu-E 99,9 gebildet. Auch diese waren zwischen zwei Platten angeordnet. Die Messungen erfolgten zwischen den Platten.
Für die thermische Aktivierung wurde eine Flamme auf die Fläche 2.2 über einen Zeitraum von 3 s gerichtet, bis eine Temperatur an der Oberfläche von 80°C erreicht worden ist.
Die optische Detektion erfolgte mit den Parametern, die zu 5 bereits genannt worden sind.
8 soll die Abhängigkeit der Speckle-Diffusivität K und mechanischen Spannungen verdeutlichen. Dabei erfolgte eine mechanische Aktivierung mit Zugkräften und gleichzeitig eine thermische Aktivierung mit einer Flamme, die auf die Fläche 2.2 über einen Zeitraum von 3 s gerichtet und eine Oberflächentemperatur an der Fläche von 180°C erreicht worden ist. Die Zugkraft griff dabei an beiden Enden einer Flachzugprobe an. Die Größe der dadurch entstandenen mechanischen Spannung entspricht jeweils den Werten in x-Achsrichtung, die Zugkraft wird direkt an der Maschine eingestellt.
Für die Bestrahlung des bestrahlten Oberflächenbereichs 2.1 und die Detektion mit Erfassung wurden wieder die Parameter, wie bei den Beispielen gemäß der 5 und 7 gewählt. Die untersuchte Probe 2 war aus dem höherfesten Baustahl H52 gebildet.
Mit 9 soll die theoretische und berührungslos bestimmbare Abhängigkeit der Lastspielzahl N von der fraktalen Dimension DF verdeutlicht werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2011/153973 A1 [0002]
EP 1746385 A1 [0005]
EP 1400779 A1 [0005]
EP 1472531 A1 [0005]
DD 286227 A [0006]

Claims

Verfahren zur berührungslosen, zerstörungsfreien Bestimmung von Inhomogenitäten und/oder Defekten an Oberflächen von Bauteilen oder Proben (2) mittels Speckle-Photometrie, bei dem kohärente elektromagnetische Strahlung (1) mit einem definierten Einfallswinkel auf einen Oberflächenbereich eines Bauteils oder einer Probe (2) gerichtet ist und der so bestrahlte Oberflächenbereich (2.1) auf einer mindestens zweidimensionalen Arrayanordnung optischer Detektoren (3) abgebildet wird und eine thermische und/oder mechanische Aktivierung am Bauteil oder der Probe (2) in einem Abstand zum bestrahlten Oberflächenbereich (2.1) an einer Fläche (2.2) durchgeführt wird; wobei mit der Arrayanordnung (3) die Intensität von Speckle elektromagnetischer Strahlung (4), die infolge der Bestrahlung von der Oberfläche emittiert wird, zeit- und ortsaufgelöst detektiert wird und daraus die Temperatur mittels Differenzautokorrelationsfunktion Cτ orts- und zeitaufgelöst bestimmt wird und mittels Thermographie an denselben Positionen des bestrahlten Oberflächenbereichs (2.1) die Temperatur orts- und zeitaufgelöst erfasst wird und die zu denselben Zeitpunkten an den selben Positionen mit beiden Verfahren erfassten Temperaturen addiert werden; wobei die Addition für mindestens zwei unterschiedliche Zeitpunkte durchgeführt wird und daraus ortsaufgelöst die jeweilige Temperaturänderung bestimmt wird; wobei die mittels Speckle-Photometrie oder die mittels Thermographie erfassten Temperaturwerte vor der Addition mit einem Faktor A oder B multipliziert und dabei die Faktoren A oder B unter Berücksichtigung der Art von jeweils zu detektierenden Inhomogenitäten, Defekten, dem Werkstoff und/oder Werkstoffverbund des Bauteils oder der Probe (2) gewählt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit den ortsaufgelöst erfassten Temperaturänderungen eine bildliche Darstellung erstellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ortsaufgelöste Bestimmung durch eine definierte Bewegung der Arrayanordnung (4) in Bezug zum bestrahlten Oberflächenbereich (2.1), durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass kohärente elektromagnetische Strahlung (1) mit unterschiedlichen Wellenlängen eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die thermische und/oder mechanische Aktivierung gepulst wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetische Strahlung (1) mit einem Einfallswinkel von 45° ± 20° in Bezug zur Oberfläche des Bauteils oder der Probe (2) auf den bestrahlten Oberflächenbereich gerichtet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetische Strahlung (1) kollimiert auf die Oberfläche des Bauteils oder der Probe (2) gerichtet wird.