DE102017223849A1

DE102017223849A1 - Verfahren sowie Vorrichtung zur berührungslosen zerstörungsfreien Untersuchung eines Werkstückes

Info

Publication number: DE102017223849A1
Application number: DE102017223849.6A
Authority: DE
Inventors: Patrick Jäckel
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2017-12-28
Filing date: 2017-12-28
Publication date: 2019-07-04
Also published as: WO2019129499A1

Abstract

Beschrieben werden ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur berührungslosen zerstörungsfreien Untersuchung eines elektrisch leitendes und ferromagnetisches Material aufweisenden Werkstückes im Rahmen einer elektromagnetischen Ultraschallwellen-Untersuchung, bei der das Werkstück zumindest bereichsweise wenigstens einem statischen oder quasistatischen Magnetfeld sowie einem mit Hilfe einer HF-Spulenanordnung erzeugbaren und mit dem Magnetfeld überlagernden elektromagnetischen HF-Feld derart ausgesetzt wird, so dass sich innerhalb des Werkstückes Ultraschallwellen ausbilden, die nach Durchschallen wenigstens eines Bereiches des Werkstückes im Bereich des Magnetfeldes und/oder eines anderen statischen oder quasistatischen Magnetfeldes ein mit Hilfe der HF-Spulenanordnung und/oder einer anderen HF-Spulenanordnung detektierbares HF-Feld erzeugen, das der Untersuchung zugrunde gelegt wird.Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass mit Hilfe des mit der HF-Spulenanordnung erzeugbaren HF-Feldes in zeitlicher Synchronisation zur elektromagnetischen Ultraschallwellen-Untersuchung das Werkstück induktiv erwärmt und mittels einer Induktionsthermographie untersucht wird. Hierzu ist die wenigstens eine HF-Spulenanordnung mit einer Ansteuereinheit verbunden und derart ansteuerbar, so dass ein von der HF-Spulenanordnung erzeugbares HF-Feld innerhalb des Werkstückes Wirbelströme induziert, durch die Ultraschallwellen innerhalb des Werkstückes erzeugbar sind sowie das Werkstück derart erwärmen, so dass das Werkstück mittels Induktionsthermographie erfassbar ist. Dabei ist die wenigstens eine HF-Spulenanordnung derart ausgebildet und am Werkstück anbringbar ausgebildet, so dass ein Oberflächenbereich des Werkstückes, der von dem HF-Feld zur induktiven Erwärmung des Werkstückes durchsetzbar ist, von einer Thermographiekamera optisch frei zugänglich erfassbar ist.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren sowie auf eine Vorrichtung zur berührungslosen zerstörungsfreien Untersuchung eines elektrisch leitendes und ferromagnetisches Material aufweisenden Werkstückes im Rahmen einer elektromagnetischen Ultraschallwellen-Untersuchung, bei der das Werkstück zumindest bereichsweise wenigstens einem statischen oder quasistatischen Magnetfeld sowie einem mit Hilfe einer HF-Spulenanordnung erzeugbaren und mit dem Magnetfeld überlagernden elektromagnetischen HF-Feld derart ausgesetzt wird, so dass sich innerhalb des Werkstückes Ultraschallwellen ausbilden, die nach Durchschallen wenigstens eines Bereiches des Werkstückes im Bereich des Magnetfeldes und/oder eines anderen statischen oder quasistatischen Magnetfeldes ein mit Hilfe der HF-Spulenanordnung und/oder einer anderen HF-Spulenanordnung detektierbares HF-Feld erzeugen, das der Untersuchung zugrunde gelegt wird.
Stand der Technik
In vielen Industriebereichen, z. B. in der Automobilindustrie oder in der Eisenbahntechnik müssen sicherheitsrelevante Bauteile, wie Komponenten von Bremsen und der Lenkung oder ganze Eisenbahnräder, zum Ausschluss von Oberflächenrissen bei der Fertigung einer Hundertprozent-Prüfung unterzogen werden. Dabei sind zukünftig vor allem Verfahren von Vorteil, die ohne eine spezielle Oberflächenbehandlung auskommen, die zuverlässig und objektiv arbeiten und eine vollautomatische Prüfung von Komponenten ermöglichen.
Neben der Untersuchung von möglichen Oberflächendefekten, vorzugsweise in Form von Oberflächenrissen sind in vielen Fällen in gleicher Weise Kenntnisse über die Materialqualität von Werkstücken im gesamten Werkstückvolumen von großer Bedeutung, um eine allumfassende Aussage über die Fertigungsqualität bzw. den aktuellen Zustand eines Werkstückes treffen zu können.
Mit den Mitteln der bisherigen zerstörungsfreien Fehlerdetektion an Werkstücken wird häufig zwischen dem Nachweis von Oberflächenfehlern, die sich bis zu einer Tiefe von etwa 1mm von der Werkstückoberfläche erstrecken, und von Volumenfehlern, d.h. Materialfehler in Form von Rissen, Lunkern oder ähnlichen Materialinhomogenitäten, die tiefer als 1 mm entfernt von der Werkstückoberfläche liegen, unterschieden.
Die gängigen, insbesondere in der Industrie eingesetzten Standardprüfverfahren basieren entweder auf Ultraschall-Verfahren oder Thermographieverfahren. Bei metallischen Werkstücken wird aus Gründen einer kontaktlosen Arbeitsweise auf die so genannte Induktionsthermographie sowie auf elektromagnetisch basierte Ultraschallverfahren zurückgegriffen, je nachdem ob die Erfassung von Oberflächenfehlern oder von Volumenfehlern im Fokus der Untersuchung stehen.
Zur oberflächennahen Fehlerinspektion eignen sich, wie bereits erwähnt, die Methoden der aktiven Thermographie, siehe X. Madague, Theory and Practice of Infrared Technology for Nondestructive, New-York: John Wiley, 2001.
Für Werkstücke aus elektrisch leitenden und ferromagnetischen Materialien eigent sich zur Erfassung von Oberflächenfehlern die induktiv angeregte Thermographie, kurz Induktionsthermographie, bei der innerhalb des Werkstückmaterials mit Hilfe einer auf der Werkstückoberfläche angeordneten Induktionsspule Wirbelströme hervorgerufen werden, die auf geschlossenen Stromwegen verlaufen. Die Wirbelströme werden in bzw. an fehlerhaften Werkstückbereichen abgelenkt und müssen Umwege um die entsprechende Fehler, in Form von Rissen bzw. Oberflächenrissen nehmen. Die durch die Schädigungen geänderte lokale Stromdichte führt zu einer Änderung in der Temperaturverteilung unmittelbar am Fehler, der mit Hilfe einer Thermographiekamera sichtbar gemacht werden kann. Siehe hierzu auch U. Netzelmann, G. Walle und H. Strauß, „Einsatz der induktiven Thermographie zur schnellen und sicheren Fehldetektion an Bauteilen der Massivumformung,“ in Massivumformung - Produkte - Perspektiven, Leonberg, 2007, B. Valeske, G. Walle und U. Netzelmann, „Oberflächenrissprüfung mit aktiver dynamischer Thermographie - Alternative zu konventionellen Prüfverfahren,“ QZ-Messen und Prüfen, Bd. 53, Nr. 3, pp. 66-69, 2008, V. Carl und G. Zenziger, „Automatische Rissprüfung mit induktiv angeregter Thermographie,“ in DGZfP-Jahrestagung, Rostock, 2005.
Für tiefer liegende Fehler, so genannte Volumenfehler, ist die Detektion mittels Ultraschall eine gängige Prüfmethode, bei der elektromagnetisch erzeugte und nachweisbare Ultraschallwellen mit Hilfe so genannter EMUS-Prüfköpfen, die eine kontaktlose Ultraschallwellenerzeugung innerhalb des Werkstückes ermöglichen, zum Einsatz kommen.
Gleichsam der induktiv angeregten Thermographie wird auch im Falle der so genannten EMUS-Prüftechnik ein Wirbelstrom im Werkstück nahe der Werkstückoberfläche angeregt, der in Wechselwirkung mit einem statischen oder quasi statischen, d.h. niederfrequenten, Magnetfeld innerhalb des Werkstückes auf das Werkstückgitter gerichtete Kräfte ausbildet, die zu einer Gitterverzerrung führen, durch die sich räumlich und zeitlich elastische Wellen mit Frequenzen im Ultraschallbereich ausbilden und innerhalb des Werkstückes ausreiten. Die Ultraschallwellen wechselwirken mit Fehlern bzw. Materialungänzen und erzeugen Schallechos, die wiederum empfangen und ausgewertet werden können.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur berührungslosen zerstörungsfreien Untersuchung eines elektrisch leitendes und ferromagnetisches Material aufweisenden Werkstückes derart auszubilden, so dass die Erfassung von Oberflächen- und Volumenfehlern innerhalb eines Werkstückes gleichzeitig möglich sein soll. Ferner gilt es beide Verfahrensvarianten mit Hilfe einer einheitlich handhabbaren Baueinheit durchzuführen.
Die Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Gegenstand des Anspruches 9 ist eine lösungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des in Anspruch 1 angegebenen lösungsgemäßen Verfahrens. Den Erfindungsgedanken in vorteilhafter Weise weiterbildende Merkmale sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der weiteren Beschreibung insbesondere unter Bezugnahme auf die Ausführungsbeispiele zu entnehmen.
Das lösungsgemäße Verfahren zur berührungslosen und zerstörungsfreien Untersuchung eines elektrisch leitendes und ferromagnetisches Material aufweisenden Werkstückes basiert auf der an sich bekannten elektromagnetischen Ultraschallwellen-Untersuchung, bei der das Werkstück zumindest bereichsweise wenigstens einem statischen oder quasi statischen Magnetfeld sowie einem mit Hilfe einer HF-Spulenanordnung erzeugbaren und mit dem Magnetfeld überlagernden elektromagnetischen HF-Feld derart ausgesetzt wird, so dass ich innerhalb des Werkstückes Ultraschallwellen ausbilden, die nach Durchschallen wenigstens eines Bereiches des Werkstückes im Bereich des Magnetfeldes, das zur Ultraschallwellenerzeugung dient, und/oder eines anderen statischen oder quasi statischen Magnetfeldes, das an einem anderen Werkstückbereich vorherrscht, ein mit Hilfe der HF-Spulenanordnung und/oder einer anderen HF-Spulenanordnung detektierbares HF-Feld erzeugen, das der Untersuchung zugrundegelegt wird. Lösungsgemäß wird mit Hilfe des mit der HF-Spulenanordnung erzeugbaren HF-Feldes, mit dem die Ultraschallwellen innerhalb des Werkstückes erzeugt werden, in zeitlicher Synchronisation zur elektromagnetischen Ultraschallwellen-Untersuchung das Werkstück induktiv erwärmt und mittels einer Induktionsthermographie untersucht. D.h. die vom HF-Feld innerhalb des Werkstückes generierten Wirbelströme dienen sowohl zur Ultraschallwellenerzeugung als auch zur Werkstückerwärm ung.
Das lösungsgemäße Verfahren sieht eine Fusion beider bekannter Untersuchungsverfahren der induktiv angeregten Thermographie sowie der elektromagnetisch basierten Ultraschallwellenuntersuchung dergestalt vor, so dass beide Verfahren zeitsynchron an ein und dem gleichen Werkstück ohne sich gegenseitig zu behindern, anwendbar sind. Das statische bzw. quasi statische, d.h. niederfrequente Magnetfeld vermag mit Hilfe des zusätzlichen HF-Feldes einerseits elektromagnetisch basierte Ultraschallwellen zu erzeugen und zu detektieren und andererseits zur Kontraststeigerung bei der induktiv angeregten Thermographie beizutragen.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante wird die HF-Spulenanordnung mit einer Arbeitsfrequenz betrieben, bei der sich ein HF-Feld ausbildet, das innerhalb des Werkstückes Wirbelströme induziert, die sowohl der Ausbildung von Ultraschallwellen, die der elektromagnetischen Ultraschallwellen-Untersuchung zugrunde gelegt werden, als auch zur Erwärmung des Werkstückes, die im Rahmen der Induktionsthermographie genutzt wird, dienen.
Alternativ zum Betrieb der HF-Spulenanordnung mit einer einzigen Arbeitsfrequenz bietet es sich gleichsam an, die HF-Spulenanordnung mit einer ersten Arbeitsfrequenz zu beaufschlagen, bei der sich ein HF-Feld ausbildet, das innerhalb des Werkstückes Wirbelströme induziert, die der Ausbildung von Ultraschallwellen, die der elektromagnetischen Ultraschallwellen-Untersuchung zugrunde gelegt werden, dienen. Zudem wird die HF-Spulenanordnung mit einer zweiten Arbeitsfrequenz beaufschlagt, bei der sich ein HF-Feld ausbildet, das innerhalb des Werkstückes Wirbelströme induziert, die zur Erwärmung des Werkstückes und zur Durchführung der Induktionsthermographie dienen, wobei die HF-Spulenanordnung vorzugsweise mit beiden Frequenzen in Art eines Multiplexverfahrens betrieben wird, beispielsweise im Wege eines Zeit-, Frequenz- oder Codemultiplexverfahrens. Auf diese Weise ist es möglich zeitsynchron das Werkstück mittels elektromagnetischer Ultraschallwellenuntersuchung sowie auch der induktiv angeregten Thermographie zu untersuchen und auf diese Weise sowohl Oberflächen- als auch Volumenfehler innerhalb des Werkstückes zeitsynchron zu erfassen.
Je nach Art der verwendeten Ultraschallwellenanregung, d.h. vermittels Lorenzkraft oder Magnetostriktion, wird das statische oder quasi statische Magnetfeld horizontal oder orthogonal zu einer dem Werkstück zuordenbaren Werkstückoberfläche orientiert, an der die HF-Spulenanordnung zur Erzeugung des mit dem Magnetfeld überlagernden elektromagnetischen HF-Feldes angeordnet ist.
Optional wird das statische oder quasi statische Magnetfeld im Falle einer zur Werkstückoberfläche horizontalen Orientierung zusätzlich um eine zur Werkstückoberfläche orthogonalen Raumrichtung gedreht, um so Rissorientierungen unterschiedlicher räumlicher Lagen sicher erfassen zu können. In gleicher Weise kann das statische oder quasi statische Magnetfeld im Falle einer zur Werkstückoberfläche orthogonalen Orientierung um eine längs der Werkstückoberfläche orientierten Raumrichtung gedreht werden.
Ebenso ist es möglich, neben dem horizontal oder orthogonal zur Werkstückoberfläche orientierten statischen oder quasi statischen Magnetfeld wenigstens ein weiteres, d.h. zusätzliches statisches oder quasi statisches Magnetfeld mit einer zur Werkstückoberfläche horizontalen Orientierung vorzusehen, das zu einer zur Werkstückoberfläche orientierten Raumrichtung gedreht werden kann. Neben der bereits erwähnten sicheren, lageunabhängigen Risserfassung kann auf diese Weise das Signal-Rausch-Verhältnis verbessert werden, dies betrifft insbesondere die im Rahmen der induktiven Thermographie erfassbaren Bildsignale, die eine Signalsteigerung von bis zu 300% erfahren können. Zudem trägt diese Maßnahme für eine schnellere Prüfung bei, da weniger Energie bei gleichbleibendem Kontrast in das Werkstück eingetragen werden muss.
Zum Zwecke einer möglichst unbeeinflussten Durchführung der Induktionsthermographie wird wenigstens ein Oberflächenbereich des Werkstückes, der von dem HF-Feld zur induktiven Erwärmung des Werkstückes durchsetzt wird, von einer Thermographiekamera optisch frei zugänglich erfasst. Hierzu sind geeignete Maßnahmen zu treffen, so dass die Werkstückoberfläche zumindest nicht vollständig von der zur elektromagnetischen Ultraschallwellenuntersuchung erforderlichen HF-Spulenanordnung überdeckt wird.
Vorzugsweise wird die HF-Spulenanordnung resonant betrieben, d.h. sämtliche Komponenten der HF-Spulenanordnung sind bezüglich ihres elektrischen Widerstandes, ihrer kapazitiven und induktiven Eigenschaften resonant aufeinander abgestimmt.
Ferner ist eine Vorrichtung zur berührungslosen zerstörungsfreien Untersuchung eines elektrisch leitendes und ferromagnetisches Material aufweisenden Werkstückes zur Durchführung einer elektromagnetischen Ultraschallwellen-Untersuchung, mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 9 derart ausgebildet, so dass die wenigstens eine HF-Spulenanordnung mit einer Ansteuereinheit verbunden und ansteuerbar ist, so dass ein von der HF-Spulenanordnung erzeugbares HF-Feld innerhalb des Werkstückes Wirbelströme induziert, durch die Ultraschallwellen innerhalb des Werkstückes erzeugbar sind und die das Werkstück derart erwärmen, so dass das Werkstück mittels Induktionsthermographie erfassbar ist. Zudem ist die wenigstens eine HF-Spulenanordnung derart ausgebildet und am Werkstück angebracht, so dass ein Oberflächenbereich des Werkstückes, der von dem HF-Feld zur induktiven Erwärmung des Werkstückes durchsetzt wird, von einer Thermographiekamera optisch frei zugänglich erfasst werden kann.
Von zentraler Bedeutung ist die Ansteuereinheit, die die wenigstens eine HF-Spulenanordnung sowohl für den Betrieb zum Zwecke der Ultraschallwellenuntersuchung, d.h. Ultraschallwellenerzeugung und -detektion, sowie auch zum Zwecke der induktiven Werkstückerwärmung dient. Die vorzugsweise als gemeinsame Leistungselektronik ausgebildete Ansteuereinheit ermöglicht somit eine effiziente, synchronisierbare kompakte Lösung, zur vollständigen Untersuchung eines Werkstückes im Rahmen einer Ultraschallwellensowie auch Thermographie-Untersuchung. Diese eröffnet viele Möglichkeiten, insbesondere im Bereich automatisierbarer Anwendungsfelder.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Spulenanordnung wenigstens eine Induktionsspule auf, die eine Vielzahl an Wicklungen wenigstens eines elektrischen Leiters vorsieht, die nach einem Wickelmuster angeordnet sind, das wenigstens einen Zwischenraum zwischen den Wicklungen einschließt, der einen für die Thermographiekamera optisch freien Sichtkanal auf das Werkstück bietet.
In Kombination oder als Alternative hierzu bietet es sich an die wenigstens eine Induktionsspule der Spulenanordnung aus einem für die Thermographiekamera erfassbaren Wellenlängenbereich transparenten elektrisch leitenden Material zu fertigen. Hierzu bieten sich beispielsweise folgende transparente elektrisch leitende Materialien an: ITO (Indium-Zinnoxid), SnO₂:F, ZnO:Al, SnO₂:Sb, Graphen.
Figurenliste
Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch beschrieben. Es zeigen:

1 Stark schematisierte Darstellung einer Vorrichtung zur Durchführung einer elektromagnetischen Ultraschallwellenuntersuchung sowie induktiven Thermographie,

Wege zur Ausführung der Erfindung, gewerbliche Verwendbarkeit
1 zeigt schematisiert die Draufsicht auf ein Werkstück 1, an dessen Werkstückoberfläche eine Spulenanordnung 2 angebracht ist. Zusätzlich ist eine Permanentmagnetanordnung 3 vorgesehen, die auf der Werkstückoberfläche des Werkstückes 1 aufsitzt und innerhalb des Werkstückes 1 ein horizontal orientiertes statisches B-Feld B₀ erzeugt. Die Spulenanordnung 2 ist mit einer Ansteuereinheit 4 verbunden, vorzugsweise in Form einer Leistungselektronik, die die Spulenanordnung 2 resonant anzuregen vermag, wodurch Wirbelströme 5 innerhalb des Werkstückes 1 induziert werden. Die Wirbelströme 5 überlagern mit dem horizontal orientierten Magnetfeld B₀ und erzeugen innerhalb des Werkstückes 1 kraftbedingte Gitterverzerrungen, durch die innerhalb des Werkstückes 1 sich ausbreitende Ultraschallwellen entstehen. Nach entsprechender Durchschallung der Ultraschallwellen des Werkstückes 1 und Reflexion, so insbesondere auch und insbesondere an innerhalb des Werkstückes enthaltenden Fehlstellen rufen die Ultraschallwellen in Kombination mit dem horizontal orientierten Magnetfeld B₀ im Bereich der HF-Spulenanordnung 2 detektierbare Ströme hervor, die der Ultraschallwellenuntersuchung zugrunde gelegt werden.
Gleichfalls führen die innerhalb des Werkstückes durch die HF-Spulenanordnung 2 induzierten Wirbelströme 5 zur lokalen Erwärmung des Werkstückes 1. Mit Hilfe einer Thermographiekamera 6, die auf die Werkstückoberfläche des Werkstückes 1 insbesondere im Bereich der HF-Spulenanordnung 2 gerichtet ist und durch eine entsprechend transparente Ausbildung der HF-Spulenanordnung 2 und/oder durch Sichtlücken innerhalb der HF-Spulenanordnung 2 die freie Werkstückoberfläche erfassen vermag, können auf Fehler nahe der Werkstückoberfläche hinweisende, geringste Temperaturunterschiede erfasst werden.
Die sowohl mit Hilfe der Ultraschallwellenuntersuchung als auch mit Hilfe der induktiven Thermographie gewonnenen Messsignale werden zeitlich synchron kombiniert in einer Auswerteeinheit 7 gemeinsam erfasst und ausgewertet, so dass eine zuverlässige Aussage über mögliche Fehler innerhalb des gesamten Werkstückes 1 angestellt werden kann. Die aus beiden Verfahren stammenden Messsignale stehen in einem festen zeitlichen und räumlichen Bezug zueinander und vermögen so ein tatsächliches Abbild über den Zustand eines zu untersuchenden Werkstückes anzugeben. Die in 1 schematisiert dargestellte Vorrichtung eignet sich insbesondere zur Erfassung dynamischer Belastungszustände innerhalb eines Werkstückes, zumal die Vorrichtung erstmals ein Werkstück sowohl mittels Ultraschallwellenuntersuchung als auch induzierter thermographischer Untersuchung zu analysieren vermag.
Bezugszeichenliste

1: Werkstück
2: HF-Spulenanordnung
3: Permanentmagnetanordnung bzw. Elektromagnetanordnung
4: Ansteuereinheit
5: Wirbelströme
6: Thermographiekamera
7: Auswerteeinheit

Claims

Verfahren zur berührungslosen zerstörungsfreien Untersuchung eines elektrisch leitendes und ferromagnetisches Material aufweisenden Werkstückes im Rahmen einer elektromagnetischen Ultraschallwellen-Untersuchung, bei der das Werkstück zumindest bereichsweise wenigstens einem statischen oder quasistatischen Magnetfeld sowie einem mit Hilfe einer HF-Spulenanordnung erzeugbaren und mit dem Magnetfeld überlagernden elektromagnetischen HF-Feld derart ausgesetzt wird, so dass sich innerhalb des Werkstückes Ultraschallwellen ausbilden, die nach Durchschallen wenigstens eines Bereiches des Werkstückes im Bereich des Magnetfeldes und/oder eines anderen statischen oder quasistatischen Magnetfeldes ein mit Hilfe der HF-Spulenanordnung und/oder einer anderen HF-Spulenanordnung detektierbares HF-Feld erzeugen, das der Untersuchung zugrunde gelegt wird, dadurch gekennzeichnet, dass mit Hilfe des mit der HF-Spulenanordnung erzeugbaren HF-Feldes in zeitlicher Synchronisation zur elektromagnetischen Ultraschallwellen-Untersuchung das Werkstück induktiv erwärmt und mittels einer Induktionsthermographie untersucht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die HF-Spulenanordnung mit einer Arbeitsfrequenz betrieben wird, bei der sich ein HF-Feld ausbildet, das innerhalb des Werkstückes Wirbelströme induziert, die sowohl der Ausbildung von Ultraschallwellen, die der elektromagnetischen Ultraschallwellen-Untersuchung zugrunde gelegt werden, als auch zur Erwärmung des Werkstückes, die im Rahmen der Induktionsthermographie genutzt wird, dienen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die HF-Spulenanordnung mit einer ersten Arbeitsfrequenz betrieben wird, bei der sich ein HF-Feld ausbildet, das innerhalb des Werkstückes Wirbelströme induziert, die der Ausbildung von Ultraschallwellen, die der elektromagnetischen Ultraschallwellen-Untersuchung zugrunde gelegt werden, dienen, dass die HF-Spulenanordnung mit einer zweiten Arbeitsfrequenz betrieben wird, bei der sich ein HF-Feld ausbildet, das innerhalb des Werkstückes Wirbelströme induziert, die zur Erwärmung des Werkstückes und zur Durchführung der Induktionsthermographie dienen, und dass die HF-Spulenanordnung mit beiden Arbeitsfrequenzen, in Art eines Multiplexverfahrens betrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die HF-Spulenanordnung mit beiden Arbeitsfrequenzen im Rahmen eines Zeit-, Frequenz- oder Codemultiplexverfahrens betrieben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das statische oder quasi-statische Magnetfeld horizontal und/oder orthogonal zu einer dem Werkstück zuordenbaren Werkstückoberfläche orientiert wird, an der die HF-Spulenanordnung zur Erzeugung des mit dem Magnetfeld überlagernden elektromagnetischen HF-Feldes angeordnet wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das statische oder quasi-statische Magnetfeld im Falle einer zur Werkstückoberfläche horizontalen Orientierung um eine zur Werkstückoberfläche orthogonale Raumrichtung gedreht wird, oder dass das statische oder quasi-statische Magnetfeld im Falle einer zur Werkstückoberfläche orthogonalen Orientierung um eine längs der Werkstückoberfläche orientierte Raumrichtung gedreht wird.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein zusätzliches statisches oder quasistatisches Magnetfeld mit einer zur Werkstückoberfläche horizontalen Orientierung vorgesehen wird, das zu einer zur Werkstückoberfläche orthogonalen Raumrichtung gedreht wird
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Rahmen der Induktionsthermographie wenigstens ein Oberflächenbereich des Werkstückes, der von dem HF-Feld zur induktiven Erwärmung des Werkstückes durchsetzt wird, von einer Thermographiekamera optisch frei zugänglich erfasst wird.
Vorrichtung zur berührungslosen zerstörungsfreien Untersuchung eines elektrisch leitendes und ferromagnetisches Material aufweisenden Werkstückes zur Durchführung einer elektromagnetischen Ultraschallwellen-Untersuchung, mit wenigstens einer Magneteinheit zur Erzeugung eines statischen oder quasistatischen Magnetfeldes sowie wenigstens einer HF-Spulenanordnung, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine HF-Spulenanordnung mit einer Ansteuereinheit verbunden und derart ansteuerbar ist, so dass ein von der HF-Spulenanordnung erzeugbares HF-Feld innerhalb des Werkstückes Wirbelströme induziert, durch die Ultraschallwellen innerhalb des Werkstückes erzeugbar sind sowie das Werkstück derart erwärmen, so dass das Werkstück mittels Induktionsthermographie erfassbar ist, und dass die wenigstens eine HF-Spulenanordnung derart ausgebildet und am Werkstück anbringbar ist, so dass ein Oberflächenbereich des Werkstückes, der von dem HF-Feld zur induktiven Erwärmung des Werkstückes durchsetzbar ist, von einer Thermographiekamera optisch frei zugänglich erfassbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulenanordnung wenigstens eine elektrische Induktionsspule und/oder die wenigstens eine Magneteinheit in Form eines Permanentmagneten oder eines Elektromagneten ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine HF-Spulenanordnung resonant abgestimmt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei HF-Spulenanordnungen vorgesehen sind, von denen eine erste HF-Spulenanordnung die Wirbelströme innerhalb des Werkstückes zur Ultraschallwellenerzeugung und Erwärmung des Werkstückes erzeugt, und eine zweite HF-Spulenanordnung, die zur Detektion von sich innerhalb des Werkstückes ausbreitenden Ultraschallwellen dient.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Magneteinheit drehbar oder schwenkbar relativ zum Werkstück angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Induktionsspule der HF-Spulenanordnung eine Vielzahl an Wicklungen von wenigstens einen elektrischen Leiters vorsieht, die ein Wickelmuster aufweisen, das wenigstens einen Zwischenraum zwischen den Wicklungen einschließt, der einen für die Thermographiekamera optisch freien Sichtkanal auf das Werkstück darstellt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Induktionsspule aus einem für die Thermographiekamera transparenten elektrisch leitendem Material besteht.
Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das transparente elektrisch leitende Material aus einem der folgendem Materialien besteht: ITO (Indium-Zinnoxid), SnO₂:F, ZnO:Al, SnO₂:Sb, Graphen.