Mobile Terahertzprüfung in der Kunststoffindustrie

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1 DGZfP-Jahrestagung 2017 More info about this article: Kurzfassung Mobile Terahertzprüfung in der Kunststoffindustrie Stefan BECKER 1, Andreas KEIL 1 1 Becker Photonik GmbH, Porta Westfalica Kontakt stefan.becker@becker-photonik.de Die vorliegende Präsentation ist eine kurze Zusammenfassung der in den letzten Jahren mit der neuen Terahertzprüftechnik gesammelten Erfahrungen in der Kunststoffindustrie. Dabei wird insbesondere beleuchtet, bei welchen Anwendungen Terahertz im Vergleich zu den etablierten Verfahren Ultraschall und Thermografie klare Vorteile hat. Wir präsentieren Ergebnisse an glasfaserverstärkten Bauteilen, Schäumen bzw. Schaum-/Sandwichstrukturen und prozesswarmen Bauteilen. In diesen Anwendungsfällen kommen die Stärken der Terahertzprüftechnik voll zur Entfaltung: 1. Da es sich um elektromagnetische Strahlung handelt ist kein Kopplungsmedium notwendig und eine einseitige Prüfung unebener und /oder rauher Oberflächen ist i.d.r. problemlos möglich. 2. Akustisch und/oder thermisch isolierende Bauteile können gut untersucht werden. 3. Für einige Kunststoffe ist die Dämpfung der Terahertzstrahlung fast unabhängig von der Temperatur (im Bereich 20 C bis 100 C). 4. Die Detektierbarkeit von Defekten ist unabhängig vom Verhältnis der Defektgröße zur Tiefenlage des Defektes. Lizenz: 1

2 Einleitung 1 Mobile,Terahertzprüfung,in,der, Kunststoffindustrie Grundlagen*der*Terahertz/Prüftechnik Beispiel: Schaum/Sandwichbauteile Temperaturabhängigkeiten*für************* verschiedene*kunststoffe Beispiel: Wanddickenmessungen*an* prozesswarmen*pe/rohren Vergleich*mit*etablierten*ZfP/Verfahren* Quelle:* Shutterstock

3 Grundlagen, der,terahertz;prüftechnik 2 Wie,funktioniert,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 3D;Terahertz;Bildgebung? Vollelektronische*Systeme kompakt* +*robust schnell*(10*khz) Frequenzmodulierte*Quelle*(T x )* und*kohärenter*empfänger*(r x ) PLATTE A/SCAN*(Sweep* an* fester*position) Eintrittsecho Rückwandecho Entfernungsradar *in*reflexion:******************************** (T x R x )*~*d*(entfernung) Grundlagen, der,terahertz;prüftechnik 3 SynViewCompact Eine*portable*Scaneinheit*(23,5*kg* Gewicht)*kann*beliebig*im*Raum* orientiert*werden*(horizontal,*vertikal,* auf*dem*kopf) Frequenzen:*0.1*bzw.*0.3*THz Ein Rechner*enthält*alle notwendigen*steuerungen

4 Grundlagen, der,terahertz;prüftechnik 4 SynViewMobil Start/Stop/Knopf*für*A/ und*b/ Scans Frequenzen:*0.1*bzw.*0.3*THz Handgeführte*Messungen,* Wegaufnehmer*ermöglicht*auch****** B/Scans aber*auch:*einsatz,als, Prozessmonitor,in,der,Fertigung SynViewMobil Grundlagen, der,terahertz;prüftechnik 5 Eigenschaften,allgemein THz/Strahlung*ist*nicht/ionisierend,*es*ist*keine* Abschirmung von*menschen*notwendig Es*ist*kein*Kopplungsmediumnotwendig* (elektromagnetische*strahlung) Prüfung*in*Reflexion:*einseitiger*Zugang*zum*Bauteil* reicht Dielektrische,Materialien,können,durchstrahlt, werden,(kunststoff,, GFK,,Keramik,,Papier,etc.),* elektrische*leiter*(metalle,*cfk)*und*wasser*nicht

5 Grundlagen, der,terahertz;prüftechnik 6 Eigenschaften,bzgl.,Kunststoffen *Gerät:*SynViewMobil,*Bj.*2015 *FMCW/Radar*Messung*(A/Scan),*0.1*THz *Brennweite*100*mm,*keine*Faserverstärkung*(außer*GFK* Laminat) *Kriterium:*Metall/Rückwandecho*sichtbar*(/40*dB) Schaum;Sandwichbauteile 7 GFK;Schaum;Sandwichbauteil,, 0.1,THz,,B;Scan WEA/Rotorblatt/Komponente GFK/Laminat*(5*mm) PU/Schaum*(30*mm) GFK/Laminat*(5*mm) Signale,von,4,Grenzflächen: 1.Luft,;GFK 2.GFK,;Schaum 3.Schaum,;GFK 4.GFK,;Luft

6 Schaum;Sandwichbauteile 8 C;Scan (100*GHz),*Messung*von*der*Oberseite! WEA/Rotorblatt/ Komponente! 600*mm*x*250*mm* Scan! Schicht*ca.*3,mm unter*d.*oberfläche* (erste*gfk/platte)! Faserorientierungen* sind*gut*sichtbar! B;Scan! Profilposition*siehe* Linie*oben Schaum;Sandwichbauteile 9 C;Scan (100*GHz),*Messung*von*der*Oberseite! WEA/Rotorblatt/ Komponente! 600*mm*x*250*mm* Scan! Schicht*ca.*35,mm unter*d.*oberfläche* (Grenzfläche* Schaum/GFK)! Benetzungsfehler: Ø*ca.*20*mm! B;Scan! Profilposition*siehe* Linie*oben

7 Schaum;Sandwichbauteile 10 C;Scan (100*GHz),*Messung*von*der*Oberseite! WEA/Rotorblatt/ Komponente! 600*mm*x*250*mm* Scan! Schicht*ca.*35,mm unter*d.*oberfläche* (Grenzfläche* Schaum/GFK)! Schatten *der* Feuchtigkeit! B;Scan! Profilposition*siehe* Linie*oben! Feuchtigkeit Temperaturabhängigkeiten für,verschiedene, Kunststoffe 11 A;Scan (0.1*THz),*FMCW/Radar* Messung! PE:*Signalintensität* hängt*nicht von*der* Temperatur*ab!! Bauteil*über*Nacht* durchgewärmt*auf* 115*! Kerntemperatur*ist* deutlich*höher Wir*danken* dem*skz*in*würzburg* für*die*unterstützung* dieser* Messungen! *Gerät:*SynViewMobil,*Bj.*2015 *Brennweite*100*mm,*keine*Faserverstärkung

8 Temperaturabhängigkeiten für,verschiedene, Kunststoffe 12 A;Scan (0.1*THz),*FMCW/Radar* Messung! PVC:*Signalintensität* hängt*von*der* Temperatur*ab!! Bauteil*über*Nacht* durchgewärmt*auf* 115*! Kerntemperatur*ist* deutlich*höher Wir*danken* dem*skz*in*würzburg* für*die*unterstützung* dieser* Messungen! *Gerät:*SynViewMobil,*Bj.*2015 *Brennweite*100*mm,*keine*Faserverstärkung Temperaturabhängigkeiten für,verschiedene, Kunststoffe 13 A;Scan (0.1*THz),*FMCW/Radar* Messung! PA6:*Signalintensität* hängt*stark*von*der* Temperatur*ab!! Bauteil*über*Nacht* durchgewärmt*auf* 115*! Kerntemperatur*ist* deutlich*höher Wir*danken* dem*skz*in*würzburg* für*die*unterstützung* dieser* Messungen! *Gerät:*SynViewMobil,*Bj.*2015 *Brennweite*100*mm,*keine*Faserverstärkung

9 Temperaturabhängigkeiten für,verschiedene, Kunststoffe 14 geringe,abhängigkeit (20 ;100 ) starke,abhängigkeit (20 ;100 )! PE,*PP,*HDPE! PEEK! PTFE! PB! COC! PA*6, PA*6.6,*PA*12! PVDF! POM*C! PET! PVC! PU (rot:*verifiziert) Wir*danken* dem*skz*in*würzburg* für*die*unterstützung* dieser* Messungen! Wanddickenmessungen, an,prozesswarmen,, PE;Rohren 15 Handgeführte,Terahertzmessungen, für,die,zfp Vollelektronische*Erzeugung*der*THz/Strahlung*(100*und*300* GHz)*mit*dem*Terahertz/Prüfsystem*SynViewMobil Die*Messungen*erfolgen*in*Reflektion*(FMCW/Radar) A/und*B/Scans*sind*möglich Stationärer,Einsatz,als,Prozessmonitor SynViewMobil Dickenmessung,an,einem,kalten,PE;Rohr Abstand*Eingangs/und*Rückwandecho d3(geom.)3 =3d3(0pt.)3/3n A;Scan

10 Wanddickenmessungen, an,prozesswarmen PE;Rohren 16 Einsatz, bei,der,rohrextrusion Exzentrizität*eines*kalten*PE/Rohres*DN*315*x*18,7 16*Dickenmessungen*äquidistant*verteilt*über*360 Prozessmonitor Messung*auch*am*noch*nicht*durchgehärteten*Rohr* ( plastische*seele )*möglich Bei*dickwandigen*Rohren*erhebliche*Zeit/und* Kostenvorteile*im*Vergleich*zu*US/Messungen Vergleich,mit,etablierten,ZfP;Verfahren 17 Terahertz;Prüftechnik,für,Kunststoffbauteile,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, ; im,vergleich,zum,ultraschall PLUS: Einfache,Handhabung, und, kontaktloses, Verfahren Schäume,und, Sandwichbauteile, können, gut, untersucht, werden Prüfung, prozesswarmer Bauteile,(z.B.,PE;Rohrextrusion,im,Prozess) NEUTRAL: wettbewerbsfähige*auflösung MINUS: kann*nur*bei*dielektrischen*materialien*eingesetzt*werden*************** (Metalle,*CFK*und*Wasser*reflektieren*THz/Strahlung)

11 Vergleich,mit,etablierten,ZfP;Verfahren 18 Terahertz;Prüftechnik,für,Kunststoffbauteile,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, ; im,vergleich,zur,thermografie PLUS: geringere,dämpfung, im,material,,d.h.,größere,eindringtiefe Schäume,und, Sandwichbauteile, können, gut, untersucht, werden, (Prüfung,von,Bauteilen,mit,schlechter,thermischer,Leitfähigkeit) Nachweis,von,Defekten, unabhängig, vom,verhältnis,größe/tiefenlage NEUTRAL: wettbewerbsfähige*auflösung MINUS: kann*nur*bei*dielektrischen*materialien*eingesetzt*werden**************** (Metalle,*CFK*und*Wasser*reflektieren*THz/Strahlung) Herzlichen,Dank! 19 Herzlichen,Dank! Quelle:*Shutterstock

12 Kontakt 20 Becker,Photonik, GmbH Dr.*Stefan*Becker Portastrasse*73 D/32457*Porta*Westfalica Telefon:*