DIN 54180-1-2015 Non-destructive testing - Shearography - Part 1 General principles《无损检测 剪切图解 第1部分 一般原理》.pdf

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1、Januar 2015DEUTSCHE NORM DIN-Normenausschuss Materialprfung (NMP)Preisgruppe 8DIN Deutsches Institut fr Normung e. V. Jede Art der Vervielfltigung, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut fr Normung e. V., Berlin, gestattet.ICS 19.100!%“2270498www.din.deDDIN 54180-1Zerstrun

2、gsfreie Prfung Shearografie Teil 1: Allgemeine GrundlagenNon-destructive testing Shearography Part 1: General principlesEssais non destructifs Shearographie Partie 1: Principes gnrauxAlleinverkauf der Normen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 BerlinErsatz frDIN 54180-1:1997-01www.beuth.deGesamtumfang 12

3、 SeitenDIN 54180-1:2015-01 2 Inhalt Seite Vorwort 3 1 Anwendungsbereich .4 2 Normative Verweisungen 4 3 Begriffe .4 4 Grundlagen .8 4.1 Allgemeines 8 4.2 Erzeugung der Oberflchenverformung 9 4.3 Aufzeichnung der Oberflchenverformung .9 5 Prfausrstung 9 6 Anforderungen an das Prfpersonal 10 7 Vorbere

4、itung der Prfung 10 7.1 Allgemeines . 10 7.2 Vorbehandlung der Oberflche des Prfgegenstandes . 10 7.3 Einstellen der optischen Parameter 10 7.4 Wahl der Belastungsart 10 7.5 Vermeiden von strenden Einflssen 11 7.6 Funktionsprfung . 11 8 Durchfhrung der Prfung 11 9 Auswertung der Prfergebnisse . 11 1

5、0 Prfbericht . 11 Literaturhinweise . 12 DIN 54180-1:2015-01 3 Vorwort Dieses Dokument wurde vom Arbeitskreis Shearografie“ des Arbeitsausschusses NA 062-08-20 AA Zerstrungsfreie Prfung, Obleuteausschuss“ im DIN-Normenausschuss Materialprfung (NMP) ausgearbeitet. Es wird auf die Mglichkeit hingewies

6、en, dass einige Elemente dieses Dokuments Patentrechte berhren knnen. DIN und/oder die DKE sind nicht dafr verantwortlich, einige oder alle diesbezglichen Patentrechte zu identifizieren. DIN 54180 Zerstrungsfreie Prfung Shearografie besteht aus: Teil 1: Allgemeine Grundlagen Teil 2: Gerte nderungen

7、Gegenber DIN 54180-1:1997-01 wurden folgende nderungen vorgenommen: a) Anpassung an den Stand der Technik; b) Aktualisierung der Bilder. Frhere Ausgaben DIN 54180-1: 1997-01 DIN 54180-1:2015-01 4 1 Anwendungsbereich Dieses Dokument legt die allgemeinen Grundlagen der shearografischen Prfung fest und

8、 definiert bzw. erlutert Grundbegriffe, die fr die Beschreibung und Durchfhrung shearografischer Prfungen bentigt werden. Zweck dieses Dokuments ist es, die Grundlagen fr die Verwendung der Prfgerte und fr die Durchfhrung der Prfung festzulegen. Die besonderen Bedingungen der Anwendung und Durchfhru

9、ng shearografischer Prfungen, die von der Art des Prfgegenstandes abhngen, sind in Dokumenten beschrieben wie: Produktnormen; Ausfhrungsbestimmungen; Regeln; schriftlichen Vereinbarungen; schriftlichen Prfanweisungen. 2 Normative Verweisungen Die folgenden Dokumente, die in diesem Dokument teilweise

10、 oder als Ganzes zitiert werden, sind fr die Anwendung dieses Dokuments erforderlich. Bei datierten Verweisungen gilt nur die in Bezug genommene Ausgabe. Bei undatierten Verweisungen gilt die letzte Ausgabe des in Bezug genommenen Dokuments (einschlielich aller nderungen). DIN 54180-2, Zerstrungsfre

11、ie Prfung Shearografie Teil 2: Gerte DIN EN 1330-1, Zerstrungsfreie Prfung Terminologie Teil 1: Allgemeine Begriffe DIN EN 1330-2, Zerstrungsfreie Prfung Terminologie Teil 2: Begriffe, die von allen zerstrungsfreien Prfverfahren benutzt werden DIN EN ISO 11145, Optik und optische Instrumente Laser u

12、nd Laseranlagen Begriffe, Formelzeichen VDI/VDE 2632 Blatt 1, Industrielle Bildverarbeitung Grundlagen und Begriffe 3 Begriffe Fr die Anwendung dieses Dokuments gelten die Begriffe nach DIN EN ISO 11145, DIN EN 1330-1, DIN EN 1330-2, VDI/VDE 2632 Blatt 1 und die folgenden Begriffe: 3.1 Empfindlichke

13、itsvektor Vektor, der die Richtung der grten Messempfindlichkeit angibt Anmerkung 1 zum Begriff: Der Empfindlichkeitsvektor zeigt in Richtung der Winkelhalbierenden zwischen Beleuchtungsrichtung und Beobachtungsrichtung. DIN 54180-1:2015-01 5 3.2 Inhomogenitt knstliche oder natrliche nachweisbare nd

14、erung im Werkstoff QUELLE: DIN EN 1330-2:1998-12, 2.9 3.3 In-Plane-Verformung Verformungsanteil der Gesamtverformung rechtwinklig zur Oberflchennormalen des Prfgegenstandes 3.4 Interferenz-Specklemuster kohrente berlagerung zweier Specklemuster Anmerkung 1 zum Begriff: Siehe auch 3.14. 3.5 kohrente

15、Lichtquelle Lichtquelle, die monochromatisches Licht mit einer geringen spektralen Halbwertsbreite aussendet und eine feste Phasenbeziehung ber eine bestimmte Mindestlnge (Kohrenzlnge) aufweist 3.6 optischer Messkopf Gerteeinheit bestehend aus mindestens einer Abbildungsoptik, einem Scherelement ode

16、r Schersystem und einem Bildsensor 3.7 Out-of-Plane-Verformung Verformungsanteil der Gesamtverformung in Richtung der Oberflchennormalen des Prfgegenstandes 3.8 Phasenverschiebung definierte Vernderung der Phasenlage einer Welle 3.9 Schervektor Abstand nach Betrag (Scherbetrag) und Richtung (Scherri

17、chtung), um die zwei Punkte auf der Prfgegenstandsoberflche versetzt sind, die auf denselben Bildpunkt abgebildet werden 3.10 Scherelement optische Vorrichtung zur Scherung bestehend aus einem Element oder mehreren Komponenten 3.11 Scherung Erzeugung eines Doppelbildes aus zwei lateral gegeneinander

18、 um den Schervektor verschobenen Einzelbildern eines Prfgegenstandes 3.12 Shearografie berhrungslose Erfassung, Aufbereitung und bildhafte Darstellung der flchenhaften Verteilung des Verformungsgradienten aus der arithmetischen Kombination zweier Interferenz-Specklemuster Anmerkung 1 zum Begriff: Di

19、e hier verwendeten Anglizismen (Shearografie, Shearogramm, Specklemuster) sind historisch eingefhrte Benennungen. DIN 54180-1:2015-01 6 3.13 Shearogramm Ergebnisbild einer shearografischen Messung Anmerkung 1 zum Begriff: Dieses Ergebnisbild kann durch verschiedene Verarbeitungsschritte entstehen, z

20、. B. direkt nach der Subtraktion der Interferenz-Specklemuster als Korrelationsstreifenbild (siehe Bild 1), als Phasenverteilung (siehe Bild 2) oder demodulierte Phasenverteilung (siehe Bild 3). Bild 1 Korrelationsstreifen mit horizontalem Schervektor Bild 2 Phasenverteilung mit horizontalem Scherve

21、ktor DIN 54180-1:2015-01 7 Bild 3 Demodulierte Phasenverteilung mit horizontalem Schervektor 3.14 Specklemuster auf Interferenz beruhende granulare Intensittsverteilung, die entsteht, wenn kohrentes Licht von einer diffus streuenden Oberflche reflektiert und eine solche Oberflche abgebildet wird 3.1

22、5 Streifenkontrast Gre zur Charakterisierung der Sichtbarkeit des Streifenmusters, definiert als Differenz aus maximaler und minimaler Intensitt der beobachteten Streifen normiert auf die Summe aus maximaler und minimaler Intensitt 3.16 Streifenmuster Linien in einem Shearogramm die den Ort gleicher

23、 Verformungsgradienten darstellen 3.17 Verformungsgradient Differenz der Verformungskomponenten in Richtung des Empfindlichkeitsvektors zweier sich in einem Bildpunkt berlagernder Objektpunkte (P1, P2in Bild 4) DIN 54180-1:2015-01 8 Legende A Beleuchtungsvorrichtung 5 Prfgegenstand B Optischer Messk

24、opf 6 Beobachtungsrichtung C Rechner, Software 7 Empfindlichkeitsvektor 1 kohrente Lichtquelle 8 Scherelement zur berlagerung der Objektpunkte P1und P2in einem gemeinsamen Bildpunkt 2 Spiegel 9 Abbildungsoptik 3 Beleuchtungsoptik 10 Bildebene/Bildsensor 4 Beleuchtungsrichtung Bild 4 Prinzipieller op

25、tischer Aufbau 4 Grundlagen 4.1 Allgemeines Die Shearografie ist ein optisches Verfahren zur flchenhaften Erfassung und bildhaften Darstellung von Verformungsgradienten von Oberflchen. Die Anwendung in der zerstrungsfreien Prfung basiert darauf, dass innerhalb des Sichtfeldes lokale oder vollflchige

26、 Inhomogenitten in einem Prfgegenstand bei entsprechender Belastung eine spezifische Oberflchenverformung hervorrufen. DIN 54180-1:2015-01 9 4.2 Erzeugung der Oberflchenverformung Um eine Inhomogenitt nachzuweisen, muss der Prfgegenstand in einer Art und Weise zerstrungsfrei belastet werden, dass di

27、e Inhomogenitt eine so groe spezifische Oberflchenverformung bewirkt, dass ein detektierbares Shearogramm entsteht. Zur Erzeugung der Oberflchenverformung kommen je nach Prfaufgabe vllig unterschiedliche Vorgehensweisen zur Anwendung. Es wird zwischen statischer und dynamischer Verformung unterschie

28、den. Bei der Verformung wird der Prfgegenstand von einem Ausgangszustand in einen anderen Verformungszustand gebracht. Da die Information ber die Verformung im Specklemuster gespeichert ist, ist dafr zu sorgen, dass nicht durch eine ungeeignete Belastung der Streifenkontrast verschwindet. 4.3 Aufzei

29、chnung der Oberflchenverformung Die Aufzeichnung der Oberflchenverformung erfolgt durch den in Bild 4 dargestellten prinzipiellen optischen Aufbau. Das Licht einer oder mehrerer kohrenter Lichtquelle(n) (Laser, Laserdiode) beleuchtet mittels einer Beleuchtungsoptik das zu prfende Bauteil, dessen Obe

30、rflche das Licht in Richtung des optischen Messkopfes (Beobachtungsrichtung) reflektiert. Optimale Prfergebnisse erzielt man mit einer weien, diffus reflektierenden, ebenen Oberflche, ggf. ist eine Oberflchenprparation notwendig (siehe Abschnitt 7.2). Die bildhafte Registrierung erfolgt mittels eine

31、r Abbildungsoptik, die ein Scherelement enthlt. In jedem Bildpunkt interferieren Lichtwellen von zwei lateral versetzten Objektpunkten P1, P2. In der Bildebene entsteht das Interferenz-Specklemuster. Bei Ausbildung eines Verformungsgradienten infolge einer Belastungsnderung entsteht eine relative Ph

32、asenverschiebung zwischen beiden Wellen. Dies uert sich in einer Vernderung des Interferenz-Specklemusters in der Bildebene. Durch arithmetische Kombination der Interferenz-Specklemuster vor und nach der Belastungsnderung entsteht das Shearogramm. Die Bilderfassung erfolgt mittels eines Bildsensors

33、in Verbindung mit einem Datenverarbeitungssystem. Bei statischer Belastung erfolgt die Messung hufig so, dass in einem definierten Ausgangszustand des Prfgegenstandes (z. B. belastet oder unbelastet) eine Referenzaufnahme gemacht wird. Whrend oder nach der Belastungsnderung erfolgt wiederum eine Auf

34、nahme, die mit der Referenzaufnahme kombiniert wird. Durch kurze Belichtungszeiten (Stroboskopbelichtung, Impulsbelichtung) ist dieses Verfahren auch bei dynamischer Belastung verwendbar. Bei dynamischen, periodischen Belastungen kann die Aufnahmezeit lang gegenber der Schwingungsperiode gewhlt werd

35、en. Die Messung erfolgt dann kontinuierlich ber mehrere Belastungszyklen des Prfgegenstandes. In der Literatur wird dieses Verfahren auch als Time-Average- Verfahren oder Zeit-Mittelungs-Verfahren bezeichnet. 5 Prfausrstung Die zur shearografischen Prfung erforderliche Ausrstung umfasst: a) Beleucht

36、ungsvorrichtung (kohrente Lichtquelle, Beleuchtungsoptik); b) optischer Messkopf (Abbildungssystem, Bildsensor); c) Rechner, Software (Bilddigitalisierung, Bildverarbeitungs- bzw. Auswertesoftware); d) Vorrichtung zur Belastung des Prfgegenstandes. Die Gerte a) bis c) und ihre erforderlichen Eigensc

37、haften sind in DIN 54180-2 festgelegt. DIN 54180-1:2015-01 10 6 Anforderungen an das Prfpersonal Prfpersonal, welches nach dieser Norm arbeitet, muss fr diese Aufgabe angemessen qualifiziert sein. Fr die Festlegung der ttigkeitsspezifischen Qualifikationsmerkmale ist der Arbeitgeber verantwortlich.

38、Insbesondere ist eine Vertrautheit mit den folgenden Themen erforderlich: Aufbau, Konstruktion, Struktur und Funktionsweise der Prfobjekte; verwendete Gertetechnik und -bedienung; relevante Normen, Regeln, Spezifikationen, Prfanweisungen und Verfahrensbeschreibungen; Sicherheits- und Unfallverhtungs

39、vorschriften beim Betrieb leistungsstarker Lichtquellen und Belastungsvorrichtungen (z. B. optisch, thermisch, mechanisch, akustisch, elektrisch, elektromagnetisch). Zudem muss das Prfpersonal ber eine gengende Sehfhigkeit gem den Anforderungen des Arbeitgebers verfgen. Firmenspezifisch sind gegeben

40、enfalls weitere Normen und Regelwerke bezglich des Prfpersonals zu beachten (z. B. DIN 54161, DIN EN ISO 9712 oder DIN EN 4179). 7 Vorbereitung der Prfung 7.1 Allgemeines Vor Beginn der Prfung sind die gegebenen Randbedingungen und die Gerte zu prfen. 7.2 Vorbehandlung der Oberflche des Prfgegenstan

41、des Alle Prfflchen mssen einen ausreichend diffusen Reflexionsgrad haben. Falls notwendig und zulssig, darf der Reflexionsgrad durch Aufbringen eines geeigneten Mediums verbessert werden. 7.3 Einstellen der optischen Parameter a) Die Ausleuchtung des Prfgegenstandes sollte gleichmig sein, starke Hel

42、ligkeitsunterschiede und Reflexe knnen das Prfergebnis beeintrchtigen. b) Die Beleuchtungs- und Beobachtungsrichtung sind der Prfaufgabe anzupassen. c) Der optische Messkopf ist so einzustellen (z. B. Fokussierung, Blende, Verschluss, Schervektor), dass ein auswertbares Shearogramm entsteht. 7.4 Wah

43、l der Belastungsart a) Die Belastungsart ist der Prfaufgabe anzupassen. b) Die Belastung kann sowohl statisch als auch dynamisch erfolgen. c) Die Belastung muss so gewhlt werden, dass die gesuchten Inhomogenitten durch die Shearografie-Technik sicher erfasst werden knnen. DIN 54180-1:2015-01 11 7.5

44、Vermeiden von strenden Einflssen a) Eine zu groe Starrkrperbewegung zwischen der Beleuchtungseinheit, dem optischen Messkopf und dem Prfgegenstand muss kompensiert werden, da sonst der Streifenkontrast stark abfallen kann. b) Strende Schwingungen oder Erschtterungen aus der Umgebung mssen vermieden

45、oder durch geeignete Manahmen kompensiert werden. c) Schlierenbildung infolge von Temperaturunterschieden muss vermieden oder durch geeignete Manahmen kompensiert werden. d) Strendes Umgebungslicht muss durch geeignete Manahmen reduziert werden. 7.6 Funktionsprfung Die Funktionsfhigkeit der Prfeinri

46、chtung ist mittels geeigneter Verfahren (z. B. anhand von Vergleichs- oder Kalibrierkrpern) nachzuweisen. 8 Durchfhrung der Prfung Der Prfgegenstand wird mit der gewhlten Belastungsart und einer dafr geeigneten Belastungseinrichtung belastet. Die Bilderfassung erfolgt abhngig von der gewhlten zeitli

47、chen Belastungsform (statisch oder dynamisch), siehe 4.2 und 4.3. 9 Auswertung der Prfergebnisse Je nach Aufgabenstellung kann die Auswertung der Ergebnisse qualitativ, visuell bzw. quantitativ, rechneruntersttzt oder vollautomatisch erfolgen. Das Auswerteverfahren muss fr jede Prfaufgabe festgelegt

48、 und eindeutig beschrieben werden. 10 Prfbericht Der Prfbericht muss alle Angaben enthalten, die fr eine wiederkehrende Prfung zu einem spteren Zeitpunkt bentigt werden. Folgende Informationen mssen mindestens enthalten sein: a) Verweisung auf dieses Dokument (DIN 54180-1); b) Identifikation des Prfgegenstandes; c) Randbedingungen der Prfung und des Prfgegenstands; d) verwendete Gertetechnik; e) Prfparameter; f) Ergebnisse der Prfung; g) Name, Qualifikation und Unterschrift des Prfers; h) Prfdatum; i) Prfort. DIN 54180-1:2015-01 12 Literaturhinweise 1 DIN 54161, Zerstrungsfrei