Attia, Fawzi (Teckstrasse 1 Schlaitdorf, D-72667, DE)
Frede, Andreas (Richthofenstrasse 13 Gerlingen, D-70839, DE)
Jahnke, Ronny (Hochstetter Strasse 17/1 Hemmingen, D-71282, DE)
Sauer, Volker (Ulmenweg 6 Unterrixingen, D-71739, DE)
Attia, Fawzi (Teckstrasse 1 Schlaitdorf, D-72667, DE)
Frede, Andreas (Richthofenstrasse 13 Gerlingen, D-70839, DE)
Jahnke, Ronny (Hochstetter Strasse 17/1 Hemmingen, D-71282, DE)
| 1. | Verfahren zur Qualitätsprüfung eines Werkstücks, bei welchem das Werkstück zu einer Schwingung ange regt, wenigstens ein Parameter der Schwingung ge messen und das Werkstück für gut befunden wird, wenn der Parameter innerhalb eines vorgegebenen Rahmens liegt. |
| 2. | Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die zeitliche Entwicklung der Schwingungsamplitude und/oder die Frequenz der Schwingung als Parameter dient. |
| 3. | Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Schwin gung mehrere Spektralkomponenten aufweist und bei dem die Intensitätsverteilung auf unterschiedliche Spektralkomponenten der Schwingung, die zeitliche Entwicklung von Spektralkomponenten und/oder deren Frequenz als Parameter dient. |
| 4. | Verfahren nach Anspruch 1,2 oder 3, bei dem je weils die Abklingzeit der Schwingung und/oder von Spektralkomponenten der Schwingung gemessen und das Werkstück für gut befunden wird, wenn die Abkling zeit in einem vorgegebenen Intervall liegt. |
| 5. | Verfahren nach Anspruch 4, bei dem das Werkstück für schlecht befunden wird, wenn die Abklingzeit in einem zweiten vorgegebenen Intervall liegt. |
| 6. | Verfahren nach Anspruch 5, bei dem das Werkstück einer Prüfung nach einem anderen Verfahren unterzo gen wird, wenn die Abklingzeit außerhalb der zwei vorgegebenen Intervalle liegt. |
| 7. | Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü che, bei dem die Schwingung durch Stoßen des Werk stücks mit einem Gegenstand mit festgelegter Ge schwindigkeit angeregt wird. |
| 8. | Verfahren nach Anspruch 7, bei dem der Gegen stand ein Pendel (6) ist, das mit einer festgeleg ten Amplitude ausgelenkt und losgelassen wird. |
| 9. | Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß gemessene Daten anhand der Anregungsenergie der Schwingung normiert werden. |
| 10. | Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü che, bei dem die Schwingung interferometrisch ge messen wird. |
| 11. | Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem die Schwingung anhand von vom Werkstück durch Luft ausgesendeten Schallwellen gemessen wird. |
| 12. | Anordnung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit je weils einer Einrichtung zum Anregen (4,5,6) bezie hungsweise zum Messen (1122 ; 23,1922) der Schwin gung und mit einer schwingfähigen Lagerung für das Werkstück. |
| 13. | Anordnung nach Anspruch 12, bei der die Lage rung das Werkstück an drei Punkten unterstützt. |
| 14. | Anordnung nach Anspruch 12 oder 13, bei der die Lagerung Vorsprünge (2) zum Unterstützen des Werk stücks aus einem gummielastischen Material auf weist. |
| 15. | Anordnung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, bei dem eine Einrichtung zum Anregen ein Pendel (6) zum Anstoßen des Werkstücks (1) ist und ein An schlagelement (10) eine maximale Auslenkung des Pendels (6) festlegt. |
| 16. | Anordnung nach Anspruch 15, bei der das Pendel (6) einen sich nach oben über die Pendelachse (5) hinaus erstreckenden Betätigungshebel (7) hat. |
| 17. | Anordnung nach einem der Ansprüche 12 bis 16, die einen Laser (11) zum Beleuchten des Werkstücks (1) und einen Interferometeraufbau (1215) umfaßt, wobei der Interferometeraufbau direkt vom Laser empfangenes Licht mit von einer Oberflache des Werkstücks (1) reflektiertem Licht des Lasers (11) überlagert. |
| 18. | Anordnung nach einem der Ansprüche 12 bis 17, mit einem Mikrofon (23) zum Aufzeichnen von vom Werkstück (1) durch Luft ausgesendetem Schall. |
Gebiet der Erfindung Die Erfindung betrifft die zerstorungsfreie Quali- tätsprufung von Werkstucken.
Stand der Technik Für die zerstörungsfreie Qualitätsprüfung von Werk- stücken, genauer gesagt die Erfassung von äußerlich nicht sichtbaren Materialfehlern und innerlichen Materialdefekten in einem Werkstück ist eine Viel- zahl unterschiedlicher Verfahren entwickelt worden.
So ist es zum Beispiel bekannt, Werkstücke mit Röntgen-beziehungsweise Gammastrahlen zu durch- leuchten, um Materialfehler nachzuweisen. Fehler, die zu Inhomogenitäten der Strahlungsabsorption durch ein Werkstück führen, etwa Biasen, Lunker oder Fremdkörper, sind in auf diese Weise erhalte- nen Bildern deutlich zu sehen. Risse in Materialien zu erkennen ist schwieriger, da das Vorhandensein
eines Risses keine wesentlichen Auswirkungen auf die Dicke des absorbierenden Materials des Werk- stücks hat und deshalb im wesentlichen nur anhand von an Oberflächen des Risses gestreuter Strahlung erkennbar ist. Die Auswertung der erhaltenen Ront- genbilder erfordert ein groles Maß an Erfahrung und ist schwierig zu automatisieren.
Ultraschall-Prüfverfahren basieren auf der Reflexi- on von in ein Werkstück eindringenden Ultraschall- wellen an Rissen beziehungsweise Störungen dessel- ben. Solche Verfahren weisen zwar inhärent eine grole Empfindlichkeit für im Material verborgene Risse auf, doch treten Ultraschallreflexionen an jeder beliebigen Grenzfläche eines Werkstücks auf, was die Auswertung von Ultraschall-Reflexionsdaten, die an unregelmäßig geformten oder aus unterschied- lichen Materialien bestehenden Werkstücken kompli- ziert und aufwendig macht.
Andere Verfahren, etwa Wirbelstromverfahren, bei denen mit Hilfe einer stromdurchflossenen Spule Wirbelströme in einem zu überprüfenden Material er- zeugt werden und durch Risse im Material induzierte Störungen im Verlauf der Stromwirbel anhand von Än- derung des Scheinwiderstands der Spule nachgewiesen werden, oder StreufluS-MeSverfahren, bei denen an- hand von aus einem magnetisierten Werkstück nach
außen verdrängtem magnetischen Fluß auf das Vorhan- densein eines Risses im Werkstück geschlossen wird, sind nur auf bestimmte Klassen von Werkstoffen an- wendbar.
Aus DE 4316473 A1 ist eine Vorrichtung bekannt, die aus einem Werkstück Körperschall ableitet, der beim Bohren des Werkstücks erzeugt wird. Der abgeleitete Körperschall kann in nicht weiter beschriebener Weise zur Überwachung der Bohrer hinsichtlich Schneidenverschleiß, Bruch etc. genutzt werden.
Vorteile der Erfindung Mit der vorliegenden Erfindung, wie in den unabhän- gigen Ansprüchen definiert, werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Qualitätsprüfung eines Werkstücks, insbesondere zur Erfassung von Rissen oder Fehlern in einem Werkstück geschaffen, die ei- ne schnelle und unaufwendige Qualitätsprüfung von Werkstücken aus praktisch beliebigen festen Werk- stoffen gestatten. Der zur Verarbeitung von gewon- nenen Meßsignalen erforderliche Aufwand ist gering, insbesondere ist keinerlei aufwendige Bildverarbei- tung erforderlich, und der Verarbeitungsaufwand ist im wesentlichen unabhängig von der Komplexität der Gestalt des zu überprufenden Werkstucks.
Als zu messender Parameter der Schwingung kann vor- zugsweise die zeitliche Entwicklung der Schwin- gungsamplitude oder die Frequenz der Schwingung herangezogen werden. Dabei kann die zeitliche Ent- wicklung insbesondere durch die Abklingzeit der Schwingung charakterisiert sein.
Bei den meisten Gestalten von Werkstücken wird eine angeregte Schwingung immer eine Mehrzahl von Spek- tralkomponenten umfassen. In einem solchen Fall können Frequenz und zeitliche Entwicklung einzelner Spektralkomponenten erfaßt beziehungsweise über- wacht werden. Die einzelnen Spektralkomponenten un- terscheiden sich im allgemeinen in ihrem Abkling- verhalten und werden durch eventuell vorhandene Fehler im Werkstück in unterschiedlicher Weise be- einfluSt. Dabei reagieren im allgemeinen höherfre- quente Komponenten empfindlicher auf Fehler gerin- ger Ausdehnung als niederfrequente. Des weiteren ist die Empfindlichkeit einer gegebenen Spektral- komponente für eine Störung unterschiedlich, je nachdem, ob diese sich im Bereich eines Schwin- gungsbauches oder-knotens der zu dieser Komponente gehörenden Schwingungsmode des Werkstücks befindet.
Durch Auswertung einer Mehrzahl von Spektralkompo- nenten mit unterschiedlicher Verteilung von Schwin- gungsbäuchen und-knoten läßt sich eine homogenere
ortliche Verteilung der Nachweisempfindlichkeit für Defekte im Werkstück erreichen.
Bevorzugtermaßen wird die Abklingzeit der Schwin- gung und/oder einzelner Spektralkomponenten der Schwingung gemessen und das Werkstück für gut be- funden, wenn die Abklingzeit in einem vorgegebenen Intervall liegt. Dieses Intervall kann vorab anhand von als fehlerfrei bekannten Werkstücken experimen- tell festgelegt werden.
Im Gegenzug wird das Werkstück für schlecht befun- den, wenn die Abklingzeit in einem zweiten vorgege- benen Intervall liegt.
Dieses Intervall muß nicht komplementär zum ersten sein ; wenn nämlich unangemessen lange oder kurze Abklingzeiten gemessen werden, so ist dies eher ein Hinweis auf einen Meßfehler als auf einen tatsäch- lichen Defekt des untersuchten Werkstücks. In einem solchen Fall ist es zweckmaßig, das Werkstück mit einem anderen Verfahren zu überprüfen. Dies kann auch zweckmäßig sein, wenn der gemessene Wert zwi- schen den zwei vorgegebenen Intervallen liegt.
Gemessene Abklingzeiten der Schwingung oder einzel- ner ihrer Spektralkomponenten können für ein und dasselbe Werkstück unterschiedlich sein, wenn die
Schwingungsanregung mit unterschiedlicher Stärke erfolgt. Um zu reproduzierbaren Messungen zu gelan- gen, ist es deshalb wichtig, daß die Schwingung re- produzierbar, insbesondere durch Anschlagen des Werkstücks mit einem Gegenstand mit festgelegter Geschwindigkeit angeregt wird.
Eine in gewissem Umfang unvermeidliche Streuung der Anregungsenergie beziehungsweise-was gleichbedeu- tend ist-der Anschlaggeschwindigkeit kann durch eine Normierung von Meßdaten, insbesondere von Schwingungsamplituden, auf die Anregungsenergie be- ziehungsweise Anschlaggeschwindigkeit kompensiert werden.
Dieser Gegenstand ist vorzugsweise ein mit einer festgelegten Amplitude ausgelenktes Pendel.
Nachdem das Pendel an das Werkstück gestoßen und davon abgeprallt ist, wird es zweckmäigerweise an- gehalten, um zu vermeiden, daß es ein zweites Mal mit verminderter Energie dagegen stößt, während das Werkstück noch schwingt, und so die Messung stört.
Vorzugsweise wird die angeregte Schwingung des Werkstücks interferometrisch gemessen. Zu diesem Zweck wird zum Beispiel ein Laserstrahl in zwei Teilstrahlen aufgeteilt, von denen einer auf einen
Oberflächenbereich des Werkstücks gerichtet wird. Vom Werkstück reflektiertes Laserlicht wird mit dem anderen Teilstrahl zur Interferenz gebracht und das Interferenzmuster ausgewertet. Auf diese Weise kann die Bewegung des bestrahlten Oberflächenbereichs des Werkstücks mit hoher Genauigkeit vermessen wer- den, ohne daß das Schwingungsverhalten des Werk- stücks in irgendeiner Weise beeinflußt wird.
Als Alternative oder als Ergänzung kann ferner vor- gesehen werden, daß die Schwingung anhand von vom Werkstück durch Luft ausgesendeten Schallwellen, zum Beispiel mit Hilfe eines Mikrofons, gemessen wird.
Eine Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemä- ßen Verfahrens umfaßt neben Einrichtungen zum Anre- gen und zum Messen der Schwingung eine schwingfähi- ge Lagerung für das Werkstück. Indem diese Lagerung selber schwingfahig ist, ist sichergestellt, daß die Schwingung des Werkstücks an keiner Stelle un- terdrückt wird, und daß infolgedessen Fehler an je- der Stelle des Werkstücks in gleicher Weise nachge- wiesen werden können.
Diese Lagerung unterstützt zweckmäßigerweise das Werkstück an drei Punkten. Dadurch ist eine stabile
Fixierung des Werkstücks bei minimaler Einschrän- kung-seiner Schwingfdhigkeit gegeben.
Die Lagerung umfaßt vorzugsweise Vorsprünge, etwa in Art von Armen, Säulen oder Noppen, aus einem gummielastischen Material auf, die das Werkstück unterstützen.
Ein einfaches Mittel zum Anregen der Schwingung des Werkstücks ist ein Pendel. Um mit Hilfe des Pendels eine exakt reproduzierbare Anregung zu erzielen, sollte ein Anschlagelement vorgesehen sein, das ei- ne maximale Auslenkung des Pendels festlegt. Bei einer einfachen Ausgestaltung der Anordnung hat das Pendel einen sich nach oben über die Pendelachse hinaus erstreckenden Betätigungshebel, den eine Be- dienungsperson kippen kann, um das Pendel an das Anschlagelement zu bewegen, und dann loslassen kann, so daß das Pendel an das Werkstück stoßen kann. Nachdem das Pendel das Werkstück angestoßen hat, kann die Bedienungsperson es ferner an dem Be- tätigungshebel festhalten, um einen zweiten Stoß an das Werkstück zu verhindern.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Er- findung ergeben sich aus der nachfolgenden Be- schreibung eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die Figuren.
Figuren Es zeigen : Figur 1 eine schematische Darstellung eines ersten Teils einer Anordnung zur Durchführung des erfin- dungsgemaßen Verfahrens, der eine Einrichtung zum Anregen der Schwingung umfaßt ; Figur 2 eine schematische Darstellung der Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens einschließlich einer Einrichtung zum Messen der Schwingung ; Figur 3 eine schematische Darstellung einer Varian- te der Anordnung aus Figur 2 ; Figur 4 eine graphische Darstellung von Ergebnissen eines Verfahrens gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung ; und Figur 5 eine graphische Darstellung der Ergebnisse eines Verfahrens gemäS einer zweiten Ausgestaltung.
Figur 1 zeigt in einer Seitenansicht eine Einrich- tung zum Anregen einer Schwingung in einem Werk- stück, die einen ersten Teil der Anordnung zur
Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bil- det. Auf einer Grundplatte 3 sind drei Säulen 2 aus zum Beispiel Silikon montiert, die ein zu prüfendes Werkstück l, hier einen Nockenring einer Radialkol- beneinspritzpumpe, an drei Punkten in der Nähe sei- nes Umfangs unterstützen. Die Grundplatte 3 trägt ferner einen Arm 4, der ein Pendel 6 um eine zur Ebene der Figur senkrechte Achse 5 drehbar hält. Das Pendel umfaßt einen Stoßkörper 8, der in der in Figur 1 durchgezogen dargestellten Position soeben an das Werkstück 1 anstößt. Der Stoßkörper 8 ist mit der Achse 5 durch ein flexibles Blatt 9, zum Beispiel aus Federstahl, verbunden. Ein Bedienhebel 7 oberhalb der Achse 5 ist mit dem Blatt 9 fest verbunden.
Durch Kippen des Bedienhebels im Gegenuhrzeigersinn in Figur 1 erreicht das Pendel die in der Figur 1 gestrichelt dargestellte Position, in der sein un- teres Ende an ein Anschlagelement 10 stößt. Dieses Anschlagelement 10 definiert die maximal mögliche Auslenkung des Pendels. Aus dieser Position kann das Pendel losgelassen werden und stößt dann mit einer genau festgelegten, reproduzierbaren Ge- schwindigkeit an das Werkstück 1. Diese Geschwin- digkeit ist so gewählt, daS sie nicht ausreicht, um die Haftreibung des Werkstücks 1 auf den Säulen 2 zu überwinden und dieses auf den Säulen zu ver-
schieben. Somit werden durch das Anstoßen mit dem Pendel das Werkstück 1 und die Säulen 2 zu einer Schwingung mit einer genau vorgegebenen Energie an- geregt.
Nach dem AnstoSen an das Werkstück 1 prallt das Pendel zurück und wird von der Bedienungsperson an- gehalten, noch bevor es ein zweites Mal auf das Werkstück 1 stoßen kann. So kann die durch den er- sten Stoß mit dem Pendel angeregte Schwingung unge- stört ausklingen.
Die Position des Anschlagelements 10 kann ver- schiebbar sein, um für unterschiedliche Arten von Werkstücken, die sich zum Beispiel hinsichtlich ih- res Gewichts unterscheiden, verschiedene Pendelaus- lenkungen reproduzierbar einstellen zu können.
Auch die Auflage des Werkstücks kann verschiebbar sein, um direkt einen zweiten Anschlag zu vermei- den.
Einer Variante zufolge kann am Anschlagelement 10 eine elektromagnetische Spule montiert sein, die unterschiedliche Funktionen haben kann. So kann sie zum einen vor Beginn einer Messung unter Strom ge- setzt werden, um den StoSkörper 8 am Anschlagele- ment 10 festzuhalten, bis der Strom unterbrochen
wird und somit das Pendel freikommt, um an das Werkstück 1 zu stoßen. Kurze Zeit später wird die Spule zweckmäßigerweise wieder unter Strom gesetzt, so daß sie eine magnetische Anziehungskraft auf das vom Werkstück 1 zurückprallende Pendel 6 ausübt und dieses zurück an das Anschlagelement 10 zieht.
Figur 2 zeigt die gesamte Anordnung zur Durchfüh- rung des Verfahrens, wobei die mit Bezug auf Figur 1 beschriebene Einrichtung zum Anregen der Schwin- gung schematisch in Draufsicht gezeigt ist.
Ein Dauerstrich-Laser 11, zum Beispiel ein HeNe- Laser, sendet einen Strahl aus, der an einem teil- reflektierenden Spiegel 12 in zwei Teilstrahlen aufgeteilt wird, von denen einer an einem Reflektor 13, hier einem 90°-Prisma, zurückgeworfen wird und schließlich einen Sensor 18 erreicht, und der zwei- te auf eine seitliche Oberfläche des Werkstücks 1 trifft, das auf den in dieser Figur nicht sichtba- ren Säulen 2 auf der Grundplatte 3 angeordnet ist.
An der konvexen Außenfläche des ringförmigen Werk- stücks 1 wird der reflektierte Strahl aufgefächert, ein Teil des reflektierten Lichts durchquert eine Blende 14 und kehrt zurück zum teilreflektierenden Spiegel 12 und wird in Richtung auf den Sensor 18 reflektiert.
Am Sensor 18 wird das vom Werkstück 1 reflektierte Licht mit dem vom Reflektor 13 zurückgeworfenen Strahl überlagert. Der Reflektor 13 ist so positio- niert, da$ sich die optischen Weglängen der zwei Teilstrahlen um nicht mehr als die Kohrenzlänge des Laserlichts unterscheiden, so da$ am Sensor 18 ein Interferenzmuster entsteht.
Bevor die eigentliche Messung durchgefuihrt wird, kann die vom Werkstück 1 zum Sensor 18 zurückgewor- fene Lichtmenge maximiert werden. Dazu wird der In- terferometerarm, der den Reflektor 13 enthält, zeitweilig blockiert, was die Entstehung eines In- terferenzmusters am Sensor 18 verhindert. Das MeS- signal des Sensors 18 ist dann ein direktes Ma$ für die vom Werkstück reflektierte Lichtmenge. Diese kann zum Beispiel durch Verschieben der Grundplatte 3 senkrecht zur Richtung des vom Laser 11 kommenden Strahls oder durch Kippen der Grundplatte optimiert werden.
Wenn das Werkstück 1 vom Stoßkörper 8 zu Schwingun- gen angeregt wird, so bewegt sich die Außenoberflä- che des Werkstücks 1 in Richtung des Laserstrahls hin und zurück, was zu ständigen Veränderungen der optischen Weglänge in einem Arm des Interferometer- aufbaus führt, der durch die Spiegel 12,15 und den Reflektor 13 gebildet ist. Diese Weglängenänderun-
gen führen zu Verschiebungen des am Sensor 18 ge- bildeten Interferenzmusters, die vom Sensor erfaßt werden und von einer an diesen angeschlossenen Aus- werteelektronik verarbeitet werden.
Die Auswerteelektronik umfaßt zum einen ein Oszil- loskop 19, das am Sensor 18 auftretende Hellig- keitsunterschiede direkt anzeigt und so einer Be- dienungsperson einen unmittelbaren Eindruck vom Verlauf der im Werkstück 1 angeregten Schwingung verschafft.
Weiterer wesentlicher Bestandteil der Auswerteelek- tronik ist ein Computer 20, der über einen AD- Wandler 21 digitalisierte Helligkeitswerte vom Sen- sor 18 empfängt und programmiert ist, diese in mo- mentane Auslenkungen des Werkstücks umzurechnen und daraus das Abklingverhalten der gesamten Schwingung zu berechnen, oder gegebenenfalls auch die Schwin- gung in ihre einzelnen Spektralkomponenten zu zer- legen und deren Frequenzen sowie ihr zeitliches Verhalten zu ermitteln. Da die Schwingungsmoden des Werkstücks 1, die den einzelnen Spektralkomponenten entsprechen, untereinander gekoppelt sind, kann das zeitliche Verhalten dieser einzelnen Komponenten recht komplex sein, so können zum Beispiel je nach Werkstück Schwebungen zwischen einzelnen Komponen- ten auftreten, die Intensität einzelner Komponenten
kann nach dem AnstoSen des Werkstücks 1 allmählich zunehmen, da Schwingungsenergie erst allmählich in die entsprechende Schwingungsmode eingekoppelt wird, etc. Amplituden und Frequenzen der einzelnen Spektralkomponenten können mit Hilfe bekannter Ver- arbeitungstechniken wie etwa der schnellen Fourier- Transformation auf einfache Weise gewonnen werden, und aus einem eventuellen Abweichen der gemessenen Werte von zuvor an bekanntermaßen fehlerfreien Werkstücken ermittelten Normwerten kann leicht auf einen Fehler im Werkstück 1 geschlossen werden. Ein an den Computer 20 angeschlossener Bildschirm 22 zeigt die Ergebnisse der Auswertung an, zum Bei- spiel als Zahlenwerte der gemessenen Frequenzen, Abklingzeiten etc. Selbstverständlich kann der Bildschirm 22 auch eine vom Computer 20 getroffene Entscheidung über die Fehlerhaftigkeit oder Fehler- freiheit des Werkstücks anzeigen.
Figur 3 zeigt eine Variante der Vorrichtung, bei der die Schwingung des Werkstücks 1 nicht auf op- tisch-interferometrischem Wege, sondern akustisch mit Hilfe eines Mikrofons 23 erfaßt wird. Die Ver- arbeitung des vom Mikrofon 23 gelieferten Signals ist im wesentlichen die gleiche wie beim vom Sensor 18 gelieferten Signal und wird mit den gleichen Vorrichtungen 19 bis 22 durchgefuhrt. Die akusti- sche Untersuchung des Werkstücks kann auch beglei-
tend zur interferometrischen erfolgen. Dabei unter- scheiden sich die beiden Varianten im wesentlichen dadurch, daß das im in Figur 2 gezeigten Aufbau ausgewertete optische Signal nur von einem örtlich begrenzten Bereich des Werkstücks gewonnen wird, während das akustische Signal ein"gemitteltes"Si- gnal ist, zu dem das gesamte Werkstück beiträgt.
Es wird nun die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben. Eine Bedienungsperson pla- ziert ein zu überprüfendes Werkstück 1, hier einen Nockenring, auf den Silikonsäulen 2. Diese unter- stützen den Ring an drei Punkten, so daß seine räumliche Lage festgelegt ist. Falls notwendig, ju- stiert die Bedienungsperson die Position der Grund- platte 3, um die Intensität des vom Werkstück 1 zum Sensor 18 reflektierten Lichts zu maximieren. Dann lenkt sie mit Hilfe des Hebels 7 das Pendel zum An- schlagelement 10 aus. Gleichzeitig mit dem Loslas- sen des Hebels triggert sie, zum Beispiel über ei- nen Schalter, die Einrichtung zum Messen der Schwingung, die das Oszilloskop 19, den AD-Wandler 21 und den Computer 20 umfaßt. So ist der Computer 20 in der Lage, die Zeit zwischen dem Loslassen des Pendels und dem Einsetzen der Schwingung des Werk- stücks 1 zu messen und, falls diese Zeit zu weit von einem erwarteten Wert abweicht, eine Warnung
auszugeben, daß die Messung vermutlich untauglich ist.
Falls, wie oben als Abwandlung beschrieben, der An- schlag 10 eine Magnetspule enthält, kann das Trig- gern der Meßeinrichtung und das Unterbrechen des Stroms dieser Spule mit einem gemeinsamen Schalter erfolgen.
Anschließend berechnet der Computer 20 aus den vom Sensor 18 gelieferten Helligkeitswerten die momen- tane Auslenkung des Werkstücks 1 aus seiner Ruhepo- sition und daraus die Amplitude der Schwingung.
Durch fortlaufende Überwachung der Amplitude wird die Abklingzeit ermittelt. Vorherige Messungen an den hier als Werkstück verwendeten Nockenringen ha- ben ergeben, daß diese normalerweise eine Abkling- zeit in einem Bereich um 800 ms aufweisen. Dem Com- puter wird deshalb vorgegeben, einen Nockenring dann als ordnungsgemäß zu bewerten, wenn die gemes- sene Abklingzeit zwischen 600 und 1500 ms liegt.
Dabei werden nach oben wesentlich größere Abwei- chungen vom normalen Wert zugelassen als nach un- ten, weil eine lange Abklingzeit im allgemeinen als ein Hinweis auf eine gute, riß-und störungsfreie Materialstruktur angesehen wird. Falls eine Ab- klingzeit von mehr als 1500 ms gemessen wird, liegt vermutlich ein Meßfehler vor. In einem solchen Fall
kann die Messung von Anfang an wiederholt werden, oder'der betreffende Nockenring wird nach einem an- deren Verfahren überprüft.
Falls die Abklingzeit zwischen 100 und 400 ms liegt, entscheidet der Computer 20, daß der Nocken- ring schlecht ist. Eine kürzere Abklingzeit als 100 ms ist wiederum ein Hinweis auf einen Mangel der Messung.
Falls die Abklingzeit zwischen 400 und 600 ms liegt, ist die Beurteilung nicht völlig sicher. Ein geringwertiges Werkstück könnte in einem solchen Fall einfach verworfen werden, bei höherwertigen kann es wirtschaftlich sein, vorher noch eine Über- prüfung nach einem anderen Verfahren durchzuführen.
Figur 4 zeigt ein typisches Ergebnis einer Überprü- fung einer Charge von 300 Nockenringen in Form ei- nes Diagramms, an dessen Achsen die Ordnungszahl des jeweiligen Nockenrings beziehungsweise die ge- messene Abklingzeit in ms aufgetragen ist. Die überwiegende Mehrheit der Nockenringe hat Abkling- zeiten, die in ein in der Figur schraffiert darge- stelltes Band zwischen 600 und 1000 ms fallen, lie- gen also innerhalb des gestrichelt dargestellten Intervalls von 600 bis 1500 ms, innerhalb dessen die Nockenringe für in Ordnung befunden werden.
Einzelne Ringe, im Diagramm durch Kreuzchen 30 dar- gestellt, haben Abklingzeiten zwischen 100 und 400 ms und werden somit als fehlerhaft aussortiert.
Figur 5 zeigt die Ergebnisse einer Modelluntersu- chung an zwei verschiedenen Chargen von Nockenrin- gen, die sich in ihren Abmessungen unterscheiden.
An den Achsen des Diagramms sind horizontal die Ordnungszahlen der Nockenringe und vertikal ihre Resonanzfrequenz in Hz aufgetragen. Die erste Char- ge entspricht dem mit I bezeichneten Bereich des Diagramms, die zweite dem mit II bezeichneten. In die erste Charge ist im mit 31 bezeichneten Ab- schnitt eine Gruppe von defekten Nockenringen ein- gefügt. Der Meßwert jedes Nockenrings dieser Gruppe ist durch einen Kreis im Diagramm bezeichnet. Man erkennt, da$ die gemessenen Resonanzfrequenzen der defekten Nockenringe stark streuen und meist unter- halb der für die Charge typischen Resonanzfrequenz von ca. 3750 Hz liegen. Ausreißer 32 im Bereich I sind auf einzelne defekte Nockenringe beziehungs- weise Meßfehler zurückzuführen. Außerdem ist in die Charge eine kleine Gruppe 33 von Nockenringen der zweiten Charge eingefügt, deren Resonanzfrequenzen signifikant höher bei ca. 4050 Hz liegen. Die zwei- te Charge enthält ebenfalls eine Gruppe 34 von de- fekten Nockenringen, deren Meßwerte, durch kleine Kreise bezeichnet, im Vergleich zur eigentlichen
Charge stark streuen und im Mittel niedriger lie- gen.- Mit der vorliegenden Erfindung wird ein wenig auf- wendiges Verfahren zur Qualitätsprüfung von Werk- stücken aus praktisch beliebigen festen Materialien geschaffen, bei dem die Auswertung der Meßergebnis- se einfach und zuverlässig ist und das gesamte Ver- fahren leicht automatisierbar und somit ohne Schwierigkeiten in eine automatische Fertigung der Werkstücke einbeziehbar ist.