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Title:
METHOD AND DEVICE FOR ULTRASONIC TESTING OF A COMPONENT
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2010/060758
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method and to a device for ultrasonic testing of a component section (12) protruding from a surface (X-Z plane) of a flat component (14) by means of local immersion technique, wherein a test head arrangement (16) having a test head (50), which is supported so as to be movable in the X direction transversely to the component section (12) to be tested and to which force is applied so that the test head lies against the component section, is moved along the component section (12). In order to be able to perform a fully automatic test of components having difficult geometric and spatial proportions, it is provided that the test head arrangement (16) comprises a test head holder (20), which holds the test head (50), and a mating holder (22), that the test head holder (20) and the mating holder (22) are steered from a closed first position into an open second position by means of an actuation element (30), that the test head arrangement (16) is positioned over the component section (12) to be tested by a handling apparatus, wherein the test head holder (20) and the mating holder (22) are steered by means of the actuation element (30) into the closed first position, in which force is applied to the test head holder (20) and the mating holder (22) so that the test head holder and mating holder lie against side surfaces (34, 36) of the component section (12), and that the test head arrangement (16) is then driven fully automatically in the longitudinal direction of the component section (12) to be tested according to a specified data set that describes the contour of the component (14) and/or component section (12) along said contour, wherein contour changes of the component section (12) and/or the flat component (14) are compensated by the test head arrangement (16), which is supported in a floating manner so as to be longitudinally movable at least in the Y direction.

Inventors:
KOCH ROMAN (DE)
DE ODORICO WALTER (DE)
Application Number:
PCT/EP2009/064563
Publication Date:
June 03, 2010
Filing Date:
November 03, 2009
Export Citation:
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Assignee:
GE SENSING & INSPECTION TECHNO (DE)
KOCH ROMAN (DE)
DE ODORICO WALTER (DE)
International Classes:
G01N29/265; G01N29/22
Foreign References:
US20060243051A12006-11-02
US5567881A1996-10-22
US20020017140A12002-02-14
US20060236769A12006-10-26
DE10349948B32005-01-13
US4279158A1981-07-21
Attorney, Agent or Firm:
STOFFREGEN, Hans-Herbert (DE)
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Claims:
Patentansprüche

Verfahren und Vorrichtung zur Ultraschallprüfung eines Bauteils

1. Verfahren zur Ultraschallprüfung eines von einer Oberfläche (X-Z- Ebene) eines flächigen Bauteils (14) quer zur Oberfläche abstehenden und vorzugsweise in Z- Richtung verlaufenden streifenförmigen Bauteilabschnitts (12) wie Längsversteifungsträger mittels lokaler Tauchtechnik, wobei eine Prüfkopf anordnung (16) mit einem quer in X-Richtung zu dem zu prüfenden Bauteilabschnitt (12) beweglich gelagertem und kraftbeaufschlagt wie federvorgespannt an dem Bauteilabschnitt anliegenden Prüfkopf (50) entlang des Bauteilabschnitts (12) mittels einer automatisch betriebenen Handhabungseinrichtung verfahren wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Prüfkopfanordnung (16) einen den Prüfkopf (50) aufnehmenden Prüfkopfhalter (20) sowie einen Gegenhalter (22) aufweist, dass der Prüfkopfhalter (20) und der Gegenhalter (22) mittels eines Betätigungselementes (30) aus einer geschlossenen ersten Position in eine geöffnete zweite Position gesteuert werden, dass die Prüfkopfanordnung (16) durch die Handhabungseinrichtung über dem zu prüfenden Bauteilabschnitt (12) positioniert wird, wobei der Prüfkopfhalter (20) sowie der Gegenhalter (22) mittels des Bestätigungselementes (30) in die geschlossene erste Position gesteuert werden, in der der Prüfkopfhalter (20) und der Gegenhalter (22) kraftbeaufschlagt an Seitenflächen (34, 36) des Bauteilabschnitts (12) anliegen, und dass die Prüfkopfanordnung (16) anschließend in Längsrichtung des zu prüfenden Bauteilabschnitts (12) vollautomatisch gemäß eines vorgegebenen, den Verlauf des Bauteils (14) und/oder Bauteilabschnitts (12) beschreibenden Datensatzes entlang dieses verfahren wird, wobei Konturänderungen des Bauteilabschnitts (12) und/oder des flächigen Bauteils (14) durch zumindest in X- und Y-Richtung schwimmend gelagerten Prüfkopfhalter (20) und Gegenhalter (22) ausgeglichen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfkopf anordnung (16) um eine in Z-Richtung verlaufende Achse drehbeweglich gelagert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Prüfkopfhalter (20) und Gegenhalter (22) pneumatisch mittels eines Pneumatiksystems in die geöffnete Position und mittels Federkraft in die geschlossene Position gesteuert werden.

4. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein zwischen Prüfkopfhalter (20) und Gegenhalter (22) gebildeter, und den Bauteilabschnitt (12) aufweisender Zwischenraum vollständig mit aus dem Prüfkopfhalter (20) ausströmendem Wasser überflutet wird.

5. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfkopfanordnung (16) mittels einer Gravitationsausgleichsvorrichtung (18) geführt wird.

6. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die von dem Prüfkopf (50) aufgenommenen Messwerte mittels eines Amplituden-Laufzeit-Ortskurven-Verfahrens (ALOK- Verfahren) und/oder einer Standard-Blendenauswertung aufgezeichnet und ausgewertet werden.

7. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfkopfanordnung (16) mit einer Geschwindigkeit im Bereich von 100 mm/s bis 500 mm/s vorzugsweise 200 mm/s in Längsrichtung verfahren wird.

8. Vorrichtung (10) zur Ultraschallprüfung eines von einer Oberfläche (X-Z- Ebene) eines flächigen Bauteils (14) quer abstehenden und vorzugsweise in Z- Richtung verlaufenden streifenförmigen Bauteilabschnitts (12) wie Längsversteifungsträgers mittels lokaler Tauchtechnik, umfassend eine einen Prüfkopf (50) aufweisende Prüfkopfanordnung (16), welche über eine Haltevorrichtung (18) mit einer automatisch betätigten Handhabungseinrichtung wie Portalroboter verbindbar und mittels dieser entlang des Bauteilabschnitts (12) verfahrbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfkopfanordnung (16) mittels der Haltevorrichtung (18) in Y-Richtung längsbeweglich schwimmend gelagert ist, dass die Prüfkopfanordnung (16) einen den Prüfkopf (50) aufnehmenden Prüfkopfhalter (20) sowie einen Gegenhalter (22) aufweist, dass der Prüfkopfhalter (20) sowie der Gegenhalter (22) entlang einer in X-Richtung verlaufenden Führungsschiene (28) quer zu dem Bauteilabschnitt (12) schwimmend gelagert sind und kraftbeaufschlagt an jeweils einer Seitenfläche (34, 36) des Bauteilabschnitts (12) anliegen, und dass der Prüfkopfhalter (20) und Gegenhalter (22) über ein Bestätigungselement (30) miteinander gekoppelt und aus einer geschlossenen ersten Stellung in eine geöffnete zweite Stellung steuerbar sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfkopfanordnung (16) und/oder die Führungsschiene (28) um eine in Z- Richtung verlaufende Achse drehbeweglich an der Haltevorrichtung (18) gelagert ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltevorrichtung (18) als Gravitationsausgleichsvorrichtung (18) ausgebildet ist.

11. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungselement (30) ein Pneumatikzylinder ist.

12. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass Prüfkopfhalter (20) und Gegenhalter (22) über ein Federelement (28) wie Zugfeder miteinander gekoppelt sind.

13. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass dem Prüfkopfhalter (20) sowie dem Gegenhalter (22) jeweils ein Endschalter (142, 144) wie Näherungsschalter zugeordnet ist.

14. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Prüfkopfhalter (20) und der Gegenhalter (22) jeweils eine an den Seitenflächen (34, 36) des Bauteilabschnitts (12) anliegende Gleitplatte (38, 40) aufweisen, wobei die Gleitplatte (38) des Prüfkopfhalters (20) eine sich in Y-Richtung erstreckende schlitzförmige Öffnung (54) mit einer obenseitigen Öffnung (56) aufweist, wobei die Höhenerstreckung (Y-Richtung) der schlitzförmigen Öffnung (54) größer ist als eine Höhe des Bauteilabschnitts und dass die Gleitplatte (40) des Gegenhalters (22) in Y-Richtung verlaufende Nuten (74) aufweist.

15. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitplatten bzw. Gleitelemente (38, 40) aus einem Kunststoff ausgebildet sind.

16. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Prüfkopfhalter (20) auf eine Unterseite (70) Stütz- und Führungselemente (72) wie Rolle zur Abstützung und Führung auf dem zu prüfenden Bauteil (14) aufweist.

17. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 8 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Prüfkopfhalter (20) zur Aufnahme des Prüfkopfes (50) wie Phase-Array- Prüfkopf einen vorzugsweise quaderförmigen, vorzugsweise metallischen Grundkörper (48) aufweist, mit einer eine Wasserkammer (52) bildenden Ausfräsung, welche durch die Gleitplatte (38) abgedeckt ist, dass in einer der Gleitplatte (38) gegenüberliegenden Wandung (58) eine Aussparung (60) zur Aufnahme des Prüfkopfes (50) ausgebildet ist und dass in Seitenwänden (62, 64) des Grundkörpers (48) in die Wasserkammer (52) mündende Zuläufe (66, 68) angeordnet sind.

Description:
Beschreibung

Verfahren und Vorrichtung zur Ultraschallprüfung eines Bauteils

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Ultraschallprüfung eines von einer Oberfläche (X-Z-Ebene) eines flächigen Bauteils quer zur X-Z-Ebene abstehenden und vorzugsweise in Z-Richtung verlaufenden streifenförmigen Bauteilabschnitts wie Längsversteifungsträger mittels lokaler Tauchtechnik, wobei eine Prüfkopfanordnung mit einem quer in X-Richtung zu dem zu prüfenden Bauteilabschnitt beweglich gelagertem und kraftbeaufschlagt wie federvorgespannt an dem Bauteilabschnitt anliegenden Prüfkopf entlang des Bauteilabschnitts mittels einer automatisch betätigten Handhabung seinrichtung verfahren wird, sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Ultraschallprüfung eines sich von einer Oberfläche (X-Z-Richtung) eines flächigen Bauteils quer zur X-Z-Ebene abstehenden wie in Y-Richtung erstreckenden und in Z-Richtung verlaufenden streifenförmigen Bauteilabschnitts wie Längs Versteifungsträger mittels lokaler Tauchtechnik, umfassend eine einen Prüfkopf aufweisende Prüfkopf anordnung, welche über eine Haltevorrichtung mit einer automatisch betriebenen Handhabungseinrichtung wie Portalroboter verbindbar und mittels dieser entlang des Bauteilabschnitts verfahrbar ist.

Eine Vorrichtung sowie ein Verfahren der eingangs genannten Art ist in der US-A- 2007/0044563 beschrieben. Die Vorrichtung umfasst einen Sensorhalter der ausgebildet ist, um ein oder mehrere lineare Ultraschallsensoren aufzunehmen. Die Vorrichtung liegt mit Rollen auf dem zu prüfenden flächigen Bauteil und wird durch einen Benutzer entlang des zu prüfenden streifenförmigen Bauteilabschnitts geführt. Die Ultraschallsensoren können parallel oder im Wesentlichen parallel zu den zu prüfenden Flächen ausgerichtet werden, wobei ein Abstand zu der zu prüfenden Oberfläche mittels Stellschrauben einstellbar ist.

In der US-B-7,464,596 ist eine Vorrichtung zur Ultraschallprüfung von Profilen beispielsweise U-Profilen beschrieben. Die Vorrichtung umfasst zwei Sensorhalter, von denen zumindest ein Sensorhalter entlang von Führungsschienen verschiebbar angeordnet ist, so dass diese Schwankungen des zu prüfenden Profils ausgleichen kann.

Aus der US-B-4,848,159 ist ein Ultraschallsensor zur Prüfung laminierter Strukturen wie T- oder Doppel-T-Profile bekannt. Die Vorrichtung ist insbesondere ausgebildet, um Fehler im Radiusbereich und angrenzenden Gebieten der laminierten Struktur zu erkennen. Der Sensor umfasst eine Vielzahl von Gleitern, die derart angeordnet sind, um eine koordinierte Bewegung relativ zu dem zu überprüfenden Teil zu gewährleisten. Der Halter umfasst eine Vielzahl von Ultraschalltransducer.

In der DE-B -103 49 948 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Prüfung eines eine komplexe Oberflächekontur aufweisenden Bauteils mittels Ultraschall beschrieben. Ein Prüfkopf wird dabei mittels eines Mehrachsenmanipulators entlang einer Raumkurve in einem Abstand parallel zu der Oberfläche des zu prüfenden Bauteils verfahren. Dabei werden Achsantriebe eines Manipulators entlang von vorbestimmten Stützpunkten synchron verfahren, wobei ein Trigger-Antrieb synchronisiert mit den Achsantrieben angesteuert und zusammen mit allen in Eingriff befindlichen Achsantrieben entsprechend einer vorbestimmten die Oberflächenkontur wiedergebenden Oberflächenlinie verfahren wird.

Die WO-A-03/065788 bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur akustischen Mikroskopie. Das System umfasst einen Controller und einen „JIG", welcher entfernbar an dem zu prüfenden Objekt angebracht ist. Der „JIG" umfasst einen akustischen Transducer, welcher mit dem Controller in Verbindung ist, der die Position des akustischen Transducer steuert. Der „JIG" ist angepasst, um den Controller in die Lage zu versetzen, den akustischen Transducer über dem Objekt zu verfahren und dessen Position während des Scans derart einzustellen, um Konturen des gescannten Abschnittes des Objektes zu kompensieren.

An die Ultraschallprüfung von Flugzeug-Konstruktionsteilen werden besonders hohe Anforderungen gestellt. So besteht nicht nur die Forderung, großflächige Außenwandungen mittels Ultraschall zu prüfen, sondern auch vorzugsweise auf einer Innenseite des Bauteils angebrachte so genannte Längsversteifungsträger (Stringer) einer Ultraschallprüfung zu unterziehen. In manchen Fällen können die Längsversteifungsträger separat getestet werden, bevor diese in ein weiteres Konstruktionselement integriert werden.

Durch Einführung von Faserverbundwerkstoffen in den Flugzeugbau können auch großflächige Komponenten unmittelbar mit integrierten Längsversteifungsträgern hergestellt werden, so dass diese im fertigen Zustand, d. h. als integrierte Einheit überprüft werden müssen.

Eine besondere Herausforderung bei der Ultraschallprüfung stellt der Übergangsbereich zwischen dem Längsversteifungsträger und der zu versteifenden Oberfläche des Konstruktionselements dar. Dieser Übergang wird als „Fuß" bezeichnet und stellt hinsichtlich der Ultraschallprüfung besondere Herausforderungen, da dieser Übergangsbereich in vielen Fällen schwer zugänglich ist.

Um eine ausreichende Prüfung dieses Übergangsbereichs sowie der Längsversteifungsträger selbst sicherzustellen, ist eine präzise Nachführung an Kontur- und Verlaufsänderungen des Übergangsbereichs und/oder des Profils des Längsversteifungsträgers im Bereich von < 1 mm über eine Längsersteckung des Längsversteifungsträgers im Bereich von > 5 m notwendig.

Aufgrund obiger Anforderungen erfolgte die Ultraschallprüfung derartiger Komponenten bisher durch manuelle Überprüfung, da eine automatische Überprüfung aufgrund der schwierigen geometrischen und räumlichen Verhältnisse sehr präzise Prüf kopf halte - rungen und Führungen verlangte, die sehr kostspielig und aufwendig sind.

Davon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zugrunde ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass dieses bei einfacher Ausführungsform eine hohe Genauigkeit liefert. Das Problem wird verfahrensmäßig, u. a. dadurch gelöst, dass die Prüfkopfanordnung einen den Prüfkopf aufnehmenden Prüfkopfhalter sowie einen Gegenhalter aufweist, dass Prüfkopfhalter und Gegenhalter mittels eines Betätigungselementes aus einer geschlossenen ersten Position in eine geöffnete zweite Position gesteuert werden, dass die Prüfkopfanordnung durch die Handhabungseinrichtung über dem zu prüfenden Bauteilabschnitt positioniert wird, wobei der Prüfkopfhalter sowie der Gegenhalter mittels des Bestätigungselementes in die geschlossene Position gesteuert werden, in der der Prüfkopfhalter und der Gegenhalter kraftbeaufschlagt an Seitenflächen des Bauteilabschnitts anliegen und dass die Prüfkopfanordnung anschließend in Längsrichtung des zu prüfenden Bauteilabschnitts vollautomatisch gemäß eines vorgegebenen, den Verlauf des Bauteils und/oder Bauteilabschnitts beschreibenden Datensatzes entlang dieses verfahren wird, wobei Konturänderungen des Bauteilabschnitts und/oder des flächigen Bauteils durch die in zumindest X- und Y-Richtung längsbeweglich schwimmend und vorzugsweise um eine in Z-Richtung verlaufende Achse drehbeweglich gelagerte Prüfkopfanordnung ausgeglichen werden.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird erreicht, dass die durch die Handhabungsmaschine verfahrbare Prüfkopfhalterung und/oder der Prüfkopf in mehreren Freiheitsgraden relativ zu dem Bauteil und/oder Bauteilabschnitt beweglich gelagert ist. Somit kann der Prüfkopf minimalen Verlaufsänderungen bzw. Konturänderungen des Bauteils oder Bauteilabschnitts folgen, ohne dass die Handhabungsmaschine entsprechende Korrekturbewegungen ausführen muss.

Es entfällt ein zeitaufwendiges Setup der Anlage und im Vergleich zur manuellen Überprüfung eine sehr schnelle, reproduzierbare und automatisierte Prüfung.

Da die Steuerung entlastet wird, kann die Prüfung insgesamt schneller ausgeführt werden.

Durch die Ausführung der Prüfkopfanordnung als Prüfkopfhalter sowie Gegenhalter wird eine klammerförmige Anordnung geschaffen, durch die der Prüfkopf stets in Kontakt mit der Seitenfläche des zu prüfenden Bauteils ist. Gemäß einer bevorzugten Verfahrensweise wird ein zwischen Prüfkopfhalter und Gegenhalter gebildeter, und den Bauteilabschnitt aufweisender Zwischenraum vollständig mit aus dem Prüfkopfhalter ausströmendem Wasser überflutet.

Eine weitere bevorzugte Verfahrensweise zeichnet sich dadurch aus, dass ein zwischen Prüfkopfhalter und Gegenhalter gebildeter, und den Bauteilabschnitt aufweisender Zwischenraum vollständig mit aus dem Prüfkopfhalter ausströmendem Wasser überflutet wird.

Durch diese Verfahrensweise wird eine lokale Tauchtechnik realisiert.

Um Höhenänderungen des zu prüfenden Bauteils auszugleichen, wird die Prüfkopfanordnung mittels einer Gravitationsausgleichsvorrichtung geführt.

Die von dem Prüfkopf aufgenommenen Messwerte werden vorzugsweise mittels eines Amplituden-Laufzeit-Ortskurven- Verfahrens (ALOK- Verfahren) und/oder einer Standard-Blendenauswertung aufgezeichnet und ausgewertet.

Aufgrund der besonderen Ausführung einerseits der Prüfkopfanordnung und andererseits der Aufhängung mittels Gravitationsausgleichsvorrichtung sind Prüfgeschwindigkeiten im Bereich von 100 mm/s bis 500 mm/s vorzugsweise 200 mm/s in Längsrichtung möglich.

Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zur Ultraschallprüfung eines sich von einer Oberfläche (X-Z-Richtung) eines flächigen Bauteils in Y-Richtung erstreckenden und in Z-Richtung verlaufenden streifenförmigen Bauteilabschnitts wie Längsversteifungsträger mittels lokaler Tauchtechnik, umfassend eine einen Prüfkopf aufweisende Prüfkopfanordnung, welche über eine Haltevorrichtung mit einer Handhabungsmaschine wie Portalroboter verbindbar und mittels dieser entlang des Bauteilabschnitts verfahrbar ist. Eine solche Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Prüfkopfanordnung mittels der Haltevorrichtung in Y-Richtung längsbeweglich schwimmend und um eine in Z- Richtung verlaufende Achse drehbeweglich an der Haltevorrichtung gelagert ist, dass die Prüfkopfanordnung einen den Prüfkopf aufnehmenden Prüfkopfhalter sowie einen Gegenhalter aufweist, wobei der Prüfkopfhalter sowie der Gegenhalter entlang einer in X-Richtung verlaufenden Führungsschiene quer zu dem Bauteilabschnitt schwimmend gelagert sind und kraftbeaufschlagt an jeweils einer Seitenfläche des Bauteilabschnitts anliegen, und dass der Prüfkopfhalter und Gegenhalter über ein Bestätigungselement miteinander gekoppelt und aus einer geschlossenen ersten Stellung in eine geöffnete zweite Stellung steuerbar sind.

Vorzugsweise ist die Prüfkopfanordnung und/oder die Führungsschiene um eine in Z- Richtung verlaufende Achse drehbeweglich gelagert.

Um zu gewährleisten, dass der Prüfkopf stets an einer Seitenfläche des zu prüfenden Bauteilabschnitts anliegt, ist vorgesehen, dass die Prüfkopfanordnung einen den Prüfkopf aufnehmenden Prüfkopfhalter sowie einen Gegenhalter aufweist, dass der Prüfkopfhalter sowie der Gegenhalter entlang einer in X-Richtung verlaufenden Führungsschiene quer zu dem Bauteilabschnitt beweglich bzw. schwimmend gelagert sind und federvorgespannt an jeweils einer Seitenfläche des Bauteilabschnitts anliegen.

Die Führungsschiene ist um eine in Z-Richtung verlaufende Achse drehbeweglich gelagert. Ferner kann die Prüfkopfanordnung über die als Gravitationsausgleichsvorrichtung ausgebildete Haltevorrichtung in Y-Richtung höhenbeweglich, vorzugsweise schwimmend gelagert sein.

Zur Steuerung von Gegenhalter und Prüfkopfhalter ist ein Betätigungselement wie Pneumatikzylinder vorgesehen.

Damit der Prüfkopfhalter federvorgespannt an der Seitenfläche des zu prüfenden Bauteils anliegt sind Prüfkopfhalter und Gegenhalter über ein Federelement wie Zugfeder miteinander gekoppelt. Endpositionen des Prüfkopfhalters sowie des Gegenhalters werden mittels eines Endschalters wie Näherungs Schalters erfasst.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass der Prüfkopfhalter und der Gegenhalter jeweils eine an den Seitenflächen des Bauteilabschnitts anliegende Gleitplatte aufweisen, wobei die Gleitplatte des Prüfkopfhalters eine sich in Y-Richtung erstreckende schlitzförmige Öffnung mit einer obenseitigen Öffnung aufweist, wobei die Höhenerstreckung (Y-Richtung) der schlitzförmigen Öffnung größer ist als eine Höhe des Bauteilabschnitts und dass die Gleitplatte des Gegenhalters in Y-Richtung verlaufende Nuten aufweist.

Dabei können die Gleitplatten bzw. Gleitelemente aus einem Kunststoff ausgebildet sein.

Um die Bewegung der Prüfkopfanordnung entlang des zu prüfenden Bauteils zu vereinfachen, ist vorgesehen, dass der Prüfkopfhalter auf eine Unterseite Stütz- und Führungselemente wie Rolle zur Abstützung und Führung auf dem zu prüfenden Bauteil aufweist.

Der Prüfkopfhalter weist vorzugsweise einen quaderförmigen, vorzugsweise metallischen Grundkörper auf, mit einer eine Wasserkamera ausbildende Ausfräsung, welche durch die Gleitplatte abgedeckt ist, wobei in einer der Gleitplatte gegenüberliegenden Wandung eine Aussparung zur Aufnahme des Prüfkopfes ausgebildet ist und wobei in Seitenwänden des Grundkörpers in die Wasserkammer mündende Zuläufe angeordnet sind.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen - für sich und/oder in Kombination -, sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung von der Zeichnung zu entnehmenden bevorzugten Ausführungsformen. Es zeigen:

Fig. 1 eine Vorrichtung zur Ultraschallprüfung eines Bauteils,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht von links einer Prüfkopfanordnung,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht der Prüfkopfanordnung gemäß Fig. 2 von rechts,

Fig. 4 eine Vorderansicht der Prüfkopf anordnung,

Fig. 5 eine Seitenansicht der Prüfkopf anordnung,

Fig. 6 eine Rückansicht der Prüfkopf anordnung,

Fig. 7 eine Draufsicht der Prüfkopf anordnung, und

Fig. 8 eine Schnittdarstellung eines Prüfkopfes.

Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung zur Ultraschallprüfung eines Bauteilabschnitts 12 wie Längsversteifungsträgers, welcher sich bezogen auf ein der Fig. 1 zu entnehmendes rechtwinkliges kartesisches Koordinatensystem in Y-Richtung von einer in einer X-Z- Ebene liegende Oberfläche (X-Z-Richtung) eines flächigen Bauteils 14 erstreckt.

Die Angaben in Fig. 1 hinsichtlich der X-, Y- und Z- Achse werden in der Anmeldung berücksichtigt.

Die Prüfung erfolgt mittels lokaler Tauchtechnik. Die Vorrichtung 10 umfasst eine Prüfkopfanordnung 16, welche über eine Haltevorrichtung 18 wie Gravitationsausgleichsvorrichtung mit einer Handhabungsmaschine wie Portalroboter (nicht dargestellt) entlang des Längs Versteifungsträgers 12 verfahrbar ist. Die Prüfkopfanordnung 16 ist im Detail durch die Fig. 2 bis 8 dargestellt.

Die Prüfkopfanordnung 16 umfasst eine Prüfkopfhalterung 20 sowie eine Gegenhalte- rung 22, die über jeweils ein Führungselement 24, 26 entlang einer in X-Richtung, d. h. quer zur Längserstreckung des Längsversteifungsträgers 12 sich erstreckenden Führungsschiene verschiebbar angeordnet sind. An der Gegenhalterung 22 ist ein Betätigungselement wie Pneumatikzylinder 30 befestigt, welcher über eine Betätigungs Stange 32 mit der Prüfkopfhalterung 20 gekoppelt ist. Mittels des Pneumatikzylinders 30 können die Prüfkopfhalterung 20 sowie die Gegenhalterung 22 aus einer ersten, geschlossenen Stellung in eine zweite, geöffnete Stellung gesteuert werden. Die Prüfkopfhalterung 20 sowie die Gegenhalterung 22 weisen jeweils Gleitelemente 38, 40 wie Gleitplatten auf, die parallel oder im Wesentlichen parallel zueinander und zu Seitenflächen 34, 36 der Längsversteifungsträger 12 verlaufen. In der zweiten, geöffneten Stellung sind die Gleitplatten 38, 40 mit einem Abstand zu den Seitenflächen 34, 36 angeordnet. In dieser Stellung kann die Prüfkopfanordnung 16 über dem zu prüfenden Bauteilabschnitt 12 positioniert werden.

Durch Ansteuerung des Pneumatikzylinders 30 kann die Prüfkopfanordnung 16 von der zweiten, geöffneten Stellung in eine erste, geschlossene Stellung gesteuert werden, in der die Gleitplatten 38, 40 federvorgespannt an den Seitenflächen 34, 36 der Längsversteifungsträger 12 anliegen. Dazu ist die Prüfkopfhalterung 20 und die Gegenhalterung 22 über ein Federelement 42 wie Zugfeder miteinander gekoppelt.

Die Führungsschiene 28, entlang der die Prüfkopfhalterung 20 sowie die Gegenhalterung 22 verschiebbar angeordnet sind, ist über ein Drehgelenk 44 mit einem Verbindungsblock 46 der Gravitationsausgleichsvorrichtung 18 verbunden. Das Drehgelenk 44 erlaubt eine Schwenk- bzw. Drehbewegung der Prüfkopfanordnung 16 um eine in Längsrichtung der Längsversteifungsträger 12 verlaufenden Achse (Z-Richtung). Durch die Gravitationsausgleichsvorrichtung 18 ist eine schwimmende Lagerung der Prüfkopfanordnung in Y-Richtung realisiert. Durch die oben beschriebenen Merkmale wird der Vorteil erreicht, dass die Prüfkopf an- ordnung 16 in mehreren Freiheitsgraden beweglich ist, wobei durch die federvorgespannt an den Seitenflächen 34, 36 der Längsversteifungsträger 12 anliegende Halterungen 20, 22 eine Anpassung an Konturänderungen der Längs Versteifungsträger 12 erfolgt, wobei durch die schwimmende Lagerung der Halterungen 20, 22 entlang der Führungsschiene 28 Verlaufsänderungen der Längsversteifungsträger 12 in X-Richtung, d. h. quer zur Längserstreckung der Längsversteifungsträger 12 ausgeglichen werden und wobei durch das Drehlagerelement 44 Änderungen der Neigung der Längsversteifungsträger 12 ausgleichbar sind.

Die Prüfkopfhalterung 20 umfasst einen vorzugsweise metallischen Grundkörper 48 zur Aufnahme eines Prüfkopfes 50 wie Phased-Array-Prüfkopf mit Sende- und Empfangselementen sowie der Gleitplatte 38.

Der Grundkörper 48 ist im Wesentlichen quaderförmig ausgebildet, mit einem Hohlraum 52, der eine Wasserkammer bildet. Die Kammer 52 wird auf einer offenen Seite des Grundkörpers 48 durch die Gleitplatte 38 abgedeckt, welche eine sich in Z-Richtung erstreckende schlitzförmige Öffnung 54 als Wasseraustritts Öffnung umfasst. Die schlitzförmige Öffnung ist zu einer in der X-Z- Ebene des Bauteils 14 verlaufenden Oberfläche hin geöffnet, und weist dort eine schlitzförmige Öffnung 56 auf. Dadurch wird erreicht, dass mittels des Phased-Array-Prüfkopfes 50 auch ein als „Fuß" bezeichneter Übergangsbereich zwischen der Längsversteifungsträger 12 und dem flächigen Bauteil 14 geprüft werden kann.

Der Gleitplatte 38 gegenüberliegend weist der Grundkörper 48 in einer Wandung 58 eine schlitzförmige Öffnung 60 auf, in der der Prüfkopf 50 eingepasst ist und sich innerhalb der Wasserkammer 50 bis hin zu der Gleitplatte 38 erstreckt. In Seitenwandungen 62, 64, welche im Wesentlichen rechtswinklig zu der Vorderwandung 58 sowie der Gleitplatte 38 verlaufen, sind Wasserzuführanschlüsse 66, 68 angeordnet, welche in die Wasserkammer 52 münden. In der Seitenansicht gemäß Fig. 5 ist dargestellt, dass auf einer Unterseite 70 der Prüf- kopfhalterung 20 Abstütz- und Führungselemente 72 wie Rollenelemente angeordnet sind, mittels der die Prüfkopfanordnung 16 über die Oberfläche des Bauteils 14 fahrbar ist.

Bekanntlich arbeitet die Vorrichtung mittels lokaler Tauchtechnik. Über die Wasserzuführungen 66, 68 wird Wasser in die Wasserkammer 52 gespült, welches über die schlitzförmige Öffnung 54 gegen die Seitenfläche 34 der Längs Versteifungsträger 12 geführt wird. Die Längserstreckung der schlitzförmigen Öffnung 54 in Y-Richtung ist länger als die Höhe der Längsversteifungsträger 12, so dass aus der schlitzförmigen Öffnung 54 austretendes Wasser sowohl einen sich zwischen der Gleitplatte 40 der Ge- genhalterung 22 und der Seitenfläche 36 bildenden Zwischenraum als auch einen zwischen Gleitplatte 38 und Seitenfläche 34 gebildeten Zwischenraum ausfüllt, um eine geeignete Ankoppelung der Ultraschallwellen zu erreichen. Zur besseren Wasserverteilung sind in der Gleitplatte 40 der Gegenhalterung 22 sich in Y-Richtung erstreckende Rillen bzw. Nuten 74 zur Wasserverteilung eingebracht.

Ein weiteres Merkmal der Gegenhalterung 22 zeichnet sich dadurch aus, dass diese zum Rippenfuß 58 hin spitz zuläuft, wie der Fig. 6 zu entnehmen ist. Dadurch wird eine Prüfung auch von Längsversteifungsträgern 12 ermöglicht, die gegenüber der Grundfläche des Bauteils 14 geneigt verlaufen.

Um Höhenunterschiede des zu prüfenden Bauteils 12 in Y-Richtung auszugleichen wird die Prüfkopfanordnung 16 mit der Gravitationsausgleichsvorrichtung 18 entlang der zu prüfenden Längsversteifungsträger 12 geführt. Die Gravitationsausgleichsvorrichtung 18 umfasst eine Basisplatte 102, welche fest mit einer Handhabungseinrichtung wie Portalroboter (nicht dargestellt) verbindbar ist. Von einer Oberseite der Basisplatte 102 erstrecken sich Führungszylinder 104, 106, welche mit Abstand zueinander parallel angeordnet sind. In den Führungszylindern 104, 106 sind Führungs Stangen 108, 110 axial verschiebbar gelagert. Erste, untere Enden der Führungsstangen 110, 108, welche sich unterhalb der Basisplatte 102 erstrecken, sind über einen Verbindungsblock 112 miteinan- der verbunden. In dem Verbindungsblock ist das Drehgelenk 44 angeordnet, an dem die Prüfkopf anordnung 16 befestigt ist.

Zweite, obere Enden 120, 122 der Führungsstangen 110, 108, welche sich oberhalb der Basisplatte 102 erstrecken, sind ebenfalls über ein Verbindungselement 124 miteinander verbunden. Das Verbindungselement 124 ist mit einem geschlossenen Band 130 verbunden, welches über eine erste Umlenkrolle 126 und eine zweite Umlenkrolle 128 (nicht dargestellt) geführt wird. Ferner ist das Band 130 mit einem Gravitationsgegengewicht 132 gekoppelt, welches entlang von Führungs Stangen 134, 136 entgegensetzt zu der Bewegung des Prüf kopfes 10 verschiebbar geführt ist. Enden der Führungs Stangen 134, 136 sind über eine Achse miteinander verbunden, auf der die erste Umlenkrolle 126 zwischen den Führungsstangen umlaufend drehbar gelagert ist. Die zweite Umlenkrolle 128 ist in der Basisplatte 102 drehbar gelagert.

Ferner ist auf der Basisplatte 110 ein Pneumatikzylinder 138 vorgesehen, vorzugsweise zwischen den Führungs Stangen 110, 108, wobei eine Kolbenstange 140 des Pneumatikzylinders 138 mit dem Verbindungsblock 112 verbunden ist, um den Prüfkopf 10 in Arbeitsposition zu justieren.

Ein Verfahren zur Prüfung von insbesondere der Längsversteifungsträger 12 des flächigen Bauteils 14 zeichnet sich dadurch aus, dass die Prüfkopfhalterung 20 und Gegenhal- terung 22 zunächst in geöffneter Stellung über dem Bauteilabschnitt 12 angeordnet werden. Nach einer Sicherheitsüberprüfung durch Abfragen von Endschaltern, welche die Endpositionen der Prüfkopfhalterungen 20 sowie die der Gegenhalterungen 22, prüfen, wird der Wasserzulauf geöffnet und die Prüfkopfanordnung 16 wird durch die Handhabungsmaschine über dem Bauteilabschnitt 12 abgesetzt.

Durch Ansteuerung des Pneumatikzylinders wird die Prüfkopfhalterung 20 und die Ge- genhalterung 22 in die geschlossene Stellung gesteuert, so dass die Halterungen 20, 22 federvorgespannt an den Seitenflächen 34, 36 anliegen. Anschließend wird die Prüfkopfanordnung entlang Richtung (Z-Richtung) entlang der Längsversteifungsträger 12 verfahren und Messwerte aufgenommen, wobei die Ultraschallprüfung vorzugsweise nach dem Amplituden-Laufzeit-Ortskurven- Verfahren (ALOK- Verfahren) und/oder alternativ kombiniert mit der Standard- Blendenauswertung durchgeführt wird.