GOLDAMMER, Matthias (Türkenstr. 54, München, 80799, DE)
HOMMA, Christian (Baldhamerstr. 18, Vaterstetten, 85591, DE)
ROTHENFUSSER, Max (Pfingstrosenstr. 15, München, 81377, DE)
BAUMANN, Joachim (Spervogelstr. 3, München, 81925, DE)
GOLDAMMER, Matthias (Türkenstr. 54, München, 80799, DE)
HOMMA, Christian (Baldhamerstr. 18, Vaterstetten, 85591, DE)
ROTHENFUSSER, Max (Pfingstrosenstr. 15, München, 81377, DE)
| Patentansprüche
1. Prüfteilhalterung (3; 11) zur Vibrations-Materialprüfung, insbesondere Ultraschall-Materialprüfung, an der eine Vibra- tions-Anregeeinheit (5) kraftschlüssig fest angebracht ist.
2. Prüfteilhalterung (3; 11) nach Anspruch 1, bei der die Vibrations-Anregeeinheit ein Ultraschall-Anreger (5) ist.
3. Prüfteilhalterung (3; 11) nach Anspruch 1 oder 2, ferner aufweisend eine Schwingungsentkopplungseinheit (9; 13) zur Schwingungsentkopplung der Prüfteilhalterung (3; 11) gegenüber mit der Prüfteilhalterung (3; 11) verbundenen Elementen.
4. Prüfteilhalterung (11) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die als Greifer (12) eines Roboterarms (12) vorliegt .
5. Prüfanlage (1; 8; 10) mit einer Prüfteilhalterung (3; 11) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend eine Wärmebildkamera (7) zur Erfassung einer Temperatur an einem von der Prüfteilhalterung (3; 11) gehaltenen Prüfteil (2) .
6. Prüfanläge nach Anspruch 5, ferner aufweisend mindestens ein weiteres Mittel zur Einbringung von Energie außer Vibra ¬ tionsenergie .
7. Prüfanläge nach Anspruch 6, die dazu eingerichtet ist, Ma- terialprüfablaufe außer zur Vibrations-Materialprüfung durchzuführen
8. Verfahren zur Vibrations-Materialprüfung, insbesondere Ultraschall-Thermographieprüfung, bei dem eine Vibrations- energie von einer Vibrations-Anregeeinheit (5) über eine da ¬ mit fest und kraftschlüssig verbundene Prüfteilhalterung (3; 11) in ein in der Prüfteilhalterung (3; 11) gehaltenes Prüfteil (2) eingebracht wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem die Vibrationsenergie eine Ultraschallenergie ist.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, bei dem zumindest die Vibrations-Anregeeinheit (5), die Prüfteilhalterung (3; 11) und das Prüfteil (2) gegenüber anderen Komponenten schwin- gungsentkoppelt werden.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, bei dem das Prüfteil (2) mittels eines Greifers eines Roboterarms (12) gehaltert wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, bei dem eine Temperatur des Prüfteils (2) abgetastet wird.
13. Prüfteil zur Verwendung bei einer Vibrations-Materialprüfung, insbesondere Ultraschall-Thermographieprüfung, bei dem eine Vibrations-Anregeeinheit (5) kraftschlüssig fest an- gebracht ist. |
Beschreibung
Prüfteilhalterung und Verfahren zur Vibrations-Materialprüfung
Die Erfindung betrifft eine Prüfteilhalterung, eine Prüfanlage mit einer Prüfteilhalterung sowie ein Verfahren zur Vibrations-Materialprüfung, insbesondere Vibrations-Thermographie- prüfung.
Bei der Vibrations-Thermographieprüfung bzw. ultraschallangeregten Thermographie wird ein zu untersuchendes Prüfteil mittels Ultraschallbeaufschlagung zu einer Vibration angeregt, die zu einer Erwärmung an Fehlstellen, wie z. B. Rissen oder an mangelhaften Verbindungen bei Fügeteilen (unter Nutzung der verschiedenen Fügetechniken wie Löten, Schweißen, Nieten, Kleben, Crimpen, Bonden, Verschrauben usw.) führt. Dazu wird bisher das Prüfteil an einer Stelle mittels einer Halterung fixiert und an einer anderen geeigneten Stelle mit- tels einer angepressten Ultraschall-Sonotrode zur Vibration angeregt. Die so erzeugte Erwärmung kann dann mittels einer Infrarotkamera erfasst werden.
Durch eine nicht vollständig kraftschlüssige mechanische Ver- bindung der Sonotrode mit dem Prüfteil kann die Sonotrode bei der Vibration abheben und auf die Einkoppelstelle „hämmern". Daraus ergibt sich das Problem, dass an der Einkoppelstelle der Ultraschall-Sonotrode eine unerwünschte Erwärmung auftritt. Dieses Problem wird bislang dadurch umgangen, dass entweder von vornherein bekannt ist, dass Fehler nicht in der Umgebung der Einkoppelstelle auftreten, oder das Prüfteil ausgehend von mindestens zwei ausreichend voneinander entfernten Einkoppelstellen untersucht wird. Des Weiteren ergibt sich bei der „hämmernden" Einkopplung der Vibration eine ver- minderte Energieübertragung.
Unter Umständen kann das Hämmern an der Einkoppelstelle das Prüfteil sogar beschädigen. Dieses Problem wird zur Zeit da-
durch gelöst, dass ein Koppelmedium (Pappe, Kork, textiles Klebeband, o.a.) zwischen Prüfteiloberflache und Sonotrode eingebracht wird. Der Nachteil dabei ist die Dämpfung des Ultraschalls durch das Medium, was ebenfalls zu einer gerin- geren Vibration des Prüfteils führt.
Die zusätzliche Fixierung des Prüfteils in der Halterung weist zudem den Nachteil auf, dass ein Großteil der Vibrati ¬ onsenergie auch die gesamte Halterung mit erfasst und dadurch wiederum die Vibration des Prüfteils erheblich vermindert ist .
Es ist bekannt, dass eine resonante Anregung des Prüfteils zu einer besonders effektiven Anregung des Prüfteils (d. h., mit einer maximalen Vibrationsamplitude) führt. Durch die feste
Verbindung des Prüfteils zur Halterung / zum Tisch ist jedoch für die Anregung von Resonanzen das Gesamtsystem Prüfteil / Halterung / Tisch / Sonotrode zu betrachten, was eine wesentlich höhere Anregungsleistung erfordert, als wenn nur das Prüfteil allein angeregt werden muss.
Zudem ist bei komplexen Geometrien die Prüfung aus mehreren Blickwinkeln notwendig, was sich mit dem bekannten Aufbau nur umständlich realisieren lässt. Dabei müssen mehrere Blickwin- kel z. B. mittels einer geeigneten Drehvorrichtung und einer zusätzlichen Kameraverstellung realisiert werden.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Möglichkeit zur vereinfachten, zuverlässigeren und schadens- unanfälligeren Vibrations-Thermographieprüfung bereitzustellen .
Diese Aufgabe wird durch eine Prüfteilhalterung nach Anspruch 1, eine Prüfanlage nach Anspruch 5, ein Verfahren nach An- spruch 6 und ein Prüfteil nach Anspruch 13 gelöst. Vorteil ¬ hafte Ausgestaltungen sind insbesondere den Unteransprüchen zu entnehmen.
An der Prüfteilhalterung ist zur Vibrations-Thermographie- prüfung eine Vibrations-Anregeeinheit kraftschlüssig fest an ¬ gebracht, z. B. verschraubt oder fest eingeklemmt. Die Vibra ¬ tionsenergie wird somit indirekt über die Prüfteilhalterung in das Prüfteil eingekoppelt.
Da das Hämmern auf dem Prüfteil und die Beschädigung der Ein ¬ koppelstelle durch die lose, d. h. nicht kraftschlüssige Kopplung zwischen Vibrations-Anregeeinheit und Prüfteil be- dingt ist, wird dies durch die feste, kraftschlüssige Verbin ¬ dung vermieden. Zudem wird so auch eine einfache resonante Anregung des Prüfteils ermöglicht.
Vorzugsweise ist die die Vibrations-Anregeeinheit ein Ultra- schallerreger.
Bevorzugt wird eine Prüfteilhalterung, die eine Schwingungs- entkopplungseinheit zur Schwingungsentkopplung der Prüfteil- halterung gegenüber damit verbundenen Elementen aufweist, z. B. gegenüber einem eine Ultraschall-Prüfanläge tragenden
Tisch. Die Schwingungsentkopplung sorgt dafür, dass weniger Ultraschallleistung über diese Elemente verloren geht.
Es ist vorteilhaft, wenn die Halterung als Greifer eines Ro- boters bzw. Roboterarms aufgebaut ist, wobei durch das
Schließen des Greifers automatisch der Kraftschluss hergestellt wird. Das Prüfteil kann nun unter nahezu beliebigen Winkeln betrachtet werden.
Die Prüfanlage weist sowohl die obige Prüfteilhalterung auf, als auch eine Wärmebildkamera zur flächigen Erfassung einer Temperatur bzw. der Infrarot-Abstrahlung an einem von der Prüfteilhalterung gehaltenen Prüfteil. Dadurch können die bekannten Thermographieverfahren eingesetzt werden. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung eines Roboterarms mit der
Prüfanlage, da so das Prüfteil sehr einfach unter verschiede ¬ ne Perspektiven bezüglich der Infrarotkamera positioniert werden kann.
Die Prüfanlage kann zusätzlich zu der Vibrations-Anrege- einheit mit weiteren Anregeeinheiten zur Energieeinbringung in das Bauteil ausgestattet sein. Beispielsweise kann eine Blitzanlage verwendet werden, um Blitz-Thermographieprüfungen mit der Prüfanläge durchzuführen.
Die Prüfanlage kann zudem weitere Materialprüfmethoden außer der Vibrationsprüfung durchführen, wie z. B. eine Röntgen- durchstrahlung (einfache 2D-Durchstrahlung oder 3D-Röntgen- Computertomographie) oder 3D-Formerfassung (z. B. durch Streifenprojektion), wodurch mehrere Prüfmethoden durchgeführt werden können, ohne das Prüfteil umzubauen.
Bei dem Verfahren zur Vibrations-Materialprüfung, insbesondere Vibrations-Thermographieprüfung, und spezieller bei der Ultraschall-Thermographieprüfung, wird eine Vibrationsenergie von einer Vibrations-Anregeeinheit über eine damit fest und somit kraftschlüssig verbundene Prüfteilhalterung (indirekt) in ein in der Prüfteilhalterung gehaltenes Prüfteil eingebracht .
Vorzugsweise ist die Vibrationsenergie eine Ultraschallenergie. Bevorzugt wird ferner ein Verfahren, bei dem zumindest die Vibrations-Anregeeinheit, die Prüfteilhalterung und das Prüfteil gegenüber anderen Komponenten, z. B. einem Tisch, schwingungsentkoppelt werden. Vorzugsweise wird das Prüfteil mittels eines Greifers eines Roboters bzw. Roboterarms gehal ¬ tert. Bevorzugt wird ein Verfahren, bei dem eine Temperatur des Prüfteils abgetastet wird.
Aus der Temperatur kann nach bekannten Methoden auf Fehlstellen geschlossen werden.
Das Prüfteil ist Prüfteil zur Verwendung bei einer Vibrati ¬ ons-Materialprüfung, insbesondere Ultraschall-Thermographie- prüfung, vorgesehen, bei dem eine Vibrations-Anregeeinheit kraftschlüssig fest angebracht ist. Bei geeignet konstruier-
tem Prüfteil ist z. B. eine direkte Verschraubung von Erreger und Prüfteil denkbar.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbei- spielen schematisch näher beschrieben. Dabei werden zur verbesserten übersichtlichkeit gleiche oder gleich wirkende Teile mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet.
FIG 1 zeigt in Schrägansicht eine Prüfanlage nach dem Stand der Technik;
FIG 2 zeigt in Schrägansicht eine Prüfanlage nach einer ersten Ausführungsform;
FIG 3 zeigt in Schrägansicht eine Prüfanlage nach einer zweiten Ausführungsform;
FIG 4 zeigt in Schrägansicht eine Prüfanlage nach einer dritten Ausführungsform;
FIG 1 zeigt einen typischen Aufbau einer herkömmlichen Prüfanlage 1 mit lose, d. h. nicht vollständig kraftschlüssig kontaktierender Ultraschallerregung des Prüfteils 2, hier: einer Turbinenschaufel. Dazu ist das Prüfteil 2 in eine mas- sive Halterung 3 fest eingespannt, welche wiederum auf einem feststehenden Tisch 4 montiert ist. Ein hier mit einer So- notrode ausgestatteter Ultraschallerreger 5 wird pneumatisch mittels einer Vorschubeinheit 6 nach oben geschoben und kontaktiert das Prüfteil 2 direkt durch eine Aussparung in der Tischplatte (ohne Abb.). Die Temperatur des Prüfteils 2 wird mittels einer Wärmebildkamera 7 abgetastet. Eine alternative Möglichkeit zur direkten Ultraschallerregung ist die Verwendung einer Ultraschallschweißpistole (ohne Abb.), die manuell auf das Prüfteil gedrückt wird. In beiden herkömmlichen Fäl- len ergibt sich durch die mechanische Bewegung der Sonotrode bzw. des Ultraschallerregers 5 auf dem Prüfteil 2 das Problem, dass an der Einkoppelstelle eine unerwünschte Erwärmung, unter Umständen auch eine Beschädigung, des Prüfteils dadurch
erfolgt, dass die Einkopplung nicht vollständig kraftschlüssig stattfindet, sondern dass der Ultraschallerreger 5 bei der Vibration abhebt und dadurch auf die Einkoppelstelle „hämmert" .
FIG 2 zeigt eine Prüfanlage 8 mit indirekter Ultraschallerre ¬ gung des Prüfteils 2. Eine Vibrations-Anregeeinheit, insbe ¬ sondere der Ultraschallerreger 5, ist, z. B. mittels Schrau- bens oder Klemmens, kraftschlüssig fest an der Prüfteilhalte- rung 3 angebracht. Dadurch werden ein Hämmern auf dem Prüfteil und eine Beschädigung an der Einkoppelstelle vermieden. Zudem wird so auch eine einfache resonante Anregung des Prüf ¬ teils ermöglicht. Insbesondere kann die Halterung 3 kompakt und leicht ausgeführt werden.
Die Prüfteilhalterung 3 weist ferner eine Schwingungsentkopp- lungseinheit 9, z. B. eine Platte aus Kork, zur Schwingungs ¬ entkopplung der Prüfteilhalterung 3 gegenüber dem Tisch 4 auf. Dadurch geht weniger Ultraschallleistung über den Tisch verloren.
FIG 3 zeigt eine modifizierte Prüfanlage, bei der Erreger 5 selbst als mechanische Stütze für die Halterung 3 dient, wo ¬ durch die Schwingungsentkopplung 9 weiter vereinfacht wird, da die Halterung 3 selbst nicht mehr mit dem Tisch 4 verbun ¬ den ist.
FIG 4 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Prüfanlage 10 mit indirekter Ultraschallerregung des Prüfteils 2. Der UIt- raschallerreger 5 ist nun kraftschlüssig fest an einer Prüf- teilhalterung in Form eines Greifers 11 einer Roboterarms 12 angebracht, wobei durch das Schließen des Greifers 11 automa ¬ tisch der Kraftschluss mit dem Prüfteil 2 hergestellt wird. Das Prüfteil 2 kann nun durch Bewegung des Roboterarms 12 un- ter nahezu beliebigen Winkeln durch die Wärmebildkamera 7 be ¬ trachtet werden. Der Greifer 11 ist vom Rest des Roboterarms 12 durch eine Schwingungsentkopplungseinheit 13 weitgehend vibrationsentkoppelt .