Stand der Technik Verfahren und Vorrichtungen der einleitend bezeichneten Art sind in vielfältigen Ausgestaltungen bekannt geworden.

Derartige Verfahren sind zur Qualitätssicherung von Produkten erforderlich und dienen u. a. der Überprüfung von Schweißnähten, kaltverformten Metallteilen oder Gussteilen.

Beispielsweise werden Oberflächen zur Erkennung kleinster Risse und Oberflächenporen mit einem Profilometer abgefahren, bei welchem eine Nadel die Oberflächenstruktur aufnimmt.

Diese Untersuchungsmethode ist nicht nur zeitintensiv, sondern auch nur bedingt zerstörungsfrei, da die Messnadel die Oberfläche berührt. Dabei unterliegt der Messnadel außerdem einem unerwünschtem Verschleiß.

Eine berührungslose Analysemethode ist dagegen die Wirbelstromprüfung. Diese ist jedoch nur für metallische Objekte geeignet und Defekte von kleiner 100 ym lassen sich nicht mehr sicher detektieren. Darüber hinaus ist auf Grund eines notwendigerweise geringen Abstands zwischen Wirbelstromsonde und Prüfling eine Kollision der Sonde mit dem Prüfling und damit eine Beschädigung der Sonde und/oder der Prüflingsoberfläche nicht ausgeschlossen.

Im Weiteren werden optische Analysemethoden eingesetzt, wie z. B. die Streulichtanalyse oder die Streifenlichtanalyse.

Diese Analysemethoden sind jedoch nur bei homogenen optischen Eigenschaften (Helligkeit, Farbe, Glanz, Transparenz, Form) der zu untersuchenden Oberflächen erfolgreich.

Als weiteres Analyseverfahren wird eine Hochspannungsprüfung eingesetzt, die sich jedoch lediglich für nicht leitende Werkstoffe eignet und mit welcher Defekte in Form von durchgehenden Rissen oder Löchern aufzufinden sind.

Auch Verfahren zur Dichtigkeitsprüfung eigenen sich zum Auffinden von durchgängigen Rissen und/oder Löchern, jedoch nur an speziellen Bauteilgeometrien.

Mit Hilfe von Verfahren, bei welchen eine Röntgendurchstrahlung vorgenommen wird, können lediglich vergleichsweise grole Defekte aufgefunden werden, das heißt, die Risstiefe bzw. Breite ist groS gegenüber der Werkstoffdicke.

Aufgabe und Vorteile der Erfindung Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Analysemethode bereitzustellen, mit welcher sich insbesondere kleinste kantenförmige UnregelmäSigkeiten auf von Gegenständen berührungslos und sicher auffinden lassen.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 sowie des Anspruchs 7 gelöst. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung angegeben.

Der Kerngedanke bei dem einleitend bezeichneten Verfahren liegt darin, dass ein möglichst wirbelarmer Gasstrom, d. h. vorzugsweise laminarer Gasstrom auf die zu untersuchende Oberfläche gerichtet wird, und dass der Schallpegel bei einer Wechselwirkung des Gasstroms mit der zu untersuchenden Oberfläche als Maß für Unregelmäßigkeiten, z. B. in Form von kantigen Oberflächenstörungen bzw. Kanten in der Oberfläche, ausgewertet wird. Durch diese Vorgehensweise wird auf elegante Art die Erkenntnis ausgenutzt, dass ein möglichst wirbelfreier, vorzugsweise laminar auf eine kantenfreie Oberfläche strömender Gasstrom im Wesentlichen lautlos ist.

Sobald jedoch Wirbel auftreten, das heißt, die Strömung turbulent wird, ist ein erhöhter Schallpegel festzustellen.

Wirbel in der Strömung werden bereits durch kleinste Poren oder Risse in der zu detektierenden Oberfläche erzeugt. Die damit verbundene Schallentwicklung lässt sich sicher und einfach messen.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird der Gasstrom im Wesentlichen senkrecht auf die zu untersuchende Oberfläche ausgerichtet.

Um eine noch bessere Aussage 7aber die Oberflächenqualität zu erhalten, ist es im Weiteren bevorzugt, wenn die Messung bei unterschiedlichen Gasstromwinkeln zur Oberfläche durchgeführt wird.

Außerdem ist es bevorzugt, wenn der Gasstrom in Bezug auf die zu untersuchende Oberfläche bewegt werden kann. Über den größten Teil einer defektfreien Oberfläche wird der Gasstrom im Wesentlichen laminar und damit lautlos strömen. Sobald der Gasstrom jedoch in die Nähe eines Risses, einer Kante oder einer Pore kommt, wird die laminare Strömung gestört, sie wird turbulent. Dieser Effekt macht sich dann als abrupt einsetzendes Rauschen bemerkbar.

Vorzugsweise wird der Schallpegel abhängig vom Auftreffort des Gasstroms auf der Oberfläche von einem Auswertesystem erfasst, durch welches eine Schallpegelkarte erstellbar ist, in welcher die Schallpegel vorzugsweise optisch, z. B. durch entsprechende Farbgebung, dargestellt sind.

Um eine größere Rubustheit des Verfahrens zu erreichen, wird überdies vorgeschlagen, dass ein Umgebungsschallpegel separat erfasst und zur Reduzierung von Fremdschalleinflüssen bei der Auswertung eines Messschallpegels berücksichtigt wird.

Vorzugsweise wird der Umgebungsschallpegel vom Messschallpegel subtrahiert.

Bei einer Vorrichtung der einleitend bezeichneten Art liegt der Kerngedanke der Erfindung darin, dass eine Einrichtung zur Erzeugung eines wirbelarmen, auf die zu untersuchende Oberfläche ausgerichteten Gasstromes vorgesehen ist, und dass Sensormittel zur Schallerfassung vorhanden sind, die den Schallpegel auf Grund der Wechselwirkung von Gasstrom und Oberfläche als Maß für Unregelmäßigkeiten, z. B. in Form von kantigen Oberflächenstörungen bzw. Kanten in der Oberfläche aufnehmen.

Zur Erzeugung eines wirbelarmen Gasstroms wird vorzugsweise eine Gasdüse eingesetzt.

Um eine möglichst laminare Gasströmung zu erhalten ist es im Weiteren günstig, wenn die Gasdüse zumindest teilweise aus Glas besteht, insbesondere im Bereich der Gasaustrittsöffnung. Hierdurch wird der Effekt ausgenutzt, dass Glas eine besonders glatte Oberfläche aufweist, die einer Wirbelbildung entgegenwirkt.

Zur Erzielung eines einfachen Messaufbaus wird überdies vorgeschlagen, dass zur Schallmessung wenigstens ein Mikrofon eingesetzt wird. Anstelle des Mikrofons oder zusätzlich können jedoch auch Mittel zur Körperschallmessung Verwendung finden.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind Mittel zur Fremdschallabschirmung der Sensormittel und/oder zur Schallführung vorgesehen. Beispielsweise wird ein Rohr auf den angeströmten Bereich der Oberfläche gerichtet, mit welchem ein möglicherweise entstehendes Strömungsgeräusch zu einem Mikrofon geleitet wird. Durch die Rohrwandungen wird das Mikrofon nach außen abgeschirmt, so dass Fremdschall aus der Umgebung abgeschirmt werden kann.

Vorzugsweise verjüngt sich das Rohr vom Mikrofon aus in Richtung der Schalleintrittsöffnung, um die Abschirmwirkung zu steigern.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Einrichtung zur Erzeugung eines wirbelarmen Gasstromes und die zu untersuchende Oberfläche zueinander ausrichtbar.

Beispielsweise kann eine Gasdüse an einem frei positionierbaren Roboterarm angeordnet werden. Auf diese Weise lässt sich eine flächendeckende Analyse einer zu untersuchenden Oberfläche, beispielsweise rechnergesteuert, durchführen.

Vorzugsweise ist eine Einheit zur Verstärkung des Signals von den Sensormitteln zur Schallmessung vorgesehen. Anschließend lässt sich das Messsignal in einfacher Weise weiter verarbeiten, beispielsweise auf einen Kopfhörer oder einen Spektrumanalysator geben.

Schließlich ist es vorteilhaft, wenn ein Auswertesystem nach einem festgelegten Verfahren oder Algorithmus automatisch, gegebenenfalls unter Einbeziehung weiterer Sensorsignale und Informationen, eine Qualitätsaussage über den Zustand der untersuchten Oberfläche erzeugt. Durch diese Maßnahme lassen sich rationell grole Stückzahlen von zu untersuchenden Gegenständen überprüfen.

Zeichnungen : Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und unter Angabe weiterer Vorteile und Einzelheiten näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 in schematischer Darstellung eine Vorrichtung zum Detektieren von kantigen Unregelmäßigkeiten in der Oberflächentopographie eines Gegenstandes und Fig. 2 ein prinzipielles Blockschaltdiagramm einer elektronischen Auswerteeinheit für einen Schallsensor, der in einer Vorrichtung gemäß Fig. 1 verwendet wird.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels Die Vorrichtung zum detektieren von kantigen Unregelmäßigkeiten in der Topographie von Oberflächen gemäß Fig. 1 umfasst eine Gasdüse 1 aus vorzugsweise gezogenem Glas mit einer Austrittsöffnung 2 nach einem stark verjüngten Bereich der Düse. wird die Düse 1 durch den Pfeil 3 angedeutet vorzugsweise mit Druckluft beaufschlagt, strömt aus der Gasaustrittsöffnung 2 durch den Pfeil 4 symbolisiert ein im Wesentlichen wirbelfreier Gasstrom und trifft an einem Auftreffort 18 auf die Oberfläche eines Werkstücks 5.

Ausgehend vom Auftreffort 18 strömt das Gas radial über die Oberfläche hinweg. Bei geeignetem Gasdruck und Abstand der Austrittsöffnung 2 zur Oberfläche 6 des Werkstücks 5 strömt der Gasstrom weitgehend wirbelfrei und lautlos. Zur Detektion eines Schallpegels, der sich aus der Wechselwirkung des Gasstroms mit der Oberfläche 6 des Werkstücks 5 ergeben könnte, ist ein Mikrofon 7 vorgesehen, das am Ende eines Messrohres 8 angeordnet ist.

Das Messrohr 8 wird mit seiner Öffnung 9, wie in Fig. 1 beispielhaft dargestellt, vorzugsweise auf den Bereich der Oberfläche 6 ausgerichtet, in welchem der radiale Gasstrom über die Oberfläche gleitet. In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Messrohr auf den Auftreffort 18 gerichtet.

In der in Figur 1 eingezeichneten Position wird das Mikrofon 7 keine Strömungsgeräusche detektieren.

Während der Oberflächeninspektion wird die Düse über die Oberfläche des Werkstücks gefahren. Sobald der Auftreffort 18 in der Nähe eines in der Oberfläche 6 vorhandenen Risses 10 kommt, induzieren die Kanten des Risses in dem Gasstrom Wirbel, wodurch sich abrupt ein Rauschen einstellt, das durch das Mikrofon 7 detektiert wird. Vom Mikrofon 7 wird, wie in Figur 2 dargestellt, ein elektrisches Signal über die Messleitungen 11,12 zu einem Verstärker 13 übertragen. Von dort aus kann das verstärkte Signal z. B. auf einen Kopfhörer 14 oder einen Spektrumanalysator 15 weitergeleitet werden. Das Signal kann jedoch auch in einer Filtereinheit 16 aufbereitet werden, um dann den Schallpegel-Messwert auf einer Anzeigeeinheit 17 auszugeben.

In einer alternativen Ausführungsform ist es auch denkbar, ein Mikrofon unmittelbar in oder im Bereich der Austrittsöffnung 2 der Düse 1 anzubringen. Um breite Bereiche zu erreichen, kann die Düse überdies eine schlitzförmige, auch gekrummte, Austrittsöffnung aufweisen.

Des Weiteren können mehrere Mikrofone zur Detektierung richtungsabhängiger Schallintensitäten zum Einsatz gelangen.

Um die Empfindlichkeit des Verfahrens zu verbessern, kann die Oberfläche eines Werkstücks auch unter verschiedenen Winkeln angeströmt werden, wobei vorzugsweise für jede Winkelstellung eine Auswertung stattfindet. Außerdem kann zur Erhöhung der Detektionssicherheit das erfindungsgemäße Verfahren mit bekannten Verfahren kombiniert werden.

Beispielsweise hat die Düse 1 zur Oberfläche 6 ein Abstand von 0,5-3 mm bei einem Durchmesser der Gasaustrittsöffnung 2 von ca. 100 ym. Es hat sich gezeigt, dass bei einem zu großen Abstand der Gasdüse zu der zu untersuchenden Oberfläche bereits ohne Oberflächenunregelmäßigkeiten ein zunächst laminar austretender Gasstrom turbulent wird und damit ein intensives Grundrauschen generiert. Das heißt, obgleich einer hohen Toleranz gegenüber Abstandsschwankungen der Gasdüse 1 zur Oberfläche eines Werkstücks sollte ein bestimmter "Abstandskorridor"eingehalten werden.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren erhält man eine berührungslose und zerstörungsfreie Analysemethode von Oberflächenunregelmäßigkeiten, die mit einem einfachen und preiswerten Analyseaufbau realisiert werden kann. Des Weiteren liefert eine derartige Analysevorrichtung ein leicht interpretierbares Messsignal, wobei außerordentlich hohe Empfindlichkeiten im Hinblick auf Defektgrößen zu erreichen sind. Es hat sich herausgestellt, dass Defektgrößenabmessungen im Mikrometerbereich noch erkannt werden können.

Das Verfahren ist nicht nur weitgehend unempfindlich gegenüber Abstandschwankungen zwischen Düse und Werkstückoberfläche, sondern auch im Hinblick auf optische, elektrische oder magnetische Oberflächeneigenschaften des Werkstücks. Das Verfahren lässt sich bei unterschiedlichen Materialien, wie Kunststoff, Metall, Glas, Keramik problemlos zum Einsatz bringen. Des Weiteren werden Verunreinigungen auf der Werkstückoberfläche durch den Gasstrom abgetragen, wodurch sich zugleich ein Reinigungseffekt erzielen lässt.

Durch einen miniaturisierten Sensoraufbau können auch sehr kleine Werkstücke und schlecht zugängliche Stellen an Werkstücken, z. B. auch Bohrungsinnenwandungen oder hinterschnittene Hohlräume untersucht werden.