WO2011050992A1 - Coupling element for acoustically coupling a body to a sound transducer, device for detecting sound, and method for monitoring and/or evaluating the machining of a work piece by welding - Google Patents

Coupling element for acoustically coupling a body to a sound transducer, device for detecting sound, and method for monitoring and/or evaluating the machining of a work piece by welding Download PDF

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Ulrich Seuthe
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Definitions

  • Coupling element for the acoustic coupling of a body to a sound transducer, device for detecting sound and
  • the invention relates to a coupling element for the acoustic coupling of a body to a sound transducer, a device for detecting sound and a method for observing and / or evaluating a welding machining of a workpiece to the preamble of claim 1, 6 and 9 respectively.
  • Laser welding involves the use of optical systems for monitoring a laser welding process, which measure the light reflected by the exposure site and attempt to deduce from the spectrum or intensity how the actual laser process is recorded by the material. Satisfactory results are therefore not reliably achievable since several materials are to be connected to one another and the process of thorough welding, that is to say whether the laser energy also causes the required fusion and thermal penetration of all components, is not checked by laser emission reflected on the surface can.
  • the structure-borne noise detection with a probe arm according to DE 94 03 901 111 at a workpiece machining which includes a welding process, in particular an electric welding process, induction hardening or the like, not even possible.
  • a welding process in particular an electric welding process, induction hardening or the like.
  • high currents or high voltages are transmitted from the welding device via the workpiece and the sensing arm to the sound transducer.
  • the structure-borne sound signals are disturbed by the electrical interaction, which is triggered by the welder.
  • This disturbance is due to the fact that the sound transducer, which is usually operated electrically, is influenced by the electrical interaction.
  • Proper calibration of the transducer with a view to subsequent elimination of the interference is difficult in that the disturbances are irregular and occur only during processing.
  • DE 39 35 956 C1 relates to a device for ultrasonic testing, but not during welding and induction hardening during the machining process.
  • DE 6 125 705 a device for testing welded joints is known.
  • US 3 965 726 relates to the evaluation of load waves during welding.
  • US 3 325 781 shows an ultrasonic transceiver.
  • the invention is based on the object, a coupling element for the acoustic coupling of a body to a sound transducer, a device for detecting sound and a method for observation and / or evaluation of a machining of a workpiece the preamble of claim 1, 6 and 9 respectively to provide a reliable sound-based observation and / or evaluation of a welding or induction hardening or the like of workpieces.
  • This object is achieved by a coupling element for the acoustic coupling of a body to a sound transducer, a device for detecting sound and a method for monitoring and / or evaluation of a machining of a workpiece according to claim 1, 6 and 9, respectively.
  • a coupling element for acoustically coupling a body to a sound transducer for detecting sound arising as a result of machining the body or a sound-coupled element to the body, in which the coupling element comprises an electrically insulating coupling material.
  • the body or element may be, for example, a workpiece. This can be fed to a welding processing. In this respect, it is preferably metal parts that have electrically conductive properties.
  • the welding process may include a laser or electrofusion process. In both processes, electric fields are generated, which cause an electrical or electronic, ie the electrons, interaction in the workpiece; The same applies to induction hardening and comparable machining processes.
  • the inventive electrical decoupling of the sound transducer from the workpiece the electrical or electronic interactions are not transmitted to the sound transducer. This applies in particular to the electrical impulses, that is to say current or voltage pulses which are generated in an electrical welding apparatus and transmitted to the workpiece, ie to the weld metal.
  • the sound transducer is thus not disturbed by the welding process, so that the structure-borne noise, which arises in the workpiece, can also be detected during the welding process.
  • a special calibration of the transducer with respect to a structure-borne noise detection before or after the welding treatment is not required.
  • the sound detection can be done permanently trouble-free.
  • the sound signals which emanate from cracks or other material anomalies or damage to the body, can be detected by the sound transducer. It can also weld defects such as hole Einbrand or missing welding filler, in particular missing welding wire, are detected by the evaluation of the transmitted by the coupling element sound signals.
  • the coupling element and / or the coupling material expediently have a length which distances the sound transducer from the body such that an electromagnetic induction from the body into the sound transducer as a result of machining with electric welding is substantially prevented.
  • the length of the coupling material and / or the coupling element is thus to be chosen so that the damping effect of the coupling material and the distance are so great that the transducer detects any induction effect at most negligible.
  • the coupling material is essentially formed of a solid material.
  • a ceramic or a glass for example, can be used, for example in the form of a ceramic or glass rod. It could also find semiconductor materials used.
  • the coupling material is flexible. In this way, the transducer can be coupled to difficult to access locations of the workpiece.
  • the coupling material comprises glass fibers, whereby one or more glass fiber bundles can also be provided.
  • Glass fibers or glass fiber bundles are characterized in that they are electrically non-conductive, whereby the electrical insulation of the transducer from the (to be processed) body guaranteed is done.
  • glass fibers are on the one hand fixed, whereby they can transmit the high-frequency portion of the structure-borne sound spectrum, and on the other hand flexibly, whereby the coupling of the sound transducer to the body is facilitated.
  • the coupling material e.g. the glass fibers or glass fiber bundles
  • a jacket which forms a mechanical protection for the coupling material.
  • This jacket is preferably formed from a plastic.
  • this plastic is flexible, whereby the variability in the coupling of the transducer to the body is not limited.
  • the invention further provides a device for detecting sound, which arises in a body, in particular as a result of processing the body or a sound-coupled with the body element, with a sound transducer, wherein the sound transducer for transmitting the sound associated with a coupling element for coupling to the body which has one or more of the features and characteristics described above.
  • the coupling element may be permanently or detachably connected to the sound transducer.
  • the device according to the invention comprises an adapter, with which the coupling element can be contacted on a body by the sound to be detected propagates.
  • the adapter is arranged on the coupling element.
  • the coupling element has, for example, one or more glass fibers, these may advantageously be glued to the adapter.
  • an adhesive is particularly suitable a relatively strong curing adhesive. The higher the hardness of the adhesive, the better the sound transmission of the high-frequency component in the sound spectrum.
  • the body may be a workpiece which is to be fed to one or more workpiece processing processes. For example, one of the processes may be a welding process.
  • magnetic means which are arranged in the adapter.
  • Such magnetic means may be, for example, a permanent magnet or an electromagnet. If the workpiece or the body to which the adapter is to be attached has ferromagnetic properties, the adhesion of the adapter, which comprises magnetic means, is considerably facilitated. In this case, there is no screwing or clamping of the adapter to the body or the workpiece, which is also possible.
  • a preferred embodiment of the device according to the invention is characterized in that the sound transducer is formed by a piezoelectric component.
  • Piezoelectric sensors are particularly suitable for detecting structure-borne noise.
  • it can according to the invention to no interference in the detection of structure-borne sound signals, since the piezoelectric sensor due to the electrical isolation by the coupling element according to the invention electrically decoupled from the workpiece or the body and possibly also sufficient from Body is spaced.
  • the effect of electric fields which are generated for example by a welding processing process of the workpiece, does not extend into the piezoelectric sensor, whereby it is not disturbed.
  • the invention finally provides a method for observing and / or evaluating a welding machining of a workpiece, during which the sound produced in the workpiece is detected and evaluated with a device for detecting sound during the welding process.
  • a device for detecting sound during the welding process For a trouble-free and preferably broadband such detection in particular high-frequency structure-borne noise signals, in particular the device according to the invention described above is suitable.
  • the method makes it possible to detect with acoustic means the processing quality, any processing errors, material changes, material anomalies and the like in work pieces to be welded, in particular during the welding process.
  • the method provides that the structure-borne noise propagating in the workpiece is detected and preferably evaluated during the processing, ie in real time.
  • the sound detection can also begin before the actual welding operation and extend until after the actual welding has been completed, in order to cover the entire machining phase, including the workpiece preparation and the cooling phase, and any post-processing.
  • the detection of structure-borne noise is expediently carried out by using the above-described device according to the invention.
  • an evaluation unit of the structure-borne noise is evaluated, and suitably by evaluation of the sound spectrum as a function of time.
  • An expected sound spectrum as a function of time can be given as a pattern, in particular trained.
  • Such patterns may also be predetermined for certain errors that are recognizable. These may be, for example, weld defects such as hole penetration, lack of filler metal or even spot weld welding.
  • cracking can also be detected by evaluating the sound signals that form during cooling of the weld. This cracking leads to a spontaneous body sound pressure wave with its own characteristics, which makes it easy to distinguish it from other structure-borne noise signals.
  • the welding processing has a period of time following the actual welding process and the sound detection is also carried out during this period of time.
  • the structure-borne noise of the workpiece can also be detected during its storage after the actual processing.
  • cracks in the workpiece, especially in the Area of the weld to be detected which occur at a late time of cooling of the weld.
  • the observation of material defects or machining errors and the verification of the workpiece in connection with the cooling process after welding thus requires no delay in the machining process.
  • the review can take place in-process.
  • the sound detection does not have to be done directly on the workpiece. Rather, it can also be done on any element that is brought into contact with the workpiece.
  • This may be, for example, a bearing device in which the workpiece is stored after machining. If, after machining, a crack forms in the workpiece stored in the bearing device, for example as a result of a shrinking weld seam, then this can be detected by the method according to the invention in that the structure-borne noise emanating from the crack extends over the workpiece and over the bearing device up to the inventive device for detecting structure-borne noise propagates.
  • a welding robot presses a device for detecting sound to the workpiece to be welded or a sound-coupled element and that the welding processing can be automatically evaluated by the welding robot.
  • FIG. 1 shows a device for detecting structure-borne noise with a coupling element for the acoustic coupling of the sound transducer to the body
  • FIG. 2 shows a device according to the invention with a flexible coupling element
  • FIG. 3 shows an arrangement for the welding machining of workpieces, in which the
  • Device for detecting the impact sound is arranged on a bearing element.
  • the body 1 shows a device for detecting sound with a sound transducer 3, which is acoustically coupled to a body 1 for detecting sound via a coupling element 2 designed in the form of a rod, which is provided in the body 1 as a result of the formation of a weld 5 with an electric welding device 6 arises.
  • the body 1 is a workpiece 4, in particular a metal workpiece.
  • the body 1 or the workpiece 4 is connected to the control and power supply 6 of the electric welding device, whereby electrical (alternating) fields form during welding in the metallic workpiece 4. To avoid disturbance of the sound transducer by the outgoing of the electric fields interactions of the transducer 3 is electrically isolated from the workpiece 4.
  • the coupling element 2 is formed from a coupling material 7 which is in contact with the sound transducer 3. Since in the workpiece machining, in particular during welding machining structure-borne noise is generated in the workpiece 4, whose frequency spectrum also includes high-frequency components, it is expedient that the coupling material 7 is essentially formed of a solid material. Solid material, in particular material of high hardness, is particularly well suited for the transmission of high-frequency sound signals. Furthermore, high frequency bandwidths of the sound spectrum can be transmitted from the workpiece 4 to the sound transducer 3 with suitable solid materials. As a solid material, for example, a ceramic or a glass can be used.
  • a sound transducer 3 is assigned a coupling element 2 for transmitting the sound.
  • the coupling material 7 is formed here from glass fiber bundles 8, each comprising a plurality of glass fibers 9. As a result, the coupling material 7 is flexible. This allows a variability in the coupling of the sound transducer 3 to the workpiece 4 or to a body. 1
  • the coupling material 7 of the coupling element 2 is surrounded by a jacket 13.
  • This jacket 13 may be formed for example of a flexible plastic.
  • an adapter 10 is provided on the coupling element 2, with which the coupling element 2 on the body 1 and the workpiece 4 can be contacted.
  • the adapter 10 is advantageously also formed of a solid material, in particular of a hard material, whereby the (high-frequency) structure-borne noise can be transmitted from the body 1 via the adapter 10, via the coupling element 2 to the sound transducer 3.
  • magnetic means which are arranged in the adapter.
  • a permanent magnet with which the adapter can be adhered to a workpiece with ferromagnetic properties in a very simple manner.
  • the sound transducer 3 of the device for detecting sound is formed by a piezoelectric or piezoceramic component 11. Due to the electrical decoupling of the device with the coupling element 2 according to the invention, which is formed from electrical non-conductive materials, electric fields, such as those caused by a welding process in the workpiece 4, can not be transmitted to the piezoelectric component 11 and disturb this or destroy.
  • a device 12, with the workpieces 4 can be supplied to a welding processing and this can also be removed, the figure 3 can be seen.
  • the device 12 may optionally be a transport device, but it may also be provided a static holding or bearing assembly. On this device 12 workpieces 4 are welded, which can be used as a welder 6 laser or electric welding equipment.
  • a device for detecting structure-borne noise is provided which comprises a coupling element 2 and a sound transducer 3 which can be connected to an evaluation unit 14.
  • This device is contacted according to Figure 3 is not directly on the workpiece 4 but rather on a body 1, which is in contact with the workpiece 4 to be machined.
  • This body 1 can be a part of the holding, transport or storage device 12 or any element that is in acoustic contact with the workpiece 4.
  • the body 1 associated with the holding or transport device 12 In order to transmit the structure-borne noise from the workpiece 4 to the sound transducer 3 of the device for sound detection, it is necessary for the body 1 associated with the holding or transport device 12 to consist of a solid, preferably a mechanical, transducer. is formed of a metallic material. If both the workpiece 4 and the body 1, with which the workpiece 4 is contacted, are formed from a metal, the electric fields generated by the welding device 6 can disturb the sound transducer 3. In order to avoid this, the sound transducer has a coupling element 2, whereby it is electrically isolated from the body 1, and thus also from the workpiece 4 connected to the body 1, and thus electrically decoupled from the fields of the welding device 6.
  • the coupling element 2 comprises a preferably fixed coupling material 7, whereby the structure-borne noise generated in the workpiece 4 by the welding is transmitted to the sound transducer 3 via the transport or holding device 12.
  • a flexible coupling material 7 are used, as illustrated in Fig. 2.
  • structure-borne sound signals can be detected, which arise after the workpiece welding processing. This applies, for example, to a fracture or cracking in a cooling weld, which occurs in time after welding. As a result of this fracture or crack, a spontaneous structure-borne sound pressure wave is generated in the weld metal or in the workpiece 4 to be machined.
  • the structure-borne sound pressure wave can also be detected in the case of an indirect sound coupling of the device, as illustrated in FIG. 3, since it extends from the workpiece 4 via the transport or holding device 12 which is in contact with the workpiece 4 and via the coupling element 2 to the sound transducer 3 spreads.
  • material defects or material anomalies can be detected by detecting the structure-borne noise, which arise after the actual workpiece machining.

Abstract

The invention relates to a coupling element (2) for acoustically coupling a body (1) to a sound transducer (3) for detecting sound that is developed as a result of working the body (1) or an element that is sound-coupled to the body (1), wherein the coupling element (2) comprises an electrically insulating coupling material (7). The coupling element (2) and/or the coupling material (7) have a length that spaces the sound transducer (3) from the body (1) such that electromagnetic induction from the body (1) into the sound transducer (3) as a result of machining by electric welding, induction hardening or the like is substantially suppressed.

Description

Kopplungselement zur akustischen Ankopplung eines Körpers an einen Schallwandler, Vorrichtung zur Erfassung von Schall sowie Coupling element for the acoustic coupling of a body to a sound transducer, device for detecting sound and
Verfahren zur Beobachtung und/oder Bewertung einer Schweißbearbeitung eines Werkstücks Method for observing and / or evaluating a welding machining of a workpiece
GEBIET DER ERFINDUNG FIELD OF THE INVENTION
Die Erfindung betrifft ein Kopplungselement zur akustischen Ankopplung eines Körpers an einen Schallwandler, eine Vorrichtung zur Erfassung von Schall sowie ein Verfahren zur Beobachtung und/oder Bewertung einer Schweißbearbeitung eines Werkstücks dem Oberbegriff des Anspruchs 1 , 6 bzw. 9. The invention relates to a coupling element for the acoustic coupling of a body to a sound transducer, a device for detecting sound and a method for observing and / or evaluating a welding machining of a workpiece to the preamble of claim 1, 6 and 9 respectively.
BESTÄTIGUNGSKOPIE TECHNISCHER HINTERGRUND CONFIRMATION COPY TECHNICAL BACKGROUND
Die Beobachtung und/oder Bewertung einer Schweißbearbeitung, insbesondere einer Laser- oder Elektroschweißbearbeitung, eines Werkstücks ist aufwändig und fehlerträchtig. The observation and / or evaluation of a welding machining, in particular a laser or electric welding machining, of a workpiece is complex and error prone.
So werden beim Laserschweißen optische Systeme zur Überwachung eines Laserschweiß Vorgangs eingesetzt, die das von der Einwirkstelle reflektierte Licht messen und aus dem Spektrum bzw. der Intensität abzuleiten versuchen, wie der tatsächli- che Laservorgang vom Material aufgenommen wird. Befriedigende Ergebnisse sind damit nicht zuverlässig erreichbar, da mehrere Materialien miteinander zu verbinden sind und der Vorgang des Durchschweißens, also die Feststellung, ob die Laserenergie auch die erforderliche Verschmelzung und thermische Durchdringung aller Bauteile bewirkt, durch an der Oberfläche reflektierte Laseremission nicht ge- prüft werden kann. Laser welding involves the use of optical systems for monitoring a laser welding process, which measure the light reflected by the exposure site and attempt to deduce from the spectrum or intensity how the actual laser process is recorded by the material. Satisfactory results are therefore not reliably achievable since several materials are to be connected to one another and the process of thorough welding, that is to say whether the laser energy also causes the required fusion and thermal penetration of all components, is not checked by laser emission reflected on the surface can.
Zwar sind auf anderen Gebieten der Bearbeitung von Werkstücken Techniken zur Beobachtung und/oder Überwachung der Bearbeitung bekannt. Beispielsweise ist eine Anordnung zur Signalgewinnung von Körperschallsignalen bei spanabhebenden Bearbeitungsprozessen von Werkstücken aus der DE 94 03 901 U1 bekannt. Die hochfrequenten Schallsignale werden demnach mit einem Kopplungselement von dem Werkstück auf den Schallwandler übertragen. Bei dem Kopplungselement handelt es sich um einen Tastarm, welcher mechanisch mit dem Werkstück kontaktiert wird. Gemäß der DE 94 03 901 U1 können auf diese Weise Schallsignale erfasst werden, welche bei der spanabhebenden Werkstückbearbeitung entstehen. Die Schallsignale können nach Auswertung für eine Bewertung der Bearbeitung herangezogen werden. Allerdings ist das Prinzip, bei der Bearbeitung entstehenden Körperschall für eine Beobachtung und/oder Bewertung der Bearbeitung zugrunde zu legen, für die Schweißbearbeitung oder ein Induktionshärten nicht bekannt. Tatsächlich ist die Körperschallerfassung mit einem Tastarm gemäß der DE 94 03 901 111 bei einer Werkstückbearbeitung, die einen Schweißprozess, insbesondere einen Elektroschweißprozess, ein Induktionshärten oder dergleichen umfasst, auch gar nicht möglich. Dies ist darauf zurückzuführen, dass bei dem Elektroschweißprozess hohe Ströme bzw. hohe Spannungen von dem Schweißgerät über das Werkstück und den Tastarm auf den Schallwandler übertragen werden. Somit werden die Körperschallsignale durch die elektrische Wechselwirkung, welche von dem Schweißgerät ausgelöst wird, gestört. Diese Störung ist darauf zurückzuführen, dass der Schallwandler, welcher in der Regel elektrisch betrieben wird, durch die elektrische Wechselwirkung beeinflusst wird. Eine geeignete Kalibration des Schallwandlers im Hinblick auf eine nachträgliche Beseitigung der Störungen gestaltet sich insofern als schwierig, als die Störungen unregelmäßig sind und lediglich während der Bearbeitung auftreten. Although techniques for observing and / or monitoring processing are known in other fields of workpiece machining. For example, an arrangement for signal extraction of structure-borne sound signals in machining processes of workpieces from DE 94 03 901 U1 is known. The high-frequency sound signals are thus transmitted with a coupling element from the workpiece to the sound transducer. The coupling element is a probe arm, which is mechanically contacted with the workpiece. According to DE 94 03 901 U1 sound signals can be detected in this way, which arise in the machining workpiece machining. The sound signals can be used for evaluation of the processing after evaluation. However, the principle of applying structure-borne noise to observation and / or evaluation of processing is not known for welding or induction hardening. In fact, the structure-borne noise detection with a probe arm according to DE 94 03 901 111 at a workpiece machining, which includes a welding process, in particular an electric welding process, induction hardening or the like, not even possible. This is due to the fact that in the electric welding process, high currents or high voltages are transmitted from the welding device via the workpiece and the sensing arm to the sound transducer. Thus, the structure-borne sound signals are disturbed by the electrical interaction, which is triggered by the welder. This disturbance is due to the fact that the sound transducer, which is usually operated electrically, is influenced by the electrical interaction. Proper calibration of the transducer with a view to subsequent elimination of the interference is difficult in that the disturbances are irregular and occur only during processing.
Aus der DE 100 21 187 C1 ist ein Ultraschallwellenleiter bekannt. Die DE 39 35 956 C1 betrifft eine Vorrichtung zum Ultraschallprüfen, nicht jedoch beim Schweißen und Induktionshärten während des Bearbeitungsprozesses. Aus der US 6 125 705 ist eine Vorrichtung zum Prüfen von Schweißverbindungen bekannt. Die US 3 965 726 betrifft die Auswertung von Belastungswellen beim Schweißen. Die US 3 325 781 zeigt einen Ultraschall-Sendeempfänger. From DE 100 21 187 C1 an ultrasonic waveguide is known. DE 39 35 956 C1 relates to a device for ultrasonic testing, but not during welding and induction hardening during the machining process. From US 6 125 705 a device for testing welded joints is known. US 3 965 726 relates to the evaluation of load waves during welding. US 3 325 781 shows an ultrasonic transceiver.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Kopplungselement zur akustischen Ankopplung eines Körpers an einen Schallwandler, eine Vorrichtung zur Erfassung von Schall sowie ein Verfahren zur Beobachtung und/oder Bewertung einer Bearbeitung eines Werkstücks dem Oberbegriff des Anspruchs 1 , 6 bzw. 9 zu schaffen, die eine zuverlässige schallbasierte Beobachtung und/oder Bewertung einer Schweißbearbeitung oder einem Induktionshärten oder dergleichen von Werkstücken ermöglichen. Against this background, the invention is based on the object, a coupling element for the acoustic coupling of a body to a sound transducer, a device for detecting sound and a method for observation and / or evaluation of a machining of a workpiece the preamble of claim 1, 6 and 9 respectively to provide a reliable sound-based observation and / or evaluation of a welding or induction hardening or the like of workpieces.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG Diese Aufgabe wird durch ein Kopplungselement zur akustischen Ankopplung eines Körpers an einen Schallwandler, eine Vorrichtung zur Erfassung von Schall sowie ein Verfahren zur Beobachtung und/oder Bewertung einer Bearbeitung eines Werkstücks gemäß Anspruch 1 , 6 bzw. 9 gelöst. PRESENTATION OF THE INVENTION This object is achieved by a coupling element for the acoustic coupling of a body to a sound transducer, a device for detecting sound and a method for monitoring and / or evaluation of a machining of a workpiece according to claim 1, 6 and 9, respectively.
Demnach wird ein Kopplungselement zur akustischen Ankopplung eines Körpers an einen Schallwandler zur Erfassung von Schall, der infolge einer Bearbeitung des Körpers oder eines mit dem Körper schallgekoppelten Elements entsteht, geschaffen, bei dem das Kopplungselement ein elektrisch isolierendes Kopplungsmaterial aufweist. Accordingly, a coupling element is provided for acoustically coupling a body to a sound transducer for detecting sound arising as a result of machining the body or a sound-coupled element to the body, in which the coupling element comprises an electrically insulating coupling material.
Bei dem Körper oder Element kann es sich beispielsweise um ein Werkstück handeln. Dieses kann einer Schweißbearbeitung zugeführt werden. Insofern handelt es sich vorzugsweise um Metallteile, die elektrisch leitende Eigenschaften aufweisen. Die Schweißbearbeitung kann einen Laser- oder Elektroschweißprozess umfassen. Bei beiden Prozessen werden elektrische Felder erzeugt, die eine elektrische oder elektronische, d.h. die Elektronen betreffende, Wechselwirkung im Werkstück hervorrufen; gleiches gilt für das Induktionshärten und vergleichbare Bearbeitungsprozesse. Durch die erfindungsgemäße elektrische Entkopplung des Schallwandlers von dem Werkstück werden die elektrischen bzw. elektronischen Wechselwirkungen nicht auf den Schallwandler übertragen. Dies betrifft insbesondere die elektrischen Impulse, also Strom- oder Spannungsimpulse, die bei einem Elektro- schweißgerät erzeugt und auf das Werkstück, also auf das Schweißgut, übertragen werden. Erfindungsgemäß wird somit der Schallwandler nicht durch den Schweißprozess gestört, so dass auch während des Schweißprozesses der Körperschall erfasst werden kann, der im Werkstück entsteht. Eine besondere Kalibration des Schallwandlers im Hinblick auf eine Körperschallerfassung vor oder nach der Schweißbehandlung ist nicht erforderlich. Die Schallerfassung kann dauerhaft störungsfrei erfolgen. Insbesondere aber können während des Schweißprozesses die Schallsignale, die von Rissen oder anderen Materialanomalien oder Schäden an dem Körper ausgehen, durch den Schallwandler erfasst werden. Es können auch Schweißfehler wie Löchereinbrand oder fehlender Schweißzusatzwerkstoff, insbesondere fehlender Schweißdraht, durch die Auswertung der durch das Kopplungselement übertragenen Schallsignale erfasst werden. The body or element may be, for example, a workpiece. This can be fed to a welding processing. In this respect, it is preferably metal parts that have electrically conductive properties. The welding process may include a laser or electrofusion process. In both processes, electric fields are generated, which cause an electrical or electronic, ie the electrons, interaction in the workpiece; The same applies to induction hardening and comparable machining processes. As a result of the inventive electrical decoupling of the sound transducer from the workpiece, the electrical or electronic interactions are not transmitted to the sound transducer. This applies in particular to the electrical impulses, that is to say current or voltage pulses which are generated in an electrical welding apparatus and transmitted to the workpiece, ie to the weld metal. According to the invention, the sound transducer is thus not disturbed by the welding process, so that the structure-borne noise, which arises in the workpiece, can also be detected during the welding process. A special calibration of the transducer with respect to a structure-borne noise detection before or after the welding treatment is not required. The sound detection can be done permanently trouble-free. In particular, however, during the welding process, the sound signals, which emanate from cracks or other material anomalies or damage to the body, can be detected by the sound transducer. It can also weld defects such as hole Einbrand or missing welding filler, in particular missing welding wire, are detected by the evaluation of the transmitted by the coupling element sound signals.
Das Kopplungselement und/oder das Kopplungsmaterial weisen dabei zweckmäßi- gerweise eine Länge auf, die den Schallwandler vom Körper derart beabstandet, dass eine elektromagnetische Induktion vom Körper in den Schallwandler infolge Bearbeitung mit Elektroschweißen im Wesentlichen unterbunden wird. Die Länge des Kopplungsmaterials und/oder des Kopplungselements ist also so zu wählen, dass die Dämpfungswirkung des Kopplungsmaterial und der Abstand so groß sind, dass der Schallwandler eine etwaige Induktionswirkung höchstens vernachlässigbar spürt. The coupling element and / or the coupling material expediently have a length which distances the sound transducer from the body such that an electromagnetic induction from the body into the sound transducer as a result of machining with electric welding is substantially prevented. The length of the coupling material and / or the coupling element is thus to be chosen so that the damping effect of the coupling material and the distance are so great that the transducer detects any induction effect at most negligible.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kopplungselementes ist das Kopplungsmaterial im Wesentlichen aus einem festen Werkstoff ge- bildet. Festes Material, insbesondere Material hoher Härte eignet sich besonders gut zur Übertragung von Körperschall, dessen Frequenzspektrum auch hochfrequente Anteile bis in den hohen und sehr hohen MHz-Bereich hinein umfassen kann (1 MHz = 1 ■ 106 Hz = 1 ■ 106 s"1). Es zeichnet sich ferner dadurch aus, dass eine vergleichsweise hohe Bandbreite von Schallfrequenzen übertragen werden kann. Als Material kann beispielsweise eine Keramik oder ein Glas verwendet werden, beispielsweise in Form eines Keramik- oder Glasstabs. Es könne auch Halbleitermaterialien Verwendung finden. In a preferred embodiment of the coupling element according to the invention, the coupling material is essentially formed of a solid material. Solid material, in particular material of high hardness, is particularly well suited for the transmission of structure-borne noise, the frequency spectrum of which may also include high-frequency components up to the high and very high MHz range (1 MHz = 1 × 10 6 Hz = 1 × 10 6 s ). 1). It is further distinguished from that can be transmitted a relatively high range of sound frequencies. As the material, a ceramic or a glass for example, can be used, for example in the form of a ceramic or glass rod. It could also find semiconductor materials used.
Zur Erhöhung der Variabilität bei der Ankopplung des Kopplungselementes an den Körper respektive an ein Werkstück kann es zweckmäßig sein, wenn das Kopplungsmaterial flexibel ist. Auf diese Weise kann der Schallwandler auch an schwierig zugänglichen Stellen des Werkstücks angekoppelt werden. To increase the variability in the coupling of the coupling element to the body or to a workpiece, it may be expedient if the coupling material is flexible. In this way, the transducer can be coupled to difficult to access locations of the workpiece.
Vorteilhafterweise umfasst das Kopplungsmaterial Glasfasern, wobei auch ein oder mehrere Glasfaserbündel vorgesehen sein können. Glasfasern bzw. Glasfaserbündel zeichnen sich dadurch aus, dass sie elektrisch nicht leitend sind, wodurch die elektrische Isolierung des Schallwandlers vom (zu bearbeitenden) Körper gewähr- leistet ist. Darüber hinaus sind Glasfasern zum einen fest, wodurch sie auch den hochfrequenten Anteil des Körperschallspektrums übertragen können, und zum anderen flexibel, wodurch die Ankopplung des Schallwandlers an dem Körper erleichtert wird. Advantageously, the coupling material comprises glass fibers, whereby one or more glass fiber bundles can also be provided. Glass fibers or glass fiber bundles are characterized in that they are electrically non-conductive, whereby the electrical insulation of the transducer from the (to be processed) body guaranteed is done. In addition, glass fibers are on the one hand fixed, whereby they can transmit the high-frequency portion of the structure-borne sound spectrum, and on the other hand flexibly, whereby the coupling of the sound transducer to the body is facilitated.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des Kopplungselementes kann vorgesehen sein, dass das Kopplungsmaterial, z.B. die Glasfasern oder Glasfaserbündel, von einem Mantel umgeben ist, der einen mechanischen Schutz für das Kopplungsmaterial bildet. Dieser Mantel ist vorzugsweise aus einem Kunststoff gebildet. Idealer- weise ist dieser Kunststoff flexibel, wodurch die Variabilität bei der Ankopplung des Schallwandlers an den Körper nicht eingeschränkt wird. In an advantageous embodiment of the coupling element can be provided that the coupling material, e.g. the glass fibers or glass fiber bundles, is surrounded by a jacket, which forms a mechanical protection for the coupling material. This jacket is preferably formed from a plastic. Ideally, this plastic is flexible, whereby the variability in the coupling of the transducer to the body is not limited.
Die Erfindung schafft ferner eine Vorrichtung zur Erfassung von Schall, der in einem Körper insbesondere infolge einer Bearbeitung des Körpers oder eines mit dem Körper schallgekoppelten Elements entsteht, mit einem Schallwandler, bei der dem Schallwandler zur Übertragung des Schalls ein Kopplungselement zur Ankopplung an den Körper zugeordnet ist, welches eines oder mehrere der vorbeschriebenen Merkmale und Eigenschaften aufweist. Das Kopplungselement kann fest oder lösbar mit dem Schallwandler verbunden sein. The invention further provides a device for detecting sound, which arises in a body, in particular as a result of processing the body or a sound-coupled with the body element, with a sound transducer, wherein the sound transducer for transmitting the sound associated with a coupling element for coupling to the body which has one or more of the features and characteristics described above. The coupling element may be permanently or detachably connected to the sound transducer.
Es kann vorteilhaft sein, wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung einen Adapter umfasst, mit dem das Kopplungselement an einem Körper kontaktierbar ist, indem sich der zu erfassende Schall ausbreitet. Dabei ist der Adapter an dem Kopplungselement angeordnet. Verfügt das Kopplungselement gemäß einer bevorzugten Ausführungsform beispielsweise über eine oder mehrere Glasfasern, so können diese vorteilhafterweise mit dem Adapter verklebt sein. Als Kleber eignet sich insbesondere ein vergleichsweise stark aushärtender Kleber. Je höher die Härte des Klebers ist, desto besser ist die Schallübertragung des hochfrequenten Anteils im Schallspektrum. Wie eingangs beschrieben kann es sich bei dem Körper um ein Werkstück handeln, welches einer oder mehreren Werkstückbearbeitungsprozessen zuzuführen ist. Dabei kann einer der Prozesse beispielsweise ein Schweißpro- zess sein. Zur Erleichterung der Befestigung des Adapters am Körper können magnetische Mittel vorgesehen sein, die in dem Adapter angeordnet sind. Bei derartigen magnetischen Mitteln kann es sich beispielsweise um einen Permanentmagneten oder einen Elektromagneten handeln. Weist das Werkstück bzw. der Köper, an dem der Adapter anzubringen ist, ferromagnetische Eigenschaften auf, so wird das Anhaften des Adapters, welcher magnetische Mittel umfasst, erheblich erleichtert. In diesem Fall bedarf es keinerlei Verschraubung oder Klemmung des Adapters an dem Körper respektive dem Werkstück, was jedoch ebenfalls möglich ist. It may be advantageous if the device according to the invention comprises an adapter, with which the coupling element can be contacted on a body by the sound to be detected propagates. In this case, the adapter is arranged on the coupling element. If, according to a preferred embodiment, the coupling element has, for example, one or more glass fibers, these may advantageously be glued to the adapter. As an adhesive is particularly suitable a relatively strong curing adhesive. The higher the hardness of the adhesive, the better the sound transmission of the high-frequency component in the sound spectrum. As described above, the body may be a workpiece which is to be fed to one or more workpiece processing processes. For example, one of the processes may be a welding process. To facilitate the attachment of the adapter to the body may be provided magnetic means which are arranged in the adapter. Such magnetic means may be, for example, a permanent magnet or an electromagnet. If the workpiece or the body to which the adapter is to be attached has ferromagnetic properties, the adhesion of the adapter, which comprises magnetic means, is considerably facilitated. In this case, there is no screwing or clamping of the adapter to the body or the workpiece, which is also possible.
Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass der Schallwandler durch ein piezoelektrisches Bauteil gebildet wird. Piezoelektrische Sensoren eignen sich insbesondere zur Erfassung von Körperschall. Trotz der Empfindlichkeit des piezoelektrischen Sensors gegenüber äußeren elektrischen Feldern, kann es erfindungsgemäß zu keinerlei Störungen bei der Erfassung der Körperschallsignale kommen, da der piezoelektrische Sensor aufgrund der elektrischen Isolation durch das erfindungsgemäße Kopplungselement elektrisch von dem Werkstück oder dem Körper entkoppelt und ggf. zudem ausreichend vom Körper beabstandet ist. Somit erstreckt sich die Wirkung elektri- scher Felder, welche beispielsweise durch einen Schweißbearbeitungsprozess des Werkstücks erzeugt werden, nicht in den piezoelektrischen Sensor, wodurch dieser nicht gestört wird. A preferred embodiment of the device according to the invention is characterized in that the sound transducer is formed by a piezoelectric component. Piezoelectric sensors are particularly suitable for detecting structure-borne noise. Despite the sensitivity of the piezoelectric sensor with respect to external electric fields, it can according to the invention to no interference in the detection of structure-borne sound signals, since the piezoelectric sensor due to the electrical isolation by the coupling element according to the invention electrically decoupled from the workpiece or the body and possibly also sufficient from Body is spaced. Thus, the effect of electric fields, which are generated for example by a welding processing process of the workpiece, does not extend into the piezoelectric sensor, whereby it is not disturbed.
Die Erfindung schafft schließlich ein Verfahren zur Beobachtung und/oder Bewer- tung einer Schweißbearbeitung eines Werkstücks, bei dem während der Schweißbearbeitung der im Werkstück entstehende Schall mit einer Vorrichtung zur Erfassung von Schall erfasst und ausgewertet wird. Für eine störungsfreie und vorzugsweise breitbandige derartige Erfassung insbesondere hochfrequenter Körperschallsignale eignet sich insbesondere die vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Vorrichtung. Das Verfahren ermöglicht es, mit akustischen Mitteln die Bearbeitungsqualität, etwaige Bearbeitungsfehler, Materialveränderungen, Materialanomalien und dergleichen in schweißbearbeiteten Werkstücken insbesondere noch während der Schweißbearbeitung zu erfassen. The invention finally provides a method for observing and / or evaluating a welding machining of a workpiece, during which the sound produced in the workpiece is detected and evaluated with a device for detecting sound during the welding process. For a trouble-free and preferably broadband such detection in particular high-frequency structure-borne noise signals, in particular the device according to the invention described above is suitable. The method makes it possible to detect with acoustic means the processing quality, any processing errors, material changes, material anomalies and the like in work pieces to be welded, in particular during the welding process.
Das Verfahren sieht dabei vor, dass der sich in dem Werkstück ausbreitende Körperschall erfasst und bevorzugt noch während der Bearbeitung, also in Echtzeit, ausgewertet wird. Die Schallerfassung kann aber auch bereits vor dem eigentlichen Schweißvorgang beginnen und sich bis nach Abschluss des eigentlichen Schwei- ßens erstrecken, um die gesamte Bearbeitungsphase einschließlich der Werkstückvorbereitung und der Abkühlphase und eine eventuelle Nachbearbeitung zu umfassen. The method provides that the structure-borne noise propagating in the workpiece is detected and preferably evaluated during the processing, ie in real time. However, the sound detection can also begin before the actual welding operation and extend until after the actual welding has been completed, in order to cover the entire machining phase, including the workpiece preparation and the cooling phase, and any post-processing.
Die Erfassung des Körperschalls erfolgt dabei zweckmäßigerweise durch Verwen- dung der vorbeschriebenen erfindungsgemäßen Vorrichtung. In einer Auswerteeinheit wird der Körperschall ausgewertet, und zwar zweckmäßigerweise durch Auswertung des Schallspektrums als Funktion der Zeit. Ein zu erwartendes Schallspektrum als Funktion der Zeit kann als Muster vorgegeben, insbesondere angelernt sein. Derartige Muster können auch für bestimmte Fehler vorgegeben sein, die damit erkennbar sind. Hierbei kann es sich beispielsweise um Schweißfehler wie etwa Löchereinbrand, fehlender Schweißzusatzwerkstoff oder auch ein Durchschweißen bei Punktschweißverfahren handeln. Es können aber auch Rissbildungen durch Auswertung der Schallsignale erfasst werden, welche sich beim Abkühlen der Schweißstelle bilden. Diese Rissbildung führt zu einer spontanen Körper- schalldruckwelle mit eigenen Charakteristika, wodurch sie von anderen Körperschallsignalen leicht zu unterscheiden ist. The detection of structure-borne noise is expediently carried out by using the above-described device according to the invention. In an evaluation unit of the structure-borne noise is evaluated, and suitably by evaluation of the sound spectrum as a function of time. An expected sound spectrum as a function of time can be given as a pattern, in particular trained. Such patterns may also be predetermined for certain errors that are recognizable. These may be, for example, weld defects such as hole penetration, lack of filler metal or even spot weld welding. However, cracking can also be detected by evaluating the sound signals that form during cooling of the weld. This cracking leads to a spontaneous body sound pressure wave with its own characteristics, which makes it easy to distinguish it from other structure-borne noise signals.
Vorteilhafterweise weist die Schweißbearbeitung einen sich an den eigentlichen Schweißprozess anschließenden Zeitabschnitt auf und die Schallerfassung wird auch während dieses Zeitabschnitts durchgeführt. Beispielsweise kann der Körperschall des Werkstücks auch bei dessen Lagerung nach der eigentlichen Bearbeitung erfasst werden. Somit können auch Risse in dem Werkstück insbesondere im Bereich der Schweißnaht erfasst werden, die zu einem späten Zeitpunkt des Abkühlens der Schweißstelle auftreten. Die Beobachtung von Materialfehlern oder Bearbeitungsfehlern und die Überprüfung des Werkstückes im Zusammenhang mit dem Abkühlvorgang nach dem Schweißen bedarf somit keiner Verzögerung des Bearbeitungsprozesses. Die Überprüfung kann in-process stattfinden. Advantageously, the welding processing has a period of time following the actual welding process and the sound detection is also carried out during this period of time. For example, the structure-borne noise of the workpiece can also be detected during its storage after the actual processing. Thus, cracks in the workpiece, especially in the Area of the weld to be detected, which occur at a late time of cooling of the weld. The observation of material defects or machining errors and the verification of the workpiece in connection with the cooling process after welding thus requires no delay in the machining process. The review can take place in-process.
Die Schallerfassung muss dabei nicht direkt am Werkstück erfolgen. Sie kann vielmehr auch an einem beliebigen Element erfolgen, das mit dem Werkstück in Kontakt gebracht ist. Dabei kann es sich beispielsweise um eine Lagervorrichtung han- dein, in der das Werkstück nach der Bearbeitung gelagert wird. Bildet sich nach der Bearbeitung in dem in der Lagervorrichtung gelagerten Werkstück ein Riss, beispielsweise durch eine erkaltende Schweißnaht, so kann dieser mit dem erfindungsgemäßen Verfahren dadurch erfasst werden, dass der von dem Riss ausgehenden Körperschall sich über das Werkstück und über die Lagervorrichtung bis zu der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erfassung von Körperschallsignalen ausbreitet. The sound detection does not have to be done directly on the workpiece. Rather, it can also be done on any element that is brought into contact with the workpiece. This may be, for example, a bearing device in which the workpiece is stored after machining. If, after machining, a crack forms in the workpiece stored in the bearing device, for example as a result of a shrinking weld seam, then this can be detected by the method according to the invention in that the structure-borne noise emanating from the crack extends over the workpiece and over the bearing device up to the inventive device for detecting structure-borne noise propagates.
Ferner kann es vorgesehen sein, dass ein Schweißroboter eine Vorrichtung zur Erfassung von Schall an das zu schweißende Werkstück oder ein damit schallge- koppeltes Element anpresst und die Schweißbearbeitung durch den Schweißroboter automatisch bewertbar ist. Furthermore, it can be provided that a welding robot presses a device for detecting sound to the workpiece to be welded or a sound-coupled element and that the welding processing can be automatically evaluated by the welding robot.
Die vorgenannten sowie die beanspruchten und in den Ausführungsbeispielen beschriebenen erfindungsgemäß zu verwendenden Komponenten unterliegen in ihrer Größe, Formgestaltung, Materialauswahl und technischen Konzeption keinen besonderen Ausnahmebedingungen, so dass die in dem Anwendungsgebiet bekannten Auswahlkriterien uneingeschränkt Anwendung finden können The above-mentioned and the claimed components to be used according to the invention described in the exemplary embodiments are not subject to special exceptions in their size, shape design, material selection and technical design, so that the selection criteria known in the field of application can be used without restriction
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung er- geben sich aus den Unteransprüchen, sowie aus der nachfolgenden Beschreibung und der zugehörigen Zeichnung, in der - beispielhaft - ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kopplungselementes und einer erfindungsgemäßen Vor- richtung dargestellt sind. Auch einzelne Merkmale der Ansprüche oder der Ausführungsformen können mit anderen Merkmalen anderer Ansprüche und Ausführungsformen kombiniert werden. KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN Further details, features and advantages of the subject matter of the invention will become apparent from the dependent claims, as well as from the following description and the associated drawing, in which - by way of example - an embodiment of a coupling element according to the invention and an inventive direction are shown. Also, individual features of the claims or of the embodiments may be combined with other features of other claims and embodiments. BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
In der Zeichnung zeigen In the drawing show
Figur 1 Eine Vorrichtung zur Erfassung von Körperschall mit einem Kopplungs- element zur akustischen Ankopplung des Schallwandlers an den Körper, FIG. 1 shows a device for detecting structure-borne noise with a coupling element for the acoustic coupling of the sound transducer to the body,
Figur 2 Eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem flexiblen Kopplungselement und Figur 3 Eine Anordnung zur Schweißbearbeitung von Werkstücken, bei der die FIG. 2 shows a device according to the invention with a flexible coupling element; and FIG. 3 shows an arrangement for the welding machining of workpieces, in which the
Vorrichtung zur Erfassung des Körperschalls an einem Lagerelement angeordnet ist.  Device for detecting the impact sound is arranged on a bearing element.
Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung zur Erfassung von Schall mit einem Schallwandler 3, der akustisch über ein hier stabformig ausgebildetes Kopplungselement 2 an einen Körper 1 zur Erfassung von Schall angekoppelt ist, der in dem Körper 1 infolge einer Ausbildung einer Schweißnaht 5 mit einer Elektroschweißvorrichtung 6 entsteht. Bei dem Körper 1 handelt es sich im dargestellten Ausführungsbeispiel um ein Werkstück 4, insbesondere um ein Metallwerkstück. Während der Schweißbearbeitung ist der Körper 1 respektive das Werkstück 4 an der Steuerung und Energieversorgung 6 des Elektroschweißgerätes angeschlossen, wodurch sich beim Schweißen in dem metallischen Werkstück 4 elektrische (Wechsel-) Felder ausbil- den. Zur Vermeidung einer Störung des Schallwandlers durch die von den elektrischen Feldern ausgehenden Wechselwirkungen ist der Schallwandler 3 von dem Werkstück 4 elektrisch isoliert. Dies wird dadurch erreicht, dass das Kopplungsele- ment 2, welches einerseits Kontakt mit dem Schallwandler 3 und andererseits Kontakt mit dem Körper 1 hat, elektrisch isolierende Eigenschaften aufweist. Das Kopplungselement 2 ist dabei aus einem mit dem Schallwandler 3 in Kontakt stehenden Kopplungsmaterial 7 gebildet. Da bei der Werkstückbearbeitung, insbesondere bei der Schweißbearbeitung Körperschall in dem Werkstück 4 erzeugt wird, dessen Frequenzspektrum auch hochfrequente Anteile umfasst, ist es zweckmäßig, dass das Kopplungsmaterial 7 im Wesentlichen aus einem festen Werkstoff gebildet ist. Festes Material insbesondere Material hoher Härte, eignet sich besonders gut zur Übertragung hochfrequenter Schallsignale. Ferner können mit geeigneten festen Materialien hohe Frequenzbandbreiten des Schallspektrums von dem Werkstück 4 auf den Schallwandler 3 übertragen werden. Als festes Material kann beispielsweise eine Keramik oder ein Glas verwendet werden. 1 shows a device for detecting sound with a sound transducer 3, which is acoustically coupled to a body 1 for detecting sound via a coupling element 2 designed in the form of a rod, which is provided in the body 1 as a result of the formation of a weld 5 with an electric welding device 6 arises. In the illustrated embodiment, the body 1 is a workpiece 4, in particular a metal workpiece. During the welding process, the body 1 or the workpiece 4 is connected to the control and power supply 6 of the electric welding device, whereby electrical (alternating) fields form during welding in the metallic workpiece 4. To avoid disturbance of the sound transducer by the outgoing of the electric fields interactions of the transducer 3 is electrically isolated from the workpiece 4. This is achieved by using the coupling element ment 2, which on the one hand has contact with the sound transducer 3 and on the other hand contact with the body 1, has electrically insulating properties. The coupling element 2 is formed from a coupling material 7 which is in contact with the sound transducer 3. Since in the workpiece machining, in particular during welding machining structure-borne noise is generated in the workpiece 4, whose frequency spectrum also includes high-frequency components, it is expedient that the coupling material 7 is essentially formed of a solid material. Solid material, in particular material of high hardness, is particularly well suited for the transmission of high-frequency sound signals. Furthermore, high frequency bandwidths of the sound spectrum can be transmitted from the workpiece 4 to the sound transducer 3 with suitable solid materials. As a solid material, for example, a ceramic or a glass can be used.
In Fig. 2 ist eine weitere Vorrichtung zur Erfassung von Schall dargestellt. Demnach ist einem Schallwandler 3 zur Übertragung des Schalls ein Kopplungselement 2 zugeordnet. Das Kopplungsmaterial 7 ist hier aus Glasfaserbündeln 8 gebildet, die jeweils mehrere Glasfasern 9 umfassen. Dadurch ist das Kopplungsmaterial 7 flexibel. Dies ermöglicht eine Variabilität bei der Ankopplung des Schallwandlers 3 an das Werkstück 4 bzw. an einen Körper 1 . In Fig. 2, another device for detecting sound is shown. Accordingly, a sound transducer 3 is assigned a coupling element 2 for transmitting the sound. The coupling material 7 is formed here from glass fiber bundles 8, each comprising a plurality of glass fibers 9. As a result, the coupling material 7 is flexible. This allows a variability in the coupling of the sound transducer 3 to the workpiece 4 or to a body. 1
Zum Schutz der Glasfaserbündel 8 ist das Kopplungsmaterial 7 des Kopplungselementes 2 von einem Mantel 13 umgeben. Dieser Mantel 13 kann beispielsweise aus einem flexiblen Kunststoff gebildet sein. Zur besseren akustischen Ankopplung des Kopplungselementes 2 der Vorrichtung zur Schallerfassung gemäß Figur 2 ist an dem Kopplungselement 2 ein Adapter 10 vorgesehen, mit dem das Kopplungselement 2 an dem Körper 1 respektive dem Werkstück 4 kontaktierbar ist. Der Adapter 10 ist vorteilhafterweise auch aus einem festem, insbesondere aus einem harten, Material gebildet, wodurch der (hochfre- quente) Körperschall von dem Körper 1 über den Adapter 10, über das Kopplungselement 2 zum Schallwandler 3 übertragbar ist. Zur besonders einfachen Befestigung des Adapters 10 an dem Werkstück 4 können magnetische Mittel vorgesehen sein, welche in dem Adapter angeordnet sind. Hierzu eignet sich beispielsweise ein Permanentmagnet, mit dem der Adapter auf sehr einfache Weise an einem Werkstück mit ferromagnetischen Eigenschaften angehaftet werden kann. To protect the glass fiber bundles 8, the coupling material 7 of the coupling element 2 is surrounded by a jacket 13. This jacket 13 may be formed for example of a flexible plastic. For better acoustic coupling of the coupling element 2 of the device for sound detection according to Figure 2, an adapter 10 is provided on the coupling element 2, with which the coupling element 2 on the body 1 and the workpiece 4 can be contacted. The adapter 10 is advantageously also formed of a solid material, in particular of a hard material, whereby the (high-frequency) structure-borne noise can be transmitted from the body 1 via the adapter 10, via the coupling element 2 to the sound transducer 3. For particularly simple attachment of the adapter 10 to the workpiece 4 may be provided magnetic means which are arranged in the adapter. For this purpose, for example, a permanent magnet, with which the adapter can be adhered to a workpiece with ferromagnetic properties in a very simple manner.
Zweckmäßigerweise ist der Schallwandler 3 der Vorrichtung zur Erfassung von Schall durch ein piezoelektrisches oder piezokeramisches Bauteil 1 1 gebildet. Durch die elektrische Entkopplung der Vorrichtung mit dem erfindungsgemäßen Kopplungselement 2, welches aus elektrischen nichtleitenden Materialien gebildet ist, können elektrische Felder, wie sie etwa durch einen Schwei ßprozess in dem Werkstück 4 hervorgerufen werden, nicht auf das piezoelektrische Bauteil 1 1 übertragen werden und dieses stören bzw. zerstören. Eine Vorrichtung 12, mit der Werkstücke 4 einer Schweißbearbeitung zugeführt werden können und dieser auch wieder entnommen werden können, kann der Figur 3 entnommen werden. Bei der Vorrichtung 12 kann es sich wahlweise um eine Transportvorrichtung handeln, es kann aber auch eine statische Halte- oder Lageranordnung vorgesehen sein. Auf dieser Vorrichtung 12 werden Werkstücke 4 geschweißt, wobei als Schweißgerät 6 Laser- oder Elektroschweißgeräte verwendbar sind. Durch das Schweißgerät 6 wird in dem metallischen Werkstück 4 Körperschall erzeugt. Zur Überwachung der Werkstückbearbeitung insbesondere durch das Schweißgerät 6 ist eine Vorrichtung zur Erfassung des Körperschalls vorgesehen, die ein Kopplungselement 2 und einen an einer Auswerteeinheit 14 anschließ- baren Schallwandler 3 umfasst. Diese Vorrichtung ist gemäß Figur 3 nicht direkt an dem Werkstück 4 kontaktiert sondern vielmehr an einem Körper 1 , der mit dem zu bearbeitenden Werkstück 4 in Kontakt steht. Bei diesem Körper 1 kann es sich um einen Teil der Halte-, Transport- oder Lagervorrichtung 12 oder ein beliebiges Element handeln, das mit dem Werkstück 4 in akustischem Kontakt steht. Zur Übertra- gung des Körperschalls von dem Werkstück 4 auf den Schallwandler 3 der Vorrichtung zur Schallerfassung ist es erforderlich, dass der der Halte- bzw. Transportvorrichtung 12 zugeordnete Körper 1 aus einem festen, vorzugsweise aus einem me- tallischen Werkstoff gebildet ist. Sind sowohl das Werkstück 4 als auch der Körper 1 , mit dem das Werkstück 4 kontaktiert ist, aus einem Metall gebildet, können die elektrischen Felder, welche von dem Schweißgerät 6 erzeugt werden, den Schallwandler 3 stören. Um dies zu vermeiden, weist der Schallwandler ein Kopplungs- element 2 auf, wodurch er von dem Körper 1 , und somit auch von den mit dem Körper 1 verbundenen Werkstück 4, elektrisch isoliert und somit elektrisch von den Feldern des Schweißgerätes 6 entkoppelt wird. Das Kopplungselement 2 umfasst dabei ein vorzugsweise festes Kopplungsmaterial 7, wodurch der in dem Werkstück 4 durch die Schwei ßbearbeitung erzeugte Körperschall über die Transport- bzw. Haltevorrichtung 12 auf den Schallwandler 3 übertragen wird. Es kann aber auch ein flexibles Kopplungsmaterial 7 verwendet werden, wie dies in Fig. 2 illustriert ist. Expediently, the sound transducer 3 of the device for detecting sound is formed by a piezoelectric or piezoceramic component 11. Due to the electrical decoupling of the device with the coupling element 2 according to the invention, which is formed from electrical non-conductive materials, electric fields, such as those caused by a welding process in the workpiece 4, can not be transmitted to the piezoelectric component 11 and disturb this or destroy. A device 12, with the workpieces 4 can be supplied to a welding processing and this can also be removed, the figure 3 can be seen. The device 12 may optionally be a transport device, but it may also be provided a static holding or bearing assembly. On this device 12 workpieces 4 are welded, which can be used as a welder 6 laser or electric welding equipment. By the welding device 6 4 structure-borne sound is generated in the metallic workpiece. For monitoring the workpiece machining, in particular by the welding device 6, a device for detecting structure-borne noise is provided which comprises a coupling element 2 and a sound transducer 3 which can be connected to an evaluation unit 14. This device is contacted according to Figure 3 is not directly on the workpiece 4 but rather on a body 1, which is in contact with the workpiece 4 to be machined. This body 1 can be a part of the holding, transport or storage device 12 or any element that is in acoustic contact with the workpiece 4. In order to transmit the structure-borne noise from the workpiece 4 to the sound transducer 3 of the device for sound detection, it is necessary for the body 1 associated with the holding or transport device 12 to consist of a solid, preferably a mechanical, transducer. is formed of a metallic material. If both the workpiece 4 and the body 1, with which the workpiece 4 is contacted, are formed from a metal, the electric fields generated by the welding device 6 can disturb the sound transducer 3. In order to avoid this, the sound transducer has a coupling element 2, whereby it is electrically isolated from the body 1, and thus also from the workpiece 4 connected to the body 1, and thus electrically decoupled from the fields of the welding device 6. In this case, the coupling element 2 comprises a preferably fixed coupling material 7, whereby the structure-borne noise generated in the workpiece 4 by the welding is transmitted to the sound transducer 3 via the transport or holding device 12. But it can also be a flexible coupling material 7 are used, as illustrated in Fig. 2.
Dadurch, dass die Vorrichtung zur Schallerfassung mit dem Kopplungselement 2 nicht direkt an dem Werkstück 4 angeordnet ist, sondern vielmehr an einem Körper 1 , mit dem das Werkstück 4 in Kontakt steht, entfällt eine Montage und Demontage der Vorrichtung an jedem Werkstück. Characterized in that the device for sound detection with the coupling element 2 is not arranged directly on the workpiece 4, but rather on a body 1, with which the workpiece 4 is in contact, eliminates assembly and disassembly of the device on each workpiece.
Erfindungsgemäß können Körperschallsignale erfasst werden, welche nach der Werkstück-Schweißbearbeitung entstehen. Dies betrifft beispielsweise eine Bruch- oder Rissbildung in einer sich abkühlenden Schweißnaht, welche zeitlich nach der Schweißbearbeitung auftritt. Durch diesen Bruch oder Riss wird in dem Schweißgut bzw. in dem bearbeitenden Werkstück 4 eine spontane Körperschalldruckwelle erzeugt. Die Körperschalldruckwelle kann auch im Fall einer indirekten Schallankopp- lung der Vorrichtung wie etwa in Fig. 3 illustriert erfasst werden, da sie sich von dem Werkstück 4 über die mit dem Werkstück 4 in Kontakt stehende Transportoder Haltevorrichtung 12 und über das Kopplungselement 2 zu dem Schallwandler 3 ausbreitet. Somit können solche Materialfehler bzw. Materialanomalien durch Erfassung des Körperschalls detektiert werden, die im Anschluss an die eigentliche Werkstückbearbeitung entstehen. BEZUGSZEICHENLISTE According to the invention, structure-borne sound signals can be detected, which arise after the workpiece welding processing. This applies, for example, to a fracture or cracking in a cooling weld, which occurs in time after welding. As a result of this fracture or crack, a spontaneous structure-borne sound pressure wave is generated in the weld metal or in the workpiece 4 to be machined. The structure-borne sound pressure wave can also be detected in the case of an indirect sound coupling of the device, as illustrated in FIG. 3, since it extends from the workpiece 4 via the transport or holding device 12 which is in contact with the workpiece 4 and via the coupling element 2 to the sound transducer 3 spreads. Thus, such material defects or material anomalies can be detected by detecting the structure-borne noise, which arise after the actual workpiece machining. LIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Körper 1 body
2 Kopplungselement  2 coupling element
3 Schallwandler  3 transducers
4 Werkstück  4 workpiece
5 Schweißnaht  5 weld
6 Vorrichtung zur Herstellung einer Schweißverbindung, Schweißgerät 6 Apparatus for producing a welded joint, welding apparatus
7 Kopplungsmaterial 7 coupling material
8 Glasfaserbündel  8 glass fiber bundles
9 Glasfaser  9 fiberglass
10 Adapter  10 adapters
1 1 piezoelektrisches Bauteil  1 1 piezoelectric component
12 Lager/Transportvorrichtung  12 bearing / transport device
13 Mantel  13 coat
14 Auswerteeinheit  14 evaluation unit
15 Steuerung, Energieversorgung  15 control, power supply

Claims

Kopplungselement (2) zur akustischen Ankopplung eines Körpers (1) an einen Schallwandler (3) zur Erfassung von Schall, der infolge einer Bearbeitung des Körpers (1) oder eines mit dem Körper (1) schallgekoppelten Elements entsteht, wobei das Kopplungselement (2) ein elektrisch isolierendes Kopplungsmaterial (7) aufweist, dad u rch geken nzeich net, dass das Kopplungselement (2) und/oder das Kopplungsmaterial (7) eine Länge aufweist, die den Schallwandler (3) vom Körper (1) derart beabstandet, dass eine elektromagnetische Induktion vom Körper (1) in den Schallwandler (3) infolge Bearbeitung mit Elektroschweißen, Induktionshärten oder dergleichen im Wesentlichen unterbunden wird. Coupling element (2) for acoustically coupling a body (1) to a sound transducer (3) for detecting sound arising as a result of processing the body (1) or a sound-coupled element to the body (1), the coupling element (2) an electrically insulating coupling material (7), characterized in that the coupling element (2) and / or the coupling material (7) has a length which distances the sound transducer (3) from the body (1) in such a way that electromagnetic induction from the body (1) into the sound transducer (3) due to machining with electric welding, induction hardening or the like is substantially prevented.
Kopplungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kopplungsmaterial (7) im Wesentlichen aus einem festen Werkstoff wie etwa Glas oder Keramik gebildet ist. Coupling element according to claim 1, characterized in that the coupling material (7) is substantially formed of a solid material such as glass or ceramic.
Kopplungselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kopplungsmaterial (7) flexibel ist. Coupling element according to claim 1 or 2, characterized in that the coupling material (7) is flexible.
Kopplungselement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kopplungsmaterial (7) Glasfasern (9), ein Glasfaserbündel (8) und/oder mehrere Glasfaserbündel (8) umfasst. Coupling element according to claim 3, characterized in that the coupling material (7) comprises glass fibers (9), a glass fiber bundle (8) and / or a plurality of glass fiber bundles (8).
Kopplungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Kopplungsmaterial (7) von einem Mantel (13) umgeben ist. Coupling element according to one of claims 1 to 4, characterized in that the coupling material (7) by a jacket (13) is surrounded.
Vorrichtung zur Erfassung von Schall, der in einem Körper (1) insbesondere infolge einer Bearbeitung des Körpers (1) oder eines mit dem Körper (1) schallgekoppelten Elements entsteht, mit einem Schallwandler (3), d a d u r c h geken nzeichnet, dass dem Schallwandler (3) zur Übertragung des Schalls ein Kopplungselement (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zur An- kopplung an den Körper (1 ) zugeordnet ist. Device for detecting sound which arises in a body (1), in particular as a result of processing the body (1) or a sound-coupled element with the body (1), with a sound transducer (3), characterized in that the sound transducer (3 ) for the transmission of the Sound is associated with a coupling element (2) according to one of claims 1 to 5 for coupling to the body (1).
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Kopplungselement (2) ein Adapter (10) vorgesehen ist, mit dem das Kopplungselement (2) an den Körper (1 ) kontaktierbar ist, in dem sich der zu erfassende Schall ausbreitet. 7. Apparatus according to claim 6, characterized in that on the coupling element (2), an adapter (10) is provided, with which the coupling element (2) to the body (1) is contacted, in which propagates the sound to be detected.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Adapter (10) mit magnetischen Mitteln an dem Körper (1 ) befestigbar ist. 8. The device according to claim 7, characterized in that the adapter (10) with magnetic means to the body (1) can be fastened.
9. Verfahren zur Beobachtung und/oder Bewertung einer Schweißbearbeitung oder einer Induktionshärtung oder dergleichen eines Werkstücks, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass während der Bearbeitung der im Werkstück entstehende Schall mit einer Vorrichtung zur Erfassung von Schall, insbesondere nach einem der Ansprüche 6 bis 8, erfasst und ausgewertet wird. 9. A method for observing and / or evaluating a welding or induction hardening or the like of a workpiece, characterized in that detected during processing of the resulting sound in the workpiece with a device for detecting sound, in particular according to one of claims 6 to 8, and evaluated becomes.
10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Schweißbearbeitung einen sich an den eigentlichen Schweißprozess anschließenden Zeitabschnitt aufweist und die Schallerfassung während dieses Zeitabschnitts durchgeführt wird. 10. The method of claim 9, wherein the welding processing has a subsequent to the actual welding process period and the sound detection is performed during this period.
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