DD293428A5

DD293428A5 - Verfahren und vorrichtung zur ermittlung von dopplungen in blechen

Info

Publication number: DD293428A5
Application number: DD33945690A
Authority: DD
Inventors: Peter Rubrecht; Tassilo Uhlig; Harald Meinert; Wolfgang Seiffert; Eberhard Von Der Heyde; Klaus Schneider
Original assignee: Inst Energetik
Priority date: 1990-04-05
Filing date: 1990-04-05
Publication date: 1991-08-29

Abstract

Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung von Dopplungen in Blechen finden vorzugsweise in der metallverarbeitenden Industrie Anwendung, auch in der Foerdertechnik, dem Chemieapparate-, Kraftwerksanlagen- und Fahrzeugbau. Erfindungsgemaesz wurde die Aufgabe dadurch geloest, dasz nach Eingabe der Materialparameter des Bleches und der Blechabmessungen in den Rechner eine Kalibrierung der Schallsensoren erfolgt, anschlieszend das Blech eine Verformung im ausschlieszlich elastischen Bereich erfaehrt und dabei auftretende Koerperschallsignale einer Bedien- und Auswerteeinheit zugefuehrt werden. Die Vorrichtung zur Durchfuehrung des Verfahrens besteht aus einem planaren Prueftisch mit einseitiger Blecheinspannvorrichtung, einer an der gegenueberliegenden Seite angebrachten Hubeinrichtung, sowie Schallsensoren, die derart angeordnet sind, dasz diese 4 gleichschenklige Dreiecke bilden, wobei deren Spitzen ins Zentrum des zu pruefenden Bleches zeigen und dort ein Bauteildeformationssensor und ein weiterer Schallsensor positioniert sind.{Schallsensoren; elastische Verformung; Koerperschallsignale; Dopplungen; Bauteildeformationssensor}

Description

Hierzu 3 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung von Dopplungen in Blechen finden vorzugsweise in der metallverarbeitenden Industrie Anwendung, auch in der Fördertechnik, dem Chemieapparate-, Kraftwerksanlagen- und Fahrzeugbau, sowie bei metallurgischen Herstellern, wo ein Nachweis der Belastbarkeit von Blechen in Dickenrichtung zu führen ist.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Allgemein ist bekannt, daß der metallurgische Hersteller dopplungsfreie Bleche als besondere Blechqualität anbietet, oder der Verarbeiter den Nachweis der Dopplungsfreiheit dem Kunden gegenüber zu führen hat. In beiden Fällen ergibt sich die Notwendigkeit des schlüssigen Qualitätsnachweises durch entsprechende zerstörungsfreie Untersuchungsverfahren, wie mittels der in DE 3903396, DE 2319547 und DE 2421429 beschriebenen Verfahren.

Der Nachweis der Dopplungsfreiheit von Blechen wird weitverbreitet nach dem Ultraschallverfahren mit spezieller Prüftechnik durchgeführt, indem vorzugsweise rasterförmig das gesamte Blech im Rückwandecho-Verfahren abgetastet wird. Hilfseinrichtungen wie Prüfwagen unter Kopplung mehrerer Prüfköpfe und automatisierter Auswertung bilden den Stand der Technik. Der Einsatz des Ultraschall-Tauchverfahrens, das jedoch entsprechend groß dimensionierte Tauch'becken voraussetzt, bietet ebenfalls die Möglichkeit des Nachweises der Dopplungsfreiheit. Für die Mehrzahl blechverarbeitender Betriebe erweist sich ausschließlich das Rückwandecho-Verfahren mit speziellen Hilfseinrichtungen als einsetzbar. Dieses Verfahren ist personal- und zeitaufwendig und weist einen hohen Verschleiß der Prüftechnik, insbesondere der Ultraschall-Prüfköpfe auf.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht in der Entwicklung von kostengünstigen Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung von Dopplungen in Blechen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung von Dopplungen in Blechen zu entwickeln, womit in einem Arbeitsgang dopplungsbehaftete Bereiche einer Blechtafel lokalisiert und dokumentiert werden. Dabei sollen die Ergebnisse schnell und reproduzierbar ermittelt werden.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der bei einer elastischen Verformung eines zu prüfenden Bauteils induzierte charakteristische Körperschall, der einer konkreten Bauteildeformation entspricht, unter Zuhilfenahme einer Schallemissions-Analysen-Anlage zur Erfassung und/oder Lokalisation von Dopplungen, mittels Laufzeit-Koordinatenbestimmung, genutzt wird. Dabei erfolgt vor der Lastaufbringung die Kalibrierung der Schallemissions-Analysen-Sensoren (Schallsensoren) untereinander, indem nach Eingabe der Materialparameter des Bleches und der Blechabmessungen in den Rechner der Bedien- und Auswerteeinheit gezielte Sendeimpulse des zentral angeordneten Schallsensors als Geber ausgesendet werden. Anhand der Blechdaten werden die Belastungsgrenzen für das betreffende Blech durch den Rechner ermittelt. Dieser verwendet ein für alle Blechqualitäten und -abmessungen im elastischen Bereich definiertes Belastungsmodell und nutzt es zur Steuerung der Prüfvorrichtung.

Durch rechnergesteuerte elastische Verformung des Bleches, werden die dabei nach Anzahl, Intensität und Impulsdichte ausgesendeten charakteristischen Körperschallsignale der Uferreibung der Dopplung von Schallsensoren aufgenommen, über flexible Kabel an den Rechner der Bedien- und Auswerteeinheit übertragen, dort mittels Laufzeit-Koordinatenbestimmung die Dopplungsstellen ermittelt und die Ergebnisse einer anwenderspezifischen Weiterverarbeitung zugeführt. Ein Bauteildeformationssensor dient dabei der Überwachung der Blechdeformation und Warnung bei Annäherung an die untere Plastifizierungsgrenze. Die blechspezifischen Dopplungskoordinaten können anschließend sinnvollerweise einer automatischen Anlage eingegeben werden, die die Blechtafel in dopplungsfreie und dopplungsbehaftete Bereiche zerlegt und einen sortierten Abtransport gestattet. Die zerstörungsfreie Prüfung des gesamten Bleches ist damit in einem Arbeitsgang möglich, sie kann aber auch zyklisch mit zunehmendem Verformungsgrad erfolgen, der immer unterhalb der bleibenden Verformung der Blechtafel gewählt werden muß.

Zur Durchführung des Verfahrens sind eine mehrkanalige Schallemissions-Analysen-Anlage mit kalibrierfähigen Schallsensoren, ein oder mehrere zur Grenzwertsicherung dienende Bauteildeformationssensoren, eine speziell angepaßte geräuscharme Prüfvorrichtung, die eine einmalige und/oder zyklische Biegebelastung des Bauteiles ermöglicht, sowie eine zentrale Bedien-, Erfassungs- und Auswarteeinheit zur Koordinierung der Vorgänge erforderlich.

Ein planarer Prüftisch mit einseitiger Blecheinspannvorrichtung und einer an der gegenüberliegenden Seite angebrachten Hubeinrichtung für das Blech sind derart angeordnet, daß sich an der beweglichen Klemmschiene ein zentraler Antrieb mit Synchronisationsgetriebe und Synchronisationsspindel sowie vorzugsweise 4 Hauptspindeln befinden. Die Klernmschienen und der Blechaufnahmetisch sind dabei mit einem verschleißfesten schallisolierenden Belag versehen. Die Hauptspindeln sind in einer Nut der beweglichen Klemmschiene gelagert und die gesamte Hebeeinrichtung ist schwenkbar. Die Schallsensoren sind derart angeordnet, daß diese 4 gleichschenklige Dreiecke bilden, wobei deren Spitzen ins Zentrum des zu prüfenden Bleches zeigen und dort neben einem Bauteildeformationssensor ein weiterer Schallsensor positioniert ist. Die gesamte Prüfvorrichtung ist auf einem schwingungsgedämpften Fundament montiert.

Ausführungsbelsplel

Am Beispiel der Figuren 1,2 und 3 soll die erfindungsgemäße Lösung dargestellt werden. Es zeigen

Fig. 1; die Prüfvorrichtuno

Fig. 2: einen modifizierten Bauteildeformationssensor

Fig. 3: eine Sensorenhalterung mit Saugfüßen.

Das zu prüfende Blech 26 wird auf dem planaren Prüftisch 2 positioniert und mittels fester Klemmschiene 3 und beweglicher Klemmschiene 4 eingespannt.

Im Zentrum des zu prüfenden Bleches 26 werden der Bauteildeformationssensor 8 und ein Schallsensor 9 aufgesetzt. Weitere vier Schallsensoren 9 werden an den Eckpunkten des Blech« 26 positioniert.

Anschließend erfolgt die Eingabe der Materialdaten und Bauteilabmessungen automatisiert oder manuell in den Steuer- und

Auswerterechner der Bedien- und Auswerteeinheit 11. Im Nullzustand des unbelasteten Bleches 26 erfolgt die Kalibrierung der Schallsensoren 9 untereinander, indem gezielte Sendeimpulse des zentral angeordneten Schallsensors 9 als Geber ausgesendet werden.

Mittels einer Hebevorrichtung bestehend aus den Hauptspindeln 5, der Synchronisationsspindel 7, der beweglichen Klemmschiene 4 sowie den entsprechend schwenkbaren Spindellagern 6 mit Antrieb und Getriebe wird das Blech 26 bei gleichzeitiger Geräuscherfassung und -auswertung nach einem Modell definiert verformt.

Dabei sorgt, der Bauteildeformationssensor 8 für die rechtzeitige Verformungsbegrenzung vor dem Erreichen der Plastizitätsgrenze.

Der Bauteildeformationssensoi 8 baut sich aus 25 im quadri tischen Raster angeordneten Elastomergebern 15 auf. Diese befinden sich im Gehäuse 12 auf einer isolierten Grundplatte 19 mit Führungsmatrix und sind mit einer oberen Kontaktierung 14 und unteren Kontaktierung 16, sowie mit dem kraftübertragenden Druckstößel 17 versehen.

Der Anschluß an den Rechner erfolgt über Leiterplatte 13, Steckkontakt 18 und flexible Kabelverbindung.

Bei ferromagnetischen Blechen werden die Sensoren 8 und 9 durch den Magnethaftring 20 gehalten.

Sollen Bleche aus anderen Materialien untersucht werden, kommt die Halterung nach Figur 3 zum Einsatz, bestehend aus zwei Saugfüßen 21, zwei Gelenkhebäln 25 mit Langloch und Sensorenhaltering, Gegenlager 22, Andruckfedern 24 und Führungsring 23.

Die Saugfüße 21 oder der Magnethaftring 20 gewährleisten einen festen Halt und sorgen für einen planaren sowie rutschfreien Sitz der Sensoren 8 und 9 auf dem zu prüfenden Blech 26. Durch die Dämpfung mit schallisolierendem Belag 10 und die in dieser Hinsicht ausgelegten schwingungsgedämpften Fundamente 1, nehmen die Schallsensoren 9 nur die Geräusche der Rißuferreibung auf.

Auf dem entsprechend programmierten Stauer- und Auswerterechner werden die Dopplungen anhand eines Belastungsmodells ermittelt und die Ergebnisse einer automatisierten Schneid- und/oder Sortieranlage zur Aussonderung dopplungsbehafteter Bereiche bzw. Bleche zugeleitet.

Claims

1. Verfahren zur Ermittlung von Dopplungen in Blechen, bei dem während einer Belastung des Bleches eine Schallemicsionsanalyse durchgeführt wird und die auftretenden Emissionssignale der Erfassung und/oder Lokalisation von Fehlerstellen dienen, gekennzeichnet dadurch, daß nach Eingabe der Materialparameter des Bleches (26) und der Blechabmessungen in den Rechner eine Kalibrierung derSchallemissions-Analysen-Sensoren (9) erfolgt, anschließend das Blech (26) eine Verformung im ausschließlich elastischen Bereich erfährt und dabei auftretende charakteristische Körperschallsignale einer Bedien- und Auswerteeinheit (11) zugeführt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die elastische Verformung durch einen Bauteildeformationssensor (8) überwacht wird, dieser auf der Grundlage eines Belastungsgrenzwertes arbeitet, der mit Hilfe der im Rechner abgespeicherten Werkstoffsollkennwerte ermittelt wird und bei Annäherung an diesen Grenzwert ein akustisches Warn- und Steuersignal aussendet.

3. Vorrichtung zur Ermittlung von Dopplungen in Blechen, gekennzeichnet dadurch, daß ein planarer Prüftisch (2) mit einseitiger Blecheinspannvorrichtung und einer an der gegenüberliegenden Seite angebrachten Hubeinrichtung für das Blech derart angeordnet sind, daß sich an der beweglichen Klemmschiene (4) ein zentraler Antrieb mit Synchronisationsgetriebe und Synchronisationsspindel (7) sowie vorzugsweise vier Hauptspindeln (5) befindet, wobei die Hauptspindeln (5) in einer Nut der beweglichen Klemmschiene (4) gelagert sind und die gesamte Hubeinrichtung schwenkbar ist und Schallemissions-Analysen-Sensoren (9) so angeordnet sind, daß diese vier gleichschenklige Dreiecke bilden, wobei deren Spitzen ins Zentrum des zu prüfenden Bleches (26) zeigen und dort ein Bauteildeformationssensor (8) und ein weiterer Schallemissions-Analysen-Sensor (9) positioniert sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet dadurch, daß der planare Prüftisch (2) und die Klsmmschienen mit einem verschleißfesten schallisolierenden Belag (10) versehen sind.