DE10028519A1

DE10028519A1 - Quality inspection method for cast or sintered components, involves dividing response frequency spectra into regions of fundamental resonance and above fundamental resonance depending on time

Info

Publication number: DE10028519A1
Application number: DE10028519A
Authority: DE
Inventors: Klaus-Jochen Froehlich; Bernd Frankenstein
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2000-06-08
Filing date: 2000-06-08
Publication date: 2002-01-17

Abstract

The cast component (1) is excited with a broadband acoustic pulse and the response frequency spectra is divided into regions of fundamental resonance and above fundamental resonance band depending on time. The divided spectra is compared with reference using fuzzy classification or neural network to judge the quality of the component.

Description

Technical application area

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Qualitätsprüfung von Bauteilen, bei dem das Bauteil mit einem breitbandigen akustischen Impuls angeregt und die Impulsantwort des Bauteils erfasst und einer Fre quenzanalyse unterzogen wird, um intakte Bauteile von defekten Bauteilen zu unterscheiden.The present invention relates to a method for quality inspection of components in which the component excited with a broadband acoustic impulse and the impulse response of the component is recorded and a Fre is subjected to sequence analysis in order to determine intact components distinguish defective components.

Das Verfahren findet insbesondere im Bereich der Qualitätssicherung bei der Produktion unterschiedlich ster Bauteile, beispielsweise aus gegossenen oder gesinterten Materialien, Anwendung.The process takes place particularly in the area of Quality assurance in production varies ster components, for example from cast or sintered materials, application.

State of the art

Es ist seit langem bekannt, die Qualität von Bau teilen über ihren Klang zu erkennen. Dabei wird das Bauteil in der Regel mechanisch angeschlagen und die dabei entstehenden Bauteilresonanzen über Körperschall- bzw. Luftschallmessung bestimmt. Der Vergleich typi scher Frequenzen mit berechneten oder auch gemessenen Werten liefert dann die Aussage über Fehler im Bauteil, die sich in der Klangveränderung widerspiegeln.It has long been known the quality of construction recognize parts through their sound. It will Component usually struck mechanically and the resulting component resonances via structure-borne noise or airborne sound measurement determined. The comparison typi frequencies with calculated or measured Values then provides information about defects in the component, which are reflected in the change in sound.

Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise aus der US 5,285,687 zur Untersuchung monolithischer Bau teile bekannt. Bei diesem Verfahren wird das Bauteil durch mechanisches Anschlagen mit einem breitbandigen akustischen Impuls angeregt und die Impulsantwort über Luftschallmessungen erfasst. Die erfassten Daten werden einem Frequenzanalysator zugeführt, mit dem die Vertei lung des Schalldrucks auf einzelne Frequenzen innerhalb eines vorbestimmten Frequenzbereiches ermittelt wird. Das Ergebnis wird mit einer Referenzkurve für unbeschä digte Bauteile verglichen, wodurch intakte von beschä digten Bauteilen unterschieden werden können. Der Fre quenzbereich für die Untersuchung des Bauteils liegt beim Beispiel dieser Druckschrift im Hörschallbereich zwischen 4 und 12 kHz.Such a method is, for example, from US 5,285,687 for the investigation of monolithic construction parts known. In this process, the component by mechanical striking with a broadband acoustic impulse excited and the impulse response over Airborne sound measurements recorded. The captured data will a frequency analyzer, with which the distribution sound pressure to individual frequencies within a predetermined frequency range is determined. The result is compared with a reference curve for Damaged components compared, whereby intact damaged components can be distinguished. The Fre quenz range for the examination of the component lies in the example of this document in the audible range between 4 and 12 kHz.

In zahlreichen Anwendungsfällen versagt eine der artige Methode zur Qualitätsprüfung von Bauteilen je doch oder liefert unzuverlässige Aussagen. Die Ursachen für diese Problematik können darin liegen, dass sich die zu bestimmenden Bauteilfehler nicht in den betrach teten Grundresonanzen des Bauteils widerspiegeln, dass die Anregung und Messung nicht reproduzierbar gestaltet werden können, oder dass Störungen aus der Umgebung im betrachteten Frequenzbereich eine zuverlässige Aussage vereiteln.In numerous applications, one of the like method for quality inspection of components each yes or provides unreliable statements. The reasons for this problem can be that the component defects to be determined are not considered fundamental resonances of the component reflect that the excitation and measurement are not made reproducible or that disturbances from the environment in the considered frequency range a reliable statement thwart.

Die US 5,425,272 beschreibt ein weiteres Verfahren zur Qualitätsprüfung von Bauteilen, bei dem zumindest zwei herausragende Frequenzen des Bauteils über eine akustische Anregung bestimmt werden und das Verhältnis des Frequenzunterschiedes zu einer der beiden Frequen zen mit vorberechneten oder vorermittelten Werten für unbeschädigte Bauteile verglichen wird.US 5,425,272 describes another method for the quality inspection of components, in which at least two outstanding frequencies of the component over one acoustic excitation can be determined and the ratio the frequency difference to one of the two frequencies zen with pre-calculated or pre-determined values for undamaged components are compared.

Da dieses wie auch weitere vergleichbare Verfahren defekte Bauteile anhand einer Frequenzverschiebung von Resonanzfrequenzen erkennen, ist für eine exakte Mes sung eine sehr hohe Frequenzauflösung erforderlich, um auch noch sehr geringe Verschiebungen dieser Resonanzen erkennen zu können. Dies führt jedoch zu einer entsprechend langen Messzeit, die gerade im Bereich der Pro duktionstechnik unerwünscht ist.Since this as well as other comparable procedures defective components based on a frequency shift of Recognizing resonance frequencies is for an exact measurement solution requires a very high frequency resolution to also very small shifts in these resonances to be able to recognize. However, this leads to a corresponding long measuring time, which is precisely in the area of Pro production technology is undesirable.

Ausgehend von diesem Stand der Technik besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Verfahren zur Qualitätsprüfung von Bauteilen bereitzustellen, das eine zuverlässige Qualitätsprüfung bei geringeren An forderungen an die Frequenzauflösung und damit mit ge ringeren Messzeiten ermöglicht.Based on this state of the art The object of the present invention is to provide a method to provide for the quality inspection of components, the a reliable quality check with low demand requirements for frequency resolution and thus with ge allows shorter measuring times.

Presentation of the invention

Die Aufgabe wird mit dem Verfahren gemäß Patentan spruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Ver fahrens sind Gegenstand der Unteransprüche.The task is accomplished with the method according to Patentan spell 1 solved. Advantageous embodiments of the Ver driving are the subject of the subclaims.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird das zu un tersuchende Bauteil, ebenso wie bei bekannten Verfahren zur Qualitätsprüfung von Bauteilen, mit einem breitban digen akustischen Impuls angeregt und die Impulsantwort des Bauteils über entsprechende Sensoren erfasst. Das vorliegende Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass aus der Impulsantwort die Verteilung der Anregungsener gie auf Frequenzbereiche eines breiten Frequenzbandes der Impulsantwort in Abhängigkeit von der Zeit ermit telt wird. Das breite Frequenzband umfasst hierbei ins besondere einen Bereich oberhalb der Grundresonanzen des Bauteils und kann auch die Grundresonanzen mit ein schliessen. Über einen Vergleich von einem oder mehre ren durch vorgebbare Frequenz- und Zeitabschnitte be stimmten Ausschnitten aus der ermittelten Verteilung mit Referenzdaten können intakte Bauteile von defekten Bauteilen unterschieden werden. In the method according to the invention, this becomes too un component searching, as well as in known methods for the quality inspection of components, with a broad band the acoustic impulse and the impulse response of the component via appropriate sensors. The The present method is characterized in that from the impulse response the distribution of the excitation generators gie on frequency ranges of a broad frequency band the impulse response depending on the time is communicated. The broad frequency band includes ins especially an area above the basic resonances of the component and can also include the basic resonances conclude. A comparison of one or more ren by predetermined frequency and time segments agreed sections from the determined distribution with intact data, defective components can be Components can be distinguished.

Im Gegensatz zu den bekannten Verfahren des Stan des der Technik, bei dem die Frequenzanalyse zeitinte gral durchgeführt wird, wird bei dem Verfahren der vor liegenden Erfindung die Verteilung der Anregungsenergie auf unterschiedliche Frequenzbereiche bzw. Frequenzen innerhalb eines breiten Frequenzbandes zeitaufgelöst untersucht. Diese Zeitauflösung wird vorzugsweise über die bekannten Techniken der "Joined Time Frequency Ana lysis" - angewendet auf die Daten der erfassten Im pulsantwort - erreicht. Es versteht sich von selbst, dass hierbei physikalisch bedingt ein Mittelweg zwi schen der Zeit- und Frequenzauflösung gewählt werden muss, um die für die jeweilige Anwendung relevanten si gnifikanten Ausschnitte bereitstellen zu können.In contrast to the known methods of Stan the technology in which the frequency analysis is time-integrated grail is carried out in the process of before lying invention the distribution of the excitation energy to different frequency ranges or frequencies time-resolved within a broad frequency band examined. This time resolution is preferably about the known techniques of "Joined Time Frequency Ana lysis "- applied to the data of the captured Im pulse response - reached. It goes without saying that due to physical reasons there is a middle ground between time and frequency resolution can be selected in order to ensure that the si to be able to provide significant clippings.

Es hat sich gezeigt, dass gerade durch Untersu chungen des Klangverhaltens oberhalb der vorhersehbaren und berechenbaren Grundresonanzen des Bauteils im Zu sammenhang mit der zeitaufgelösten Betrachtungsweise sehr zuverlässige Aussagen über das Vorliegen von Bau teildefekten getroffen werden können. Hierbei werden wesentlich geringere Anforderungen an die Frequenzauf lösung gestellt, als dies bei den bekannten Verfahren des Standes der Technik erforderlich ist. Die entspre chende Messzeit an den Bauteilen wird hierdurch redu ziert.It has been shown that precisely through Untersu of the sound behavior above the predictable and predictable basic resonances of the component in the connection with the time-resolved view very reliable statements about the existence of construction partial defects can be hit. Here are much lower frequency requirements Solution presented as this in the known methods the state of the art is required. The correspond This reduces the measuring time on the components ed.

Die Vorgabe der Frequenz- und Zeitabschnitte aus der erfassten frequenz- und zeitaufgelösten Verteilung der Anregungsenergie erfolgt in Abhängigkeit von den jeweils zu untersuchenden Bauteilen bzw. Prüflingen. Hierbei werden gerade die Ausschnitte ausgewählt, an denen defekte von intakten Bauteilen am zuverlässigsten unterschieden werden können. Es kann sich hierbei um einen einzigen Ausschnitt handeln, der auch das gesamte erfasste Frequenz-Zeit-Fenster umfassen kann, oder auch um mehrere unterschiedliche Ausschnitte, die gegebenen falls für unterschiedliche Bauteildefekte charakteri stisch sind. Bei der Auswertung erfolgt ein Vergleich mit Referenzwerten, wobei diese Referenzwerte vorzugs weise an intakten Bauteilen ermittelt wurden. Es ist jedoch auch möglich, je nach Anwendungsfall, auf eine Übereinstimmung des in den jeweiligen Ausschnitten vor liegenden Datenmusters mit Referenzdaten hin zu prüfen, die an Bauteilen mit bestimmten Defekten aufgenommen wurden.The specification of the frequency and time segments the recorded frequency and time-resolved distribution the excitation energy depends on the components or test objects to be examined in each case. Here the sections are currently selected, on the most reliable for those defects of intact components can be distinguished. It can be act a single cutout that also covers the whole recorded frequency-time window can include, or around several different clippings that are given if characteristic for different component defects are stish. A comparison is made during the evaluation with reference values, these reference values preferred have been determined on intact components. It is however also possible, depending on the application, on a Agreement in the respective sections to check lying data pattern with reference data, those recorded on components with certain defects were.

Das breite Frequenzband, in dem die Auswertung er folgt, überstreicht vorzugsweise einen Bereich von min destens 200 kHz. Der Frequenzbereich kann sich auch vom Bereich der hörbaren Frequenzen bis auf 400 kHz oder bis in den MHz-Bereich erstrecken.The broad frequency band in which the evaluation he follows, preferably covers a range of min at least 200 kHz. The frequency range can also vary from Range of audible frequencies up to 400 kHz or extend into the MHz range.

Die ein oder mehreren Wandler zur Erzeugung des Anregungsimpulses und zum Empfang der Impulsantwort werden vorzugsweise direkt mechanisch mit dem Bauteil in Kontakt gebracht. Hierdurch wird eine Verbindung zwischen dem Bauteil und der Sensorik zu einem elektro mechanisch verkoppelten System erreicht. Sensoren bzw. Wandler und Bauteil werden bei der Qualitätsprüfung als eine akustische Einheit betrachtet.The one or more transducers for generating the Excitation pulse and to receive the impulse response are preferably directly mechanical with the component brought into contact. This creates a connection between the component and the sensors to an electro mechanically coupled system achieved. Sensors or The converter and component are used in the quality inspection considered an acoustic unit.

Die Auslegung der Sensor- bzw. Wandlereigenschaf ten erfolgt vorzugsweise derart, dass die akustische Signatur des Prüfobjektes dominiert, das heißt, dass die Einflüsse der Wandler bzw. Sensoren auf die Im pulsantwort des Bauteils in den Frequenzbereichen, in denen Defekte des Bauteils anhand bestimmter Muster er kennbar sind, nicht in diesem Muster dominieren.The interpretation of the sensor or converter properties is preferably carried out in such a way that the acoustic Signature of the test object dominates, that is, that the influences of the transducers or sensors on the Im pulse response of the component in the frequency ranges, in the defects of the component based on certain patterns are not dominant in this pattern.

Weiterhin kann bei Einsatz elektrisch ansteuerba rer Wandler zur Erzeugung des Anregungsimpulses der Wandler mil einem elektrischen Impuls angesteuert wer den, der die inverse Übertragungsfunktion dieses Wand lers aufweist. Auf diese Weise wird die Übertragungs funktion des Wandlers bereits bei der Anregung kompen siert.Furthermore, electrically controllable when used rer converter for generating the excitation pulse Transducers driven by an electrical pulse the one that is the inverse transfer function of this wall lers. This way the transmission Compensate the function of the converter when the excitation Siert.

Durch die direkte Ankopplung der Wandler an das Bauteil ist es erforderlich, diese Ankopplung reprodu zierbar zu gestalten. Dies wird vorzugsweise dadurch erreicht, dass der oder die Wandler und das Bauteil oh ne mechanische Einflussnahme auf das Bauteil mit einer definierten Kraft gegeneinander gedrückt werden, die durch geeignete physikalische Effekte erzeugt wird. Derartige physikalische Effekte, bei denen nicht mecha nisch auf das Bauteil eingewirkt wird, sind beispiels weise die Gravitationskraft, mit der das Bauteil auf den Sensoren aufliegt, Adhäsionskräfte zwischen den Sensoren und dem Bauteil, die beispielsweise durch ei nen geeigneten dünnen Flüssigkeitsfilm zwischen Senso ren und Bauteil erzeugt werden können, oder magnetische Kräfte, die insbesondere zum Anbringen von mit Magneten ausgestatteten Sensoren bzw. Wandler an ein metalli sches Bauteil eingesetzt werden können.By coupling the transducers directly to the Component it is necessary to reproduce this coupling designable. This is preferably because of this achieved that the converter (s) and the component oh ne mechanical influence on the component with a defined force are pressed against each other is generated by suitable physical effects. Such physical effects, in which not mecha The component is acted on niches, for example have the gravitational force with which the component on the sensors, adhesive forces between the Sensors and the component, for example by ei a suitable thin liquid film between Senso ren and component can be generated, or magnetic Forces in particular for attaching with magnets equipped sensors or transducers to a metalli cal component can be used.

Für den Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens eignet sich auch die Verwendung nur eines Wandlers als Sender und Empfänger. Mit dieser Ausgestaltung lässt sich insbesondere die Qualitätsprüfung von sehr kleinen Bauteilen mit hoher Zuverlässigkeit durchführen. Vorzugsweise wird hierbei ein piezoelektrischer Wandler eingesetzt.For the use of the method according to the invention the use of only one converter is also suitable Sender and receiver. With this design lets in particular the quality inspection of very small Execute components with high reliability. Preferably becomes a piezoelectric transducer used.

Weiterhin können auch ein getrennter Wandler zur Erzeugung des Anregungsimpulses und ein oder mehrere weitere Wandler zur Erfassung der Impulsantwort verwen det werden. Neben piezoelektrischen Wandlern zur Erfas sung der Impulsantwort lässt sich auch sehr vorteilhaft ein Laserscanvibrometer einsetzen.Furthermore, a separate converter can also be used Generation of the excitation pulse and one or more use additional transducers to record the impulse response be det. In addition to piezoelectric transducers for detection solution of the impulse response can also be very advantageous use a laser scanning vibrometer.

Der Vergleich der erfassten Daten mit den Refe renzdaten zur Unterscheidung intakter Bauteile von de fekten Bauteilen erfolgt über geeignete Vergleichstech niken, beispielsweise über Korrelationskoeffizienten. Vorzugsweise wird ein Fuzzy-Klassifikator oder ein neu ronales Netz, wie beispielsweise ein Kohonen-Netz ein gesetzt. Selbstverständlich sind auch andere Klassifi zierungstechniken, wie beispielsweise Clusteranalyse, für den Einsatz beim vorliegenden Verfahren geeignet. Für die zeitabhängige Darstellung der Impulsant wort eignen sich insbesondere die Kurzzeit-FFT- Transformation oder die Wavelet-Transtormation.The comparison of the recorded data with the Refe reference data to differentiate intact components from de defective components are made using a suitable comparison technique techniques, for example via correlation coefficients. Preferably a fuzzy classifier or a new one ronal network, such as a Kohonen network set. Of course, there are also other classifications ornamentation techniques, such as cluster analysis, suitable for use in the present method. For the time-dependent display of the Impulsant short-term FFT Transformation or the wavelet transtormation.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Aus führungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen nochmals kurz erläutert. Hierbei zeigen:The invention is based on an off example in connection with the drawings again briefly explained. Here show:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Messprinzips für die Durchführung des vorliegenden Verfah rens; Fig. 1 is a schematic representation of the measuring principle for the implementation of the present procedural;

Fig. 2 eine Falschfarbendarstellung (hier: in Grauab stufungen) einer bei 1900 Hz schwingenden Zahnriemenscheibe; Fig. 2 is a false color representation (here: gradations in Grauab) of a toothed belt pulley vibrating at 1900 Hz;

Fig. 3 zwei Sonogrammdarstellungen der gemäß der vor liegenden Erfindung erfassten akustischen Si gnatur zweier Bauteile; FIG. 3 shows two Sonogrammdarstellungen of the detected before lying invention acoustic Si gnatur according to two components;

Fig. 4 das Blockbild der messtechnischen Realisierung 5 eines Signaturanalysesystems gemäß der vorlie genden Erfindung; Figure 4 shows the block diagram of the metrological implementation 5 of a signature analysis system according to the vorlie invention.

Fig. 5 ein Beispiel für eine Auswahl der Sono grammausschnitte beim vorliegenden Verfahren; und Fig. 5 is an example of a selection of the program Sono cutouts in the present method; and

Fig. 6 beispielhaft ein Schema der automatisierten Bewertung der Sonogrammausschnitte mittels Fuzzy-Klassifikation. Fig. 6 by way of example a schematic of the automated evaluation of Sonogrammausschnitte using fuzzy classification.

Ways of Carrying Out the Invention

Fig. 1 zeigt zwei mögliche Anordnungen aus Sensor bzw. Wandler 2, 3 und Bauteil bzw. Prüfling 1, wie sie bei der Durchführung des vorliegenden Verfahrens einge setzt werden können. Fig. 1 shows two possible arrangements of sensor or transducer 2 , 3 and component or device under test 1 , as they can be used in the implementation of the present method.

In der oberen Anordnung wird hierbei das Bauteil 1 lediglich mit einem einzigen Sensor 2, der gleichzeitig als Sender und als Empfänger arbeitet, in Kontakt ge bracht. Zunächst wird ein definierter akustischer Im puls 4 über den Sensor 2 in das Bauteil 1 eingebracht und anschließend die resultierende Impulsantwort des Bauteils, im Folgenden als akustische Signatur 5 be zeichnet, über den gleichen Sensor 2 wieder empfangen und einer nicht dargestellten Auswerte- bzw. Verarbei tungseinheit zugeleitet.In the upper arrangement, component 1 is only brought into contact with a single sensor 2 , which works simultaneously as a transmitter and as a receiver. First, a defined acoustic pulse 4 is introduced via the sensor 2 into the component 1 and then the resulting impulse response of the component, hereinafter referred to as acoustic signature 5 , is received again via the same sensor 2 and an evaluation or processing (not shown) unit supplied.

Die zweite Anordnung im unteren Bereich der Figur zeigt eine Ausgestaltung, bei der ein Sensor 2 als Sen der und ein weiterer Sensor 3 als Empfänger mit dem Bauteil 1 in Kontakt gebracht werden. Die Beaufschla gung des Bauteils 1 mit dem akustischen Impuls 4 er folgt über den Sensor 2, die Erfassung der Impulsant wort über den Sensor 3. Die hieraus resultierende aku stische Signatur 5 wird wiederum einer nicht darge stellten Auswerteeinrichtung zugeführt, in der die wei teren Verfahrensschritte vorgenommen werden.The second arrangement in the lower area of the figure shows an embodiment in which a sensor 2 as sensor and another sensor 3 as receiver are brought into contact with component 1 . The application of the component 1 with the acoustic impulse 4 takes place via the sensor 2 , the detection of the impulse response via the sensor 3 . The resulting acoustic signature 5 is in turn fed to an evaluation device, not shown, in which the further method steps are carried out.

Fig. 2 zeigt ein Beispiel für eine mit einem La serscanvibrometer gemessene Momentaufnahme der Schwing geschwindigkeit (Schnelle) einer bei 1900 Hz schwingen den Zahnriemenscheibe in Falschfarbendarstellung (hier: unterschiedliche Grauabstufung). Dabei handelt es sich um einen der Grundschwingungsmoden der sintermetalli schen Zahnriemenscheibe. Qualitätsmängel an der Zahn riemenscheibe bilden sich in derartigen Grundschwin gungsmoden, wie sie beim Stand der Technik untersucht werden, allerdings nur bedingt ab. Fig. 2 shows an example of a snapshot of the vibration speed (rapid) of a vibrating at 1900 Hz measured with a laser scanning vibrometer in false color representation (here: different gray gradation). This is one of the fundamental vibration modes of the sintered metal pulley. Quality deficiencies on the toothed belt pulley are only partially reflected in such basic vibration modes as are examined in the prior art.

Zur Qualitätsprüfung eines derartigen Bauteils mit dem Verfahren der vorliegenden Erfindung wurde zur Mes sung der breitbandigen Impulsantwort eine Anordnung ge schaffen, bei der die zu prüfenden Zahnriemenscheiben über eine geeignete Handhabungsvorrichtung in jeweils identischer Position bzw. Lage auf den Spitzen von drei piezoelektrischen Sensoren bzw. Wandlern reproduzierbar aufgesetzt werden. Die Spitzen der Sensoren bzw. Wand ler sind dabei in einer horizontalen Ebene angeordnet, so dass die Zahnriemenscheibe durch die einwirkende Gravitationskraft mit definierter, von Scheibe zu Scheibe gleicher Kraft auf den Sensoren aufliegt. Einer dieser Sensoren dient hierbei als Sendewandler zur Ein kopplung des Anregungsimpulses, die beiden verbleibenden Sensoren dienen der Erfassung der Impulsantwort. Bei der Durchführung des Verfahrens wird auf den Sende wandler ein definierter Hochspannungsimpuls gegeben und an den beiden anderen Sensoren die breitbandige Im pulsantwort (1 kHz-250 kHz) der komplexen Anordnung aus Sensoren und Bauteil gemessen. Aus dem erfassten Zeitsignal werden dann in kurzen Zeitabschnitten die Frequenzspektren berechnet und in farbigen Sonogrammen dargestellt. Mit der Farbe wird die momentane Energie in der jeweiligen Frequenz bzw. im jeweiligen (engen) Frequenzbereich dargestellt. Beispiele für derartige Sonogramme sind in Fig. 3 zu erkennen.To test the quality of such a component using the method of the present invention, an arrangement was created for measuring the broadband impulse response in which the toothed belt pulleys to be tested are positioned in an identical position on the tips of three piezoelectric sensors or transducers using a suitable handling device be reproducibly set up. The tips of the sensors or transducers are arranged in a horizontal plane, so that the toothed belt pulley rests on the sensors with a defined force that is the same from disk to disk due to the gravitational force. One of these sensors serves as a transmitter converter for coupling the excitation pulse, the two remaining sensors are used to record the impulse response. When carrying out the method, a defined high-voltage pulse is given to the transmitter and the broadband pulse response (1 kHz-250 kHz) of the complex arrangement of sensors and component is measured at the other two sensors. The frequency spectra are then calculated from the recorded time signal in short time segments and displayed in colored sonograms. The color shows the current energy in the respective frequency or in the respective (narrow) frequency range. Examples of such sonograms can be seen in FIG. 3.

Fig. 3 zeigt im oberen Bereich das mit dieser Technik erfasste und dargestellte Sonogramm eines in takten Referenzbauteils, im unteren Teil das entspre chende Sonogramm eines geschädigten Bauteils. Diese beispielhaften Sonogramme sind für einen ausgewählten Frequenzbereich bis 40 kHz und über eine Beobachtungs zeit von 200 ms erfasst worden. Aus den beiden Darstel lungen ist klar ersichtlich, dass sich die Sonogramme bzw. akustischen Signaturen beider vermessener Bauteile signifikant unterscheiden. Aus den Darstellungen ist auch zu erkennen, dass sich der oder die Bauteilfehler nur in sehr geringem Maße bei der in Fig. 2 darge stellten Grundresonanz des Bauteils von 1900 Hz auswir ken. Fig. 3 shows in the upper area the sonogram recorded and represented by this technique of an intact reference component, in the lower part the corresponding sonogram of a damaged component. These exemplary sonograms have been recorded for a selected frequency range up to 40 kHz and over an observation time of 200 ms. It can be clearly seen from the two representations that the sonograms or acoustic signatures of the two measured components differ significantly. From the representations it can also be seen that the component defect (s) only have a very small effect on the basic resonance of the component of 1900 Hz shown in FIG. 2.

Bei den dargestellten Sonogrammen lässt sich die Farbdarstellung nur als Grauabstufung erkennen. Dies ist jedoch nur für eine optische Überprüfung dieser So nogramme von Bedeutung. Bei automatisierten Tests wer den nicht die optischen Darstellungen, sondern die ihnen zugrundeliegenden Daten bzw. Datenmuster vergli chen.In the sonograms shown, the Recognize color only as a gradation of gray. This is however only for a visual check of this nograms of importance. In automated tests, who not the visual representations, but those to them the underlying data or data pattern chen.

Unter der Voraussetzung, dass sich die zu erfas senden Bauteilunterschiede in der akustischen Signatur - im gesamten Bereich oder auch nur in ausgewählten So nogrammausschnitten - abbilden, kann das System sehr vorteilhaft zur automatisierten Prüfung der jeweiligen Bauteile eingesetzt werden.Provided that to grasp it send component differences in the acoustic signature - in the entire area or only in selected suns The system is very capable of reproducing nogram excerpts advantageous for automated testing of the respective Components are used.

Der Erfolg des Systems wird durch eine geeignete hochgradig reproduzierbare und auf die Bauteileigen schaften zugeschnittene individuelle Sensor/Bauteil anordnung wesentlich bestimmt. Hierbei werden nicht für jede Anwendung die gleichen Sensoren eingesetzt. Die Sensoren werden vielmehr auf die jeweilige Anforderung individuell angepasst. Im vorliegenden Fall der Unter suchung von Zahnriemenscheiben wurden hierfür drei spitze Sensoren gewählt.The success of the system is determined by an appropriate one highly reproducible and on the component's own customized individual sensor / component arrangement essentially determined. Here are not for every application uses the same sensors. The Rather, sensors are tailored to the specific requirement individually adjusted. In the present case the sub There were three searches for timing belt pulleys pointed sensors selected.

Fig. 4 zeigt das Blockbild eines Beispiels einer messtechnischen Realisierung des vorliegenden Signa turanalysesystems. Aus der Impulsantwort des Systems werden Sonogramme in jeweils zwei Frequenzbereichen (0 -50 kHz und 50-200 kHz) berechnet. Selbstverständlich ist auch eine Aufteilung in mehr als zwei Frequenzbe reiche möglich. Das über die Sensoren erfasste analoge Signal wird A/D-gewandelt und über einen Digitalfilter mit einer Grenzfrequenz von 50 kHz in die Frequenzbe reiche oberhalb und unterhalb von 50 kHz aufgeteilt. Die jeweiligen Bereiche werden Fouriertransformationen unterzogen, um daraus das jeweilige Sonogramm zu be rechnen. Im vorliegenden Beispiel werden jeweils vier Sonogrammausschnitte ausgewählt, in einem Fuzzy- Klassifikator mit einer anzulernenden Referenz klas siert und nach einer wiederum individuellen Wichtung zur Gut-Schlecht-Entscheidung verarbeitet. Fig. 4 shows the block diagram of an example of a metrological implementation of the present signature analysis system. Sonograms are calculated from the impulse response of the system in two frequency ranges (0 -50 kHz and 50-200 kHz). Of course, a division into more than two frequency ranges is also possible. The analog signal detected by the sensors is A / D converted and divided into the frequency ranges above and below 50 kHz using a digital filter with a cutoff frequency of 50 kHz. The respective areas are subjected to Fourier transformations in order to calculate the respective sonogram. In the present example, four sonogram sections are selected, classified in a fuzzy classifier with a reference to be learned, and processed for a good-bad decision based on an individual weighting.

Beispiele für derart ausgewählte Sonogrammaus schnitte sind in Fig. 5 dargestellt. Die Figur zeigt im oberen linken Bereich das vollständig erfasste Sono gramm und im unteren Bereich die vier ausgewählten Zeit-Frequenz-Ausschnitte 6, anhand derer gute Bauteile von schlechten Bauteilen in besonders zuverlässiger Weise unterschieden werden können. Die geeignete Aus wahl dieser Zeit-Frequenz-Abschnitte wurde durch Vor versuche ermittelt.Examples of such selected Sonogrammaus sections are shown in Fig. 5. The figure shows in the upper left area the fully recorded sonogram and in the lower area the four selected time-frequency sections 6 , by means of which good components can be distinguished from bad components in a particularly reliable manner. The appropriate selection of these time-frequency sections was determined by preliminary tests.

Fig. 6 zeigt schließlich beispielhaft ein Schema der beim vorliegenden Ausführungsbeispiel durchgeführ ten automatisierten Bewertung der ausgewählten Sono grammausschnitte durch Fuzzy-Klassifikation. Durch Ver gleich der ausgewählten Sonogrammausschnitte der Prüfobjekte mit den Referenzsonogrammausschnitten wer den 16 Korrelationskoeffizienten ermittelt, die der Fuzzy-Klassifizierung zugeführt und nach Wichtung und Verknüpfung der Einzelentscheidung zur abschließenden Unterscheidung zwischen guten und schlechten Bauteilen führen. Fig. 6 shows an example of a diagram of the program cutouts in the present embodiment durchgeführ th automated evaluation of the selected Sono by fuzzy classification. By comparing the selected sonogram sections of the test objects with the reference sonogram sections, the 16 correlation coefficients are determined, which are added to the fuzzy classification and, after weighting and linking the individual decision, lead to the final distinction between good and bad components.

Die Auswertung der erfassten Impulsantwort wurde beim vorliegenden Beispiel mit einem Compakt-PCI- Rechner mit einer Signalverarbeitung, welche auf einem DSP-Board mit zugehörigem Datenerfassungssystem reali siert wurde, durchgeführt. Als Sensoren wurden piezo elektrische Körperschallsensoren verschiedener Bauart, als Sender ein Piezoaktor eingesetzt.The evaluation of the recorded impulse response was in the present example with a compact PCI Computer with a signal processing, which on a DSP board with associated data acquisition system reali was carried out. Piezo electrical structure-borne noise sensors of various types, a piezo actuator is used as the transmitter.

Claims

1. A method for quality inspection of components, in which the component is excited with a broadband acoustic pulse and the impulse response of the component is recorded, the impulse response being subjected to a frequency analysis in order to distinguish intact components from defective components, characterized in that the Distribution of the excitation energy to frequency ranges of a broad frequency band which is determined in the pulse response as a function of time, the broad frequency band also or exclusively comprising frequencies above the fundamental resonances of the component, and a comparison of one or more by predeterminable frequency and time segments certain sections of the determined distribution is carried out with reference data in order to distinguish the intact components from the defective components.

2. The method according to claim 1, characterized, that one or more transducers to generate the Excitation pulse and for receiving the pulse answer directly mechanically with the component in con be brought to the beat.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized, that the time-dependent distribution by respective Calculation of the frequency spectra in short successive periods of the pulse answer is determined.

4. The method according to claim 3, characterized, that the time-dependent distribution over a wave let transformation is determined.

5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized, that the broad frequency band has a range of too includes at least 200 kHz.

6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized, that the predeterminable frequency and time segments be chosen in such a way that in the be agreed sections of the distribution significant Changes in the distribution of defective components compared to the reference data.

7. The method according to claim 6, characterized, that the frequency and time segments by pre attempts to be determined.

8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized, that the reference data in the form of a reference sonograms are provided.

9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized, that the comparison of the one or more off cuts from the determined distribution with Refe reference data takes place via a correlation, the Differentiation of the intact components from the de perfect components based on correlation coefficient is carried out.

10. The method according to claim 9, characterized, that a fuzzy Classifier or a neural network used becomes.

11. The method according to any one of claims 1 to 10, characterized, that a single converter is used, which is so probably as an actuator for generating the excitation impulses as well as a sensor for receiving the Im pulse response serves.

12. The method according to any one of claims 1 to 10, characterized, that an actuator to generate the excitation impulses and several sensors to receive the Im pulse response can be used.

13. The method according to any one of claims 1 to 12, characterized, that the transducer (s) have contact tips with which they are in contact with the component be brought.

14. The method according to any one of claims 1 to 13, characterized, that the converter or the converter and the component without me mechanical influence on the component with a defined force are pressed against each other, which have a suitable physical effect is caused.

15. The method according to any one of claims 1 to 14, characterized, that the transducer to generate the excitation impulses controlled with an electrical pulse which is the inverse transfer function of the Has converter.

16. The method according to any one of claims 1 to 15, characterized, that the transducer matched the component like this be dimensioned that the resonance indicators of the component due to influences of the Transducers are covered.

17. The method according to any one of claims 1 to 16, characterized, that piezoelectric transducers are used.

18. The method according to any one of claims 1 to 10 and 12 to 17. characterized, that as a converter to receive the impulse response Laser scanning vibrometer is used.