DE10030759C1 - Thermographic examination device for thin-walled component during machining, uses detection of emitted heat radiation on opposite side of thin-walled component to machining tool - Google Patents
Thermographic examination device for thin-walled component during machining, uses detection of emitted heat radiation on opposite side of thin-walled component to machining toolInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur schnellen und einfachen thermographischen Untersuchung während der zerspanenden Bearbeitung eines dünn wandigen Bauteils gemäß Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 6. Eine Vorrichtung zur thermographischen Untersuchung während der zerspanenden Bearbeitung eines Bauteils ist bereits aus der DE 30 42 211 A1 bekannt.The invention relates to a device and a method for quick and simple thermographic examination during the machining of a thin walled component according to the preamble of claims 1 and 6. A device for thermographic examination during the machining of a The component is already known from DE 30 42 211 A1.
Die Optimierung von Zerspanprozessen und der zugehörigen Werkzeuge sowie der bearbeiteten Materialien ist Gegenstand intensiver Forschungs- und Entwicklungs bemühungen. Besonderes Interesse findet hier die Temperaturmessung im Arbeits bereich während des Arbeitsprozesses. Sie erlaubt die in situ Bestimmung der Beanspruchung des Bauteils.The optimization of machining processes and the associated tools as well as the processed materials is the subject of intensive research and development efforts. The temperature measurement in work is of particular interest here area during the work process. It allows the in situ determination of the Stress on the component.
Besonderes Interesse findet der Zerspanprozeß von Legierungen, wie sie insbesondere in der Luftfahrt aber auch in anderen Hochtechnologiebereichen auftreten, zum Beispiel in Form von Aluminium-Knetlegierungen. Beim Fräsen von Aluminium-Knetlegierungen kann ein überkritisch hoher Wärmeeintrag aus dem Zerspanprozeß das Gefüge der erzeugten Bauteiloberfläche verändern. Zonen mit derartigen Gefügeveränderungen weisen eine geringere Festigkeit auf und werden deshalb als "weiche Flecken" bezeich net. Diese thermisch induzierte Randzonenbeeinflussung, die sog. Weichfleckigkeit, kann entweder durch eine Änderung der spezifischen elektrischen Leitfähigkeit oder durch dunkle Flecken nach dem Chromsäureanodisieren nachgewiesen werden. Das Auffinden derartiger Bereiche geringerer Bauteilfestigkeit oder noch besser die Vermei dung von deren Entstehung ist von enormer Wichtigkeit hinsichtlich der Qualität des Bauteils, insbesondere in sicherheitsrelevanten Anwendungen.Of particular interest is the machining process of alloys, in particular occur in aviation but also in other high technology areas, for example in the form of wrought aluminum alloys. When milling wrought aluminum alloys can a supercritically high heat input from the machining process the structure of the change the generated component surface. Zones with such structural changes have a lower strength and are therefore called "soft spots" net. This thermally induced edge zone influence, the so-called soft spots, can either by changing the specific electrical conductivity or can be detected by dark spots after chromic acid anodizing. The Finding such areas of lower component strength or even better avoiding them The formation of these is of enormous importance with regard to the quality of the Component, especially in safety-relevant applications.
Ähnliche gravierende Materialdefekte treten bei der zerspanenden Bearbeitung von Kunststoffen infolge Überhitzung auf.Similar serious material defects occur during machining Plastics due to overheating.
Aus der DE 30 42 211 A1 ist eine Vorrichtung zur thermographischen Untersuchung des Werkzeuges während dessen Bearbeitung eines Bauteils bekannt. Diese ist auch zur Untersuchung des Bauteils geeignet. Der Thermosensor ist auf die unmittelbar vorher von dem Werkzeug bearbeitete Fläche des Bauteils gerichtet. Dies kann bei kreisförmiger Bearbeitung - z. B. beim Drehen - prinzipiell der gesamte Umfang sein, also auch die von der Bearbeitung abgewandte, kurz vorher bearbeitete Seite.DE 30 42 211 A1 describes a device for the thermographic examination of the Tool known during the machining of a component. This is also for Examination of the component is suitable. The thermal sensor is on the one immediately before surface of the component machined by the tool. This can happen with circular machining - e.g. B. when turning - in principle the entire circumference, So also the side that was turned away from the processing and was edited shortly before.
Aus der US 3 579 775 ist eine Vorrichtung zur thermographischen Untersuchung der Schneidplatten eines spanabhebenden Werkzeuges während der Bearbeitung eines Bauteils bekannt. Auch hier wird als besonders wesentlich betont, daß die Temperatur einer bearbeiteten Fläche des Werkzeuges gemessen wird, nämlich die des sogenannten "hot spots", bei dem die Späne über die Werkzeugoberfläche oder dessen nähere Umgebung streichen.From US 3,579,775 a device for thermographic examination of the Cutting plates of a cutting tool during the machining of a Known component. Here too it is emphasized that the temperature is particularly important a machined surface of the tool is measured, namely that of So-called "hot spots", in which the chips over the tool surface or its delete the surrounding area.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, eine Vorrichtung zur schnellen und einfachen thermographischen Untersuchung während der zerspanenden Bearbeitung eines dünnwandigen Bauteils anzugeben, welche die Temperaturmessung ohne Behinderung des Arbeitsvorgangs unter der Zielsetzung der Erkennung oder besser der Vermeidung der Weichfleckigkeit ermöglicht ohne Aufwand und Kosten zu erhöhen sowie ein Verfahren mit den gleichen Vorteilen zu entwickeln.The object of the present invention is therefore to provide a device for quick and easy thermographic examination during machining Processing of a thin-walled component to indicate the temperature measurement without obstructing the work under the objective of detection or Better avoiding the soft spots allows effort and expense increase as well as develop a process with the same advantages.
Die Erfindung ist in Bezug auf die zu schaffende Vorrichtung zur thermographischen Untersuchung durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 wiedergegeben. Die weite ren Ansprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfin dungsgemäßen Vorrichtung (Patentansprüche 2 bis 4) sowie das zu schaffende Verfahren zur thermographischen Untersuchung (Patentanspruch 6). Vorteilhafte Weiter bildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens enthalten die Patentansprüche 7 bis 10.The invention is related to the thermographic device to be created Investigation reproduced by the features of claim 1. The wide one Ren claims contain advantageous refinements and developments of the inventions device according to the invention (claims 2 to 4) and the method to be created for thermographic examination (claim 6). Advantageous Next Formations of the method according to the invention contain claims 7 to 10.
Die Erfindung ist in Bezug auf die zu schaffende Vorrichtung und das zu schaffende Ver fahren zur Vermeidung der Weichfleckigkeit durch die Merkmale des Patentanspruchs 5 und durch die Merkmale der Patentansprüche 11 und 12 wiedergegeben.The invention is in relation to the device to be created and the Ver to be created drive to avoid soft spots by the features of claim 5 and represented by the features of claims 11 and 12.
Die Aufgabe wird bezüglich der zu schaffenden Vorrichtung zur thermographischen Untersuchung eines dünnwandigen Bauteils während dessen Bearbeitung mit einem zerspanenden Werkzeug erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Vorrichtung eine Temperaturmeßeinrichtung enthält, die derart angeordnet ist, daß Wärmestrahlung, welche von der nicht bearbeiteten Seite der dünnen Wand des dünnwandigen Bauteils ausgeht, von der Temperaturmeßeinrichtung erfaßbar ist.The task is related to the thermographic device to be created Examination of a thin-walled component during its processing with a cutting tool according to the invention solved in that the device a Contains temperature measuring device which is arranged such that heat radiation, which from the unprocessed side of the thin wall of the thin-walled component starts from the temperature measuring device can be detected.
Eine derartige Anordnung behindert den Bearbeitungsprozeß in keiner Weise, sie ist konstruktionstechnisch sehr leicht zu verwirklichen und sie erlaubt die schnelle und einfache thermographische Untersuchung eines dünnwandigen Bauteils während der zerspanenden Bearbeitung mit einem beliebigen Werkzeug, beispielsweise auch mit einem drehenden Fräswerkzeug. Dadurch kann der Zerspanprozeß an sich und die Beanspruchung des Bauteil-Werkstoffes untersucht und optimiert werden hinsichtlich der Vermeidung von Materialdefekten infolge Überhitzung, insbesondere von Weich fleckigkeit. Die Messung kann nicht nur im Versuchsbetrieb durchgeführt werden, sondern auch in der Serienfertigung zur dynamischen Prozeßregelung eingesetzt werden.Such an arrangement in no way hinders the machining process, it is constructionally very easy to implement and it allows fast and simple thermographic examination of a thin-walled component during the machining with any tool, for example also with a rotating milling tool. This allows the machining process itself and the Stress on the component material is examined and optimized with regard to avoiding material defects due to overheating, especially soft blotchiness. The measurement can not only be carried out in trial operation, but also used in series production for dynamic process control become.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Temperaturmeßeinrichtung derart angeordnet, daß Wärmestrahlung, welche von der nicht bearbeiteten Seite der dünnen Wand des dünnwandigen Bauteils ausgeht, unmittelbar von der Temperaturmeßeinrichtung erfaßbar ist.In an advantageous embodiment of the device according to the invention Temperature measuring device arranged so that heat radiation from the unprocessed side of the thin wall of the thin-walled component, is directly detectable by the temperature measuring device.
In dieser Ausgestaltung weist die erfindungsgemäße Vorrichtung die kleinstmögliche Anzahl von Komponenten und damit von Einflußgrößen bzw. Fehlerquellen der Messung auf. Des weiteren sind weniger Komponenten auch kostengünstiger.In this embodiment, the device according to the invention has the smallest possible Number of components and thus influencing variables or sources of error in the measurement on. Furthermore, fewer components are also cheaper.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist diese mindestens einen IR-Spiegel und/oder mindestens einen IR-Lichtleiter auf zur Weiter leitung der Wärmestrahlung, welche von der nicht bearbeiteten Seite der dünnen Wand des dünnwandigen Bauteils ausgeht, in Richtung auf die Temperaturmeßeinrichtung. In an advantageous embodiment of the device according to the invention, it has at least one IR mirror and / or at least one IR light guide for further conduction of heat radiation, which from the unworked side of the thin wall of the thin-walled component starts, in the direction of the temperature measuring device.
Diese Ausgestaltung ist vorteilhaft, wenn z. B. bei einem bestimmten Zerspanungs prozeß oder einem speziellen Bauteil aus konstruktions- oder produktionstechnischen Gründen die Anordnung der Temperaturmeßeinrichtung nicht in einer Art und Weise möglich ist, die eine unmittelbare Erfassung der Wärmestrahlung, welche von der nicht bearbeiteten Seite der dünnen Wand des dünnwandigen Bauteils ausgeht, zuläßt.This configuration is advantageous if, for. B. at a certain machining process or a special component from construction or production engineering Do not base the arrangement of the temperature measuring device in any way is possible, the direct detection of the heat radiation, which of the not processed side of the thin wall of the thin-walled component, allows.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung enthält die Temperaturmeßeinrichtung eine Thermokamera.In a further advantageous embodiment of the device according to the invention the temperature measuring device contains a thermal camera.
Mittels der Thermokamera wird die behinderungs- und verzögerungsfreie Messung der zweidimensionalen Temperaturverteilung des beanspruchten Bauteils in situ ermöglicht. Dies gewährleistet - im Gegensatz zur Messung eines einzelnen Temperaturwertes (oder dessen zeitlichen Verlaufs) an einer isolierten Stelle - die sichere Erkennung auch örtlich begrenzter Temperaturmaxima.The thermal camera is used to measure the enables two-dimensional temperature distribution of the stressed component in situ. This ensures - in contrast to the measurement of a single temperature value (or its course over time) at an isolated point - reliable detection too local temperature maxima.
Die Aufgabe wird bezüglich der zu schaffenden Vorrichtung zur Vermeidung von Materialdefekten, insbesondere von Weichfleckigkeit, bei der spanenden Bearbeitung eines dünnwandigen Bauteils erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß sie eine der vorstehend beschriebenen Ausgestaltungen einer Vorrichtung zur thermographischen Untersuchung enthält, und eine Einheit zur Regelung der spanenden Bearbeitung in Abhängigkeit von der thermographischen Untersuchung.The task is related to the device to be created to avoid Material defects, especially soft spots, during machining a thin-walled component according to the invention solved in that it is one of the Embodiments of a thermographic device described above Examination contains, and a unit for regulating machining in Dependence on the thermographic examination.
Die Vorrichtung zur thermographischen Untersuchung gewährleistet die frühzeitige Erkennung einer beginnenden lokalen kritischen Erhitzung des Bauteils und die Einheit zur Regelung ermöglicht die rechtzeitige Verminderung der lokalen Beanspruchung des Bauteils infolge der Zerspanung und damit die Regelung des lokalen Energieeintrages und Temperaturverlaufes. Beides zusammen gewährleistet die Vermeidung von Materialdefekten wie sie bei Kunststoffen oder Legierungen infolge von Überhitzung auftreten können.The device for the thermographic examination ensures the early Detection of a beginning critical local heating of the component and the unit The regulation enables the local stress of the Component as a result of the machining and thus the regulation of the local energy input and temperature curve. Both together ensure the avoidance of Material defects such as those in plastics or alloys due to overheating may occur.
Die Aufgabe wird bezüglich des zu schaffenden Verfahrens zur thermographischen Untersuchung eines dünnwandigen Bauteils während dessen Bearbeitung mit einem zerspanenden Werkzeug erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Untersuchung mittels einer Temperaturmeßeinrichtung erfolgt, wobei Wärmestrahlung, welche von der nicht bearbeiteten Seite der dünnen Wand des dünnwandigen Bauteils ausgeht, von der Temperaturmeßeinrichtung erfaßt wird. The task becomes regarding the procedure to be created for the thermographic Examination of a thin-walled component during its processing with a cutting tool according to the invention solved in that the investigation takes place by means of a temperature measuring device, heat radiation emitted by the unprocessed side of the thin wall of the thin-walled component, from which Temperature measuring device is detected.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sind die gleichen, die bereits als Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung aufgezählt wurden.The advantages of the method according to the invention are the same as those already mentioned Advantages of the device according to the invention have been listed.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform dieses Verfahrens wird die Temperatur meßeinrichtung vor der Messung kalibriert. Dies ermöglicht im Gegensatz zu einer nicht kalibrierten Meßeinrichtung, die nur relative Temperaturänderungen messen kann, die Ermittlung von absoluten Temperaturwerten. Beide Verfahren sind prinzipiell zur Lösung der Aufgabe geeignet, erfüllen jedoch unterschiedliche Qualitätsanforderungen.In a further advantageous embodiment of this method, the temperature measuring device calibrated before measurement. In contrast to one, this does not allow calibrated measuring device that can only measure relative temperature changes that Determination of absolute temperature values. In principle, both methods can be solved suitable for the task, but meet different quality requirements.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform dieses Verfahrens erfolgt die Kalibra tion der Temperaturmeßeinrichtung derart, daß Lack, vorzugsweise schwarzer Lack, auf einen Heizstrahler mit bekannter Temperatur-Kennlinie aufgetragen wird, daß die Temperatur-Kennlinie des Lackes auf dem Heizstrahler mittels der Temperaturmeßein richtung aufgenommen wird, daß der Lack vor der Bearbeitung auf die nicht bearbeitete Seite der dünnen Wand des dünnwandigen Bauteils aufgetragen wird, daß das von dem lackierten Bauteil emittierte und von der Temperaturmeßeinrichtung gemessene Tem peratursignal mittels der Temperatur-Kennlinie des Lackes korrigiert wird.In a particularly advantageous embodiment of this method, the Kalibra takes place tion of the temperature measuring device such that paint, preferably black paint, is applied to a radiant heater with a known temperature characteristic that the Temperature characteristic of the paint on the radiant heater by means of the temperature measurement direction is recorded that the paint before processing on the unprocessed Side of the thin wall of the thin-walled component is applied that that of the painted component emitted and measured by the temperature measuring device temperature signal is corrected using the temperature characteristic of the paint.
Dies stellt eine versuchstechnisch besonders einfach durchzuführende Kalibration dar. Gleichzeitig gewährleistet die Kalibration eine wesentliche Verbesserung der Meß qualität.This represents a calibration that is particularly easy to carry out in terms of experimentation. At the same time, the calibration ensures a significant improvement in the measurement quality.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform dieses Verfahrens wird Wärme strahlung, welche von der nicht bearbeiteten Seite der dünnen Wand des dünnwandigen Bauteils ausgeht, unmittelbar von der Temperaturmeßeinrichtung erfaßt.In a further advantageous embodiment of this method, heat radiation emanating from the unprocessed side of the thin wall of the thin wall Component starts, detected directly by the temperature measuring device.
In dieser Ausgestaltung benötigt das erfindungsgemäße Verfahren die kleinstmögliche Anzahl von Vorrichtungs-Komponenten und damit treten bei der Messung weniger Einflußgrößen bzw. Fehlerquellen auf. Des weiteren sind weniger Komponenten auch kostengünstiger.In this embodiment, the method according to the invention requires the smallest possible Number of device components and thus less occur during the measurement Influencing factors or sources of error. Furthermore, there are fewer components cheaper.
In einer anderen vorteilhaften Ausführungsform dieses Verfahrens wird Wärme strahlung, welche von der nicht bearbeiteten Seite der dünnen Wand des dünnwandigen Bauteils ausgeht, mit mindestens einem IR-Spiegel und/oder mindestens einem IR- Lichtleiter in Richtung auf die Temperaturmeßeinrichtung weitergeleitet. In another advantageous embodiment of this method, heat is used radiation emanating from the unprocessed side of the thin wall of the thin wall Component goes out with at least one IR mirror and / or at least one IR Light guide forwarded towards the temperature measuring device.
Diese Ausgestaltung ist vorteilhaft, wenn z. B. bei einem bestimmten Zerspanungs prozeß oder einem speziellen Bauteil aus konstruktions- oder produktionstechnischen Gründen die Anordnung der Temperaturmeßeinrichtung nicht in einer Art und Weise möglich ist, die eine unmittelbare Erfassung der Wärmestrahlung, welche von der nicht bearbeiteten Seite der dünnen Wand des dünnwandigen Bauteils ausgeht, zuläßt.This configuration is advantageous if, for. B. at a certain machining process or a special component from construction or production engineering Do not base the arrangement of the temperature measuring device in any way is possible, the direct detection of the heat radiation, which of the not processed side of the thin wall of the thin-walled component, allows.
Die Aufgabe wird bezüglich des zu schaffenden Verfahrens zur Vermeidung von Materialdefekten, insbesondere von Weichfleckigkeit, bei der spanenden Bearbeitung eines dünnwandigen Bauteils erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine der vor stehend beschriebenen Ausgestaltungen eines Verfahrens zur thermographischen Untersuchung durchgeführt wird und daß die spanende Bearbeitung in Abhängigkeit von der thermographischen Untersuchung geregelt wird.The task is related to the procedure to be avoided to avoid Material defects, especially soft spots, during machining a thin-walled component according to the invention solved in that one of the before Embodiments of a method for thermographic described Investigation is carried out and that machining is dependent is regulated by the thermographic examination.
Das Verfahren zur thermographischen Untersuchung gewährleistet die frühzeitige Erkennung einer beginnenden lokalen kritischen Erhitzung des Bauteils und die Regelung ermöglicht die rechtzeitige Verminderung der lokalen Beanspruchung des Bauteils infolge der Zerspanung und damit die Regelung des lokalen Energieeintrages und Temperaturverlaufes. Beides zusammen gewährleistet die Vermeidung von Materialdefekten wie sie bei Kunststoffen oder Legierungen infolge von Überhitzung auftreten können.The procedure for the thermographic examination ensures the early Detection of a beginning critical local heating of the component and the Regulation enables the local stress of the Component as a result of the machining and thus the regulation of the local energy input and temperature curve. Both together ensure the avoidance of Material defects such as those in plastics or alloys due to overheating may occur.
Die Aufgabe wird bezüglich des zu schaffenden Verfahrens zur Aussonderung eines dünnwandigen Bauteils mit einem Materialdefekt, insbesondere mit Weichfleckigkeit, infolge spanender Bearbeitung, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine der vor stehend beschriebenen Ausgestaltungen eines Verfahrens zur thermographischen Untersuchung durchgeführt wird und daß anhand der thermographischen Untersuchung ein eventueller Materialdefekt identifiziert wird und daß das Bauteil ausgesondert wird, wenn ein Materialdefekt identifiziert wurde.The task becomes with regard to the procedure to be created for the selection of a thin-walled component with a material defect, especially with soft spots, due to machining, solved according to the invention in that one of the before Embodiments of a method for thermographic described Examination is carried out and that based on the thermographic examination a possible material defect is identified and that the component is discarded, if a material defect has been identified.
Das Verfahren zur Aussonderung eines dünnwandigen Bauteils mit einem Material defekt ermöglicht auf einfache Weise und mit geringen Kosten die Qualitätssicherung von dünnwandigen Bauteilen aus Werkstoffen, die infolge von Überhitzung Material defekte erleiden - beispielsweise Legierungen oder Kunststoffe.The process for separating a thin-walled component with a material defective enables quality assurance in a simple manner and at low cost of thin-walled components made of materials that result from overheating material suffer from defects - such as alloys or plastics.
Nachfolgend werden anhand eines Ausführungsbeispiels und der Fig. 1 die erfindungs gemäßen Vorrichtungen und die erfindungsgemäßen Verfahren näher erläutert. Dabei zeigtIn the following, the devices according to the invention and the methods according to the invention are explained in more detail using an exemplary embodiment and FIG. 1. It shows
Fig. 1 Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung (Ein Schwenkspiegel leitet IR-Strahlen zur Temperaturmeßeinrichtung) Fig. 1. A preferred embodiment of the device according to the invention (A pivot mirror directs IR radiation to temperature-)
Die Fig. 1 stellt schematisch und nicht maßstabsgerecht eine Vorrichtung zur thermo graphischen Untersuchung während der zerspanenden Bearbeitung eines dünnwandi gen Bauteils 1 mit einem Werkzeug 2 (hier: einem Fräswerkzeug) dar, die eine Temperaturmeßeinrichtung 3 aufweist, die derart angeordnet ist, daß Wärmestrahlung, welche von der nicht bearbeiteten Seite der dünnen Wand des dünnwandigen Bauteils 1 ausgeht, von der Temperaturmeßeinrichtung 3 erfaßbar ist. Die Temperaturerfassung erfolgt mittelbar über einen IR-Spiegel 31, der zur leichteren Justierung als Schwenkspiegel ausgebildet ist und die Wärmestrahlung, welche von der nicht bearbeiteten Seite der dünnen Wand des dünnwandigen Bauteils 1 ausgeht, auf die Temperaturmeßeinrichtung 3 (hier in Form einer Thermokamera) ablenkt. An diese Temperaturmeßeinrichtung 3 ist eine Auswerteeinheit 4 angekoppelt - hier ein spezieller Meßrechner. Das von der Temperaturmeßeinrichtung 3 (Thermokamera) auf genommene Abbild der relativen Temperaturverteilung der nicht bearbeiteten Seite der dünnen Wand des dünnwandigen Bauteils 1 wird in der Auswerteeinheit 4 rechnerisch mittels einer kalibrierten Eichkurve in eine absolute Temperturverteilung umgerechnet. Fig. 1 shows schematically and not to scale a device for thermo-graphic examination during the machining of a thin-walled component 1 with a tool 2 (here: a milling tool), which has a temperature measuring device 3 , which is arranged such that heat radiation, which starts from the unworked side of the thin wall of the thin-walled component 1, can be detected by the temperature measuring device 3 . The temperature is measured indirectly via an IR mirror 31 , which is designed as a swivel mirror for easier adjustment and which deflects the heat radiation which emanates from the unprocessed side of the thin wall of the thin-walled component 1 onto the temperature measuring device 3 (here in the form of a thermal camera) . At this temperature measuring device 3, an evaluation unit 4 is coupled - here a special measuring computer. The image of the relative temperature distribution of the unprocessed side of the thin wall of the thin-walled component 1 taken by the temperature measuring device 3 (thermal camera) is converted into an absolute temperature distribution in the evaluation unit 4 by means of a calibrated calibration curve.
In diesem Ausführungsbeispiel ist das dünnwandige Bauteil 1 ein Flugzeugbauteil und besteht aus der Aluminium-Legierung AlZnMgCu 1.5 (DIN Werkstoffnummer: 3.4365), die dünne Wand weist eine Dicke von 3 mm auf. Das Bauteil ist auf Flachblöcken gelagert, welche die Plazierung des IR-Spiegels 31 und die Ablenkung der IR-Strahlen hin zu der Thermokamera erlauben.In this exemplary embodiment, the thin-walled component 1 is an aircraft component and consists of the aluminum alloy AlZnMgCu 1.5 (DIN material number: 3.4365), the thin wall has a thickness of 3 mm. The component is mounted on flat blocks, which allow the placement of the IR mirror 31 and the deflection of the IR rays towards the thermal camera.
Der Schwenkspiegel 31 wird über einen Spiegelträger von einer Schwenkvorrichtung geschwenkt. Dies erlaubt das Abfahren/die Verschiebung des thermographischen Bild feldes über die nicht bearbeitete Seite der dünnen Wand des dünnwandigen Bauteils 1 und so auch die thermographische Untersuchung größerer Bereiche des dünnwandigen Bauteils 1.The pivoting mirror 31 is pivoted by a pivoting device via a mirror carrier. This allows the movement / displacement of the thermographic image field over the unworked side of the thin wall of the thin-walled component 1 and thus also the thermographic examination of larger areas of the thin-walled component 1 .
Vergleichende Untersuchungen zum Auftreten der Weichfleckigkeit bei dieser Al- Legierung mittels der Thermographie und der Messung des Leitfähigkeitsabfalls zeigen, daß ein erstes Auftreten bei lokalen Temperaturen von circa 250°C erfolgen kann; die kritische Temperatur liegt bei circa 350°C.Comparative studies on the appearance of soft spots in this aluminum Show alloy by means of thermography and measurement of conductivity drop, that a first occurrence can occur at local temperatures of approximately 250 ° C; the critical temperature is around 350 ° C.
Zur vollständigen Vermeidung der Weichfleckigkeit und damit zur Gewährleistung qualitativ optimaler Bauteile wird deshalb der Zerspanprozeß so geregelt, daß eine lokale Temperatur von 200°C nicht überschritten wird. Diese Regelung erfolgt mittels der Auswerteeinheit 4, die mit dem Werkzeug 2 (dem Fräswerkzeug) elektronisch gekoppelt ist.In order to completely avoid soft spots and thus to ensure that the components are of the best quality, the cutting process is regulated so that a local temperature of 200 ° C is not exceeded. This regulation takes place by means of the evaluation unit 4 , which is electronically coupled to the tool 2 (the milling tool).
Die Kalibration der Temperaturmeßeinrichtung 3 erfolgt derart, daß schwarzer Lack auf einen Heizstrahler bit bekannter Temperatur-Kennlinie aufgetragen wird, daß die Temperatur-Kennlinie des Lackes auf dem Heizstrahler mittels der Temperaturmeß einrichtung 3 aufgenommen wird, daß der Lack vor der Bearbeitung auf die nicht bearbeitete Seite der dünnen Wand des dünnwandigen Bauteils 1 aufgetragen wird, daß das von dem lackierten Bauteil emittierte und von der Temperaturmeßeinrichtung 3 gemessene relative Temperatursignal mittels der Temperatur-Kennlinie des Lackes in der Auswerteeinheit 4 in ein absolutes Temperatursignal korrigiert wird.The calibration of the temperature measuring device 3 is carried out in such a way that black paint is applied to a radiant heater bit of known temperature characteristic curve, that the temperature characteristic curve of the paint on the radiant heater is recorded by means of the temperature measuring device 3 , that the paint is not processed before processing will side of the thin wall of the thin walled member 1 coated such that the light emitted from the coated component and measured by the temperature 3 relative temperature signal by means of the temperature characteristic of the paint is corrected in the evaluation unit 4 in an absolute temperature signal.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren erweisen sich in den Ausführungsformen des vorstehend beschriebenen Beispiels als besonders ge eignet für die schnelle und einfache thermographische Untersuchung eines dünnwandi gen Bauteils 1 während dessen Bearbeitung mit einem zerspanenden Werkzeug 2 sowie zur Vermeidung von Materialdefekten, insbesondere von Weichfleckigkeit, bei der spanenden Bearbeitung eines solchen dünnwandigen Bauteils 1.The device according to the invention and the method according to the invention prove in the embodiments of the example described above to be particularly suitable for the quick and simple thermographic examination of a thin-walled component 1 during its processing with a cutting tool 2 and for avoiding material defects, in particular soft spots, during the machining of such a thin-walled component 1 .
Die Erfindung ist nicht nur auf das zuvor geschilderte Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern vielmehr auf weitere übertragbar.The invention is not only limited to the exemplary embodiment described above, but rather transferable to others.
So ist zum Beispiel denkbar, die Vorrichtung und das Verfahren zur thermographischen Untersuchung eines dünnwandigen Bauteils 1 während dessen Bearbeitung nicht zur Vermeidung von Materialdefekten einzusetzen, sondern bloß zur Aussonderung geschädigter Bauteile.For example, it is conceivable to use the device and the method for the thermographic examination of a thin-walled component 1 during its processing not to avoid material defects, but only to separate out damaged components.
Claims (12)
daß die Temperaturmeßeinrichtung (3) derart angeordnet ist,
daß Wärmestrahlung,
welche von der nicht bearbeiteten Seite der dünnen Wand des dünnwandigen Bauteils (1) ausgeht,
von der Temperaturmeßeinrichtung (3) erfaßbar ist.1. Device for thermographic examination of a thin-walled component ( 1 ) during its processing with a cutting tool ( 2 ), which contains a temperature measuring device ( 3 ), characterized in that
that the temperature measuring device ( 3 ) is arranged such
that heat radiation,
which starts from the unprocessed side of the thin wall of the thin-walled component ( 1 ),
can be detected by the temperature measuring device ( 3 ).
daß die Temperaturmeßeinrichtung (3) derart angeordnet ist,
daß Wärmestrahlung,
welche von der nicht bearbeiteten Seite der dünnen Wand des dünnwandigen Bauteils (1) ausgeht,
unmittelbar von der Temperaturmeßeinrichtung (3) erfaßbar ist.2. Device according to claim 1, characterized in that
that the temperature measuring device ( 3 ) is arranged such
that heat radiation,
which starts from the unprocessed side of the thin wall of the thin-walled component ( 1 ),
can be detected directly by the temperature measuring device ( 3 ).
daß sie aufweist mindestens einen IR-Spiegel (31) und/oder
mindestens einen IR-Lichtleiter (32)
zur Weiterleitung der Wärmestrahlung,
welche von der nicht bearbeiteten Seite der dünnen Wand des dünnwandigen Bauteils (1) ausgeht,
in Richtung auf die Temperaturmeßeinrichtung (3). 3. Device according to claim 1, characterized in
that it has at least one IR mirror ( 31 ) and / or
at least one IR light guide ( 32 )
to transfer the heat radiation,
which starts from the unprocessed side of the thin wall of the thin-walled component ( 1 ),
towards the temperature measuring device ( 3 ).
daß sie eine Vorrichtung zur thermographischen Untersuchung nach einem der vorhergehenden Ansprüche enthält, und
eine Einheit zur Regelung der spanenden Bearbeitung in Abhängigkeit von der thermographischen Untersuchung.5. Device for avoiding material defects, in particular soft spots, during the machining of a thin-walled component ( 1 ),
that it includes a thermographic examination apparatus according to any one of the preceding claims, and
a unit for controlling the machining depending on the thermographic examination.
daß Wärmestrahlung,
welche von der nicht bearbeiteten Seite der dünnen Wand des dünnwandigen Bauteils (1) ausgeht,
von der Temperaturmeßeinrichtung (3) erfaßt wird. 6. A method for the thermographic examination of a thin-walled component ( 1 ) during its machining with a cutting tool ( 2 ), the examination being carried out by means of a temperature measuring device ( 3 ), characterized in that
that heat radiation,
which starts from the unprocessed side of the thin wall of the thin-walled component ( 1 ),
is detected by the temperature measuring device ( 3 ).
daß die Kalibration der Temperaturmeßeinrichtung (3) derart erfolgt,
daß Lack, vorzugsweise schwarzer Lack, auf einen Heizstrahler mit bekannter Temperatur-Kennlinie aufgetragen wird,
daß die Temperatur-Kennlinie des Lackes auf dem Heizstrahler mittels der Temperaturmeßeinrichtung (3) aufgenommen wird,
daß der Lack vor der Bearbeitung auf die nicht bearbeitete Seite der dünnen Wand des dünnwandigen Bauteils (1) aufgetragen wird,
daß das von dem lackierten Bauteil emittierte und von der Temperaturmeß einrichtung (3) gemessene Temperatursignal mittels der Temperatur-Kennlinie des Lackes korrigiert wird.8. The method according to claim 7, characterized in that
that the calibration of the temperature measuring device ( 3 ) takes place in such a way
that lacquer, preferably black lacquer, is applied to a radiant heater with a known temperature characteristic,
that the temperature characteristic of the paint on the radiant heater is recorded by means of the temperature measuring device ( 3 ),
that the lacquer is applied to the unprocessed side of the thin wall of the thin-walled component ( 1 ) before processing,
that the temperature signal emitted by the painted component and measured by the temperature measuring device ( 3 ) is corrected by means of the temperature characteristic of the paint.
daß Wärmestrahlung,
welche von der nicht bearbeiteten Seite der dünnen Wand des dünnwandigen Bauteils (1) ausgeht,
unmittelbar von der Temperaturmeßeinrichtung (3) erfaßt wird.9. The method according to any one of the preceding claims 6 to 8, characterized in that
that heat radiation,
which starts from the unprocessed side of the thin wall of the thin-walled component ( 1 ),
is detected directly by the temperature measuring device ( 3 ).
daß die Wärmestrahlung,
welche von der nicht bearbeiteten Seite der dünnen Wand des dünnwandigen Bauteils (1) ausgeht,
mit mindestens einem IR-Spiegel (31) und/oder
mindestens einem IR-Lichtleiter (32)
in Richtung auf die Temperaturmeßeinrichtung (3) weitergeleitet wird. 10. The method according to any one of the preceding claims 6 to 8, characterized in that
that the heat radiation,
which starts from the unprocessed side of the thin wall of the thin-walled component ( 1 ),
with at least one IR mirror ( 31 ) and / or
at least one IR light guide ( 32 )
in the direction of the temperature measuring device ( 3 ).
daß mit einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 6 bis 10 eine thermographische Untersuchung während der spanenden Bearbeitung durchgeführt wird
daß die spanende Bearbeitung in Abhängigkeit von der thermographischen Untersuchung geregelt wird.11. A method for avoiding material defects, in particular soft spots, during the machining of a thin-walled component ( 1 ),
that with a method according to one of the preceding claims 6 to 10, a thermographic examination is carried out during the machining
that the machining is regulated depending on the thermographic examination.
daß mit einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 6 bis 10 eine thermographische Untersuchung während der spanenden Bearbeitung durchgeführt wird,
daß anhand der thermographische Untersuchung ein eventueller Materialdefekt identifiziert wird,
daß das Bauteil (1) ausgesondert wird, wenn ein Materialdefekt identifiziert wurde.12. A method for separating a thin-walled component ( 1 ) with a material defect, in particular with soft spots, as a result of machining, characterized in that
that a thermographic examination is carried out during the machining with a method according to one of the preceding claims 6 to 10,
that a possible material defect is identified on the basis of the thermographic examination,
that the component ( 1 ) is discarded if a material defect has been identified.
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| DE102014009557A1 (en) * | 2014-06-25 | 2015-12-31 | Rheinische Fachhochschule Köln gGmbH | Test device and method for determining material properties |
| WO2016066733A1 (en) * | 2014-10-29 | 2016-05-06 | Tutech Innovation Gmbh | System and method for treating components |
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- 2000-06-23 DE DE10030759A patent/DE10030759C1/en not_active Expired - Fee Related
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