DE10103391A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Prüfen einer Oberfläche - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Prüfen einer Oberfläche, bei dem eine Sensoreinrichtung (10) in mechanischen Kontakt mit mindestens einer zu prüfenden Oberfläche (12, 16, 18) gebracht wird, wobei die Sensoreinrichtung (10) eine im Wesentlichen flächige Gestalt hat und die Sensoreinrichtung (10) in mechanischen Kontakt mit der mindestens einen zu prüfenden Oberfläche (12, 16, 18) realtiv zu der mindestens einen zu prüfenden Oberfläche (12, 16, 18) bewegt wird. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zum Prüfen einer Oberfläche (12, 16, 18).

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Prüfen einer Oberfläche

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Prüfen einer Oberfläche, bei dem eine Sensoreinrichtung in mechani­ schen, Kontakt mit mindestens einer zu prüfenden Oberflä­ che gebracht wird. Die Erfindung betrifft, ferner eine Vorrichtung zum Prüfen einer Oberfläche mit einer Sensor­ einrichtung, die in mechanischen Kontakt mit mindestens einer zu prüfenden Oberfläche gebracht werden kann.

Stand der Technik

Gattungsgemäße Verfahren und gattungsgemäße Vorrichtungen werden beispielsweise zur Prüfung von Bauteiloberflächen auf überstehende Mikrodefekte verwendet. Derartige Mikro­ defekte können sich zum Beispiel als Grate, Verdrückungen oder Fremdkörper äußern. Beispielsweise sind topologische Prüfungen möglich, bei welchen als Sensoreinrichtung eine Tastspitze verwendet wird. Ebenfalls ist es bekannt, dass topologische Prüfungen zur Vermessung der Oberflächengeo­ metrie mit einem Weißlichtinterferometer durchgeführt werden. Weiterhin werden Sichtprüfungen durchgeführt, welche entweder von einer Prüfperson und/oder mit Hilfe einer automatischen Bildverarbeitung erfolgen.

Problematisch bei den geschilderten Prüfverfahren ist, dass zu prüfende Bauteiloberflächen unter Umständen nicht frei zugänglich sind. Der Grund hierfür kann darin lie­ gen, dass das Bauteil bereits in einem Zwischenprodukt oder in einem Endprodukt eingebaut ist. Um in solchen Situationen eine Bauteiloberfläche zu prüfen, werden Röntgenverfahren verwendet. Diese sind jedoch häufig aufgrund ihrer zu geringen räumlichen Auflösung nachtei­ lig. So ist beispielsweise in einem Durchstrahlungs- Röntgenbild bei einer Defektgröße im Bereich von einigen Mikrometer und einer Materialdicke im Bereich einiger Millimeter kein ausreichender Kontrast zur Darstellung der Defekte vorhanden. Demgegenüber erlaubt eine Röntgen- Computertomographie zwar die kontrastreiche Aufnahme von Schnitten, sie lässt aber aufgrund der heute verfügbaren technischen Möglichkeiten nur eine Auflösung im Bereich von 25 µm zu, was der Bildpunktgröße entspricht.

Letztlich besteht in den Fällen nicht zugänglicher Ober­ flächen nur die Möglichkeit, das Produkt zu demontieren und die erstgenannten Prüfverfahren, das heißt die Sicht­ prüfung oder die topologischen Prüfung mittels Weißlich­ tinterferometer oder berührender Tastspitze einzusetzen.

Vorteile der Erfindung

Die Erfindung baut auf dem gattungsgemäßen Verfahren dadurch auf, dass die Sensoreinrichtung eine im Wesentli­ chen flächige Gestalt hat und dass die Sensoreinrichtung in mechanischem Kontakt mit der mindestens einen zu prü­ fenden Oberfläche relativ zu der mindestens einen zu prüfenden Oberfläche bewegt wird. Auf diese Weise steht ein automatisierbares Prüfungsverfahren zur Verfügung, welches eine hohe Empfindlichkeit auch bei kleinen Defek­ ten zur Verfügung stellt. Aufgrund der flächigen Gestalt der Sensoreinrichtung kann eine zu prüfende Oberfläche mit hoher Effizienz getestet werden, so dass das Prü­ fungsverfahren etwa im Vergleich zu einer Prüfung mit einer Tastspitze bedeutend rationeller ist. Da ferner keine Sichtprüfung der zu prüfenden Oberfläche erforder­ lich ist, ist das Prüfungsergebnis unabhängig von einer optischen Beschaffenheit der zu prüfenden Oberfläche.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders dadurch vorteilhaft weitergebildet, dass die Sensoreinrichtung in einen Spalt zwischen zwei Oberflächen eingeführt wird, wobei mindestens eine der beiden Oberflächen eine zu prüfende Oberfläche ist. Es ist somit möglich, Bauteil­ oberflächen zu prüfen, welche mit herkömmlichen Prüfungs­ verfahren nicht zugänglich sind. Das Bauteil kann bei­ spielsweise bereits in einem Zwischenprodukt oder in einem Endprodukt eingebaut sein. Aufgrund der flächigen Gestalt der Sensoreinrichtung lässt sich diese dennoch in mechanischen Kontakt mit der zu prüfenden Oberfläche oder den zu prüfenden Oberflächen bringen.

Nützlicherweise wird der mechanische Kontakt der Sensor­ einrichtung mit der mindestens einen zu prüfenden Ober­ fläche durch Aufbringen einer definierten Kraft beein­ flusst. Indem eine definierte Kraft aufgebracht wird, ist auch die Beeinflussung der Sensoreinrichtung durch even­ tuell vorliegende Defekte definiert. Somit lassen sich Defekte der Oberfläche zuverlässig nachweisen.

In diesem Zusammenhang kann es vorteilhaft sein, dass eine Andruckfeder in den Spalt zwischen den Oberflächen eingeführt wird. Dies kann insbesondere dann nützlich sein, wenn die Größe des Spalts zwischen den Oberflächen ein bequemes Einführen einer Andruckfeder zulässt. Damit lässt sich die Kraft, mit welcher die Sensoreinrichtung auf die zu prüfende Oberfläche gedrückt wird, besonders genau einstellen.

Das Verfahren ist in vorteilhafter Weise dadurch weiter­ gebildet, dass die Sensoreinrichtung von der mindestens einen zu prüfenden Oberfläche entfernt wird und dass die Sensoreinrichtung auf von der mindestens einen Oberfläche bewirkte Spuren überprüft wird. Bei derartigen Spuren kann es sich beispielsweise um Kratzspuren handeln, wel­ che von auf der zu prüfenden Oberfläche vorliegenden Mikrodefekten bewirkt wurden.

In diesem Zusammenhang ist es von Vorteil, wenn die Über­ prüfung der Sensoreinrichtung auf Spuren durch Sichtprü­ fung erfolgt. Eine solche Sichtprüfung kann von einer Prüfperson vorgenommen werden. Es ist aber auch eine automatische Sichtprüfung mit einem geeigneten Bildverar­ beitungssystem möglich.

Ferner ist von Vorteil, dass die Kraft überwacht wird, mit welcher die Sensoreinrichtung relativ zu der mindes­ tens einen Oberfläche bewegt wird. Auf diese Weise können besonders gut grobe Defekte nachgewiesen werden, welche sich während der Prüfung durch einen erhöhten Widerstand bei der Fortbewegung der Sensoreinrichtung bemerkbar machen. Bei zu großer Kraft sollte der Abtastvorgang abgebrochen werden, und die Sensoreinrichtung sollte von der zu prüfenden Oberfläche entfernt werden. Auf diese Weise wird eine Zerstörung der Sensoreinrichtung und/oder des Bauteils verhindert. Eine weitere Überprüfung der Sensoreinrichtung auf eventuell vorliegende Kratzspuren kann dann entfallen, da bereits aufgrund der Kraftüberwa­ chung ein grober Defekt entdeckt wurde. Auch der Fehle­ rort ist auf diese Weise bereits lokalisiert.

Es ist ebenfalls möglich, dass ein Körperschallsignal während der Bewegung der Sensoreinrichtung relativ zu der mindestens einen zu prüfenden Oberfläche überwacht wird. Mikrodefekte, welche über die Sensoreinrichtung schaben, können anhand eines veränderten Körperschallsignals nach­ gewiesen werden.

Weiterhin ist es nützlich, wenn der Kontakt zwischen der Sensoreinrichtung und der mindestens einen zu überprüfen­ den Oberfläche elektrisch überwacht wird. Eine elektrisch aktive Sensorfolie kann auf lokale Druckerhöhungen durch Veränderung einer elektrischen Ausgangsgröße, beispiels­ weise des Widerstands, der Spannung und/oder des Stroms, reagieren. Zum Beispiel können metallische Sensorfolien mit einem dünnen, elektrisch isolierenden Überzug einge­ setzt werden, wobei das Messsignal der Widerstand der Verbindung zu der metallischen zu prüfenden Oberfläche ist. Ein überstehender Mikrodefekt stellt eine galvani­ sche Verbindung zur Metallfolie her und kann so nachge­ wiesen werden.

Ebenfalls kann es vorteilhaft sein, wenn die Bewegung der Sensoreinrichtung relativ zu der mindestens einen zu prüfenden Oberfläche von einem charakteristischen Bewe­ gungsmuster überlagert wird. Während die Sensoreinrich­ tung in einer Vorzugsrichtung über die Bauteiloberfläche gezogen wird, wird ein solches charakteristisches Bewe­ gungsmuster überlagert. Das charakteristische Bewegungs­ muster hat Bewegungskomponenten quer zur Vorzugsrichtung, die über den gesamten Prüfweg eindeutig und wiederholbar sind. Nach dem Prüfvorgang wird nicht nur die Anwesenheit von Spuren auf der Sensoreinrichtung geprüft, es wird auch die Form der Spuren ermittelt. Durch geometrische Korrelation mit dem überlagerten Bewegungsmuster kann der Ort eines Mikrodefektes nachträglich lokalisiert werden. Im Zusammenhang mit der Lokalisierung des Fehlerortes kann es auch sinnvoll sein, die Ermittlung von Spuren auf der Sensoreinrichtung in mehreren Schritten auszuführen, wobei in jedem Schritt der geprüfte Bereich weiter einge­ grenzt wird.

Nützlicherweise wird als Sensoreinrichtung eine Kupferfo­ lie verwendet. Eine solche Kupferfolie kann beispielswei­ se eine Dicke von 100 µm und eine Breite von 15 mm haben, um relativ große Oberflächenbereiche zu prüfen und in relativ dünne Spalten eingeführt werden zu können. Eine solche Folie ist geeignet, sowohl auf Kratzspuren über­ prüft zu werden als auch im Hinblick auf die für die Bewegung der Folie erforderliche Kraft überwacht zu wer­ den. Bei Kupfer handelt es sich um ein weiches Material, so dass Mikrodefekte auf beispielsweise einer Stahlober­ fläche deutliche Spuren auf der Kupferfolie hinterlassen können.

Bevorzugt wird als Sensoreinrichtung eine beschichtete Metallfolie verwendet. Eine solche beschichtete Metallfo­ lie kann für die Kratzspurprüfung Vorteile mit sich brin­ gen. Verwendet man beispielsweise eine mit Lack beschich­ tete Stahlfolie, so hinterlässt ein Mikrodefekt einen Kratzer im Lack, der optisch gut nachweisbar ist. Die Vorteile einer beschichteten Metallfolie im Zusammenhang mit der elektrischen Überprüfung wurden bereits erwähnt. Ein Kratzer einer isolierenden Schicht kann eine elektri­ sche Leitfähigkeit herbeiführen, so dass auf diese Weise Defekte entdeckt werden können.

Im Zusammenhang mit der Ausnutzung elektrischer Effekte zum Überprüfen einer Oberfläche ist auch als vorteilhaft zu erwähnen, dass die Sensoreinrichtung ein piezoresisti­ ves Material aufweisen kann. Eine lokale Druckerhöhung kann somit ein aufgrund des Piezoeffekts entstehendes Signal liefern. Durch räumliche Strukturierung einer Sensoreinrichtung in mehrere parallel arbeitende Messele­ mente und eine separate Auswertung der Messsignale der einzelnen Elemente kann eine Lokalisierung eines Mikrode­ fektes erfolgen.

Die Erfindung baut auf der gattungsgemäßen Vorrichtung dadurch auf, dass die Sensoreinrichtung eine im Wesentli­ chen flächige Gestalt hat und dass die Sensoreinrichtung in mechanischem Kontakt mit der mindestens einen zu prü­ fenden Oberfläche relativ zu der mindestens einen zu prüfenden Oberfläche bewegt wird. Damit ist eine Vorrich­ tung geschaffen, welche eine hohe Empfindlichkeit auch bei kleinen Defekten zur Verfügung stellt. Aufgrund der flächigen Gestalt der Sensoreinrichtung kann eine zu prüfende Oberfläche mit hoher Effizienz getestet werden, so dass das Prüfungsverfahren etwa im Vergleich zu einer Prüfung mit einer Tastspitze bedeutend rationeller ist. Da ferner keine Sichtprüfung der zu prüfenden Oberfläche erforderlich ist, ist das Prüfungsergebnis unabhängig von einer optischen Beschaffenheit der zu prüfenden Oberflä­ che.

Es ist vorteilhaft, dass die Vorrichtung Mittel zum Ein­ führen der Sensoreinrichtung in einen Spalt zwischen zwei Oberflächen aufweist, wobei mindestens eine der beiden Oberflächen eine zu prüfende Oberfläche ist. Es ist somit möglich, Bauteiloberflächen zu prüfen, welche mit her­ kömmlichen Prüfungsverfahren nicht zugänglich sind. Das Bauteil kann beispielsweise bereits in einem Zwischenpro­ dukt oder in einem Endprodukt eingebaut sein. Aufgrund der flächigen Gestalt der Sensoreinrichtung lässt sich diese dennoch in mechanischen Kontakt mit der zu prüfen­ den Oberfläche oder den zu prüfenden Oberflächen bringen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist besonders vorteil­ haft dadurch weitergebildet, dass der mechanische Kontakt der Sensoreinrichtung mit der mindestens einen zu prüfen­ den Oberfläche durch Mittel zum Aufbringen einer defi­ nierten Kraft beeinflussbar ist. Derartige Mittel zum Aufbringen einer definierten Kraft können beispielsweise als Andruckrollen realisiert sein, welche eine Kraft auf die im Hinblick auf ihre Oberfläche zu überprüfenden Bauteile aufbringen.

Vorzugsweise ist eine Andruckfeder vorgesehen, die in den Spalt zwischen den Oberflächen einführbar ist. Dies kann insbesondere dann nützlich sein, wenn die Größe des Spalts zwischen den Oberflächen ein bequemes Einführen einer Andruckfeder zulässt. Damit lässt sich die Kraft, mit welcher die Sensoreinrichtung auf die zu prüfende Oberfläche gedrückt wird, besonders genau einstellen.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vor­ liegenden Erfindung sind Mittel zum Überprüfen der Sen­ soreinrichtung auf von der mindestens einen zu prüfenden Oberfläche bewirkte Spuren vorgesehen. In diesem Zusam­ menhang ist es nützlich, wenn Mittel zur Sichtprüfung der Sensoreinrichtung auf Spuren vorgesehen sind. Bei derar­ tigen Spuren kann es sich beispielsweise um Kratzspuren handeln, welche von auf der zu prüfenden Oberfläche vor­ liegenden Mikrodefekten bewirkt wurden.

Ebenfalls kann es nützlich sein, dass die Mittel zur Sichtprüfung ein Bildverarbeitungssystem umfassen. Auf diese Weise ist die Sichtprüfung automatisierbar, wobei insbesondere Rechnertechnik zur Steuerung der Prüfein­ richtung und/oder zur Auswertung von Messsignalen in Kombination mit einer automatischen Bildverarbeitung vorteilhaft zum Einsatz kommen kann.

Ebenfalls kann vorteilhaft sein, wenn die erfindungsgemä­ ße Vorrichtung dadurch weitergebildet ist, dass Mittel zum Überwachen einer Kraft vorgesehen sind, mit welcher die Sensoreinrichtung relativ zu der mindestens einen zu prüfenden Oberfläche bewegt wird. Auf diese Weise können besonders gut grobe Defekte nachgewiesen werden, welche sich während der Prüfung durch einen erhöhten Widerstand bei der Fortbewegung der Sensoreinrichtung bemerkbar machen. Bei zu großer Kraft sollte der Abtastvorgang abgebrochen werden, und die Sensoreinrichtung sollte von der zu prüfenden Oberfläche entfernt werden. Auf diese Weise wird eine Zerstörung der Sensoreinrichtung und/oder des Bauteils verhindert. Eine weitere Überprüfung der Sensoreinrichtung auf eventuell vorliegende Kratzspuren kann dann entfallen, da bereits aufgrund der Kraftüberwa­ chung ein grober Defekt entdeckt wurde. Auch der Fehle­ rort ist auf diese Weise bereits lokalisiert.

Es ist vorteilhaft, dass Mittel zum Überwachen eines Körperschallsignals während der Bewegung der Sensorein­ richtung relativ zu der mindestens einen zu prüfenden Oberfläche vorgesehen sind. Mikrodefekte, welche über die Sensoreinrichtung schaben, können anhand eines veränder­ ten Körperschallsignals nachgewiesen werden.

Weiterhin ist es nützlich, dass Mittel zum Überwachen eines elektrischen Kontaktes zwischen der Sensoreinrich­ tung und der mindestens einen zu prüfenden Oberfläche vorgesehen sind. Eine elektrisch aktive Sensorfolie kann auf lokale Druckerhöhungen durch Veränderung einer elekt­ rischen Ausgangsgröße, beispielsweise des Widerstands, der Spannung und/oder des Stroms, reagieren. Zum Beispiel können metallische Sensorfolien mit einem dünnen, elekt­ risch isolierenden Überzug eingesetzt werden, wobei das Messsignal der Wiederstand der Verbindung zu der metalli­ schen zu prüfenden Oberfläche ist. Ein überstehender Mikrodefekt stellt eine galvanische Verbindung zur Me­ tallfolie her und kann so nachgewiesen werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist besonders vorteil­ haft dadurch weitergebildet, dass Mittel zum Überlagern eines charakteristischen Bewegungsmusters bezüglich der Bewegung der Sensoreinrichtung relativ zu der mindestens einen zu prüfenden Oberfläche vorgesehen sind. Während die Sensoreinrichtung in einer Vorzugsrichtung über die Bauteiloberfläche gezogen wird, wird ein solches charak­ teristisches Bewegungsmuster überlagert. Das charakteris­ tische Bewegungsmuster hat Bewegungskomponenten quer zur Vorzugsrichtung, die über den gesamten Prüfweg eindeutig und wiederholbar sind. Nach dem Prüfvorgang wird nicht nur die Anwesenheit von Spuren auf der Sensoreinrichtung geprüft, es wird auch die Form der Spuren ermittelt. Durch geometrische Korrelation mit dem überlagerten Bewe­ gungsmuster kann der Ort eines Mikrodefektes nachträglich lokalisiert werden. Im Zusammenhang mit der Lokalisierung des Fehlerortes kann es auch sinnvoll sein, die Ermitt­ lung von Spuren auf der Sensoreinrichtung in mehreren Schritten auszuführen, wobei in jedem Schritt der geprüf­ te Bereich weiter eingegrenzt wird.

Nützlicherweise ist als Sensoreinrichtung eine Kupferfo­ lie vorgesehen. Eine solche Kupferfolie kann beispiels­ weise eine Dicke von 100 µm und eine Breite von 15 mm haben, um relativ große Oberflächenbereiche zu prüfen und in relativ dünne Spalten eingeführt werden zu können. Eine solche Folie ist geeignet, sowohl auf Kratzspuren überprüft zu werden als auch im Hinblick auf die für die Bewegung der Folie erforderliche Kraft überwacht zu wer­ den. Bei Kupfer handelt es sich um ein weiches Material, so dass Mikrodefekte auf beispielsweise einer Stahloberfläche deutliche Spuren auf der Kupferfolie hinterlassen können.

Es kann aber auch nützlich sein, dass als Sensoreinrich­ tung eine beschichtete Metallfolie vorgesehen ist. Eine solche beschichtete Metallfolie kann für die Kratzspur­ prüfung Vorteile mit sich bringen. Verwendet man bei­ spielsweise eine mit Lack beschichtete Stahlfolie, so hinterlässt ein Mikrodefekt einen Kratzer im Lack, der optisch gut nachweisbar ist. Die Vorteile einer beschich­ teten Metallfolie im Zusammenhang mit der elektrischen Überprüfung wurden bereits erwähnt. Ein Kratzer einer isolierenden Schicht kann eine elektrische Leitfähigkeit herbeiführen, so dass auf diese Weise Defekte entdeckt werden können.

In einer weiteren Ausführungsform weist die Sensorein­ richtung ein piezoresisitves Material auf. Eine lokale Druckerhöhung kann somit ein aufgrund des Piezoeffekts entstehendes Signal liefern. Durch räumliche Strukturie­ rung einer Sensoreinrichtung in mehrere parallel arbei­ tende Messelemente und eine separate Auswertung der Mess­ signale der einzelnen Elemente kann eine Lokalisierung eines Mikrodefektes erfolgen.

Der Erfindung liegt die überraschende Erkenntnis zugrun­ de, dass bei einem Prüfverfahren mittels einer flächigen Sensoreinrichtung, die in mechanischem Kontakt mit der zu prüfenden Oberfläche steht, eine hohe Empfindlichkeit auch bei kleinen Defekten zur Verfügung steht. Die opti­ sche Oberflächenbeschaffenheit hat keinen Einfluss auf das Prüfergebnis, und die Prüfung kann ohne Entfettung und Reinigung der zu prüfenden Oberfläche erfolgen. Es steht ein automatisierbares Prüfverfahren zur Verfügung, welches mit geringem Aufwand durchführbar ist. Dieser geringe Aufwand ist insbesondere dadurch begründet, dass die Prüfung in montiertem Zustand der zu prüfenden Bau­ teile erfolgen kann, sofern ein Spalt zum Einführen der Sensoreinrichtung vorhanden ist. Besondere Vorteile zei­ gen sich beim Überprüfen von Oberflächen, welche letzt­ lich als Gleitflächen verwendet werden sollen. Diese Vorteile bestehen darin, dass das Prüfverfahren genau die Effekte erfasst, welche eine mechanische Belastung verur­ sachen, so dass letztlich eine phänomenologische Prüfung vorliegt.

Zeichnungen

Die Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die beglei­ tenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsformen beispielhaft erläutert.

Dabei zeigt:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung von Komponen­ ten zur Durchführung des erfindungsgemäßen Ver­ fahrens und

Fig. 2 eine Schnittansicht von Vorrichtungskomponenten zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfah­ rens.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Fig. 1 ist eine perspektivische Darstellung einer Anordnung gezeigt, anhand welcher das erfindungsgemäße Verfahren erläutert werden kann. Es sind zwei Bauteile 100, 102 dargestellt, welche einen Abstand voneinander haben. Dieser Abstand bildet einen Spalt 14, in welchen eine Sensoreinrichtung 10, die als dünne Kupferfolie realisiert ist, einführbar ist. Mit dieser Sensoreinrich­ tung 10 kann nun mindestens eine der Oberflächen 12, welche an den Spalt 14 angrenzen, geprüft werden. Dies geschieht, indem die Sensorfolie 10 in der durch den Pfeil A gekennzeichneten Vorzugsrichtung bewegt wird, während eine Kraft F auf die Bauteile 100 beziehungsweise 102 aufgebracht wird. Aufgrund des intensiven mechani­ schen Kontakts zwischen der Sensorfolie 10 und der zu prüfenden Oberfläche 12, wird die Sensorfolie 10 leicht eingeklemmt. Ein überstehender Mikrodefekt auf der Fläche 12 des Bauteils 100 beziehungsweise 102 bewirkt lokal eine starke Druckeinwirkung auf die Sensorfolie 10. Diese Druckeinwirkung wird von der Sensorfolie 10 registriert. Ist die Sensorfolie 10 weicher als die zu prüfende Ober­ fläche 12, was beispielsweise bei der Verwendung einer Kupferfolie als Sensorfolie 10 und einem zu prüfenden Stahlteil der Fall ist, so hinterlässt ein Mikrodefekt auf der Oberfläche 12 eine Kratzspur in der Kupferober­ fläche. Nachdem die zu prüfende Oberfläche 12 mit der Sensorfolie 10 abgetastet wurde, wird diese wieder aus dem Spalt 14 herausgezogen und auf Kratzspuren geprüft. Dies kann beispielsweise durch Sichtprüfung durch eine Person oder automatische Sichtprüfung mit einem geeigne­ ten Bildverarbeitungssystem erfolgen. Das Ergebnis der Kratzspurprüfung lässt einen indirekten Rückschluss auf die Anwesenheit überstehender Mikrodefekte auf der Bau­ teiloberfläche 12 zu. Grobe Defekte, das heißt Defekte mit einem Defekt-Überstand, welcher in der Größenordnung der Foliendicke liegt, können sich bereits während der Prüfung durch erhöhten Wiederstand bei der Fortbewegung der Sensorfolie 10 bemerkbar machen. Daher kann es sinn­ voll sein, in dem Prüfprozess die Kraft zu überwachen, die für die Fortbewegung der Sensorfolie 10 in dem Spalt 14 aufgebracht werden muss. Bei zu großer Kraft sollte der Abtastvorgang angehalten und die Folie 10 aus dem Schlitz 14 gezogen werden, um die Zerstörung der Folie 10 und/oder des Bauteils 100 beziehungsweise 102 zu verhin­ dern. Die weitere Prüfung der Kupferoberfläche kann ent­ fallen, da bereits ein grober Defekt entdeckt und lokali­ siert wurde.

In Fig. 2 ist eine Anordnung in Schnittansicht darge­ stellt, mittels welcher das erfindungsgemäße Verfahren umgesetzt werden kann. Die Anwendung des Verfahrens wird anhand eines Bauteils 104 erläutert, welches in Getriebe­ bändern für stufenlos verstellbare Getriebe (CVT = "con­ tinuous variable transmission") verwendet wird. Die Ge­ triebebänder bestehen aus circa vierhundert dieser ein­ zelnen Stahlelemente 104. Die Stahlelemente 104 werden durch Stahlbandringe 20, 22 zusammengehalten. Die Her­ stellung der Elemente 104 erfolgt durch Feinstanzen. Die Elemente besitzen zwei Schultern 16, 18, die als Auflage für die Stahlbandringe 20, 22 dienen. Bei dem fertig montierten CVT-Getriebeband liegen die beiden Stahlband­ ringe 20, 22 mit enger Passung lose in den Elementen 104.

Die Stahlbandringe 20, 22 gleiten auf den Oberflächen 16, 18.

Damit die gehärtete Oberfläche der Stahlbandringe 20, 22 nicht beschädigt wird, ist es erforderlich, die Oberflä­ chen 16, 18 auf kleinste Überhöhungen zu prüfen. Gemäß dem Stand der Technik wird dies so bewerkstelligt, dass die Oberflächen vor dem Einlegen der Stahlbandringe 20, 22 durch Sichtprüfer auf Schulterüberhöhungen überprüft werden.

Die Anordnung gemäß Fig. 2 zeigt, wie ein fertig mon­ tiertes. CVT-Getriebeband auf Überhöhungen der Schultern der Einzelelemente überprüft werden kann, ohne das Ge­ triebeband vorher zu demontieren. Dabei können Schulter­ überhöhungen im Bereich oberhalb von etwa 13 µm erkannt werden. Bei dem Verfahren wird das fertig montierte CVT- Band in einer mechanischen Vorrichtung zwischen zwei Laufrollen eingespannt. Ein Motor treibt mindestens eine der Rollen an und lässt das Band einmal vollständig um­ laufen. In den Spalt zwischen den zu prüfenden Oberflä­ chen 16, 18 und den Bandpaketen 20, 22 wird eine zirka 100 µm dicke und 15 mm breite Kupferfolie 10 geschoben. Die Bauteile 104 und die Bandpakete 20, 22 werden am Ort der Kupferfolie 10 mit einer Bandpaket-Andruckrolle 24 und einer Element-Stützrolle 26 gegeneinander gedrückt, so dass eine Andruckkraft F entsteht. Auf diese Weise wird die Folie 10 leicht eingeklemmt. Durch eine Ver­ schiebung des Bandes relativ zur Folie 10 können alle Elementschultern, das heißt alle Oberflächen 16, 18 der Elemente unter Berührung abgetastet werden. Gleichzeitig misst ein Kraftsensor bei umlaufendem CVT-Band die Kraft, mit der die Kupferfolie 10 in Laufrichtung des Bandes gehalten werden muss. Große Schulterüberhöhungen, bei­ spielsweise Schulterüberhöhungen, die oberhalb von 50 µm liegen, führen zu einem deutlichen Kraftanstieg und kön­ nen so mit dem Kraftsensor detektiert und lokalisiert werden. Kleine Schulterüberhöhungen, beispielsweise un­ terhalb von 50 µm, hinterlassen Kratzspuren in der Ober­ fläche der Kupferfolie, die nach dem vollständigen Umlauf durch Sichtprüfung, vorzugsweise mit einem Bildverarbei­ tungssystem, erkannt werden können.

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens umfasst vorzugsweise einen mechanischen Aufbau zum automatischen Einführen der Sensorfolie 10 und Abrollen der Bänder, ein Bildverarbeitungssystem zur Aufnahme und Bewertung der Defekte und einen Kraftsensor zum Erfassen der auf die Sensorfolie 10 wirkenden Klemmkraft.

Der Aufbau hat ferner folgende Eigenschaften:

• - das Grundgerüst besteht aus Aluminium;
• - es ist ein fester Lagerflansch für die Antriebsrolle vorgesehen;
• - es ist ein verschiebbarer Lagerflansch mit Spanneinrichtung für die Spannrolle vorgesehen;
• - zum Öffnen des Spaltes zwischen den Elementschultern, das heißt den zu prüfenden Oberflächen 16, 18 und den Bandpaketen 20, 22, wird ein Vorfixiermesser verwen­ det;
• - die Kupferfolie wird vollautomatisch zugestellt;
• - es ist eine Schneideinrichtung für das Kupferband vorgesehen;
• - es sind Haspel und Vorschubrollen auf verfahrbarem Abspulschlitten mit einer Zwischenstellung zum Schneiden vorgesehen.

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens umfasst vorzugsweise sieben pneumatische Hubzylinder, die über elektrisch und/oder manuell schaltbare Magnetventile angesteuert werden.

Die Kupferfolie läuft von der Vorratsrolle in die Vor­ schubeinheit. Die Vorschubeinheit besitzt einen Langhub­ schlitten mit einem Hub von 80 mm (Z5), um die vorstehen­ de Kupferfolie in den Schlitz zu fahren. Auf dem Langhub­ schlitten befindet sich ein Kurzhubschlitten mit einem Hub von 30 mm (Z2) für den Vortransport der Kupferfolie.

Dieser Vortransport der Kupferfolie beträgt beispielswei­ se etwa 30 mm pro Prüfvorgang. Außerdem trägt der Lang­ hubschlitten 2 Hubzylinder (Z1, Z7) zum Spannen der Folie auf den Langhubschlitten. Ein weiterer Hubzylinder (Z6) betätigt die Schere, die sich am vorderen Ende der Vor­ schubeinheit befindet. Mit dem Hubzylinder (Z4) wird das keilförmige Vorfixiermesser in den Schlitz zwischen den Elementschultern und den Bandpaketen eingefahren. Der Einfahrweg ist mechanisch einstellbar und somit auch die aufgespannte Schlitzweite. Der Hubzylinder (Z3) fährt die untere Andruckrolle mit Federkraft gegen das CVT-Band.

Um in die Grundstellung zu fahren bietet sich der folgen­ de Bedienablauf an: Z7 auf, Z6 auf, Z5 hinten, Z4 hinten, Z3 unten, Z2 vorn, Z1 zu.

Zum Durchführen einer Prüfung bietet sich der folgende Bedienablauf an:

• - Folie einführen: Z3 oben, Z4 vorn, Z3 unten, Z5 vorn, Z3 oben, Z4 hinten.
• - CVT-Band mit Antriebsrollen durchdrehen.
• - Kameraposition anfahren: Z4 vorn, Z3 unten, Z5 hin­ ten, Z4 hinten.
• - Bildaufnahme und Bildauswertung.
• - Kupferfolie abschneiden: Z6 zu, Z6 auf.
• - Folienvorschub um 30 mm: Z7 zu, Z1 auf, ZZ hoch, Z1 zu, ZY auf, Z2 vorn.

Zum Zwecke der Bildverarbeitung wird ein Bildverarbei­ tungssystem mit einer Kamera mit beispielsweise 50 mm- Objektiv und 50 mm-Zwischenringen eingesetzt. Mit einem solchen System kann die Prüffläche auf dem Kupferstreifen (zirka 12 mm × 15 mm) formatfüllend abgebildet werden. Mit einem angeschlossenen PC-Bildverarbeitungssystem werden die Bilddaten digitalisiert und anschließend mit einer Software (zum Beispiel LIMES) ausgewertet. Das Ergebnis der Prüfung ist letztlich die Aussage "Kratzspur vorhanden" beziehungsweise "Kratzspur nicht vorhanden".

Das von dem Bildverarbeitungssystem ausgeführte Verfahren kann die folgenden Schritte aufweisen:

• - Bildaufnahme.
• - Gerichteter Mittelwertfilter in Schleifspur-Richtung (= x-Richtung); hierdurch verschwinden lokale Grau­ wertschwankungen in x-Richtung.
• - Gradientenfilter quer zur Schleifspur-Richtung (= y- Richtung); hierdurch werden die Kanten der Kratzspu­ ren kontrastreich hervorgehoben.
• - Ausblenden der Randbereiche (obere und untere Schleifspur).
• - Rastern des Bildes zu einer Darstellung, welche in x- Richtung nur noch eine Pixelreihe breit ist. Hierdurch werden die Grauwerte aller Bildzeilen zu je­ weils einem Wert gemittelt.
• - Normierung der Grauwertskala (Kontrastanhebung).
• - Suche nach hellen Bildpunkten (= Kratzer) im Zwi­ schenbereich zwischen den Schleifspuren.

Zur Messung der Kraft, welche erforderlich ist, um die Sensorfolie 10 gemäß Fig. 2 bei laufendem CVT-Band zu halten, ist die Kulisse, welche die Kupferfolie 10 kurz vor Eintritt in das CVT-Band führt, auf Glasfaser- Blattfedern montiert. Die Feder ist relativ starr einge­ stellt (beispielsweise beträgt die Federkonstante etwa 20 N/mm). Durch genaue Messung der seitlichen Auslenkung der Kulisse kann die Kraft erfasst werden. Zur Messung der Auslenkung steht ein Wegsensor mit induktivem Abgriff und Analogausgang zur Verfügung, mit einer Auflösung von 2 µm bei 6 mm Messbereich.

Grundsätzlich kann das CVT-Band während der Prüfung von Hand angetrieben werden. In einer bevorzugten Ausfüh­ rungsform wird das Band jedoch mit einem Elektromotor getrieben. Auf der Grundlage eines automatischen An­ triebs, welcher vorwärts und rückwärts drehen kann, könn­ te auch ein Suchmodus implementiert werden, der kleine Defekte lokalisiert.

Die vorhergehende Beschreibung der Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Erfindung dient nur zu illustrati­ ven Zwecken und nicht zum Zwecke der Beschränkung der Erfindung. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich, ohne den Umfang der Erfindung sowie ihre Äquivalente zu verlassen.

Claims (27)

1. Verfahren zum Prüfen einer Oberfläche, bei dem eine Sensoreinrichtung (10) in mechanischen Kontakt mit min­ destens einer zu prüfenden Oberfläche (12, 16, 18) ge­ bracht wird, dadurch gekennzeichnet,
dass die Sensoreinrichtung (10) eine im Wesentlichen flächige Gestalt hat und
dass die Sensoreinrichtung (10) in mechanischem Kon­ takt mit der mindestens einen zu prüfenden Oberfläche (12, 16, 18) relativ zu der mindestens einen zu prü­ fenden Oberfläche (12, 16, 18) bewegt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (10) in einen Spalt (14) zwi­ schen zwei Oberflächen (12, 16, 18) eingeführt wird, wobei mindestens eine der beiden Oberflächen (12, 16, 18) eine zu prüfende Oberfläche (12, 16, 18) ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, dass der mechanische Kontakt der Sensoreinrichtung (10) mit der mindestens einen zu prüfenden Oberfläche (12, 16, 18) durch ein Aufbringen einer definierten Kraft (F) beeinflusst wird.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Andruckfeder in den Spalt zwischen den Oberflächen (12, 16, 18) eingeführt wird.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass die Sensoreinrichtung (10) von der mindestens einen zu prüfenden Oberfläche (12, 16, 18) entfernt wird und
dass die Sensoreinrichtung (10) auf von der mindes­ tens einen Oberfläche (12, 16, 18) bewirkte Spuren überprüft wird.

6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Überprüfung der Sensor­ einrichtung (10) auf Spuren durch Sichtprüfung erfolgt.

7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraft überwacht wird, mit welcher die Sensoreinrichtung (10) relativ zu der mindestens einen Oberfläche (12, 16, 18) bewegt wird.

8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Körperschallsignal wäh­ rend der Bewegung der Sensoreinrichtung (10) relativ zu der mindestens einen zu prüfenden Oberfläche (12, 16, 18) überwacht wird.

9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontakt zwischen der Sensoreinrichtung (10) und der mindestens einen zu prü­ fenden Oberfläche (12, 16, 18) elektrisch überwacht wird.

10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung der Sensorein­ richtung relativ zu der mindestens einen zu überprüfenden Oberfläche (12, 16, 18) von einem charakteristischen Bewegungsmuster überlagert wird.

11. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Sensoreinrichtung (10) eine Kupferfolie verwendet wird.

12. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Sensoreinrichtung (10) eine beschichtete Metallfolie verwendet wird.

13. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (10) ein piezoresistives Material aufweist.

14. Vorrichtung zum Prüfen einer Oberfläche (12, 16, 18) mit einer Sensoreinrichtung (10), die in mechanischen Kontakt mit mindestens einer zu prüfenden Oberfläche (12, 16, 18) gebracht werden kann, dadurch gekennzeichnet,
dass die Sensoreinrichtung (10) eine im Wesentlichen flächige Gestalt hat und
dass die Sensoreinrichtung (10) in mechanischem Kon­ takt mit der mindestens einen zu prüfenden Oberfläche (12, 16, 18) relativ zu der mindestens einen zu prü­ fenden Oberfläche (12, 16, 18) bewegt wird.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zum Einführen der Sensoreinrichtung (10) in einen Spalt (14) zwischen zwei Oberflächen (12, 16, 18) vorgesehen sind, wobei mindestens eine der beiden Ober­ flächen (12, 16, 18) eine zu prüfenden Oberfläche (12, 16, 18) ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekenn­ zeichnet, dass der mechanische Kontakt der Sensoreinrich­ tung (10) mit der mindestens einen zu prüfenden Oberflä­ che (12, 16, 18) durch Mittel (24, 26) zum Aufbringen einer definierten Kraft beeinflussbar ist.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, da­ durch gekennzeichnet, dass eine Andruckfeder vorgesehen ist, die in den Spalt (14) zwischen den Oberflächen (12, 16, 18) einführbar ist.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 17, da­ durch gekennzeichnet, dass Mittel zum Überprüfen der Sensoreinrichtung (10) auf von der mindestens einen Ober­ fläche (12, 16, 18) bewirkte Spuren vorgesehen sind.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 18, da­ durch gekennzeichnet, dass Mittel zur Sichtprüfung der Sensoreinrichtung (10) auf Spuren vorgesehen sind.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 19, da­ durch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Sichtprüfung ein Bildverarbeitungssystem umfassen.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 20, da­ durch gekennzeichnet, dass Mittel zum Überwachen einer Kraft vorgesehen sind, mit welcher die Sensoreinrichtung (10) relativ zu der mindestens einen Oberfläche (12, 16, 18) bewegt wird.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 21, da­ durch gekennzeichnet, dass Mittel zum Überwachen eines Körperschallsignals während der Bewegung der Sensorein­ richtung (10) relativ zu der mindestens einen zu prüfen­ den Oberfläche (12, 16, 18) vorgesehen sind.

23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 22, da­ durch gekennzeichnet, dass Mittel zum Überwachen eines elektrischen Kontaktes zwischen der Sensoreinrichtung (10) und der mindestens einen zu prüfenden Oberfläche (12, 16, 18) vorgesehen sind.

24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 23, da­ durch gekennzeichnet, dass Mittel zum Überlagern eines charakteristischen Bewegungsmusters bezüglich der Bewe­ gung der Sensoreinrichtung (10) relativ zu der mindestens einen zu prüfenden Oberfläche (12, 16, 18) vorgesehen sind.

25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 24, da­ durch gekennzeichnet, dass als Sensoreinrichtung (10) eine Kupferfolie vorgesehen ist.

26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 25, da­ durch gekennzeichnet, dass als Sensoreinrichtung (10) eine beschichtete Metallfolie vorgesehen ist.

27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 26, da­ durch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (10) ein piezoresistives Material aufweist.