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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur zerstörungsfreien
Prüfung
von Bauteilen gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
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Eine
zerstörungsfreie
Prüfung
von Bauteilen ist insbesondere bei Fügeverbindungen von Bedeutung.
Mit Fügeverbindungen
können
mehrere Bauteile, insbesondere auch solche aus unterschiedlichem Material,
dauerhaft miteinander verbunden werden. Fügeverbindungen können durch
Schweißen,
Löten, Kleben,
Nieten, Bonden und dgl. hergestellt werden. Die Qualität der Fügeverbindungen,
die beispielsweise als Punkte oder Nähte ausgebildet sein können, ist
entscheidend für
die Belastbarkeit und Haltbarkeit der gefügten Bauteile. Aus diesem Grund
ist eine effiziente Qualitätskontrolle
der Fügeverbindungen
von großer
Bedeutung.
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Bekannt
sind beispielsweise mechanische Prüfungsmethoden, wie zerstörende Abreißversuche,
Schliffe oder Keilprüfungen.
Nachteilig bei diesen mechanischen Prüfungsmethoden ist deren zerstörende Wirkung.
Insbesondere bei hochwertigen Bauteilen, beispielsweise in der Fahrzeugfertigung im
Karosseriebau, hat dies nachteilige hohe Prüfschrottkosten zur Folge.
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Es
sind auch zerstörungsfreie
Methoden zur Qualitätsprüfung von
Materialien und Bauteilen mittels Thermografie bekannt. Qualitativ
gute und schlechte Fügeverbindungen
unterscheiden sich hinsichtlich ihrer mehr oder weniger festen Materialverbindung.
Eine schlechte Materialverbindung zeigt eine reduzierte Wärmeleitung.
Diese Eigenschaft wird bei dem thermografischen Verfahren zur Qualitätskontrolle
ausgenutzt, indem die zu überprüfende Fügeverbindung
kurzzeitig mit Hilfe einer Anregungsquelle impulsartig belichtet
und erwärmt
wird. Die daraus resultierende Entwicklung der Wärmeverteilung auf der Oberfläche wird
mit Hilfe einer Thermografiekamera erfasst. Somit kann eine auswertbare räumliche
Darstellung der Wärme-Diffusionsgeschwindigkeit
erzielt werden, die mit Standardwerten vergleichbar ist und zur
Bewertung der Ermittlung von verborgenen Defekten durch unterschiedliches thermisches
Verhalten dient.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer verbesserten
Vorrichtung zur zerstörungsfreien
Prüfung
von Bauteilen, mit welcher eine Qualitätskontrolle eines Bauteils,
insbesondere von Fügeverbindungen
des Bauteils, rasch und zuverlässig
durchführbar
ist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den
Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Bei
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur
zerstörungsfreien
Prüfung
eines Bauteils, insbesondere von Fügeverbindungen des Bauteils,
mittels eines thermografischen Verfahrens ist wenigstens eine Thermografiekamera
und wenigstens eine Anregungsquelle, vorzugsweise eine Lichtquelle,
besonders bevorzugt ein blitzerzeugendes Gerät, vorgesehen, wobei die Position
der Thermografiekamera und/oder der Anregungsquelle gegenüber einem
zu prüfenden
Bereich des Bauteils jeweils über
einen Roboter einstellbar ist.
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Der
zu überprüfende Bereich
des Bauteils wird bevorzugt mittels der Anregungsquelle, vorzugsweise
des blitzerzeugenden Geräts,
belichtet und impulsartig erwärmt.
Die vom Prüfbereich
des Bauteils emittierte, temperaturbedingte infrarote Wärmestrahlung
wird von der Thermografiekamera aufgezeichnet. Als Thermografiekamera
kann zweckmäßigerweise
eine schnelle und hochauflösende
Infrarotkamera eingesetzt werden. Verborgene Defekte können somit
durch unterschiedliches thermisches Verhalten an Schwachstellen
von Fügeverbindungen zweckmäßigerweise
erfasst, gemessen und ausgewertet werden. Das Resultat kann günstigerweise rasch über hochentwickelte
Algorithmen ausgewertet und unmittelbar an eine Prozesskontrolle
weitergeleitet werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht somit
vorteilhafterweise eine berührungslose
und zerstörungsfreie
Qualitätskontrolle
von Fügeverbindungen
von Bauteilen. Dadurch, dass die Position der Thermografiekamera
und der Anregungsquelle über
einen Roboter einstellbar ist, wird ein besonders effizientes Prüfsystem
bereitgestellt, das in der Lage ist, jeden beliebigen Punkt am Bauteil
anzusteuern und thermografisch zu überprüfen.
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In
einer besonders vorteilhaften Weiterbildung ist die Position der
Thermografiekamera und der Anregungsquelle automatisch einstellbar.
Die gewünschten
Anfahrpunkte am Bauteil können
dadurch beliebig in Position und Reihenfolge programmiert werden.
Bevorzugt sind die Thermografiekamera und die Anregungsquelle jeweils
auf einer gegenüber dem
Bauteil beweglichen Achse angeordnet. Besonders bevorzugt sind Thermografiekamera
und Anregungsquelle auf einem Roboterarm, insbesondere auf gleicher
Höhe, befestigt,
wodurch jeder definierte Punkt am Bauteil direkt angesteuert werden
kann. Das zu prüfende
Bauteil ist zweckmäßigerweise
gegenüber
der Achse bzw. dem beweglichen Roboterarm fest verankert. Der Roboterarm
ist zweckmäßigerweise
als Gelenkarm ausgebildet, wodurch eine Höhenverstellung erzielt werden
kann.
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In
einer besonders günstigen
Weiterbildung sind der Thermografiekamera jeweils zwei Anregungsquellen
zugeordnet, wobei je nach Abstand der Thermografiekamera zum Bauteil
ein Winkel zwischen einer Hauptstrahlungsrichtung der Anregungsquelle
und einer Bauteiloberfläche
jeweils so einstellbar ist, dass der gleiche zu prüfende Bereich
des Bauteils über
die Anregungsquellen belichtet werden kann. Günstigerweise ist der Winkel
jeweils gleich groß.
Der zu prüfende
Bereich des Bauteils kann bei dieser Anordnung mittels Auflicht-Thermografie überprüft werden.
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In
einer alternativen Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung
erfolgt die Prüfung über Durchlicht-Thermografie.
Dabei sind die Thermografiekamera bevorzugt auf einer ersten Achse und
die Anregungsquelle auf einer zweiten Achse angeordnet, wobei die
erste und die zweite Achse gegenüber
dem dazwischen angeordneten Bauteil jeweils gegeneinander verfahrbar
sind, bis die für
eine Durchlicht-Thermografie erforderliche axiale Ausrichtung der
Hauptstrahlungsrichtung der Anregungsquelle, des zu überprüfenden Bereichs
und der Thermografiekamera in einer Linie erreicht ist.
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Mit
der erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung können vorteilhafterweise
in beiden beschriebenen Ausführungsformen
beliebige ausgewählte
Stellen auf dem Bauteil thermografisch überprüft werden. Durch die erfindungsgemäße Prüfvorrichtung
wird eine schnelle, effiziente und zerstörungsfreie Qualitätskontrolle
ermöglicht,
die sich insbesondere auch zum Einsatz in der Fahrzeugindustrie,
insbesondere beim Karosseriebau, eignet. Mit der vorgeschlagenen
Lösung
kann vorteilhafterweise auch ein kostengünstiges Prüfverfahren durchgeführt werden,
weil die bei der zerstörenden
Methode anfallenden Prüfschrottkosten
vermieden werden.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher beschrieben, aus denen
sich auch unabhängig
von der Zusammenfassung in den Patentansprüchen weitere Merkmale, Einzelheiten und
Vorteile der Erfindung ergeben.
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Es
zeigen in schematischer Darstellung:
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1a, 1b eine
bevorzugte Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum
Prüfen
von Fügeverbindungen
eines Bauteils mittels eines thermografischen Auflicht-Verfahrens
in einer Draufsicht (1a) und in einer Seitenansicht (1b);
und
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2a, 2b eine
alternative Ausführungsform
einer Vorrichtung zum Prüfen
von Fügeverbindungen
eines Bauteils mittels eines thermografischen Durchlicht-Verfahrens in einer
Draufsicht (2a) und in einer Seitenansicht
(2b).
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Gleiche
oder im Wesentlichen gleich bleibende Elemente werden in den Figuren
jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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In
den 1a, und 1b wird
in zwei unterschiedlichen Ansichten eine erfindungsgemäße Vorrichtung
zur zerstörungsfreien
Prüfung
eines Bauteils 10 mittels eines thermografischen Auflicht-Verfahrens
gezeigt. Das zu überprüfende Bauteil 10 ist an
einer in 1b dargestellten mobilen Arretiervorrichtung 25 arretiert
und in eine Aufnahmevorrichtung 26 geschoben, wo es fest
verankert ist. Der zu prüfende
Bereich des Bauteils 10 sind insbesondere Fügeverbindungen 11, 11'. Bei der gezeigten
Vorrichtung handelt es sich um eine halbautomatisierte industrielle
Prüfvorrichtung,
die eine Thermografiekamera 12 und zwei der Thermografiekamera 12 zugeordnete
Anregungsquellen 13, 16 umfasst. Bevorzugt handelt
es sich bei den Anregungsquellen 13, 16 jeweils
um ein blitzerzeugendes Gerät,
das impulsartig entlang einer Hauptstrahlrichtung 20, 21 eine Licht-
bzw. Wärmestrahlung
abgibt. Es ist vorgesehen, dass die Position der Thermografiekamera 12 und/oder
der Anregungsquellen 13, 16 gegenüber der
zu prüfenden
Fügeverbindung 11 des
Bauteils 10 jeweils über
einen Roboter 14 einstellbar ist. Die Thermografiekamera 12 und
die Anregungsquellen 13, 16 sind dabei jeweils
auf einer gegenüber
dem Bauteil 10 beweglichen Achse 15, insbesondere
einem Roboterarm 27, angeordnet. Der Roboterarm 27 ist
bevorzugt gelenkartig ausgebildet. Die Achse 15 ist zusammen
mit der Thermografiekamera 12, den Anregungsquellen 13, 16 sowie
dem Roboter 14 entlang einer Richtung 22 hin und
herverschiebbar. Die Thermografiekamera 12 ist zusammen
mit den Anregungsquellen 13, 16 auch in ihrer
Höhe 23 verstellbar,
so dass jede gewünschte
Stelle des Bauteils 10 angefahren und thermografisch überprüft werden kann.
Die Höhenverstellung
wird über
den gelenkartig ausgebildeten Roboterarm 27 erzielt (sh. 1b). Die
gewünschten
Anfahrpunkte können
auf diese Art und Weise beliebig in Position und Reihenfolge programmiert
werden, wobei die Position der Thermografiekamera 12 und/oder
der Anregungsquellen 13, 16 gegenüber dem
zu prüfenden
Bereich 11 des Bauteils 10 automatisch einstellbar
ist.
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In 1a sind
zwei verschiedene Positionen der Prüfvorrichtung gezeigt, wobei
in einer ersten Position die Fügeverbindung 11 und
in einer zweiten Position die Fügeverbindung 11' thermografisch überprüft wird.
Bei der Prüfung
der Fügeverbindung 11 ist ein
Abstand zwischen der Thermografiekamera und dem Bauteil 10 kürzer als
bei der Prüfung
der Fügeverbindung 11'. Je nach Abstand
der Thermografiekamera 12 zum Bauteil 10 ist ein
Winkel α, β zwischen
einer Hauptstrahlungsrichtung 20, 21 der Anregungsquellen 13, 16 und
einer Bauteiloberfläche 17 jeweils
so einstellbar, dass die Fügeverbindung 11 an
der gleichen Stelle über
die Anregungsquellen 13, 16 belichtbar ist. Der
Winkel α entspricht
dabei in seiner Dimension dem Winkel β. Je nach Abstand der Thermografiekamera 12 zur
Bauteiloberfläche 17 variieren
die Winkel α, β. Ist der
Abstand kleiner (vgl. erste Position bei der Überprüfung der Fügeverbindung 11 in 1a),
so sind auch die Winkel α, β kleiner
als bei größerem Abstand
entsprechend der zweiten Position der Thermografiekamera 12' zur Bauteiloberfläche 17,
wobei die Winkel α', β' größer sind.
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In
einer in den 2a, 2b gezeigten
alternativen Ausführungsform
einer Prüforrichtung
ist eine thermografische Überprüfung von
Fügeverbindungen 11 eines
Bauteils 10 mittels eines thermografischen Durchlicht-Verfahrens
gezeigt, wobei 2a eine Draufsicht und 2b eine
Seitenansicht zeigt. Im Unterschied zu der in 1a, 1b gezeigten Ausführungsform,
wo die Thermografiekamera 12 und die Anregungsquellen 13, 16 auf
der gleichen verfahrbaren Achse 15 angeordnet sind, sind
bei der vorliegenden alternativen Ausführungsform eine Thermografiekamera 12 und
nur eine Anregungsquelle 13 vorgesehen, die auf unterschiedlichen,
im Wesentlichen parallel zueinander angeordneten Achsen 18, 19 angeordnet
sind. Die Achsen 18, 19 sind die relativ zueinander
entlang einer Richtung 22 hin und her verfahrbar. In den
Achsen 18, 19 ist jeweils ein Roboter 14, 24 angeordnet, über welchen
jede gewünschte
Position der Thermographiekamera 12 bzw. der Anregungsquelle 13 einstellbar
ist. Das zu prüfende
Bauteil 10 ist zwischen den Achsen 18, 19 und
parallel dazu angeordnet. Das Bauteil 10 ist an einer in 2b dargestellten
mobilen Arretiervorrichtung 25 arretiert und in eine Aufnahmevorrichtung 26 geschoben,
wo es fest verankert ist. In dieser Position ist das Bauteil 10 nicht
verschiebbar. Die erste und die zweite Achse 18, 19 sind
gegenüber
dem dazwischen angeordneten Bauteil 10 jeweils so verfahrbar, dass
die zu überprüfende Fügeverbindung 11 des Bauteils 10 mittels
Durchlicht-Thermografie überprüfbar ist.
Die Thermografiekamera 12 und die Anregungsquelle 13 sind
dabei so zueinander verschiebbar, dass eine Hauptstrahlrichtung 20 der
von der Anregungsquelle 13 emittierten Lichtstrahlung mit
der zu prüfenden
Fügeverbindung 11 und
der Aufnahmerichtung der Infrarotkamera 12 korrespondiert.
Die Hauptstrahlrichtung 20 ist dabei im Wesentlichen senkrecht
zur Bauteiloberfläche 17 ausgerichtet. Eine
Höhenverstellung
von Thermografiekamera 12 und Anregungsquelle 13 wird über gelenkartig
ausgebildete Roboterarme 27, 28 erreicht.
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Bei
der alternativen Ausführungsform
zur Durchführung
des Durchlicht-thermografischen Verfahrens ist aufgrund ihrer Flexibilität wiederum
jeder beliebige Punkt am Bauteil 10 anfahrbar und überprüfbar. Die
gewünschten
Anfahrpunkte können
wiederum beliebig in Position und Reihenfolge programmiert werden.