DE102010024134A1

DE102010024134A1 - Verfahren zum zerstörungsfreien Prüfen von mindestens teiloffenen hohlförmigen Bauteilen oder Systemkomponenten auf Dichtheit in der Serienproduktion

Info

Publication number: DE102010024134A1
Application number: DE102010024134A
Authority: DE
Inventors: Robert Strohmeyer
Original assignee: Inpro Innovationsgesellschaft fuer Fortgeschrittene Produktionssysteme in der Fahrzeugindustrie mbH
Current assignee: Inpro Innovationsgesellschaft fuer Fortgeschrittene Produktionssysteme in der Fahrzeugindustrie mbH
Priority date: 2010-06-17
Filing date: 2010-06-17
Publication date: 2011-12-22
Anticipated expiration: 2030-06-18
Also published as: US20110310923A1; CN102288367A; DE102010024134B4; US8678643B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum zerstörungsfreien Prüfen von mindestens teiloffenen hohlförmigen Bauteilen (1) oder Systemkomponenten (1) auf Dichtheit in der Serienproduktion. Um bei einer 100% Inline-Kontrolle eine automatisierbare zerstörungsfreie Prüfung zu gewährleisten, wird erfindungsgemäß – ein Gas unter Druck ventilmäßig gesteuert in ein mindestens teiloffenes hohlförmiges Bauteil i = 1, 2, ..., n oder eine mindestens teiloffene hohlförmige Systemkomponente j = 1, 2, ..., m eingeführt, und – die beim Ausströmen des unter Druck stehenden Gases durch eine Leckstelle aus dem mindestens teiloffenen hohlförmigen Bauteil i = 1, 2, ..., n oder der mindestens teiloffenen hohlförmigen Systemkomponente j = 1, 2, ..., m durch Expansion im Bereich der Leckstelle erzeugte punktuelle Abkühlung des hohlförmigen Bauteils i = 1, 2 ..., n oder der hohlförmigen Systemkomponente j = 1, 2, ..., m thermografisch detektiert, worauf – die durch die punktuelle Abkühlung bewirkten Temperaturveränderungen des hohlförmigen Bauteils i = 1, 2, ..., n oder der hohlförmigen Systemkomponente j = 1, 2, ..., m rechnermäßig erfasst und durch einen Thermografiefilm visualisiert werden, und – eine genaue Ortung jeder Leckstelle nach Lage und Größe im hohlförmigen Bauteil i = 1, 2, ..., n oder in der hohlförmigen Systemkomponente j = 1, 2, ..., m automatisiert aus der durch den Thermografiefilm visualisierten Temperaturverteilung im hohlförmigen Bauteil i = 1, 2, ..., n oder in der hohlförmigen Systemkomponente j = 1, 2, ..., m analysiert wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum zerstörungsfreien Prüfen von mindestens teiloffenen hohlförmigen Bauteilen oder Systemkomponenten auf Dichtheit in der Serienproduktion.
Bei der zerstörungsfreien Bauteilprüfung stellt die Prüfung auf Dichtheit einen wichtigen Bereich dar. Herkömmlicherweise werden bei der Dichtheitsprüfung an Bauteilkomponenten und Systemen in der Serienproduktion wie z. B. an Gaszählern, Kraftstoff-Behältern, Kraftstofffiltern, Bremsleitungen, Leichtmetallrädern, Einspritzpumpen etc. folgende Prüfmethoden eingesetzt:

– Ein Wasserbad-Blasentest, bei dem Gas oder Luft unter Überdruck in den Prüfling eingeführt und ein Austreten von Luft- bzw. Gasblasen durch Undichtheiten des Prüflings in dem Wasserbad beobachtet wird.
– Eine Lecksuche durch Differenzdruck-Prüfung, bei der eine Messung des Druckabfalls nach einer bestimmten Zeit erfolgt.
– Eine Ultraschall-Lecksuche, bei der im Wasserbad aus dem Prüfling austretende Gasblasen mittels Ultraschall-Prüfgeräten detektiert werden.
– Dichtheitsprüfung mit Testgasen, die in den Prüfling eingeführt und beim Austreten durch dessen Undichtheiten mittels eines Nachweisgerätes detektiert werden.

Diesen herkömmlichen Verfahren zum zerstörungsfreien Prüfen hohlförmiger Bauteile oder Systemkomponenten auf Dichtheit mangelt es jedoch an der Möglichkeit zur Automatisierung wie sie insbesondere bei der Serienproduktion in der Kfz-Branche gefordert wird. Besonders bei den hohen Stückzahlen in der Automobilproduktion stoßen die von einer Prüfperson visuell durchzuführenden Prüfungen schnell an ihre Grenzen, sind nicht in jedem Fall objektiv und zudem kostenintensiv. Außerdem müssen die Leck-Prüfmedien wie Wasser oder Testgase zusätzlich bereitgehalten werden und ihr Einsatz kann der Produktionsprozess erschweren.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, das bei einer 100% Inline Kontrolle eine automatisierbare zerstörungsfreie Prüfung mindestens teiloffener hohlförmiger Bauteile oder mindestens teiloffener hohlförmiger Systemkomponenten auf Dichtheit gewährleistet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass

– ein Gas unter Druck ventilmäßig gesteuert in ein mindestens teiloffenes hohlförmiges Bauteil i = 1, 2, ..., n oder eine mindesten teiloffene hohlförmige Systemkomponente j = 1, 2, ..., m eingeführt wird,
– die beim Ausströmen des unter Druck stehenden Gases durch eine Leckstelle aus dem mindestens teiloffenen hohlförmigen Bauteil i = 1, 2, ..., n oder der mindestens teiloffenen hohlförmigen Systemkomponente j = 1, 2, ..., m durch Expansion im Bereich der Leckstelle erzeugte punktuelle Abkühlung des mindestens teiloffenen hohlförmigen Bauteils i = 1, 2, ..., n oder der mindestens teiloffenen hohlförmigen Systemkomponente i = 1, 2, ..., n thermografisch detektiert wird,
– anschließend die durch die punktuelle Abkühlung bewirkten Temperaturveränderungen des mindestens teiloffenen hohlförmigen Bauteils i = 1, 2, ..., n oder der mindestens teiloffenen hohlförmigen Systemkomponente j = 1, 2, ..., m rechnermäßig erfasst und durch eine Vielzahl Bilder a = 1, 2, ...; k eines Thermografiefilm visualisiert werden, und
– eine genaue Ortung jeder Leckstelle nach Lage und Größe im mindestens teiloffenen hohlförmigen Bauteil i = 1, 2, ..., n oder in der mindestens teiloffenen hohlförmigen Systemkomponente j = 1, 2, ..., m automatisiert aus der durch den Thermografiefilm visualisierten Temperaturverteilung im mindestens teiloffenen hohlförmigen Bauteil i = 1, 2, ..., n oder in der mindestens teiloffenen hohlförmigen Systemkomponente j = 1, 2, ..., m analysiert wird.

Bevorzugt wird aus den Bildern a = 1, 2, ..., k des Thermografiefilms für jeden Bildpunkt die Veränderung der Temperatur über die Prüfzeit in einem Diagramm grafisch dargestellt, aus dem die i. O.- oder n. i. O. Klassifizierung des mindestens teiloffenen hohlförmigen Bauteils i = 1, 2, ..., n oder der mindestens teiloffenen hohlförmigen System-Komponente j = 1, 2, ..., m erfolgt. Die Auswertung der Vielzahl der Bilder a = 1, 2, ..., k des Thermogragiefilms kann mittels Differenzbildverfahren, Fast Fourier-Transformation (FFT) oder Hauptkomponentenanalyse (HKA) erfolgen.
Der Hohlraum des mindestens teiloffenen hohlförmigen Bauteils i = 1, 2, ..., n oder der mindestens teiloffenen hohlförmigen Systemkomponente j = 1, 2, ..., m wird bei der zerstörungsfreien Dichtheitsprüfung geeigneterweise durch eine Dichteinrichtung verschlossen. Die Menge des über die Druckmittelzuführung in den Hohlraum des mindestens teiloffenen hohlförmigen Bauteils i = 1, 2, ..., n oder der mindestens teiloffenen hohlförmigen Systemkomponente j = 1, 2, ..., m eingespeisten Gases wie z. B. der Druckluft wird mittels eines Durchflußmessers stetig gemessen. Ebenso wird der Überdruck P_i in dem Hohlraum des mindestens teiloffenen hohlförmigen Bauteils oder der mindestens teiloffenen hohlförmigen Systemkomponente während der zerstörungsfreien Dichtheitsprüfung fortlaufend mittels eines Druckmessers kontrolliert. Die jeweiligen Messwerte werden dem Rechner während der zerstörungsfreien Dichtheitsprüfung zugeführt.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine genaue Ortung der Fehler nach Lage und Größe, womit bei der Optimierung des Fertigungsprozesses Fehler vermieden werden können. Zudem können Schweißnähte und/oder Fügeverbindungen von gefügten mindestens teiloffenen hohlförmigen Bauteilen und von mindestens teiloffenen hohlförmigen Systemkomponenten effektiv zerstörungsfrei auf eventuelle Undichtheiten in der Serienproduktion überprüft werden. Weiterhin weist das erfindungsgemäße Verfahren großes Potential zur Automatisierung auf und ermöglicht die Dichtheitsprüfung von Bauteilen und Systemkomponenten in den Fertigungsprozess zu integrieren, so dass schnell auf Prozessabweichungen reagiert werden kann.
In vielen Bereichen der Produktion wird eine 100% Prüfung oder zumindest eine hohe Stichprobenprüfung angestrebt. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beträgt die Prüfzeit zum zerstörungsfreien Prüfen jedes mindestens teiloffenen hohlförmigen Bauteils oder jeder mindestens teiloffenen hohlförmigen Systemkomponente auf Dichtheit in der Serienproduktion bei 100% Inline-Kontrolle vorteilhafterweise weniger als 1 Sekunde. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich daher sehr gut für geringe Taktzeiten der Serienproduktion.
Die Erfindung wird weiterhin anhand der Zeichnungen erläutert. In diesen sind:
1 ein schematisches Blockschaltbild, aus dem eine Ausführungsform des erfindungsgemäße Verfahrens hervorgeht, und
2 ein schematisches Blockschaltbild mit einer Darstellung eines Schnitts einer hohlförmigen Systemkomponente aus zwei gefügten teiloffenen hohlförmigen Bauteilen, deren Fügeverbindung oder mindestens eine Schweißnaht zerstörungsfrei auf Dichtheit geprüft wird.
Wie aus 1 hervorgeht, wird zur zerstbrungsfreien Prüfung eines teiloffenen hohlförmigen Bauteils 1, dessen Hohlraumöffnung 2 mittels einer Dichteinrichtung 3 verschlossen worden ist, über eine ein Ventil 4 aufweisende Druckmittelzuführung 5 z. B. Druckluft 6 gesteuert mit einem Druck P_i eingeführt. Hierbei werden die Menge der zugeführten Druckluft 2 mittels eines in der Druckmittelzuführung 5 vorgesehenen Durchflußmessers 7 und der Überdruck P_i in dem Hohlraum 8 des hohlförmigen Bauteils 1 mittels eines Druckmessers 9 stetig gemessen. Das Ventil 4, der Durchflußmesser 7 und der Druckmesser 9 sind jeweils mit einem Rechner 10 eingangsseitig gekoppelt. Die Druckluft 6 strömt durch eine Leckstelle 11 in einem den Prüfbereich bildenden Wandungsteil 12 des hohlförmigen Bauteils 1 mit einem Druck P_u nach außen. Hierbei wird der Wandungsteil 12 des hohlförmige Bauteils 1 im Bereich der Leckstelle 11 durch die Expansion der austretenden Luft punktuell abgekühlt. Die punktuelle Abkühlung im Bereich der Leckstelle 11 wird mittels einer mit dem Rechner 10 verbundenen Thermografiekamera 13 detektiert. Die durch die punktuelle Abkühlung bewirkten Temperaturveränderungen des abgedichteten teiloffenen hohlförmigen Bauteils 1 werden von dem der Thermografiekamera 13 nachgeschalteten Rechner 10 erfasst und durch eine Vielzahl Bilder a = 1, 2, ..., k eines Thermografiefilms 14 visualisiert, aus denen eine genaue Ortung der Leckstelle 11 nach Lage und Größe im Wandungsteil 12 des abgedichteten teiloffenen hohlförmigen Bauteils 1 sowie der i. O.-Bereich 15 des Wandungsteils 12 automatisiert zu erfassen sind. Aus den Bildern a = 1, 2, ..., k des Thermografiefilms 14 wird, wie in 1 gezeigt ist, für jeden Bildpunkt die Veränderung der Temperatur über die Prüfzeit in einem Diagramm dargestellt, das zur i. O.- oder n. i. O.-Klassifizierung des hohlförmigen Bauteils 1 dient.
Aus 2 geht entsprechend der Verfahrensweise der 1 die zerstörungsfreie Prüfung auf Dichtheit einer Schweißnäht 16 einer mindestens teiloffenen hohlförmigen Systemkomponente 1 hervor, die aus zwei verschweißten teiloffenen hohlförmigen Bauteilen gebildet ist. Auch hier wird über die das Ventil 4 aufweisende Druckmittelzuführung 5 die Druckluft 6 gesteuert mit einem Druck P_i in den Hohlraum 8 der Systemkomponente 1 eingeführt, wobei die zugeführte Menge der Druckluft von dem in der Druckmittelzuführung 5 positionierten Durchflußmesser 7 und der Überdruck P_i in dem Hohlraum 8 der zumindest teiloffenen hohlförmigen Systemkomponente 1 mittels des Druckmessers 9 stetig gemessen und die jeweiligen Messwerte dem Rechner 10 zugeführt werden. Strömt Druckluft 6 durch eine Undichtheit 11 der Schweißnaht 16, die in dem Prüfbereich der mindestens teiloffenen hohlförmigen Systemkomponente 1 integriert ist, mit einem Druck P_u nach außen, so wird die zumindest teiloffene hohlförmige Systemkomponente 1 im Bereich der Undichtheit 11 Schweißnaht 16 durch die Expansion der austretenden Luft punktuell abgekühlt. Die punktuelle Abkühlung im Bereich der Undichtheit 11 der Schweißnaht 16 der zumindest teiloffenen hohlförmigen Systemkomponente 1 wird mittels der mit dem Rechner 10 verbundenen Thermografiekamera 13 detektiert. Die durch die punktuelle Abkühlung bewirkten Temperaturveränderungen im Bereich der Schweißnaht 16 der zumindest teiloffenen hohlförmigen Systemkomponente 1 werden von dem der Thermografiekamera 13 nachgeschalteten Rechner 10 erfasst und durch eine Vielzahl Bilder a = 1, 2, ..., k des entsprechenden Thermografiefilms 14 visualisiert. Die Auswertung der Vielzahl der Bilder a = 1, 2, ..., k des Thermografiefilms 14 erfolgt mittels Differenzbildverfahren, Fast Fourier Transformation (FFT) oder Hauptkomponentenanalyse (HKA), wobei eine genaue Ortung der Undichtheit 11 der Schweißnaht 16 nach Lage und Größe erfolgt und der i. O.-Bereich 15 der Schweißnaht 16 automatisiert erfasst wird. Wie 2 zeigt, wird aus den Bildern a = 1, 2, ..., k des Thermografiefilms 14 für jeden Bildpunkt die Veränderung der Temperatur über die Prüfzeit auch hier in einem Diagramm dargestellt, das zur i. O.- oder n. i. O. Klassifizierung der Schweißnaht 16 der zumindest teiloffenen hohlförmigen Systemkomponente 1 dient.
Bezugszeichenliste

1: mindestens teiloffenes hohlförmiges Bauteil oder mindestens teiloffener hohlförmige Systemkomponente
2: Hohlraumöffnung
3: Dichteinrichtung
4: Ventil
5: Druckmittelzuführung
6: Druckluft
7: Durchflußmesser
8: Holraum
9: Druckluftmesser
10: Rechner
11: Leckstelle
12: den Prüfbereich bildender Wandungsteil
13: Thermografiekamera
14: Thermografiefilm
15: i. O.-Bereich
16: Schweißnaht
a: Bilder des Thermografiefilms

Claims

Verfahren zum zerstörungsfreien Prüfen von hohlförmigen Bauteilen oder hohlförmigen Systemkomponenten auf Dichtheit in der Serienproduktion, dadurch gekennzeichnet, dass – ein Gas unter Druck ventilmäßig gesteuert in ein hohlförmiges Bauteil i = 1, 2, ..., n oder eine hohlförmige Systemkomponente j = 1, 2, ..., m eingeführt wird, – die beim Ausströmen des unter Druck stehenden Gases durch eine Leckstelle aus dem hohlförmigen Bauteil i = 1, 2, ..., n oder der hohlförmigen Systemkomponente j = 1, 2, ..., m durch Expansion im Bereich der Leckstelle erzeugte punktuelle Abkühlung des hohlförmigen Bauteils i = 1, 2, ..., n oder der hohlförmigen Systemkomponente j = 1, 2, ..., m thermografisch detektiert wird, – anschließend die durch die punktuelle Abkühlung bewirkten Temperaturveränderungen des hohlförmigen Bauteils i = 1, 2 ..., n oder der hohlförmigen Systemkomponente j = 1, 2, ..., m rechnermäßig erfasst und durch einen Thermografieflm visualisiert werden, und – eine genaue Ortung jeder Leckstelle nach Lage und Größe im hohlförmigen Bauteil i = 1, 2, ..., n oder in der hohlförmigen Systemkomponente j = 1, 2, ..., m automatisiert aus der durch den Thermografiefilm visualisierten Temperaturverteilung im hohlförmigen Bauteil i 1, 2, ..., n oder in der hohlförmigen Systemkomponente j = 1, 2 ..., m analysiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest teiloffene hohlförmige Systemkomponente j = 1, 2, ..., m aus zwei mindestens teiloffenen hohlförmigen Bauteilen bestehend gewählt wird, die durch mindestens eine Schweißnaht verbunden sind, wobei die beim Ausströmen des in die hohlförmige Systemkomponente j = 1, 2, ..., m unter Druck eingeführten Gases durch eine die Leckstelle bildenden Undichtheit der mindestens einen Schweißnaht durch Expansion im Bereich der mindestens einen Schweißnaht erzeugte punktuelle Abkühlung der beiden miteinander verschweißten Bauteile thermografisch detektiert wird, anschließend die durch die punktuelle Abkühlung bewirkten Temperaturveränderungen im Bereich der Schweißnaht rechnerisch erfasst und durch eine Vielzahl Bilder a = 1, 2, ..., k eines Thermografiefilms visualisiert werden und eine genaue Ortung der Undichtheit nach Lage und Größe in der Schweißnaht aus der durch den Thermografiefilm visualisierten Temperaturverteilung im Bereich der Schweißnaht der hohlförmigen Bauteile der mindestens teiloffenen hohlförmigen Systemkomponente j = 1, 2, ..., m analysiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass aus den Bildern a = 1, 2, ..., k des Thermografiefilms für jeden Bildpunkt die Veränderung der Temperatur über die Prüfzeit in einem Diagramm grafisch dargestellt wird, aus dem die i. O.- oder n. i. O.-Klassifizierung des mindestens teiloffenen hohlförmigen Bauteils i = 1, 2, ..., n oder der mindestens einen Schweißnaht der miteinander verschweißten hohlförmigen Bauteile der mindestens teiloffenen hohlförmigen Systemkomponente j = 1, 2, ..., m erfolgt.
Verfahren nach jedem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertung der Vielzahl der Bilder a = 1, 2, ..., k des Thermografiefilms mittels Differenzbildverfahren, Fast Fourier-Transformation (FFT) oder Hauptkomponentenanalyse (HKA) erfolgt.
Verfahren nach jedem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeit zum zerstörungsfreien Prüfen jedes hohlförmigen Bauteils i = 1, 2, ..., n oder jeder hohlförmigen Systemkomponente j = 1, 2, ..., m auf Dichtheit in der Serienproduktion bei 100% Inline Kontrolle kleiner als 1 Sekunde ist.