DE102010024134B4 - Verfahren zum zerstörungsfreien Prüfen von mindestens teiloffenen hohlförmigen Bauteilen oder Systemkomponenten auf Dichtheit in der Serienproduktion - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum zerstörungsfreien Prüfen von mindestens teiloffenen hohlförmigen Bauteilen oder Systemkomponenten auf Dichtheit in der Serienproduktion, bei dem – ein mindestens teiloffenes hohlförmiges Bauteil i = 1, 2, ..., n oder eine mindestens teiloffene hohlförmige Systemkomponente j = 1, 2, ..., m mit einer geeigneten Dichteinrichtung (3) verschlossen wird, – dann ein Gas unter Druck ventilmäßig gesteuert in das mindestens teiloffene hohlförmige Bauteil i = 1, 2, ..., n oder die mindestens 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 j =...
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.
- So ist z. B. in der
DD 2 25 2210 A1 - Aus der
DE 37 25 063 A1 ist weiterhin ein Verfahren zur Aufsucher von Lecks an einem aufblasbaren Körper wie Luftfedern, Schläuchen, Reifen und Ballen oder sicherheitsrelevanten steifen Rohrleitungen und Behältern bekannt, bei dem der zu prüfenden Körper in eine Kammer mit überall gleicher Temperatur und Wärmestrahlung eingebracht wird. Die Wärmestrahlung des zu prüfenden aufgeblasenen Körpers wird dann mit hoher Auflösung gemessen, und auf dem so erstellten Wärmebild werden eventuelle Stellen der Prüflingsoberfläche mit erniedrigter Wärmestrahlung als Lecks geortet. - Sämtlichen genannten bekannten 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 z. B. 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 gelöst durch ein Verfahren der eingangs erwähnten Art bei dem
- – ein mindestens teiloffenes hohlförmiges Bauteil i = 1, 2, ..., n oder eine mindestens teiloffene hohlförmige Systemkomponente j = 1, 2, ..., m mit einer geeigneten Dichteinrichtung verschlossen wird,
- – dann ein Gas unter Druck ventilmäßig gesteuert in das mindestens teiloffene hohlförmige Bauteil i = 1, 2, ..., n oder in die mindestens 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 mittels einer Thermografiekamera 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 von einem der Themografiekamera nachgeschalteten Rechner erfasst und mittels letzterem durch eine Vielzahl Bilder a = 1, 2, ...; k eines Thermografiefilm visualisiert werden, und
- – eine genaue Ortung jeder Leckstelle nach Lage und Größe in dem mindestens teiloffenen hohlförmigen Bauteil i = 1, 2, ..., n oder in der mindestens teiloffenen hohlförmigen Systemkomponente j = 1, 2, ..., m automatisiert aus der Vielzahl der die Temperaturverteilung in dem mindestens teiloffenen hohlförmigen Bauteil i = 1, 2, ..., n oder in der mindestens teiloffenen hohlförmigen Systemkomponente j = 1, 2, ..., m beinhaltenden Bilder a = 1, 2, ..., k des Thermografiefilms erfasst wird, indem für jeden Bildpunkt die Veränderung der Temperatur über die Prüfzeit in einem Diagramm dargestellt wird, dem die i. O.- oder n. i. O.-Klassifizierung des mindestens teiloffenen hohlförmigen Bauteils i = 1, 2, ..., n oder der mindestens teiloffenen hohlförmigen Systemkomponente j = 1, 2, ..., m entnommen wird.
- Vorzugsweise wird eine zumindest teiloffene hohlförmige Systemkomponente j = 1, 2, ..., m aus zwei mindestens teiloffenen hohlförmigen Bauteilen bestehend gewählt, die durch mindestens eine Schweißnaht verbunden sind, wobei die beim Ausströmen des in die zumindest teiloffene hohlförmige Systemkomponente J = 1, 2, ..., m unter Druck eingeführten Gases durch eine die Leckstelle bildende Undichtheit der mindestens einen Schweißnaht durch Expansion im Bereich der mindestens einen Schweißnaht erzeugten punktuellen Abkühlung der beiden miteinander verschweißten Bauteile mittels der Thermografiekamera detektiert wird, anschließend die durch die punktuelle Abkühlung bewirkten Temperaturveränderungen im Bereich der Schweißnaht von dem der Thermografiekamera nachgeschalteten Rechner erfasst und mittels letzterem durch eine Vielzahl Bilder a = 1, 2, ..., k des Thermografiefilms visualisiert werden und aus der Vielzahl der die Temperaturverteilung im Bereich der Schweißnaht der hohlförmigen Bauteile der mindestens teiloffenen hohlförmigen Systemkomponente j = 1, 2, ..., m beinhaltenden Bilder a = 1, 2, ..., k des Thermorgrafiefilms automatisiert eine genaue Ortung der Undichtheit nach Lage und Größe in der Schweißnaht erfasst wird, indem aus den Bildern a = 1, 2, ..., k des Thermografiefilms für jeden Bildpunkt die Veränderung der Temperatur über die Prüfzeit in einem Diagramm dargestellt wird, dem die i. O.- oder n. i. O.-Klassifizierung der Schweißnaht der zumindest teiloffenen hohlförmigen Systemkomponente J = 1, 2, ..., m entnommen wird.
- 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 Pi 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 zerstörungsfreien Prüfung eines teiloffenen hohlförmigen Bauteils1 , dessen Hohlraumöffnung2 mittels einer Dichteinrichtung3 verschlossen worden ist, über eine ein Ventil4 aufweisende Druckmittelzuführung5 z. B. Druckluft6 gesteuert mit einem Druck Pi eingeführt. Hierbei werden die Menge der zugeführten Druckluft2 mittels eines in der Druckmittelzuführung5 vorgesehenen Durchflußmessers7 und der Überdruck Pi in dem Hohlraum8 des hohlförmigen Bauteils1 mittels eines Druckmessers9 stetig gemessen. Das Ventil4 , der Durchflußmesser7 und der Druckmesser9 sind jeweils mit einem Rechner10 eingangsseitig gekoppelt. Die Druckluft6 strömt durch eine Leckstelle11 in einem den Prüfbereich bildenden Wandungsteil12 des hohlförmigen Bauteils1 mit einem Druck Pu nach außen. Hierbei wird der Wandungsteil12 des hohlförmige Bauteils1 im Bereich der Leckstelle11 durch die Expansion der austretenden Luft punktuell abgekühlt. Die punktuelle Abkühlung im Bereich der Leckstelle11 wird mittels einer mit dem Rechner10 verbundenen Thermografiekamera13 detektiert. Die durch die punktuelle Abkühlung bewirkten Temperaturveränderungen des abgedichteten teiloffenen hohlförmigen Bauteils1 werden von dem der Thermografiekamera13 nachgeschalteten Rechner10 erfasst und durch eine Vielzahl Bilder a = 1, 2, ..., k eines Thermografiefilms14 visualisiert, aus denen eine genaue Ortung der Leckstelle11 nach Lage und Größe im Wandungsteil12 des abgedichteten teiloffenen hohlförmigen Bauteils1 sowie der i. O.-Bereich15 des Wandungsteils12 automatisiert zu erfassen sind. Aus den Bildern a = 1, 2, ..., k des Thermografiefilms14 wird, wie in1 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 Bauteils1 dient. - Aus
2 geht entsprechend der Verfahrensweise der1 die zerstörungsfreie Prüfung auf Dichtheit einer Schweißnäht16 einer mindestens teiloffenen hohlförmigen Systemkomponente1 hervor, die aus zwei verschweißten teiloffenen hohlförmigen Bauteilen gebildet ist. Auch hier wird über die das Ventil4 aufweisende Druckmittelzuführung5 die Druckluft6 gesteuert mit einem Druck Pi in den Hohlraum8 der Systemkomponente1 eingeführt, wobei die zugeführte Menge der Druckluft von dem in der Druckmittelzuführung5 positionierten Durchflußmesser7 und der Überdruck Pi in dem Hohlraum8 der zumindest teiloffenen hohlförmigen Systemkomponente1 mittels des Druckmessers9 stetig gemessen und die jeweiligen Messwerte dem Rechner10 zugeführt werden. Strömt Druckluft6 durch eine Undichtheit11 der Schweißnaht16 , die in dem Prüfbereich der mindestens teiloffenen hohlförmigen Systemkomponente1 integriert ist, mit einem Druck Pu nach außen, so wird die zumindest teiloffene hohlförmige Systemkomponente1 im Bereich der Undichtheit11 Schweißnaht16 durch die Expansion der austretenden Luft punktuell abgekühlt. Die punktuelle Abkühlung im Bereich der Undichtheit11 der Schweißnaht16 der zumindest teiloffenen hohlförmigen Systemkomponente1 wird mittels der mit dem Rechner10 verbundenen Thermografiekamera13 detektiert. Die durch die punktuelle Abkühlung bewirkten Temperaturveränderungen im Bereich der Schweißnaht16 der zumindest teiloffenen hohlförmigen Systemkomponente1 werden von dem der Thermografiekamera13 nachgeschalteten Rechner10 erfasst und durch eine Vielzahl Bilder a = 1, 2, ..., k des entsprechenden Thermografiefilms14 visualisiert. Die Auswertung der Vielzahl der Bilder a = 1, 2, ..., k des Thermografiefilms14 erfolgt mittels Differenzbildverfahren, Fast Fourier Transformation (FFT) oder Hauptkomponentenanalyse (HKA), wobei eine genaue Ortung der Undichtheit11 der Schweißnaht16 nach Lage und Größe erfolgt und der i. O.-Bereich15 der Schweißnaht16 automatisiert erfasst wird. Wie2 zeigt, wird aus den Bildern a = 1, 2, ..., k des Thermografiefilms14 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 Schweißnaht16 der zumindest teiloffenen hohlförmigen Systemkomponente1 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 (4)
- Verfahren zum zerstörungsfreien Prüfen von mindestens teiloffenen hohlförmigen Bauteilen oder Systemkomponenten auf Dichtheit in der Serienproduktion, bei dem – ein mindestens teiloffenes hohlförmiges Bauteil i = 1, 2, ..., n oder eine mindestens teiloffene hohlförmige Systemkomponente j = 1, 2, ..., m mit einer geeigneten Dichteinrichtung (
3 ) verschlossen wird, – dann ein Gas unter Druck ventilmäßig gesteuert in das mindestens teiloffene hohlförmige Bauteil i = 1, 2, ..., n oder die mindestens 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 j = 1, 2, ..., m mittels einer Thermografiekamera 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 von einem der Thermografiekamera nachgeschalteten Rechner erfasst und mittels letzterem durch eine Vielzahl Bilder a = 1, 2, ..., k eines Thermografiefilms visualisiert werden, und – eine genaue Ortung jeder Leckstelle nach Lage und Größe in dem mindestens teiloffenen hohlförmigen Bauteil i = 1, 2, ..., n oder in der mindestens teiloffenen hohlförmigen Systemkomponente j = 1, 2, ..., m automatisiert aus der Vielzahl der die Temperaturverteilung in dem mindestens teiloffenen hohlförmigen Bauteil i = 1, 2, ..., n oder in der mindestens teiloffenen hohlförmigen Systemkomponente j = 1, 2, ..., m beinhaltenden Bilder a = 1, 2, ..., k des Thermografiefilms erfasst wird, indem für jeden Bildpunkt die Veränderung der Temperatur über die Prüfzeit in einem Diagramm dargestellt wird, dem die i. O.- oder n. i. O.-Klassifizierung des mindestens teiloffenen hohlförmigen Bauteils i = 1, 2, ..., n oder der mindestens teiloffenen hohlförmigen Systemkomponente j = 1, 2, ..., m entnommen wird. - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine mindestens 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 mindestens teiloffene 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 mittels der Thermografiekamera detektiert wird, anschließend die durch die punktuelle Abkühlung bewirkten Temperaturveränderungen im Bereich der Schweißnaht von dem der Thermografiekamera nachgeschalteten Rechner erfasst und mittels letzterem durch eine Vielzahl Bilder a = 1, 2, ..., k des Thermografiefilms visualisiert werden und aus der Vielzahl der die Temperaturverteilung im Bereich der Schweißnaht der hohlförmigen Bauteile der mindestens teiloffenen hohlförmigen Systemkomponente j = 1, 2, ..., m beinhaltenden Bilder a = 1, 2, ..., k des Thermografiefilms automatisiert eine genaue Ortung der Undichtheit nach Lage und Größe in der Schweißnaht erfasst wird, indem aus den Bildern a = 1, 2, ..., k des Thermografiefilms für jeden Bildpunkt die Veränderung der Temperatur über die Prüfzeit in einem Diagramm dargestellt wird, dem die i. O.- oder n. i. O.-Klassifizierung der Schweißnaht der mindestens teiloffene hohlförmigen Systemkomponente j = 1, 2, ..., m entnommen wird.
- 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 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeit zum zerstörungsfreien Prüfen jedes mindestens teiloffenen hohlförmigen Bauteils i = 1, 2 ..., n oder jeder mindestens teiloffenen hohlförmigen Systemkomponente j = 1, 2, ..., m auf Dichtheit in der Serienproduktion bei 100% Inline Kontrolle kleiner als 1 Sekunde ist.
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