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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum zerstörungsfreien thermografischen Prüfen von Fügeverbindungen wie Widerstandspunktschweißverbindungen und Materialdefekten wie Rissen in Bauteilen mittels Induktions-Thermografie.
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Aus der
DE 10 2007 006 702 A1 ist eine Vorrichtung zur Beurteilung der Qualität von Bauteilen aus Faserverbundwerkstoffen und deren Vorformen bekannt, bei der ein Wechselstromgenerator und eine Induktionsspule zum Erzeugen und Einkoppeln eines magnetischen Wechselfeldes in das jeweilige Prüfobjekt und eine ein Pyrometer aufweisende Messeinrichtung zum Erfassen des Ankoppelns des jeweiligen Prüfobjektes an das magnetische Wechselfeld vorgesehen sind. Hierbei kann ein Aufnahmetisch für das Prüfobjekt vorgesehen sein und die an den Wechselstromgenerator angeschlossene Induktionsspule einen Handgriff aufweisen, mittels dem das Pyrometer zusammen mit der Induktionsspule gegenüber dem auf dem Aufnahmetisch positionierten Prüfobjekt zu verschieben ist.
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Aus der
DE 10 2012 008 531 B4 ist weiterhin eine Anordnung zur zerstörungsfreien Prüfung einer Fügeverbindung eines Bauteils mittels Induktionsthermografie bekannt, mit einem Induktor, der gleichsinnig gewickelte Spulen mit je einem ferromagnetischem Spulenkern aufweist und von dem das Bauteil in einer Prüfzone induktiv anzuregen ist, mit einer Thermografiekamera, von der das durch die induktive Anregung des Bauteils bedingte Temperaturprofil in der Prüfzone des Bauteils zu erfassen ist, und mit einem mit der Thermografiekamera gekoppelter Rechner für die Auswertung des von der Thermografiekamera erfassten Temperaturprofils des Bauteils. Hierbei weist der Induktor zwischen den beiden im Abstand zueinander angeordneten ferromagnetischen Spulenkernen mit der jeweils gleichsinnig gewickelten Spule einen ein Sichtfenster für die Thermografiekamera bildenden Durchbruch auf, der auf die Anregungsoberfläche des Bauteils in der Prüfzone des letzteren auszurichten ist, wobei in die Anregungsoberfläche von dem Induktor ein Wärmeimpuls einzubringen ist, der einen transversalen Wärmefluss in der Anregungsoberfläche erzeugt und von dem die Prüfzone des Bauteils homogen erwärmbar ist. Die Thermografiekamera ist auf der Seite der Anregungsoberfläche des Bauteils positioniert und zu dem das Sichtfenster bildenden Durchbruch des Induktors ausgerichtet, wobei eine hindernisfreie Sicht der Thermografiekamera durch den Durchbruch des Induktors hindurch auf die homogen erwärmte Prüfzone des Bauteils gegeben ist. Der Induktor mit der Thermografiekamera und die Anregungsoberfläche des Bauteils snd relativ zueinander zu bewegen. Der Induktor und die Thermografiekamera, die auf den das Sichtfenster bildenden Durchbruch des Induktors ausgerichtet ist, können zu einem kompakten Sensorkopf verbunden sein, der manuell oder mittels eines Roboters zu führen ist.
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Bekannt ist ferner ein am Kopf einer Bedienungsperson tragbares Prüfgerät zum zerstörungsfreien Prüfen eines Prüfgegenstandes, das eine Induktionsspule und einen IR-Kamera umfasst, wobei von der Induktionsspule in mindestens einen Abschnitt des Prüfgegenstandes Energie räumlich einzukoppeln und eine dabei erzeugte Erwärmung einer Oberfläche des Prüfgegenstandes von der IR-Kamera zu erfassen sind (
WO 2005/095934 A1 ).
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Schließlich ist in der älteren Patentanmeldung 10 2013 017 049.4 der Anmelderin eine schematische Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zum zerstörungsfreien Prüfen einer Fügeverbindung wie einer Schweißnaht eines Bauteils auf Materialdefekte wie Risse mittels Induktions-Thermografie als miniaturisiertes Handprüfgerätes beschrieben. Dieses miniaturisierte Handprüfgerät weist ein robustes Gehäuse auf, das aus Kunststoff oder Aluminium hergestellt sein kann. In dem Gehäuse ist ein kompakter Prüfkopf aus einem Induktor mit maßgefertigten Ferritteilen und aus einer Thermografiekamera (Bolometerkamera) enthalten, wobei zwischen der Thermografiekamera und dem Induktor im Gehäuse eine Schirmung und oberhalb der Thermografiekamera im Gehäuses ein Lüfter positioniert ist sowie Abstands-, Funktions- und Temperatorsensoren vorgesehen sind. Die maßgefertigten Induktorbauteile weisen beispielsweise die Abmaße 255 mm × 130 mm × 60 mm und das miniaturisierte Handprüfgerät ein Gewicht von 3 kg auf. Die Abmessungen des Gehäuses des miniaturisierten Handprüfgerätes sind an die Abmaße der maßgefertigten Ferritbauteile angepasst. Der Induktor kann als Streifeninduktor oder als Drehstrominduktor ausgebildet sein.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Anwendungsspektrum einer Anordnung der eingangs erwähnten Art zu erweitern und für deren effektive und flexible Handhabung insbesondere zur exakten Bestimmung eines berührungslos mittels Induktion-Thermografie erfassten Risses einer Fügeverbindung wie einer Schweißnaht eines Bauteils zu sorgen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Anordnung zum zerstörungsfreien thermografischen Prüfen von Fügeverbindungen wie Widerstandspunktschweißverbindungen und Materialdefekten wie Rissen in Bauteilen mittels Induktions-Thermografie, mit einem miniaturisierten, einhändig zu betätigenden Handprüfgerät mit einem robusten Gehäuse, in dem ein kompakt gestalteter Prüfkopf mit einem von einem Wechselprüfkopfsystem auswechselbaren Induktor, eine Bolometerkamera als Thermografiekamera, eine Schirmung zwischen letzterer und dem Induktor, Abstands-, Funktions- und Temperatorsensoren, ein oberhalb der Thermografiekamera im Gehäuses positionierter Lüfter sowie von Hand betätigbare Bedienungselemente integriert sind, und mit einer mit dem Prüfkopf des Handprüfgerätes koppelbaren mobilen Versorgungseinheit, die einen Mess- und Steuerungs-PC mit Industriemonitor für die Prüfanzeige, einen Induktionsgenerator, der über ein Messprogramm des Mess- und Steuerungs-PC anzusteuern ist, und einen Versorgungsanschluss aufweist, der mittels eines Versorgungskabels an Starkstrom anzuschließen ist.
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Das Wechselprüfkopfsystem ermöglicht einen sehr schnellen und einfachen Austausch von Induktorköpfen.
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Der auswechselbare Induktor kann abhängig von der jeweils zu prüfenden Schweißnahtgeomtrie, Bauteilzugänglichkeit und/oder Bauteilprüfbarkeit länglich, kurz, gerade, gestuft oder gekrümmt gestaltet.
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Die Induktoren können für eine Transmission- oder Reflexionsprüfung ausgeführt sein, je nach Anforderung durch Nahtgeometrie, Zugänglichkeit des Bauteils oder dessen Prüfbarkeit.
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Zudem kann der Induktor in Richtung der Längsebene des Gehäuses des Handprüfgerätes gerade verlaufend positioniert, bei erschwerter Zugänglichkeit des zu prüfenden Bauteils zur Richtung der Längsebene des Gehäuses des Handprüfgerätes abgewinkelt verlaufend positioniert oder in Bezug zur Längsebene des Gehäuses des Handprüfgerätes gekrümmt sein.
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Vorteilhafterweise ist der Induktor zur Transmissionsprüfung des Bauteils an diesem per Magnet, Halteklammer oder Saugnapf zu befestigen sowie über einen Dummy-Prüfkopf oder eine abgezweigte Zuleitung anzuschließen ist.
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Die Induktoren können im Kurzpulsbetrieb arbeiten, wobei eine Lock-In-Anregung möglich ist. Ein passives Kühlkonzept ist realisierbar.
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Die Bedienung des Prüfkopfes ist mittels eines Navigationstasters und eines Aktionstasters zu realisieren und der Prüfkopf mittels Gyroskop der Nahtrichtung eindeutig zuzuordnen.
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Als Positionierhilfe des Prüfkopfes kann eine elektrische Durchgangsprüfung an federnd gelagerten Metallstiften sowie zur Transmissionsprüfung des Bauteils die Positionszuordnung mittels kurzzeitiger Vorerwärmung vorgenommen werden.
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Bevorzugt ist das Wechselkopfsystem des Prüfkopfes steckverschluss-, schnappverschluss-, bajonettverschluss- oder anschraubmäßig ausgelegt ist.
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Insbesondere ist die Versorgungseinheit als flexibler Versorgungsrollwagen realisiert, der von nur einer Person zu bedienen ist.
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Der Versorgungsanschluss der Versorgungseinheit ist für 32 A Starkstrom ausgelegt. Das Versorgungskabel kann als 5 m langes Kabelpaket mit Schutzumhüllung ausgeführt sein.
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Insbesondere ist der Mess- und Steuerungs-PC der Versorgungseinheit funktionsmäßig wie folgt ausgelegt:
mit einer die Zwei-Taster-Bedienung des Prüfkopfes realisierenden Steuerungssoftware,
für eine intuitive Programmführung,
zur Messdatenaufnahme via USB,
zur Datenvorverarbeitung mittels Differenzbild-, Polynomfit, Hauptkomponentenanalyse, Fouriertransformation und dgl.,
mit einer Kontexbewertung (IO/NIO) für die Bedienperson,
alternativ zur automatischen IO/NIO-Klassifikation bei manuell überstimmbaren Prüfergebnis.
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Die Steuerungssoftware des Mess- und Steuerungs-PC's der Versorgungseinheit ermöglicht bei Bedarf eine Größenbestimmung von Schweißpunkt bzw. Lasernaht hinsichtlich der Restpunktdicke, der angebundenen Länge bzw. Breite. Zudem sind eine Fügestellenzuordnung gemäß dem Fügeplan sowie eine Datenablage in einer Datenbank mit Informationen über das Prüfteil, die Fügestelle, die Oberfläche, deren Zustand, das Prüfergebnis, die Prüfrandbedingungen, den Prüfort, den Prüfzeitpunkt und die Prüfperson gewährleistet.
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Das Messprogramm kann beinhalten:
Längenskala
Anzeige der IO/NIO Referenzbilder
stabilere Detektion des Anregungszeitpunktes
erweiterte Einstellmöglichkeiten
induktorspezifische Einstellungen
mehrere Prüfkontexte IO/NIO
automatische Auswertung, Anbindungslänge, Markierung der intakten Naht.
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Die Erfindung wird nunmehr unter Bezug auf die Zeichnungen erläutert. In diesen sind:
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1 eine schematische Darstellung des miniaturisiertes Handprüfgerätes der erfindungsgemäßen Anordnung,
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2 eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform des miniaturisierten Handprüfgerätes mit einem auswechselbar in dessen Wechselprüfkopfsystem gehalterten Streifeninduktor
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3 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Anordnung, bestehend aus dem einhändig betätigbaren miniaturisierten Handprüfgerät und der mit diesem koppelbaren mobilen Versorgungseinheit,
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4 eine perspektivische Ansicht einer zweiten Ausführungsform des einhändig betätigbaren miniaturisierten Handprüfgerätes mit in dessen Prüfkopf gerade in Richtung der Längsebene des Gehäuses des miniaturisierten Handprüfgerätes ausgerichtetem Induktor,
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5 eine Seitenansicht einer dritten Ausführungsform des einhändig betätigbaren miniaturisierten Handprüfgerätes mit in dessen Prüfkopf abgewinkelt zur Längsebene des Gehäuses des miniaturisierten Handprüfgerätes gehalterten Induktor,
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6 eine perspektivische Ansicht einer vierten Ausführungsform des einhändig betätigbaren miniaturisierten Handprüfgerätes mit einem auswechselbar in dessen Wechselprüfkopfsystem gehalterten, in Bezug zu Längsebene des Gehäuses des miniaturisierten Handprüfgerätes gekrümmten Induktor,
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7 eine perspektivische Detailansicht des Prüfkopfes der vierten Ausführungsform gemäß 6 und
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8 eine perspektivische Darstellung der ersten Ausführungsform des von einer Hand zu betätigenden miniaturisierten Handprüfgerätes mit dessen Wechselprüfkopfsystem in Aktion.
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1 zeigt schematisch das miniaturisierte Handprüfgerät 1 der erfindungsgemäßen Anordnung zum zerstörungsfreien thermografischen Prüfen von Fügeverbindungen wie Widerstandspunktschweißverbindungen und Materialdefekten wie Rissen in Bauteilen mittels Induktions-Thermografie.
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Das miniaturisierte Handprüfgerät 1 weist ein robustes Gehäuse 3 auf, das aus Kunststoff oder Aluminium hergestellt sein kann. In dem Gehäuse 3 ist ein kompakter Prüfkopf 4 mit einem Induktor 6 mit maßgefertigten Ferritteilen und mit der Thermografiekamera 7 (Bolometerkamera) enthalten, wobei zwischen der Thermografiekamera 7 und dem Induktor 6 im Gehäuse 3 eine Schirmung 8 und oberhalb der Thermografiekamera 7 im Gehäuses 3 ein Lüfter 8 positioniert sowie Abstands-, Funktions- und Temperatorsensoren vorgesehen sind. Die maßgefertigten Induktorbauteile weisen beispielsweise die Abmaße 255 mm × 130 mm × 60 mm und das miniaturisierte Handprüfgerät 1 ein Gewicht von 3 kg auf. Die Abmessungen des Gehäuses 3 des miniaturisierten Handprüfgerätes 11 sind an die Abmaße der maßgefertigten Ferritbauteile angepasst. Der Induktor 6 kann als Streifeninduktor ausgebildet sein.
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2 zeigt eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform des miniaturisierten Handprüfgerätes 1 der erfindungsgemäßen Anordnung, das mit einer in 3 gezeigten mobilen Versorgungseinheit 13 der Anordnung über ein Verbindungskabel 19 zu verbinden ist. Das miniaturisierte Handprüfgerät 1 ist von einer Bedienungsperson mit einer Hand zuhalten, wobei seine Bedienungselemente 10 (Navigationtaster 11 und Aktionstaster 12) mit den Fingern dieser einen Hand zu betätigen sind, wie 3 verdeutlicht.
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Bei der ersten Ausführungsform des miniaturisierten Handprüfgerätes 1 gemäß 2 weist der Prüfkopf 4, der in einem Wechselprüfkopfsystem 5 auswechselbar gehaltert ist, einen Streifeninduktor 1 auf. Das Wechselprüfkopfsystem ist am Gehäuse 3 des miniaturisierten Handprüfgerätes 1 abnehmbar angeschraubt, wie 2 zeigt.
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Aus 3 ist ersichtlich, dass die mobile Versorgungseinheit 13 der erfindungsgemäßen Anordnung als von einer Person betätigbarer flexibler Versorgungsrollwagen ausgebildet sein kann. Die mobile Versorgungseinheit 13 ist mit einem Induktionsgenerator 15 ausgerüstet, der über ein Messprogramm eines in der Versorgungseinheit 13 integrierten Mess- und Steuerungs-PC 14 anzusteuern ist, der mit einem Industriemonitor 18 für die Prüfanzeige gekoppelt ist. Die mobile Versorgungseinheit 13 der erfindungsgemäßen Anordnung weist zudem einen Versorgungsanschluss 16 auf, der mittels eines Versorgungskabels 17 an Starkstrom anzuschließen ist. Das Versorgungskabel 17 ist bevorzugt als 5 m langes Kabelpaket mit Schutzumhüllung ausgeführt.
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Aus 4 geht eine zweite Ausführungsform des miniaturisierten Handprüfgerätes 1 in einer bequem einhändig fassbaren Designgestaltung hervor, wobei der Induktor 6 im Prüfkopf 4 gerade in Richtung der Längsebene des Gehäuses 3 des miniaturisierten Handprüfgerätes 1 gehaltert ist.
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5 zeigt in Seitenansicht eine dritten Ausführungsform des einhändig betätigbaren miniaturisierten Handprüfgerätes 1, die vorteilhaft bei erschwerter Zugänglichkeit des zu prüfenden Bauteils 2 eingesetzt werden kann, da der Induktor 4 bei dieser Ausführungsform im Prüfkopf 4 abgewinkelt zur Längsebene des Gehäuses 3 des miniaturisierte Handprüfgerätes 1 verlaufend gehaltert ist.
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Aus 6 geht eine vierte Ausführungsform des einhändig betätigbaren miniaturisierten Handprüfgerätes 1 der erfindungsgemäßen Anordnung hervor, die insbesondere zum zerstörungsfreien thermografischen Prüfen von bogenförmigen Schweißnähten geeignet ist, da der auswechselbare Induktor 6 in Bezug zur Längsebene des Gehäuses 3 des miniaturisierten Handprüfgerätes 1 gekrümmt gestaltet ist.
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Eine in 7 dargestellte perspektivische Detailansicht des Prüfkopfes 4 der vierten Ausführungsform des miniaturisierten Handprüfgerätes 1 verdeutlicht insbesondere die gekrümmte Ausführung des in dem Wechselprüfkopfsystem 5 auswechselbar gehalterten Induktors 6.
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Aus 8, die eine perspektivische Darstellung der ersten Ausführungsform des von einer Hand zu betätigenden miniaturisierten Handprüfgerätes 1 der erfindungsgemäßen Anordnung zeigt, ist die Funktionsweise des Wechselkopfsystems 5 beim Auswechseln des Streifeninduktors 1 des Prüfkopfes 4 ersichtlich.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- miniaturisiertes Handprüfgerät
- 2
- Bauteil
- 3
- Gehäuse
- 4
- Prüfkopf
- 5
- Wechselprüfkopfsystem
- 6
- Induktor, Streifeninduktor
- 7
- Thermografiekamera
- 8
- Schirmung
- 9
- Lüfter
- 10
- Bedienelemente
- 11
- Navigationstaster
- 12
- Aktionstaster
- 13
- Versorgungseinheit
- 14
- Mess- und Steuerungs-PC
- 15
- Induktionsgenerator
- 16
- Versorgungsanschluss
- 17
- Versorgungskabel
- 18
- Industriemonitor
- 19
- Verbindungskabel
