-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine qualitative Untersuchungsmethode für ein Werkstück und hierbei ein Verfahren zur Analyse eines Funktionsbereichs des Werkstücks. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung auch die Verwendung von IR-Thermografie.
-
Zur Bestimmung der zu erwartenden Stabilität, Dichtheit, Korrosionsstabilität oder allgemein, der Funktionalität von Werkstücken, kann eine Analyse von Funktionsstoffen in den Werkstücken herangezogen werden. Aus dem Stand der Technik sind unterschiedliche Verfahren zur Beurteilung von Funktionsstoffen, wie z. B. Klebstoffen, bekannt. So beschreibt
DE 10 2011 104 550 A1 eine optische Messvorrichtung zur Überwachung einer Fügenaht, die eine schnelle Vermessung der Fügenaht sowie das Erkennen von lokalen Fehl stellen mit hoher Auflösung ermöglicht. Nachteilig an allen optischen Messverfahren ist, dass übliche transparente Funktionsstoffe oder Funktionsstoffnähte in derselben Farbe wie die der Bauteile, auf denen sie appliziert werden, nicht ausreichend aufgelöst werden können, um die Lage der Funktionsstoffnähte oder Fehlstellen im Funktionsstoff zu analysieren. Darüber hinaus können in dem Funktionsstoff eingeschlossene Poren unerkannt bleiben.
-
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein schnelles und kostengünstiges Verfahren zur Analyse eines mit einem Funktionsstoff versehenen Funktionsbereichs eines Werkstücks anzugeben, das zuverlässig Abweichungen in der vorgesehenen Anordnung des Funktionsstoffes ermittelt. Darüber hinaus ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Verwendung für IR-Thermografie anzugeben.
-
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Analyse eines Funktionsbereichs eines Werkstücks erfindungsgemäß durch die Aufnahme eines IR(Infrarot)-Wärmebildes des mit Funktionsstoff versehenen Funktionsbereichs und ein anschließendes Auswerten des IR-Wärmebildes gelöst. Im Einzelnen wird zunächst ein Funktionsstoff in einem Funktionsbereich mindestens eines ersten Bauteils angeordnet. Unter einem Funktionsbereich im Sinne der Erfindung wird ein Bereich des ersten Bauteils verstanden, der durch die Applikation des Funktionsstoffes eine zusätzliche Funktionalität erlangt. Beispielsweise kann der Funktionsbereich durch das Anordnen eines entsprechend ausgebildeten Funktionsstoffes einen Dichtbereich, einen Korrosionsschutzbereich oder einen adhäsiven Bereich oder ähnliches, ausbilden. Auch kann der Funktionsbereich des ersten Bauteils über den Funktionsstoff mit mindestens einem weiteren Bauteil in Verbindung bringbar sein und hierbei eine lose, dauerhafte oder reversible Verbindung mit dem weiteren Bauteil eingehen. Der Funktionsbereich ist in diesem Fall in Form eines Fügebereichs vorgesehen. Der Funktionsstoff ist im Einzelnen nicht beschränkt und kann je nach gewünschter Anwendung verschiedene Funktionalitäten aufweisen. Beispielsweise kann der Funktionsstoff einem losen, reversiblen oder dauerhaften Verbinden des ersten Bauteils mit einem weiteren Bauteil dienen und hierzu in Form eines Klebstoffes ausgebildet sein. Alternativ oder additiv dazu kann der Funktionsstoff auch dem Korrosionsschutz oder der Abdichtung gegenüber einem weiteren Bauteil oder der Umgebung (z. B. gegenüber der Atmosphäre oder einem Medium) dienen. Allgemein ist der erfindungsgemäß verwendete Funktionsstoff zur Anordnung auf einem ersten Bauteil vorgesehen, wodurch dem ersten Bauteil eine spezifische Funktion vermittelt wird. Auch das erste Bauteil und ggf. weitere Bauteile sind im Einzelnen nicht beschränkt und können aus einem beliebigen Material bestehen. Von dem Funktionsbereich wird beispielsweise mittels einer IR-Kamera ein IR-Wärmebild aufgenommen, so dass der applizierte Funktionsstoff darauf erkennbar ist. Der Funktionsstoff weist eine im Vergleich zum ersten Bauteil unterschiedliche Temperatur auf. Vorteilhafterweise wird die Temperatur des Funktionsstoffes höher liegen als diejenige des Bauteils. Bei Verwendung z. B. eines thermoplastischen Funktionsstoffes ergibt sich dieser Temperaturunterschied dadurch, dass der Funktionsstoff zur Applikation erwärmt wird, um ihn applizierfähig zu machen. Nach dem Abkühlen des thermoplastischen Funktionsstoffes härtet dieser aus und es kommen z. B. seine adhäsiven Eigenschaften zum Tragen. Auch die Verwendung eines duroplastischen oder vernetzenden Funktionsstoffes erzeugt einen ausreichenden Temperaturunterschied, nämlich durch die Freisetzung von Wärme bei der exothermen vernetzenden Härtungsreaktion des Funktionsstoffes. Alternativ dazu kann das Bauteil auch gekühlt werden: So wird es möglich, Funktionsstoffe nahe der Raumtemperatur zu verarbeiten und dennoch den Funktionsbereich im Einzelnen zu untersuchen. Im Anschluss erfolgt die Beurteilung des IR-Wärmebildes. Hierbei wird die räumliche Anordnung des Funktionsstoffes analysiert. Fehlstellen oder Abweichungen vom vorgesehenen Applikationsort werden sofort dadurch erkannt, dass der Funktionsstoff keine homogene und durchgängig gleichförmige Temperaturverteilung zeigt. Mit Fehlstellen oder Lufteinschlüssen versehener Funktionsstoff kühlt dabei schneller aus, was sich ebenfalls an einer niedrigeren Temperatur auf dem IR-Wärmebild erkennen lässt. Somit ist das erfindungsgemäße Verfahren vorgesehen, die räumliche Lage eines Funktionsstoffes bzw. einer Funktionsstoffnaht im Funktionsbereich eines ersten Bauteils zu analysieren. Hierüber kann zeit- und kostensparend eine zuverlässige Aussage über die zu erwartende Stabilität bzw. Funktionalität des herzustellenden Werkstücks getroffen werden. Das erfindungsgemäße Verfahren arbeitet zerstörungsfrei und ermöglicht eine 100%-Analyse der Werkstücke. Darüber hinaus bietet das Verfahren gegenüber allen optischen Verfahren den Vorteil, dass auch transparente Funktionsstoffe und Funktionsstoffnähte sowie auch zu den Bauteilen farbgleiche Funktionsstoffe bzw. Funktionsstoffnähte zuverlässig analysiert werden können, da es erfindungsgemäß nicht auf farbliche Kontrastunterschiede zwischen dem Funktionsstoff und dem Applikationsort ankommt. Die Lage und räumliche Anordnung des Funktionsstoffes wird ausschließlich temperaturbasiert ermittelt, wobei das Verfahren berührungslos arbeitet und weder einen hohen technischen Aufwand noch hochqualifiziertes Personal erfordert und vorteilhaft vollständig automatisiert durchgeführt werden kann.
-
Die Unteransprüche beinhalten vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung.
-
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird das Auswerten des IR-Wärmebildes in einem Temperaturbereich zwischen 18 und 70°C, insbesondere zwischen 20 und 50°C, ausgeführt. In den hier angegebenen Temperaturbereichen können sehr gute räumliche Auflösungen von unterschiedlich temperierten Bereichen des Funktionsbereichs, bzw. des darauf applizierten Funktionsstoffes, erzielt werden.
-
Weiter vorteilhaft erfolgt das Auswerten des IR-Wärmebildes durch Vergleich mit einem Sollbild. Ein Sollbild ist dabei eine schematisierte Zeichnung oder ein standardisiertes Foto des Funktionsbereichs, das die gewünschte räumliche Anordnung des Funktionsstoffes zeigt. Durch einen Vergleich des Sollbildes mit dem IR-Wärmebild können abweichend lokalisierte Funktionsstoffstellen sowie Fehlstellen einfach ermittelt werden.
-
Alternativ oder additiv zu einem Vergleich des IR-Wärmebildes mit einem Sollbild kann gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung ein Vergleich mit einem IR-Vergleichsbild-Standard erfolgen. Ein IR-Vergleichsbild-Standard ist ein IR-Wärmebild eines optimal mit Funktionsstoff versehenen Funktionsbereichs eines Werkstücks, das beispielsweise in einer Bibliothek gespeichert werden kann. Dies erleichtert die Auswertung des aktuellen IR-Wärmebildes.
-
Bei der Herstellung eines Werkstücks aus mehreren übereinander angeordneten Bauteilen hat sich das erfindungsgemäße Verfahren ebenfalls bewährt. Durch folgende vorteilhafte Ausgestaltung kann auch die Schichtdicke des auf dem ersten Bauteil angeordneten Funktionsstoffes mit in die Analyse des Funktionsbereichs des herzustellenden Werkstücks mit einbezogen werden. Das Verfahren sieht hierzu ferner einen Schritt des Verbindens des ersten Bauteils mit einem zweiten Bauteil über den am ersten Bauteil vorgesehenen und mit Funktionsstoff versehenen Funktionsbereich vor, wobei die Aufnahme des IR-Wärmebildes nach dem Verbinden des ersten und des zweiten Bauteils erfolgt. Üblicherweise wird während des Verbindens der die beiden Bauteile verbindende Funktionsstoff entweder durch das Eigengewicht der Bauteile oder durch Anwendung von Druck gepresst. An denjenigen Stellen, an denen der Pressdruck ein Ausdünnen des Funktionsstoffes bewirkt, wird auch das IR-Wärmebild einen Temperaturunterschied anzeigen, nämlich in der Regel eine niedrigere Temperatur. Abweichende Temperaturen können damit auf eine nicht ausreichende Schichtdicke oder Fehlstellen im applizierten Funktionsstoff hindeuten, was wiederum auf eine reduzierte Stabilität bzw. Funktionalität des herzustellenden Werkstückes hinweisen kann.
-
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass der Funktionsstoff ausgewählt ist aus: thermoplastischen, duroplastischen oder vernetzenden (wie z. B. 2-Komponenten-)Klebstoffen und Dichtstoffen.
-
Ebenfalls erfindungsgemäß wird auch eine Verwendung von IR-Thermografie zur Bestimmung der räumlichen Anordnung einer Funktionsstoffnaht bei der Herstellung eines Werkstücks beschrieben. Durch die Charakteristika der IR-Thermografie wird es möglich eine zuverlässige Aussage über die Lage und Anordnung einer Funktionsstoffnaht zu treffen, was Rückschlüsse auf die zu erwartende Stabilität des herzustellenden Werkstücks ziehen lässt, ohne dass das Werkstück einer zerstörenden Prüfung unterzogen werden muss.
-
Die für das erfindungsgemäße Verfahren beschriebenen vorteilhaften Effekte, Vorteile und Weiterbildungen finden auch Anwendung auf die erfindungsgemäße Verwendung.
-
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren. Es zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung einer Ausgestaltung des Verfahrens zur Analyse eines Funktionsbereichs eines Werkstücks und
-
2 ein IR-Wärmebild eines Funktionsbereichs eines Werkstücks.
-
Die vorliegende Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen im Detail erläutert. Hierbei zeigen die Figuren nur die wesentlichen Aspekte der Ausführungsbeispiele. Alle übrigen Aspekte sind der Übersichtlichkeit halber weggelassen. Ferner beziffern gleiche Bezugszeichen gleiche Bauteile.
-
Im Detail veranschaulicht 1 schematisch ein Verfahren zur Analyse eines Funktionsbereichs 3 eines Werkstücks gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Der Funktionsbereich 3 kann beispielsweise als Dichtbereich, Korrosionsschutzbereich oder Fügebereich ausgebildet sein. Eine Werkstück-Vorrichtung 10 umfasst hierzu einen Schwenkarm 1, an dem ein erstes Bauteil 2 reversibel befestigt ist. Das erste Bauteil 2 hat einen Funktionsbereich 3, der z. B. vorgesehen ist, mit einem zweiten Bauteil verbunden zu werden. Hierzu wird durch eine Funktionsstoffapplikationsvorrichtung 4 Funktionsstoff 7, beispielhaft ein Klebstoff, auf den Funktionsbereich 3 appliziert und somit auf dem Funktionsbereich 3 angeordnet. Nach vollendeter Funktionsstoffapplikation wird das erste Bauteil 2 aus der Funktionsstoffapplikationsvorrichtung 4 geschwenkt und in den Bereich der IR-Wärmebildvorrichtung 8 eingebracht. Die IR-Wärmebildvorrichtung 8 umfasst eine IR-Kamera 5, die auf einem Stativ 6 angeordnet und zum Untersuchungsbereich, dem Funktionsbereich 3 des ersten Bauteils 2, ausgerichtet ist. Mit der IR-Kamera 5 wird vom Funktionsbereich 3 ein IR-Wärmebild aufgenommen. Hierauf ist der Funktionsstoff 7, der nach dem Verbinden mit einem zweiten Bauteil einmal eine Verbindungsnaht bilden wird, dadurch zu erkennen, dass er eine vom Funktionsbereich 3 unterschiedliche Temperatur aufweist, was auf dem IR-Wärmebild üblicherweise farblich abgehoben dargestellt wird. Ist das erste Bauteil 2 z. B. aus einem Kohlenstofffaserverbundmaterial gebildet, und hat damit eine schwarze Eigenfarbe, so ist mittels üblicher optischer Verfahren kein ausreichender Kontrast zu dem oftmals farblosen oder zum Bauteil farblich gleich gefärbten Funktionsstoff 7 erkennbar. Erfindungsgemäß kann jedoch die räumliche Lage und Anordnung des Funktionsstoffes 7 über die Erfassung seiner Temperatur erfolgen. Das IR-Wärmebild zeigt beispielsweise bei der Verwendung von vernetzenden Funktionsstoffen oder thermoplastischen Funktionsstoffen eine höhere Temperatur in solchen Bereichen des Funktionsbereichs 3, die den relativ zum Bauteil 2 wärmeren Funktionsstoff 7 aufweisen. Damit können die Lage und Anordnung des Funktionsstoffes 7 im Funktionsbereich 3 des Bauteils 2 überprüft und beurteilt werden. Fehlerhaft mit Funktionsstoff 7 versehene Bauteile 2 können ausgesondert werden.
-
2 zeigt beispielhaft ein IR-Wärmebild eines Funktionsbereichs 3 eines ersten Bauteils 2. Das Bauteil 2 wird durch Halterungen 9 fixiert. Das IR-Wärmebild splittet den Temperaturbereich in Bereiche mit Temperaturen von 21,1°C bis 28,3°C auf. Bereiche hoher Temperatur, also mit Temperaturen um 28°C sind dem applizierten Funktionsstoff 7 zuordenbar. Das IR-Wärmebild zeigt, dass der Funktionsstoff 7 im Funktionsbereich 3 umlaufend mit weitestgehend gleicher Schichtdicke und Applikationsbreite angeordnet ist. Dies lässt auf eine hohe Stabilität bzw. Funktionalität eines mit dem ersten Bauteil 2 hergestellten Werkstücks, schließen. Die Aufnahme des IR-Wärmebildes, sowie dessen Auswertung können schnell und ohne hohen technischen Aufwand und auch automatisiert erfolgen, was das Verfahren für eine 100%-Kontrolle in der In-Prozessprüfung prädestiniert.
-
Die vorhergehende Beschreibung der vorliegenden Erfindung dient nur zu illustrativen 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 ihrer Äquivalente zu verlassen.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Schwenkarm
- 2
- erstes Bauteil
- 3
- Funktionsbereich
- 4
- Funktionsstoffapplikationsvorrichtung
- 5
- IR-Kamera
- 6
- Stativ
- 7
- Funktionsstoff
- 8
- IR-Wärmebildvorrichtung
- 9
- Halterung
- 10
- Werkstück-Vorrichtung
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102011104550 A1 [0002]
