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Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der am 22. September 2014 eingereichten
japanischen Patentanmeldung Nr. 2014-192278 , deren gesamter Inhalt hierin durch Bezugnahme aufgenommen ist.
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ultraschallprüfvorrichtung und ein Ultraschallprüfverfahren, bei denen ein Werkstück (oder ein Gegenstand) unter Verwendung von Ultraschallwellen geprüft wird, und insbesondere eine Technik, die zum Erfassen von Gasblasen in einem Werkstück geeignet ist, das normalerweise einen Luftspalt an einem Schweißnahtübergang aufweist.
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Gehäuse von Differentialen (Differentialgehäuse), die als Endantriebseinheiten bereitgestellt werden, die für Fahrzeuge, z.B. Automobile, verwendet werden, haben eine Struktur, bei der beispielswiese ein Zahnkranz eines Hypoidzahnradsatzes mit dem Außenumfang des Differentialgehäuses verbunden ist.
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Der Zahnkranz ist durch Schweißen mit dem Differentialgetriebe verbunden, wobei zu diesem Zweck meist Laserschweißen verwendet wird. Laserschweißen ist eine Verbindungstechnik, bei der ein Laserstrahl auf einen Verbindungsabschnitt zwischen dem Differentialgehäuse und dem Zahnkranz aufgestrahlt wird, wodurch der Verbindungsabschnitt geschmolzen wird und anschließend erstarrt.
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Dann wird die Schweißqualität beispielsweise unter Verwendung einer Ultraschallprüfvorrichtung für jeden Teil des Differentialgehäuses untersucht (oder geprüft), auf dem der Zahnkranz angeschweißt ist. Die Ultraschallprüfvorrichtung ist eine Vorrichtung, die einen Gasblase, d.h. einen winzigen Defekt, erfasst, der aus einem kugelförmigen oder nahezu kugelförmigen Hohlabschnitt besteht, der in aufgebrachtem Metall verursacht wird.
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Ultraschallprüfung ist eine Technik zum Prüfen (oder Bewerten) eines Defekts basierend auf einer vom Defekt zurück reflektierten Ultraschallwelle. Das Differentialgehäuse, an dem der Zahnkranz angeschweißt ist, wird zunächst in eine in einem Flüssigkeitsbehälter eingefüllte Flüssigkeit eingetaucht. Dann wird eine Ultraschallwelle von einer Ultraschallsonde ausgesendet, die ähnlicherweise in die Flüssigkeit im Flüssigkeitsbehälter eingetaucht ist, und die vom Defekt reflektierte Ultraschallwelle wird durch die Sonde für die Bewertung empfangen. Das Differentialgehäuse und die Ultraschallsonde werden in die Flüssigkeit eingetaucht, um zu verhindern, dass die Ultraschallwelle an einer Luftschicht reflektiert wird.
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Beispielsweise betrifft die
JP 2001 - 201 485 A eine Verbesserung der Genauigkeit der Bewertung für den Typ einer Ultraschallprüftechnik, bei dem das Werkstück eingetaucht wird. Wenn das Werkstück in Flüssigkeit (Wasser) in einem Flüssigkeitsbehälter eingetaucht wird, wird insbesondere verhindert, dass eine große Temperaturdifferenz zwischen dem Werkstück und Wasser auftritt, in das das Werkstück eingetaucht ist, wodurch die Genauigkeit verbessert wird.
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Beim Anschweißen des Zahnkranzes an das Differentialgehäuse wird der Schweißvorgang entlang des Außenumfangs des Teils, wo der Zahnkranz mit dem Differentialgehäuse in Kontakt steht, in einem Zustand ausgeführt, in dem der Zahnkranz auf das Differentialgehäuse aufgepasst ist. In diesem Fall entsteht an einem Schweißnahtübergang des Differentialgehäuses und des Zahnkranzes unvermeidbar ein Luftspalt, so dass der Schweißvorgang im an der Innenseite des Differentialgehäuses erzeugten Luftspalt nicht ausgeführt wird.
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Wenn der Luftspalt vorhanden ist, wird, wenn die Ultraschallwelle zum Schweißbereich hin ausgesendet wird, um die Ultraschallprüfung auszuführen, die ausgesendete Ultraschallwelle am Luftspalt reflektiert, so dass die Reflexion der Ultraschallwelle am Luftspalt als ein aufgrund einer Gasblase verursachter Defekt erfasst werden kann. Infolgedessen nimmt die Erfassungsgenauigkeit des Schweißdefekts ab.
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Es ist wünschenswert, eine Technik mit einer verbesserten Erfassungsgenauigkeit bei der Defektprüfung einer Schweißung für ein Werkstück mit einem Luftspalt, z.B. an einem Schweißnahtübergang, bereitzustellen.
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Aus der
DE 11 2011 105 874 T5 ist bekannt, bei einer stoßgeschweißten Naht- bzw. Schweißstoßstruktur, bei der die gesamte Außenkante oder beide Endseiten einer Stoßfläche verschweißt sind, erste und zweite Ausschnitte zum Bestimmen einer ungenügenden Eindringtiefe und zum Bestimmen einer übermäßigen Eindringtiefe auszubilden. Nach dem Stumpf- bzw. Stoßschweißen werden die ersten und zweiten Ausschnitte der Schweißstoßstruktur mit Ultraschall beschallt bzw. bestrahlt und die reflektierten Wellen werden gemessen. Die Eignung der Schweißeindringtiefe wird daher auf Basis der beiden reflektierten Wellen bestimmt. Diese Bestimmung wird an der gesamten Außenkante oder an beiden Endseitenabschnitten der Stoßfläche zwischen den verschweißten Materialien durchgeführt, und die Eignung der Schweißeindringtiefe der entsprechenden Abschnitte wird geprüft.
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Die US 2014 / 0 179 482 A1 betrifft eine Schweißstruktur, die unter der Annahme, dass eine Richtung, in der ein erstes Element und ein zweites Element angeordnet sind, eine erste Richtung ist und eine Richtung orthogonal zu der ersten Richtung eine zweite Richtung ist, Folgendes umfasst: einen Presspassungsabschnitt, einen ersten Hohlraum, einen zweiten Hohlraum, eine erste Schweißraupe, die zwischen dem ersten Hohlraum und einem Ende eines Verbindungsteils des ersten Elements und des zweiten Elements auf einer Seite in der zweiten Richtung durch Schweißen des ersten Elements und des zweiten Elements gebildet ist, während der zweite Hohlraum mit dem Außenraum in Verbindung steht, eine zweite Schweißraupe, die zwischen dem zweiten Hohlraum und einem Ende des Verbindungsteils auf der anderen Seite in der zweiten Richtung gebildet ist und eine Ausschnitt-Nut, die zwischen dem ersten Hohlraum und dem zweiten Hohlraum kommunizierend ausgebildet ist. Die
JP 2011 - 169 444 A betrifft die Bereitstellung eines Strahlschweißelements und die Bereitstellung eines mit dem Strahlschweißelement ausgestatteten Differentialgetriebes. Dabei sind die axialen Endflächen an der inneren Umfangsseite von Schweißfasenabschnitten eines ersten und zweiten Elements bis zu Passabschnitten des ersten und zweiten Elements voneinander beabstandet, um einen Durchgangsraum zu bilden.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Ultraschallprüfvorrichtung bereitgestellt, die ein Differentialgehäuse, an dem ein Zahnkranz angeschweißt ist, in eine Flüssigkeit eingetaucht und ein Schweißdefekt in einem geschweißten Teil des Differentialgehäuses basierend auf einer Ultraschallwelle erfasst wird. Die Vorrichtung weist auf: einen Flüssigkeitsbehälter, der die Flüssigkeit speichert, in die das Differentialgehäuse eingetaucht werden soll, einen Werkstückhalter, der das Differentialgehäuse hält und das Differentialgehäuse in die Flüssigkeit im Flüssigkeitsbehälter eintaucht, eine Ultraschallsonde, die eine Ultraschallprüfung des geschweißten Teils des Differentialgehäuses durch Aufstrahlen einer Ultraschallwelle auf den geschweißten Teil und Empfangen einer reflektierten Welle ausführt, ein Bildverarbeitungsmodul, das basierend auf der durch die Ultraschallsonde empfangenen reflektierten Welle ein Ultraschallbild erzeugt, und eine Austauscheinrichtung, die Gas im Inneren eines an einem Schweißnahtübergang des geschweißten Teils ausgebildeten Luftspalts durch eine Prüfflüssigkeit ersetzt. Die Austauscheinrichtung ersetzt das Gas im Inneren des Luftspalts durch die Prüfflüssigkeit, bevor die Ultraschallsonde die Ultraschallwelle abstrahlt. Die Austauscheinrichtung ersetzt dabei das Gas im Inneren des Luftspalts mit Hilfe eines Unterdrucks durch die Prüfflüssigkeit, der erzeugt wird, wenn der Luftspalt evakuiert wird.
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Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Ultraschallprüfverfahren zum Prüfen eines Werkstücks durch eine Ultraschallwelle bereitgestellt. Das Verfahren weist das Eintauchen eines Differentialgehäuses, an dem ein Zahnkranz angeschweißt ist, in eine in einem Flüssigkeitstank gespeicherte Flüssigkeit und das Erfassen eines Schweißdefekts in einem geschweißten Teil des Differentialgehäuses durch eine Ultraschallwelle auf. Das Verfahren weist außerdem das Eintauchen des Differentialgehäuses in die Flüssigkeit, das Ersetzen von Gas im Inneren eines an einem Schweißnahtübergang des geschweißten Teils ausgebildeten Luftspalts durch eine Prüfflüssigkeit und das Erfassen des Schweißdefekts durch die Ultraschallwelle auf, nachdem das Gas im Inneren des Luftspalts ersetzt wurde. Dabei wird das Gas im Inneren des Luftspalts mit Hilfe eines Unterdrucks, der erzeugt wird, wenn der Luftspalt evakuiert wird, durch die Prüfflüssigkeit ersetzt.
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Die vorliegende Erfindung wird anhand eines nicht einschränkenden Beispiels unter Bezug auf die Figuren der beigefügten Zeichnungen erläutert, in denen ähnliche Elemente durch ähnliche Bezugszeichen bezeichnet sind; es zeigen:
- 1 eine beispielhafte Konfiguration einer Ultraschallprüfvorrichtung gemäß einer Implementierung der vorliegenden Erfindung;
- 2 ein Beispiel für eine Schweißprüfung für ein Werkstücks unter Verwendung der Ultraschallprüfvorrichtung von 1;
- 3 eine Querschnittansicht entlang einer Linie A-A' in 2;
- 4 eine vergrößerte Ansicht eines Abschnitts B in 2; und
- 5 ein Ablaufdiagramm zum Darstellen eines Beispiels einer Verarbeitung für eine Schweißdefektprüfung durch die Ultraschallprüfvorrichtung von 1.
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In der folgenden Implementierung der vorliegenden Erfindung kann, wenn dies zur Verdeutlichung erforderlich ist, die ausführliche Beschreibung in mehrere Abschnitte oder Beispiele unterteilt sein. Insofern dies nicht ausdrücklich anders beschrieben ist, können diese Abschnitte oder Beispiele jedoch wechselseitig in Beziehung stehen, so dass einer der Abschnitte oder eines der Beispiele mit Modifizierungen, Details und/oder Ergänzungen aller anderen Abschnitte oder Beispiele oder von Teilen davon in Beziehung stehen kann.
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In der folgenden Implementierung sollen, wenn auf Werte Bezug genommen wird, die mit Komponenten oder Elementen in Beziehung stehen (z.B. Anzahlen, numerische Werte, Mengen oder Größen, Bereiche, usw. von Komponenten oder Elementen), die Werte nicht auf bestimmte Werte beschränkt sein, insofern dies nicht ausdrücklich angegeben ist oder die Werte theoretisch auf diese bestimmten Werte begrenzt sind. Daher können die Werte größer oder kleiner sein als die bestimmten Werte.
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In der folgenden Implementierung sind die Komponenten oder Elemente (einschließlich der Verarbeitungs- oder Verfahrensschritte) für die Konfiguration der vorliegenden Erfindung nicht wesentlich, insofern dies nicht ausdrücklich anders beschrieben oder für die Konfiguration der vorliegenden Erfindung theoretisch wesentlich ist.
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Ähnlicherweise können in der folgenden Implementierung, wenn auf Geometrien der Komponenten oder Elemente Bezug genommen wird, die Geometrien im Wesentlichen übereinstimmende oder ähnliche Formen beinhalten, insofern dies nicht ausdrücklich anders beschrieben ist oder theoretisch andere Geometrien vorgegeben sind. Dies gilt auch für die vorstehend erwähnten Werte und Bereiche.
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In den die Implementierung darstellenden beigefügten Zeichnungen werden für ähnliche Komponenten oder Elemente grundsätzlich ähnliche Bezugszahlen oder -zeichen verwendet, um eine wiederholte Beschreibung zu vermeiden. Es wird darauf hingewiesen, dass in von Querschnittansichten verschiedenen Ansichten für ein besseres Verständnis Schraffuren dargestellt sein können.
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Nachstehend wird die Implementierung unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen ausführlich beschrieben.
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Konfiguration der Ultraschallprüfvorrichtung
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1 zeigt eine beispielhafte Konfiguration einer Ultraschallprüfvorrichtung 10 gemäß einer Implementierung der vorliegenden Erfindung. 2 zeigt ein Beispiel für eine Schweißprüfung eines Werkstücks durch die Ultraschallprüfvorrichtung 10 von 1. 3 zeigt eine Querschnittansicht entlang einer Linie A-A' in 2. Es wird darauf hingewiesen, dass 2 ein in eine Flüssigkeit in einem Flüssigkeitsbehälter 11 eingetauchtes Werkstück WK, eine Drehhalterspannvorrichtung 14 und Ventile 17 bis 19 zeigt, wobei das Werkstück WK und die Drehhalterspannvorrichtung 14 im Querschnitt dargestellt sind.
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Die Ultraschallprüfvorrichtung 10 ist eine Vorrichtung, die ein Werkstück WK hinsichtlich Schweißdefekten untersucht. Das Werkstück WK ist ein Differentialgehäuse DFC, an dem ein Zahnkranz RG eines Hypoidzahnradsatzes beispielsweise durch Laserschweißen angeschweißt ist.
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Wie in den 1 bis 3 dargestellt ist, weist die Ultraschallprüfvorrichtung 10 den Flüssigkeitsbehälter 11, eine Ultraschallsonde 12, einen Sondenantriebsmechanismus 13, die Drehhalterspannvorrichtung 14, eine Vakuumpumpe 15, eine Druckerhöhungspumpe 16, die Ventile 17 bis 19, einen Prüfprozessor 20 und einen Drucksensor (PS) 21 auf.
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Der Flüssigkeitsbehälter 11 ist ein badewannenähnlicher Behälter, der eine ausreichende Flüssigkeitsmenge zum Eintauchen des Werkstücks WK darin aufnimmt. Die Flüssigkeit kann beispielsweise alkalisches Wasser oder Öl mit einem pH-Wert von etwa 10 sein (nachstehend kann die Flüssigkeit als „Prüfflüssigkeit“ bezeichnet werden). Die Ultraschallsonde 12 ist im Inneren des Flüssigkeitsbehälters 11 angeordnet. Die Ultraschallsonde 12 ist derart angeordnet, dass sie zusammen mit dem Werkstück WK in die Flüssigkeit im Flüssigkeitsbehälter 11 eingetaucht ist, wenn eine Ultraschallprüfung des Werkstücks WK ausgeführt wird. Die Ultraschallsonde 12 ist eine sogenannte Schallsonde, die schwingt und eine Ultraschallwelle zum Werkstück WK hin aussendet und eine reflektierte Welle vom Werkstück WK empfängt.
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Die durch die Ultraschallsonde 12 empfangene reflektierte Welle wird an den Prüfprozessor 20 ausgegeben. Der Prüfprozessor 20 weist ein Signalverarbeitungsmodul 20a und ein Prüfungssteuerungsmodul 20b auf. In einer Implementierung kann das Signalverarbeitungsmodul 20a als ein „Bildverarbeitungsmodul“ dienen. Das Signalverarbeitungsmodul 20a erzeugt ein Ultraschallbild basierend beispielsweise auf der durch die Ultraschallsonde 12 reflektierten Welle, um das Vorliegen einer minderwertigen Schweißung zu bestimmen.
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Der Sondenantriebsmechanismus 13 treibt die Ultraschallsonde 12 an. Der Sondenantriebsmechanismus 13 weist beispielsweise einen Versatzmechanismus und einen Fokussierungsmechanismus zum Antreiben der Ultraschallsonde 12 basierend auf einem vom Prüfungssteuerungsmodul 20b ausgegebenen Antriebssteuerungssignal auf. In einer Implementierung kann das Prüfungssteuerungsmodul 20b als ein „Bestimmungsmodul“ dienen.
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Der Versatzmechanismus bewegt die Ultraschallsonde 12 parallel zur Oberfläche der Flüssigkeit (d.h. in eine horizontale Richtung). Diese Richtung wird hierin als eine Y-Achsen-Richtung bezeichnet, wie in 2 dargestellt ist. Durch den Versatzmechanismus wird eine Messschrittweite der Ultraschallsonde 12 festgelegt. Durch Einstellen der Messschrittweite auf einen kleineren Wert kann eine präzisere Messung erzielt werden.
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Der Fokussierungsmechanismus bewegt die Ultraschallsonde 12 senkrecht zur Oberfläche der Flüssigkeit (d.h. vertikal). Diese Richtung wird hierin als die Z-Achsen-Richtung bezeichnet, wie in 2 dargestellt ist. Der Fokussierungsmechanismus bewegt die Ultraschallsonde 12 derart, dass eine Brennweite zwischen der Ultraschallsonde 12 und dem zu prüfenden Abschnitt des Werkstücks WK im Wesentlichen konstant gehalten wird.
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Ein Werkstücktisch 11a wird am Boden des Flüssigkeitsbehälters 11 bereitgestellt. Der Werkstücktisch 11a ist ein Tisch, auf dem das Werkstück WK angeordnet ist, und ist drehbar, während das Werkstück WK darauf angeordnet ist. Die Drehhalterspannvorrichtung 14 ist über dem Flüssigkeitsbehälter 11 angeordnet. In einer Implementierung kann die Drehhalterspannvorrichtung 14 als ein „Werkstückhalter“ dienen.
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Die Vakuumpumpe 15 ist eine Pumpe, die ein Vakuum erzeugt. Die Druckerhöhungspumpe 16 kann beispielsweise ein Luftverdichter sein, der verdichtete Luft ausgibt. Die Ventile 17 bis 19 können beispielsweise Solenoidventile sein, die ein Durchflussvolumen basierend auf Steuersignalen vom Prüfungssteuerungsmodul 20b einstellen.
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Beispielhafte Verbindungen und Anschlüsse der Drehhalterspannvorrichtung und der Ventile
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Nachstehend werden Verbindungen und Anschlüsse der Drehhalterspannvorrichtung 14, der Vakuumpumpe 15, der Druckerhöhungspumpe 16 und der Ventile 17 bis 19 unter Bezug auf 2 beschrieben.
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Die Drehhalterspannvorrichtung 14 ist eine Spannvorrichtung, die das auf dem Werkstücktisch 11a angeordnete Werkstück WK fixiert oder hält und das Werkstück WK dreht, während das Werkstück WK hinsichtlich eines Schweißdefekts geprüft wird. Die Drehhalterspannvorrichtung 14 hat einen kuppelförmigen Abschnitt 30. Der kuppelförmige Abschnitt 30 kann ein am oberen Ende abgedeckter vertikaler Zylinder sein.
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Der Drucksensor 21 ist am kuppelförmigen Abschnitt 30 angeordnet. Der Drucksensor 21 misst einen Innendruck des kuppelförmigen Abschnitts 30, und ein Messergebnis des Drucksensors 21 wird an das Prüfungssteuerungsmodul 20b ausgegeben.
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Eine ringförmige Gummidichtung 30a zum Abdichten der Innenseite des kuppelförmigen Abschnitts 30 durch dichtes Inkontaktbringen mit dem Werkstück WK ist am unteren Ende des kuppelförmigen Abschnitt 30 angeordnet. Eine Antriebsstange 31, die eine kreisförmige Stange sein kann, ist am kuppelförmigen Abschnitt 30 derart angeordnet, dass sie sich durch das obere Ende des kuppelförmigen Abschnitts 30 erstreckt.
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Ein Spannvorrichtungsaktuator, wie beispielsweise ein Elektromotor (nicht dargestellt) ist mit dem über dem kuppelförmigen Abschnitt 30 angeordneten oberen Ende der Antriebsstange 31 verbunden. Das auf dem Werkstücktisch 11a angeordnete Werkstück WK wird durch Betätigen des Spannvorrichtungsaktuators gedreht.
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Ein Werkstückhalterungsabschnitt 32, der das Werkstück WK fixiert oder hält, ist am im Inneren des kuppelförmigen Abschnitts 30 angeordneten unteren Ende der Antriebsstange 31 angeordnet. Eine Halterwelle 32a ist am Werkstückhalterungsabschnitt 32 angeordnet und dafür vorgesehen, in eine Mittelöffnung WKH des Werkstücks WK eingesetzt zu werden. Das Werkstück WK wird durch Einsetzen der Halterwelle 32a in die Mittelöffnung WKH des Werkstücks WK in der Position fixiert.
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Die Drehhalterspannvorrichtung 14 kann durch den Spannvorrichtungsaktuator von einer Ladestation (nicht dargestellt) zum Flüssigkeitsbehälter 11 und vom Flüssigkeitsbehälter 11 zu einer Entladestation (nicht dargestellt) bewegt werden. Die Ladestation ist ein Bereich, in dem das Werkstück WK angeordnet wird, wenn das Werkstück WK von einem vorangehenden Prozess, z.B. einem Schweißprozess, transportiert wird, und die Entladestation ist ein Bereich, von dem das Werkstück WK für einen nachfolgenden Prozess entnommen wird, nachdem die Ultraschallprüfung beendet ist, und in dem am Werkstück WK anhaftende Flüssigkeit nach der Ultraschallprüfung entfernt wird.
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Ein Kanal 35 ist im kuppelförmigen Abschnitt 30 ausgebildet. Außerdem sind Kanäle 36 und 37 im kuppelförmigen Abschnitt 30 bzw. in der Gummidichtung ausgebildet. Der Kanal 35 ist ein Loch, das den kuppelförmigen Abschnitt 30 von der Innenfläche zur Außenfläche des kuppelförmigen Abschnitts durchdringt, und der Kanal 35 ist mit einem der Anschlüsse des Ventils 17 verbunden. Der andere Anschluss des Ventils 17 ist mit der Vakuumpumpe 15 verbunden.
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Der Kanal 36 ist ein Loch, das derart ausgebildet ist, dass es den kuppelförmigen Abschnitt 30 von der Außenfläche des kuppelförmigen Abschnitts 30 zur am unteren Ende des kuppelförmigen Abschnitts 30 angeordneten Gummidichtung 30a durchdringt. Der Kanal 37 ist ein Loch, das derart ausgebildet ist, dass es den kuppelförmigen Abschnitt 30 von der Innenfläche des kuppelförmigen Abschnitts 30 zur Gummidichtung 30a durchdringt.
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Eine Öffnung 36a des Kanals 36 ist in der Kontaktfläche der Gummidichtung 30a mit dem Werkstück WK ausgebildet, und eine Öffnung 37a des Kanals 37 ist ähnlicherweise in der Kontaktfläche der Gummidichtung 30a ausgebildet. Die Öffnung 36a und die Öffnung 37a sind an Positionen gegenüberliegend Luftlöchern AH ausgebildet, die im Werkstück WK ausgebildet sind.
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Das Luftloch AH ermöglicht, dass durch einen Schweißvorgang erwärmte und ausgedehnte Luft entweichen kann. D.h., durch Freisetzen der erwärmten Luft vom Luftloch AH während des Schweißens wird eine minderwertige Schweißung des Zahnkranzes RG, d.h. des Werkstücks WK, am Differentialgehäuse DFC vermieden.
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In der vorliegenden Implementierung ist das Luftloch AH im Zahnkranz RG und insbesondere an zwei gegenüberliegenden Positionen auf dem Umfang des Zahnkranzes RG ausgebildet, wobei die Positionen um 180 Grad auf dem Umfang des Zahnkranzes RG voneinander beabstandet sind. Es wird darauf hingewiesen, dass die Luftlöcher AH im Zahnkranz RG und/oder im Differentialgehäuse DFC ausgebildet sein können.
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Der Kanal 36 ist mit einem der Anschlüsse des Ventils 18 und mit einem der Anschlüsse des Ventils 19 verbunden. Der andere Anschluss des Ventils 19 ist dafür konfiguriert, in die Prüfflüssigkeit eingetaucht zu werden. Der andere Anschluss des Ventils 18 ist mit der Druckerhöhungspumpe 16 verbunden.
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Das Prüfungssteuerungsmodul 20b steuert Operationen des mit der Antriebsstange 31 verbundenen Spannvorrichtungsaktuators, des Sondenantriebsmechanismus 13, der Ventile 17 bis 19, der Vakuumpumpe 15 und der Druckerhöhungspumpe 16.
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In einer Implementierung kann eine „Austauscheinrichtung“ aus dem Prüfungssteuerungsmodul 20b, den Ventilen 16 bis 19, der Vakuumpumpe 15 und der Druckerhöhungspumpe 16 bestehen.
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4 zeigt eine vergrößerte Ansicht eines Abschnitts B von 2.
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Wie in 4 dargestellt ist, wird ein Laserschweißvorgang LW entlang des Außenumfangs des Kontaktabschnitts zwischen dem Zahnkranz RG und dem Differentialgehäuse DFC ausgeführt, auf dem der Zahnkranz RG aufgepresst ist.
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Ein Luftspalt AG, in dem kein Schweißvorgang ausgeführt wird, wird an der Innenseite des Differentialgehäuses DFC an einem Schweißnahtübergang zwischen dem Differentialgehäuse DFC und dem Zahnkranz RG erzeugt. Der Luftspalt AG kommuniziert mit den Luftlöchern AH, und die Luftlöcher AH kommunizieren mit dem Kanal 37.
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Beispielhafter Betrieb der Ultraschallprüfvorrichtung
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Nachstehend wird eine Technik zum Prüfen des Werkstücks WK hinsichtlich eines Schweißdefekts durch die Ultraschallprüfvorrichtung 10 unter Bezug auf die 1 bis 5 beschrieben.
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5 zeigt ein Ablaufdiagramm zum Darstellen eines Beispiels einer Verarbeitung zum Prüfen eines Werkstücks hinsichtlich eines Schweißdefekts durch die Ultraschallprüfvorrichtung 10 von 1.
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Zunächst wird ein Laserschweißvorgang für das Werkstück WK als eine Vorverarbeitung ausgeführt (Schritt S101). In Schritt S101 wird der Laserschweißvorgang für das Differentialgehäuse DFC ausgeführt, auf das der Zahnkranz RG aufgepresst ist. Der Zahnkranz RG ist in der vorliegenden Implementierung ein Beispiel des Werkstücks WK.
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Das lasergeschweißte Werkstück WK wird durch einen Fördermechanismus (nicht dargestellt) in die Ladestation (nicht dargestellt) transportiert. Eine untere Spannvorrichtung, in der das Werkstück WK angeordnet wird, ist in der Ladestation ausgebildet. Das Werkstück WK wird auf der unteren Spannvorrichtung angeordnet, nachdem das Werkstück WK ausgerichtet wurde (Schritt S102).
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In der im später beschriebenen Schritt S103 ausgeführten Ausrichtungsverarbeitung werden die beiden im Werkstück WK ausgebildeten Luftlöcher mit den entsprechenden Öffnungen 36a und 37a der Drehhalterspannvorrichtung 14 ausgerichtet, wenn das Werkstück WK auf der Drehhalterspannvorrichtung 14 montiert wird.
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Dann stellt das Prüfungssteuerungsmodul 20b eine Dichtung zwischen dem Werkstück WK und der Drehhalterspannvorrichtung 14 her (Schritt S103). In diesem Schritt wird die Drehhalterspannvorrichtung 14 abgesenkt, nachdem die Drehhalterspannvorrichtung 14 durch den Spannvorrichtungsaktuator über das Werkstück WK bewegt worden ist.
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Wenn die Drehhalterspannvorrichtung 14 abgesenkt wird, kommt die im unteren Ende des kuppelförmigen Abschnitts 30 am Umfang angeordnete Gummidichtung 30a mit dem Werkstück WK in engen Kontakt, wodurch der auf das Differentialgehäuse DFC aufgepresste Abschnitt des Zahnkranzes RG gedichtet wird. Außerdem werden, weil die Ausrichtungsverarbeitung in Schritt S102 ausgeführt wird, die im Werkstück WK ausgebildeten zwei Luftlöcher AH mit den Öffnungen 36a bzw. 37a ausgerichtet, so dass die Luftlöcher AH mit den Öffnungen 36a und 37a kommunizieren können.
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Anschließend öffnet das Prüfungssteuerungsmodul 20b das Ventil 17, schließt die Ventile 18 und 19 und aktiviert die Vakuumpumpe 15 (Schritt S104). Dadurch wird im Inneren des kuppelförmigen Abschnitts 30 ein Vakuum erzeugt.
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Das Prüfungssteuerungsmodul 20b stoppt die Vakuumpumpe 15, schließt das Ventil 17 und führt eine Leckprüfung aus (Schritt S 105). Auch wenn die Luftlöcher AH im Werkstück WK ausgebildet sind, kann während des Schweißvorgangs Luft erwärmt werden und sich ausdehnen und aufgrund der erwärmten und ausgedehnten Luft Poren in der Schweißstelle erzeugen. Daher wird durch die Leckprüfung das Vorhandensein derartiger durch den Schweißvorgang verursachter Porendefekte geprüft.
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Wenn ein Defekt, z.B. eine Pore, an der Schweißstelle auftritt, entweicht Luft vom defekten Abschnitt und tritt dann von einem Zwischenraum der Presspassung zwischen dem Differentialgehäuse DFC und dem Zahnkranz RG über einen Durchlass vom Luftloch AH zur Öffnung 37a in den kuppelförmigen Abschnitt 30 ein. Dadurch fällt der Druck im Inneren des kuppelförmigen Abschnitts 30 ab. Daher überwacht das Prüfungssteuerungsmodul 20b Messwerte des Drucksensors 21 für eine vorgegebene Zeitdauer und bestimmt, ob eine Änderung des Druckwertes auftritt. Wenn der Druckwert sich während der Überwachungszeit ändert, bestimmt das Prüfungssteuerungsmodul 20b, dass die Leckprüfung das Ergebnis „mangelhaft (NG)“ erbracht hat.
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Durch die Leckprüfung kann ein fehlerhaftes Werkstück WK mit einer (mehreren) Pore(n) bestimmt werden, bevor ein Prüfvorgang durch die Ultraschallprüfvorrichtung 10 ausgeführt wird. Dadurch können die Gesamtprüfungskosten gesenkt und die Gesamtprüfungszeit vermindert werden. Es wird darauf hingewiesen, dass die Leckprüfung durch Einleiten von Druckluft von der Druckerhöhungspumpe 16 in den kuppelförmigen Abschnitt 30 und Überwachen einer Druckänderung im Inneren des kuppelförmigen Abschnitts 30 durch den Drucksensor 21 zum Bestimmen des Vorhandenseins von Schweißdefekten ausgeführt werden kann.
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Wenn „kein Leck“ festgestellt wird, öffnet das Prüfungssteuerungsmodul 20b erneut das Ventil 17 und aktiviert die Vakuumpumpe 15, um ein Vakuum im Inneren des kuppelförmigen Abschnitts 30 zu erzeugen. Das Prüfungssteuerungsmodul 20b veranlasst, dass der Spannvorrichtungsaktuator die Drehhalterspannvorrichtung 14 derart antreibt, dass das durch das Vakuum an der Drehhalterspannvorrichtung 14 adsorbierte Werkstück WK über den Flüssigkeitsbehälter 11 transportiert wird (Schritt S106), und veranlasst dann, dass der Spannvorrichtungsaktuator das Werkstück WK auf dem Werkstücktisch 11a anordnet, so dass das Werkstück WK in die Prüfflüssigkeit im Flüssigkeitsbehälter 11 eingetaucht wird.
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Daher ist, weil das durch das Vakuum an der Drehhalterspannvorrichtung 14 adsorbierte Werkstück WK nach der Leckprüfung wie es ist bewegt werden kann, kein spezieller Transportmechanismus für das Werkstück WK erforderlich. Daher können Komponenten und Kosten der Ultraschallprüfungsvorrichtung 10 vermindert werden.
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Das Prüfungssteuerungsmodul 20b stoppt die Vakuumpumpe 15, schließt das Ventil 17 und öffnet das Ventil 19, um die Prüfflüssigkeit vom Flüssigkeitsbehälter 11 anzusaugen (Schritt S 107), und füllt den Luftspalt AG mit Flüssigkeit als Prüfflüssigkeit (Schritt S 108). Hierbei ist das Ventil 18 geschlossen.
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Wie vorstehend beschrieben wurde, ist der andere Anschluss des Ventils 19 in die Prüfflüssigkeit im Flüssigkeitsbehälter 11 eingetaucht. Hierbei liegt, weil im Inneren des kuppelförmigen Abschnitts 30 ein Unterdruck vorherrscht, im mit dem in 2 dargestellten Kanal 37 verbundenen Luftspalt AG ebenfalls ein Unterdruck vor. Daher strömt, wenn das Ventil 19 geöffnet ist, die Prüfflüssigkeit im Flüssigkeitsbehälter 11 über das Ventil 19 in den Kanal 36 und dann vom Kanal 36 in den Luftspalt AG. Dann strömt, sobald der Luftspalt AG mit der Flüssigkeit gefüllt ist, die Flüssigkeit über den Kanal 37 aus den Luftlöchern AH heraus in den kuppelförmigen Abschnitt 30, so dass die Flüssigkeit sich im Inneren des kuppelförmigen Abschnitts 30 sammelt. Dadurch wird Gas im Inneren des Luftspalts AG durch die Prüfflüssigkeit ersetzt. Wie vorstehend beschrieben wurde, werden, wenn das Gas im Inneren des Luftspalts AG durch die Prüfflüssigkeit ersetzt wird, die vorgeformten Luftlöcher AH im Werkstück WK verwendet. Daher ist in dieser Phase der Prüfung für den Prüfflüssigkeitsaustausch kein Bohr- oder Lochausbildungsvorgang erforderlich. Weil kein Bohr- oder Lochausbildungsvorgang erforderlich ist, kann das Eintreten von Fremdstoffen in das Prüfflüssigkeitsaustauschsystem vermindert werden, wodurch auch der Gesamtarbeitsaufwand vermindert und die Kosten gesenkt werden können.
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Die Zufuhr der Prüfflüssigkeit in den Luftspalt AG erfolgt für eine vorgegebene Zeitdauer. Dadurch kann der Luftspalt AG mit der Prüfflüssigkeit gefüllt werden. Die vorgegebene Zeitdauer kann derart gewählt werden, dass sie länger ist als die zum Auffüllen des Luftspalts AG erforderliche Zeit, und vorzugsweise ausreichend lang, damit die Prüfflüssigkeit durch das System zirkulieren kann, so dass, weil die Prüfflüssigkeit für die vorgegebene Zeitdauer zugeführt wird, so dass die Prüfflüssigkeit im Luftspalt zirkuliert, der Luftspalt AG mit der Prüfflüssigkeit durchgespült werden kann. Daher können, weil die Prüfflüssigkeit zirkuliert, während der Luftspalt AG gefüllt wird, Verunreinigungen, die durch das Laserschweißen erzeugt werden und im System, wie beispielsweise im Luftspalt oder im Schweißnahtübergang, verbleiben (z.B. Schweißspritzer), entfernt werden.
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Wenn kein Spülvorgang ausgeführt wird, würden die von vom Werkstück abgetrennten Schweißspritzer an den Zähnen eines Differentialprodukts anhaften und zu einem Festfressen oder Blockieren der Zahnräder führen. Wenn die Schweißspritzer durch den Spülvorgang entfernt werden, kann jedoch die Zuverlässigkeit des Produkts verbessert werden.
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Dann öffnet das Prüfungssteuerungsventil 20b das Ventil 17, schließt die Ventile 18 und 19 und aktiviert die Vakuumpumpe 15, um ein Vakuum zu erzeugen, so dass der Unterdruck im Inneren des kuppelförmigen Abschnitts 30 erhöht wird (Schritt S109).
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Die Adsorptionskraft des Werkstücks WK wird durch Erhöhen des Unterdrucks im Inneren des kuppelförmigen Abschnitts 30 erhöht, und das Prüfungssteuerungsmodul 20b führt dann eine Ultraschallprüfung aus, während der Spannvorrichtungsaktuator betätigt wird, um die Antriebsstange 31 um die Mittelachse der Antriebsstange 31 (in eine in 2 dargestellte R-Achsen-Richtung) zu drehen (Schritt S110).
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In diesem Schritt strahlt die Ultraschallsonde 12 Ultraschallwellen auf die Schweißstelle am Außenumfang des Werkstücks WK ab und empfängt reflektierte Wellen, während die Antriebsstange 31 um eine Umdrehung in der R-Achsen-Richtung gedreht wird. Dann werden eine Versatzeinstellung und eine Fokuseinstellung vorgenommen, und die Schweißstelle des Werkstücks WK wird geprüft, während die Antriebsstange 31 um eine weitere Umdrehung in der R-Achsen-Richtung gedreht wird.
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Bei der Versatzeinstellung bewegt der Versatzmechanismus die Ultraschallsonde 12 nur um ein bestimmtes Intervall in der in 2 dargestellten Y-Achsen-Richtung. Bei der Fokuseinstellung bewegt der Fokussierungsmechanismus die Ultraschallsonde 12 in die in 2 dargestellte Z-Achsenrichtung, um die Brennweite auf einen im Wesentlichen konstanten Wert einzustellen.
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Durch Wiederholen dieser Prozesse empfängt die Ultraschallsonde 12 die reflektierten Wellen. Die empfangenen reflektierten Wellen werden an das Signalverarbeitungsmodul 20a ausgegeben, und das Signalverarbeitungsmodul 20a erzeugt eine Ultraschallbild, von dem ein Schweißdefekt (Schweißdefekte) bestimmt werden (werden). Dadurch wird die Ultraschallprüfung der Schweißstelle am Außenumfang des Werkstücks WK ausgeführt.
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In der vorliegenden Implementierung wird das Werkstück WK während der Ultraschallprüfung gedreht. Alternativ kann die Ultraschallsonde 12 gedreht werden, indem zusätzlich ein Drehmechanismus zum Drehen der Ultraschallsonde 12 entlang des geschweißten Außenumfangs des Werkstücks WK bereitgestellt wird.
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Ultraschallwellen haben ein relativ gutes Transmissionsvermögen, wenn sie von einer Flüssigkeit, wie beispielsweise Wasser, in Stahl eintreten. Wenn sie von Luft in Stahl eintreten, wird jedoch der Reflexionsfaktor sehr groß (z.B. etwa 100%). Aus diesem Grunde kann, wenn der Luftspalt AG in der Nähe des geschweißten Teils vorhanden ist, der Luftspalt AG fehlerhaft als ein Gasblase erfasst werden, obwohl tatsächlich kein Defekt im geschweißten Teil vorhanden ist.
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Die Ultraschallprüfvorrichtung 10 kann den Reflexionsfaktor der Ultraschallwelle durch Füllen des Luftspalts AG mit der Prüfflüssigkeit vermindern. Daher ist es, auch wenn der Luftspalt AG beispielsweise im Schweißnahtübergang vorhanden ist, möglich, die fehlerhafte Bestimmung des Luftspalts AG als Gasblase zu vermindern, wodurch eine hochgradig präzise Defektprüfung ermöglicht wird.
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Nachdem die Ultraschallprüfung abgeschlossen ist, führt das Prüfungssteuerungsmodul 20b einen Belüftungsschritt aus (Schritt S111). Bei diesem Belüftungsschritt wird der Spannvorrichtungsaktuator betätigt, um die Drehhalterspannvorrichtung 14, an der das Werkstück WK adsorbiert ist, zur Entladestation zu bewegen. An der Entladestation befindet sich eine (nicht dargestellte) untere Spannvorrichtung, und das Werkstück WK wird auf der unteren Spannvorrichtung angeordnet.
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Wenn das Werkstück WK auf der unteren Spannvorrichtung angeordnet ist, schließt das Prüfungssteuerungsmodul 20b die Ventile 17 und 19 und öffnet das Ventil 18, um den Innenraum des kuppelförmigen Abschnitts 30 zu belüften. D.h., das Innere des kuppelförmigen Abschnitts 30 wird der Atmosphäre ausgesetzt.
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Das Prüfungssteuerungsmodul 20b betätigt dann den Spannvorrichtungsaktuator, um die Drehhalterspannvorrichtung 14 nach oben zu bewegen, und öffnet das geschlossene Ventil 19.
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Dadurch wird die im Inneren des kuppelförmigen Abschnitts 30 gesammelte Prüfflüssigkeit abgeleitet. Außerdem wird, weil die Ventile 18 und 19 geöffnet werden, Druckluft und dergleichen von der Druckerhöhungspumpe 16 abgeleitet. Wie vorstehend beschrieben wurde, wird ein Luftausblasvorgang im Inneren der Ventile 18 und 19 und in deren Kanälen ausgeführt, um die Prüfflüssigkeit zu entfernen, die im Inneren der Ventile 18 und 19 und ihrer Kanäle verbleibt (Schritt S112).
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Das Prüfungssteuerungsmodul 20b betätigt dann den Spannvorrichtungsaktuator, um die Drehhalterspannvorrichtung 14 abzusenken, und bringt das Werkstück WK erneut mit der im unteren Ende des kuppelförmigen Abschnitts 30 am Umfang angeordneten Gummidichtung 30a in Kontakt, um eine Abdichtung dazwischen bereitzustellen (Schritt S113).
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Wenn der Abdichtungsvorgang beendet ist, schließt das Prüfungssteuerungsmodul 20b die Ventile 17 und 19 und öffnet das Ventil 18, um einen Luftausblasvorgang auszuführen (Schritt S114). Durch Öffnen des Ventils 18 wird von der Druckerhöhungspumpe 16 ausgegebene Druckluft und dergleichen vom Kanal 36 ausgegeben, füllt das Luftloch AH und den Luftspalt AG und wird dann über den Kanal 37 abgeleitet.
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Die an den entsprechenden Teilen, z.B. am Luftspalt AG und am aufgepressten Teil des Werkstücks WK anhaftende Prüfflüssigkeit kann durch Ausführen des Luftausblasvorgangs unter Druck, z.B. unter Verwendung der von der Druckerhöhungspumpe 16 ausgegebenen Druckluft, ausgeführt werden. Dadurch kann verhindert werden, dass die auf dem Werkstück WK aufgebrachte Prüfflüssigkeit sich beispielsweise in einem Montageprozess mit Getriebeöl und/oder Differentialöl mischt.
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Dadurch wird die Ultraschallprüfung abgeschlossen. Das geprüfte Werkstück WK wird dann zur Entladestation transportiert, wo das Werkstück zwischengelagert wird (Schritt S115), und dann dem nachfolgenden Prozess zugeführt, z.B. einem Montageprozess (Schritt S116).
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Wie vorstehend beschrieben wurde, kann, weil die Ultraschallprüfung ausgeführt werden kann, während der Luftspalt AG des Werkstücks mit der Prüfflüssigkeit gefüllt ist, die Genauigkeit für die Erfassung eines Schweißdefekts verbessert werden. Außerdem können, weil die Drehhalterspannvorrichtung 14 das Werkstück WK unter Verwendung einer Vakuumkraft bewegt, die Komponenten und die Kosten der Ultraschallprüfvorrichtung 10 vermindert werden.
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Außerdem kann, weil die Ultraschallprüfvorrichtung 10 vor der Ultraschallprüfung eine Leckprüfung ausführt, die Prüfeffizienz erhöht werden. Außerdem kann, weil während der Ultraschallprüfung ein Spülvorgang ausgeführt werden kann, die Zuverlässigkeit des Werkstücks WK verbessert werden.
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Wie vorstehend beschrieben wurde, soll, obwohl die vorliegende Erfindung insbesondere basierend auf einer Implementierung und auf Beispielen beschrieben wurde, die Erfindung nicht auf die Implementierung oder die Beispiele beschränkt sein, sondern kann innerhalb des Umfangs der Erfindung geändert, modifiziert und/oder variiert werden.
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Es wird darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die Implementierung oder die Beispiele, die hierin beschrieben sind, beschränkt ist, sondern verschiedene Modifikationen beinhalten kann. Die Implementierung und die Beispiele dienen dem besseren Verständnis der Erfindung und sollen nicht notwendigerweise auf Konfigurationen beschränkt sein, die die hierin beschriebenen Komponenten und Elemente enthalten.
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Außerdem können einige der Konfigurationen einer bestimmten Implementierung oder eines bestimmten Beispiels einigen Konfigurationen einer anderen Implementierung oder eines anderen Beispiels hinzugefügt, davon entfernt und oder dadurch ersetzt werden.
