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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Detektion eines Risses in einer Schweißnaht.
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Aus dem Stand der Technik ist es allgemein bekannt, zur Detektion von Rissen in Schweißnähten eine Farbeindringprüfung zu verwenden.
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In der
DE 10 2019 006 282 A1 wird ein Verfahren zur Prozessbewertung beim Laserstrahlschweißen eines oberen Fügepartners mit mindestens einem unteren Fügepartner beschrieben. Mittels optischer Kohärenztomografie werden Höheninformationen in einem sich durch das Laserstrahlschweißen bildenden Keyhole und/oder in einem Umgebungsbereich des Keyholes ausgewertet. Dabei werden Höheninformationssignale der optischen Kohärenztomografie ausgewertet, die aus einer charakteristischen Tiefe stammen, die einer Oberseite des mindestens einen unteren Fügepartners zuzuordnen sind.
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In der
DE 10 2014 011 268 A1 wird eine optische Fehlstellendetektion beschrieben. Eine Vorrichtung zur Detektion von Fehlstellen in Form von Mikrolöchern in einer Materialbahn oder einem Film umfasst zumindest eine primäre Lichtquelle, worüber ein Lichtstrahl erzeugbar ist, eine Sensor- und/oder Detektionseinrichtung mit Sensor- oder Detektorelementen, und eine Auswerteeinrichtung zur Auswertung der Defektstelle. Die Vorrichtung mit der Auswerteeinrichtung umfasst für die Sensor- oder Detektorelemente eine Balanzierschaltung derart, dass unter Differenzbildung zwischen einem von einem Sensor- oder Detektorelement erzeugten Messsignal und zumindest einem von einem benachbarten oder referenzierten Sensor- oder Detektorelement erzeugten Messsignal ein balanziertes Signal zur Defektstellen-Auswertung erzeugt wird, und/oder sie umfasst einen Messaufbau derart, dass die Fehlstellen die Strahl- oder Fokustaillen, die auf die Oberfläche des zu untersuchenden Objekts abgebildet sind, mit einer Geschwindigkeit durchlaufen, wobei ein fehlstellen-abhängiges Messsignal (Faltung) durch ein in dem Strahlengang nach der Fehlstelle angeordnetes Sensor- und/oder Detektorelement vom Eintritt der Fehlstelle in die Strahl- oder Fokustaille bis zum Verlassen der Strahl- oder Fokustaille erzeugt wird.
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In der
EP 3 270 095 A1 werden ein System und ein Verfahren zur Oberflächeninspektion zur Abbildung eines Objekts über eine Bildgebungsmodalität der optischen Kohärenztomographie (OCT) beschrieben. Das System umfasst ein OCT-Bildgebungsmodul zum Erzeugen von Bilddaten von einer zu untersuchenden Oberfläche, umfassend eine elektromagnetische Strahlungsquelle zum Abtasten des Objekts mit Licht, ein optisches System mit einem Interferometer zum Erzeugen eines Interferenzmusters, das dem vom Objekt zurückgestreuten Licht entspricht, und einen Detektor zum Erfassen des Interferenzmusters und Erzeugen von Abbildungsdaten daraus, eine Bewegungssteuerungsvorrichtung zum Bewegen mindestens einer Komponente des OCT-Bildgebungsmoduls relativ zum Objekt, wobei die Bewegungssteuerungsvorrichtung das OCT-Bildgebungsmodul so bewegt, dass sich eine Oberfläche des Objekts innerhalb einer Schärfentiefe des OCT-Bildgebungsmoduls befindet, und ein Rechenmodul zum Aggregieren der Bilddaten und Bestimmen des Vorhandenseins oder Nichtvorhandenseins von Oberflächendefekten in den Bildgebungsdaten.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zur Detektion eines Risses in einer Schweißnaht anzugeben.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Detektion eines Risses in einer Schweißnaht mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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In einem Verfahren zur Detektion eines Risses in einer Schweißnaht, insbesondere in einer bereits erstarrten Schweißnaht, wird zur Detektion des Risses eine optische Koheränztomografie verwendet, wobei die Schweißnaht mittels eines Messstrahls, insbesondere mittels eines Laserstrahls, senkrecht zur Schweißnaht, d. h. entlang einer Bauteiloberfläche die Schweißnaht kreuzend, abgescannt wird, vorteilhafterweise mit einer Abscannfrequenz von 1 kHz bis 10 MHz, vorteilhafterweise mit einer Auflösung von 1 µm bis 1 mm, um ein Höhenprofil mit dem Riss, wenn er vorhanden ist, als Tiefenkontur zu erhalten.
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Eine mittels dieses Verfahrens detektierbare Rissgröße senkrecht zur Abscannrichtung beträgt beispielsweise 0,5 µm bis 5 mm. Die Rissgröße längs der Abscannbewegung ist flexibel, je nach programmiertem Prozessfenster und Konfiguration der optischen Komponenten.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine Reduzierung von Zeitaufwand und Kosten. Es ist bei allen Bauteiloberflächen und Schweißnähten anwendbar.
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Das Verfahren ermöglicht insbesondere eine flexible Anwendung der optischen Koheränztomografie bei Schweißoperationen, so dass beispielsweise neben einer Kantendetektion und/oder einer Nahtführung diese Rissdetektion eine weitere Nutzungsmöglichkeit eines bestehenden Systems ermöglicht, welches vorteilhafterweise bereits in einer Schweißanlage zur Ausbildung der Schweißnaht integriert ist. Die optische Kohärenztomografie wird daher vorteilhafterweise mittels eines solchen in der Schweißanlage integrierten Systems durchgeführt.
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Diese weitere Verwendung der optischen Kohärenztomografie neben der Funktion als Überwachungssystem während des Schweißens ist ein großer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung. Dadurch kann das bereits in der Schweißanlage vorhandene System mehrfach verwendet werden und ebenfalls als nachgelagertes Qualitätskontrollsystem zur Rissdetektion dienen.
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Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist die einseitige Zugänglichkeit der optischen Kohärenztomografie, d. h. es ist keine Untersuchung eines Bauteils von zwei Seiten erforderlich. Des Weiteren können mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens auch Risse, welche die Schweißnaht nicht bis zu einer Unterseite durchdringen, detektiert werden.
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Es sind jedoch auch Risse, die ein Bauteil von der Oberseite bis zur Unterseite durchdringen, detektierbar. Hierbei tritt je nach Rissform keine oder nur sehr wenig Rückreflexion auf. Somit ist auch eine Unterscheidung zwischen Rissen, die von der Oberseite bis zur Unterseite reichen, und Rissen, die die Unterseite nicht durchdringen möglich.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine Detektion einer Vielzahl verschiedener Risse.
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Es ermöglicht zudem eine exakte Bestimmung der Rissausprägung durch eine Vermessung und zugehörige Kategorisierung.
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Es ermöglicht insbesondere eine Klassifizierung der Bauteile durch vorhandene, vermessene Risse als Gut- oder Schlechtteil.
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Die Detektion ist mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens sowohl online, d. h. einem Schweißprozess folgend, als auch über eine erneute Bauteilüberfahrt, insbesondere über eine nochmalige Überfahrt über die soeben geschweißte Schweißnaht, möglich.
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Bei mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens erkannten Schlechtteilen ist eine unmittelbare Reparatur durch ein Überschweißen möglich.
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Das Verfahren ist, alternativ oder zusätzlich zur hier beschriebenen Detektion eines Risses in einer Schweißnaht, beispielsweise auf analoge Weise auch zur Detektion von sich nicht in einer Schweißnaht befindenden Rissen in Bauteiloberflächen geeignet. Hierzu wird die zu untersuchende Oberfläche auf zur oben beschriebenen Vorgehensweise analoge Weise abgescannt.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert.
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Dabei zeigt:
- 1 schematisch ein Bauteil mit einer Schweißnaht, einem Riss in der Schweißnaht und ein Abscannweg, entlang welchem die Schweißnaht in einem Verfahren zur Detektion des Risses in der Schweißnaht abgetastet wird.
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Anhand 1 wird im Folgenden ein Verfahren zur Detektion eines Risses 1 in einer Schweißnaht 2 beschrieben. Diese 1 zeigt, schematisch stark vereinfacht und nur beispielhaft, ein Bauteil 3 mit einer solchen Schweißnaht 2, wobei in der Schweißnaht 2 ein Riss 1 ausgebildet ist, welcher mittels des Verfahrens detektiert wird.
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Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, zur Detektion solcher Risse 1 in Schweißnähten 2 eine Farbeindringprüfung zu verwenden. Hierbei wird das die Schweißnaht 2 aufweisende Bauteil 3 zunächst gereinigt. Anschließend wird ein rotes Prüfmittel auf eine Bauteiloberfläche, auf welcher sich die Schweißnaht 2 befindet, aufgetragen, welches in den Riss 1, wenn er vorhanden ist, eindringt. Danach erfolgt eine Zwischenreinigung, in welcher das rote Prüfmittel von der Bauteiloberfläche entfernt wird. In dem Riss 1, wenn er vorhanden ist, bleibt das rote Prüfmittel dabei haften. Nun wird ein weißer Entwickler auf die Bauteiloberfläche aufgetragen, wodurch der Riss 1 aufgrund einer Kapillarwirkung sichtbar wird, denn das rote Prüfmittel zeichnet sich im Bereich des Risses 1 an der Bauteiloberfläche ab. Abschließend erfolgt eine Endreinigung des Bauteils 3. Diese aus dem Stand der Technik bekannte Vorgehensweise ist somit mit einem großen Aufwand verbunden.
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Um diesen großen Aufwand zu vermeiden, ist ein Verfahren zur Detektion eines Risses 1 in einer Schweißnaht 2, insbesondere in einer bereits erstarrten Schweißnaht 2, vorgesehen, in welchem zur Detektion des Risses 1 eine optische Koheränztomografie verwendet wird. In diesem Verfahren wird die Schweißnaht 2 mittels eines Messstrahls, wobei als Messstrahl insbesondere ein Laserstrahl verwendet wird, senkrecht zur Schweißnaht 2, d. h. entlang der Bauteiloberfläche die Schweißnaht 2 kreuzend, abgescannt, wie in 1 beispielhaft und schematisch mittels eines eingezeichneten Abscannwegs A des Messstrahls senkrecht zur Schweißnaht 2 verdeutlicht ist. Das Ergebnis dieses Abscannens ist ein Höhenprofil mit dem Riss 1, wenn er vorhanden ist, als Tiefenkontur. Das Abscannen erfolgt vorteilhafterweise mit einer Abscannfrequenz von 1 kHz bis 10 MHz, vorteilhafterweise mit einer Auflösung von 1 µm bis 1 mm.
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Die Detektion wird beispielsweise online, d. h. einem Schweißprozess folgend, oder bei einer erneuten Bauteilüberfahrt über das Bauteil 3, insbesondere bei einer nochmaligen Überfahrt über die soeben geschweißte Schweißnaht 2, durchgeführt.
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Eine mittels dieses Verfahrens detektierbare Rissgröße senkrecht zur Abscannrichtung beträgt beispielsweise 0,5 µm bis 5 mm. Die Rissgröße längs der Abscannbewegung ist flexibel, je nach programmiertem Prozessfenster und Konfiguration der optischen Komponenten.
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Das beschriebene Verfahren ermöglicht eine Reduzierung von Zeitaufwand und Kosten. Es ist bei allen Bauteiloberflächen und Schweißnähten 2 anwendbar.
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Das Verfahren ermöglicht insbesondere eine flexible Anwendung der optischen Koheränztomografie bei Schweißoperationen, so dass beispielsweise neben einer Kantendetektion und/oder einer Nahtführung diese Rissdetektion eine weitere Nutzungsmöglichkeit eines bestehenden Systems ermöglicht, welches vorteilhafterweise bereits in einer Schweißanlage zur Ausbildung der Schweißnaht 2 integriert ist. Die optische Kohärenztomografie wird daher vorteilhafterweise mittels eines solchen in der Schweißanlage integrierten Systems durchgeführt. Hierfür nutzt der Messstrahl beispielsweise zumindest teilweise eine Schweißoptik für einen Bearbeitungslaser der Schweißanlage. Das System für die optische Koheränztomografie umfasst dabei beispielsweise einen Scanner und einen Sensor für die optische Koheränztomografie.
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Diese weitere Verwendung der optische Kohärenztomografie neben der Funktion als Überwachungssystem während des Schweißens ist ein großer Vorteil der beschriebenen Lösung. Dadurch kann das bereits in der Schweißanlage vorhandene System mehrfach verwendet werden und ebenfalls als nachgelagertes Qualitätskontrollsystem zur Rissdetektion dienen.
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Ein weiterer Vorteil der beschriebenen Lösung ist die einseitige Zugänglichkeit der optischen Kohärenztomografie, d. h. es ist keine Untersuchung des Bauteils 3 von zwei Seiten erforderlich. Des Weiteren können mittels des beschriebenen Verfahrens auch Risse 1, welche die Schweißnaht 2 nicht bis zu einer Unterseite durchdringen, detektiert werden.
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Das beschriebene Verfahren ermöglicht eine Detektion einer Vielzahl verschiedener Risse 1.
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Es ermöglicht zudem eine exakte Bestimmung der Rissausprägung durch eine Vermessung und zugehörige Kategorisierung.
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Es ermöglicht insbesondere eine Klassifizierung des Bauteils 3 durch vorhandene, vermessene Risse 1 als Gut- oder Schlechtteil.
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Bei mittels des beschriebenen Verfahrens erkannten Schlechtteilen ist eine unmittelbare Reparatur durch ein Überschweißen möglich.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102019006282 A1 [0003]
- DE 102014011268 A1 [0004]
- EP 3270095 A1 [0005]
