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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ermittlungsverfahren zur Ermittlung von wenigstens einem Qualitätsparameter eines Ermittlungssystems. Ferner betrifft die Erfindung ein Ermittlungssystem aufweisend eine Bestrahlungsvorrichtung und eine Erfassungsvorrichtung. Insbesondere wird durch das erfindungsgemäße Ermittlungsverfahren ein reproduzierbarer Kugelstrahlprozess sowie die Erfassung von Einschlags- und/oder Kalottengeometrien zur Ermittlung des Bedeckungsgrads und/oder der Almen-Intensität ermöglicht.
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Auf dem Gebiet der Oberflächenbehandlung, insbesondere dem Verfestigungsstrahlen und/oder der Intensitäts- und/oder Bedeckungsentwicklung und -kontrolle beim Verfestigungsstrahlen, sind eine Vielzahl von Verfahren, Vorrichtungen und Messmittel für die Almen-Intensitäts- und Bedeckungsermittlung bekannt. Für die Ermöglichung eines reproduzierbaren Kugelstrahlprozesses und um festzustellen, ob die richtigen Parameter für den Kugelstrahlprozess eingestellt sind, werden aktuell die sogenannte Almen-Intensität (im Weiteren auch „Intensität“) und der Bedeckungsgrad ermittelt. Jede Änderung der Parameter kann zu einer Veränderung der Intensität und des Bedeckungsgrads führen. Diese werden für jeden zu strahlenden Bauteilbereich von dem entsprechenden Hersteller entwickelt und vorgegeben. Die Messung der Intensität basiert beispielsweise auf der Durchbiegung sogenannter Almen-Prüfstreifen. Dafür werden mehrere Almen-Prüfstreifen mit unterschiedlichen Strahlzeiten gestrahlt. Je länger ein Almen-Prüfstreifen gestrahlt wird, umso mehr verbiegt sich dieser aufgrund der eingebrachten Eigenspannungen. Die Durchbiegung der Streifen wird vermessen und in einem Diagramm über die entsprechende Strahlzeit dargestellt. Aus dem Kurvenverlauf kann die Intensität bestimmt werden. Wenn sich die Intensität nicht in dem vorgegebenen Toleranzbereich befindet, wird der Prozess mit angepassten Parametern wiederholt, bis die Intensität im geforderten Bereich liegt. Die Bedeckung und/oder der Bedeckungsgrad gibt das prozentuale Verhältnis von bestrahlter zu unbestrahlter Fläche an. Die Anforderungen an den Bedeckungsgrad liegen üblicherweise bei oder über 100%. Ein Bedeckungsgrad oberhalb von 100% beschreibt die Vervielfachung der Strahlzeit, die bis zum Erreichen einer Bedeckung von 100% benötigt wird. Die Ermittlung dieser Prozessparameter kann sehr zeit- sowie kostenaufwändig sein und erfordert Personal- und Anlagenkapazitäten. Nachteilig ist den bekannten Verfahren gemein, dass die Verfahren sehr zeitaufwändig bezüglich der Intensitätsbestimmung sind und dass die Erfassung der Messgrößen, insbesondere der Bedeckung, zumeist manuell und/oder visuell durch Personal durchgeführt werden und damit die Beurteilung der Intensität und der Bedeckung fehleranfällig und subjektiv erfasst werden. Somit ermöglichen die bisher genutzten Messmethoden keine zufriedenstellenden Ergebnisse für die Ermittlung von Qualitätsparametern, die Bestimmung eines Bedeckungsgrads und/oder für die Sicherstellung eines reproduzierbaren Kugelstrahlprozesses.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend genannten Nachteile bekannter Vorrichtungen und Verfahren zur Oberflächenbehandlung, insbesondere von den Ermittlungsverfahren zur Ermittlung von den Qualitätsparametern der Oberflächenbehandlung zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es die Aufgabe der Erfindung, ein Ermittlungsverfahren zur Ermittlung von wenigstens einem Qualitätsparameter sowie ein Ermittlungssystem, aufweisend eine Bestrahlungsvorrichtung und eine Erfassungsvorrichtung, zur Verfügung zu stellen, die eine schnelle, kostengünstige und vorteilhaft genaue Ermittlung von wenigstens einem Qualitätsparameter ermöglichen.
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Die voranstehende Aufgabe wird durch die Patentansprüche gelöst. Insbesondere wird die Aufgabe gelöst durch ein Ermittlungsverfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1. Ferner wird die Aufgabe gelöst durch ein Ermittlungssystem mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 8. Weitere Vorteile und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.
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Dabei gelten Merkmale, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Ermittlungsverfahren beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Ermittlungssystem und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird beziehungsweise werden kann.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch ein Ermittlungsverfahren zur Ermittlung von wenigstens einem Qualitätsparameter eines Ermittlungssystems. Das Ermittlungssystem umfasst eine Bestrahlungsvorrichtung und eine Erfassungsvorrichtung, wobei das Ermittlungsverfahren die folgenden Verfahrensschritte umfasst:
- - Erfassung von wenigstens einer Einschlagsgeometrie in wenigstens einem Teilabschnitt einer Oberfläche eines Bauteils durch die Erfassungsvorrichtung, wobei die wenigstens eine Einschlagsgeometrie durch einen Einschlag eines Strahlguts des Ermittlungssystems auf der Oberfläche des Bauteils erzeugt wurde,
- - Ermittlung von dem wenigstens einen Qualitätsparameter der Bestrahlungsvorrichtung aus der wenigstens einen erfassten Einschlagsgeometrie durch die Erfassungsvorrichtung.
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Die Erfindung wird in Bezug auf einen beispielhaften Kugelstrahlprozess beschrieben, wobei dieses Beispiel jedoch nicht einschränkend gilt. Das Ermittlungsverfahren und die später beschriebene Bestrahlungsvorrichtung sollen in Bezug auf jedes Verfahren und jede Vorrichtung mit einer Strahlquelle, einem physischen Strahlgut sowie einer Bestrahlung einer Oberfläche mit dem Strahlgut, insbesondere zur Einbringung von Druckeigenspannung, und/oder mit der Forderung einer Bedeckungsgrad- und Intensitätskontrolle verstanden werden. Das Verfahren sowie die Bestrahlungsvorrichtung können bevorzugt für die Oberflächenbehandlung von Prüfstreifen und/oder Triebwerkskomponenten genutzt werden, jedoch ist ebenfalls eine Behandlung von Kraftfahrzeugkomponenten und/oder mechanischen Bauteilen, wie beispielsweise Federn und/oder Gussteilen, im Rahmen der Erfindung berücksichtigt. An den besagten Bauteilen kann jeder gewünschte Oberflächenabschnitt behandelt, bestrahlt und/oder untersucht werden, sofern eine Erreichbarkeit durch den Bestrahlungsprozess und/oder das Ermittlungsverfahren gegeben ist. Das Verfahren und die Vorrichtung kann zur Neubauteilbehandlung sowie zur Wartung von gebrauchten Bauteilen genutzt werden. Wie später zu dem erfindungsgemäßen Ermittlungssystem beschrieben, können die Erfassungsvorrichtung und die Bestrahlungsvorrichtung gemeinsam oder getrennt ausgestaltet sein. Auch die Bestrahlung und die Erfassung und Ermittlung können örtlich und zeitlich gemeinsam oder getrennt ausgeführt werden.
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Das Ergebnis und die Effektivität eines Verfestigungsstrahlprozesses hängen von einer Vielzahl von Einflussgrößen ab. Im Allgemeinen lassen sich dieses in die Unterteilung Strahlanlage, Strahlmittel und Strahlgut gliedern. Die Kontroll- und Einflussgrößen der Bestrahlungsvorrichtung werden im Weiteren als „Qualitätsparameter“ bezeichnet. Die Qualitätsparameter umfassen bevorzugt sowohl Stellparameter des Strahls als auch Kontrollparameter des bestrahlten Bauteils. Mit anderen Worten sind als Qualitätsparameter beispielsweise zum einen die Parameter des Strahls zu verstehen, der bei der Oberflächenbehandlung auf das Bauteil und zeitlich zuvor für das Ermittlungsverfahren vorzugsweise auf ein Testbauteil, insbesondere einen Almen-Prüfstreifen, gerichtet ist. Zum anderen können die Qualitätsparameter auch die Kontrollparameter des Bauteils, insbesondere der Bedeckungsgrad und/oder die Almen-Intensität, nach der Bestrahlung durch die Bestrahlungsvorrichtung sein. Die Kontrollparameter können im Rahmen der Erfindung auch als Kontrollparameter für die Kontrolle Stellparameter verstanden werden. Die Einstellung der Qualitätsparameter, insbesondere der Stellparameter, ist zumeist nicht ausreichend genau möglich, um ein erwünschtes Resultat auf dem Almen-Prüfstreifen und/oder dem Bauteil ausreichend exakt und reproduzierbar zu ermöglichen. Unterschiedliche Einflüsse können trotz fest eigestellter Qualitätsparameter, insbesondere der Stellparameter, das Strahlergebnis beeinflussen und verändern. Daher wird zumeist zunächst eine Annahme für die Einstellung der Qualitätsparameter, insbesondere der Stellparameter, des Verfestigungsstrahl-Prozesses getroffen und das Strahlergebnis mittels der Qualitätsparameter, insbesondere der Kontrollparameter Intensität und/oder des Bedeckungsgrads, überprüft. Bei Überschreitung der Toleranzgrenzen müssen anschließend die Qualitätsparameter angepasst und die Überprüfung erneut durchgeführt werden.
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Eine Einschlagsgeometrie ist im Rahmen der Anmeldung als Kalottengeometrie und/oder eine Verformung der Oberfläche des bestrahlten Bauteils zu verstehen. Die Einschlagsgeometrie wird durch den Einschlag eines Strahlguts, bevorzugt einer Kugel, auf der Oberfläche des Bauteils erzeugt. Eine detailliertere Betrachtung der möglichen Ausgestaltung des Strahlguts wird in einem der folgenden Abschnitte gegeben. Die Einschlagsgeometrien auf der Oberfläche des Bauteils können sich natürlich teilweise oder vollständig überlagern. Die Einschlagsgeometrien sind folglich die Krater in der Oberfläche des Bauteils, die aus der Bestrahlung mit dem Strahlgut resultieren und die Geometrie der Einschläge kann anhand der Tiefe, des Durchmessers, des Volumens unterhalb und/oder oberhalb der ursprünglichen Bauteiloberfläche und/oder der Materialanhäufung am Rand der Einschlagsgeometrie bestimmt werden. Das erfindungsgemäße Ermittlungsverfahren ermöglicht die Ermittlung der äquivalenten kinetischen Energie des Strahlmittels, um vorzugsweise damit die bekannte Intensitätsbestimmung zu ersetzen. Dafür erfasst das Ermittlungsverfahren zunächst die wenigstens eine Einschlagsgeometrie und ermittelt anschließend aus der wenigstens einen Einschlagsgeometrie wenigstens einen Qualitätsparameter des Ermittlungssystems, insbesondere der Bestrahlungsvorrichtung. Als Grundlage der Ermittlung des wenigstens einen Qualitätsparameters aus der wenigstens einen Einschlagsgeometrie dienen physikalisch-mathematische Zusammenhänge aus Messreihen und statistischen Betrachtungen der Messreihen, insbesondere zwischen dem wenigstens einen Qualitätsparameter und dem Almen-Prüfstreifen. Die gewonnenen mathematischen Zusammenhänge sind bevorzugt zu einem Algorithmus verarbeitet und von einem erfindungsgemäßen Ermittlungssystem, insbesondere einer Erfassungsvorrichtung, ausführbar.
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Eine Erfassungsvorrichtung stellt eine Vorrichtung zur Erfassung der wenigstens einen Einschlagsgeometrie dar. Konkrete Ausgestaltungen der Erfassungsvorrichtung werden in folgenden Abschnitten der Beschreibung detailliert behandelt. Grundsätzlich ist eine Erfassungsvorrichtung dazu ausgestaltet die Einschlagsgeometrie durch wenigstens eine der beschriebenen Größen der Einschlagsgeometrie zu erfassen.
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Beispielhaft, jedoch nicht einschränkend, wird von einem senkrechten Bestrahlungsverfahren ausgegangen. Die Bestrahlung kann jedoch ebenfalls waagerecht oder winklig zu dem Bauteil ausgerichtet sein. Abhängig von dem Winkel der Bestrahlung ändert sich die gegenseitige Beeinflussung des Strahlguts und der Abfluss des Strahlguts von der Oberfläche des Bauteils oder des Almen-Prüfstreifens. Als Strahlgut kann im Rahmen der Erfindung bevorzugt Kugeln verwendet werden, wobei anderes Strahlgut ebenfalls möglich ist. Das Strahlgut kann aus Stahl, Keramik, Glas oder einem anderen Material ausgestaltet sein und verschiedene Durchmesser und Oberflächenbeschaffenheiten aufweisen. Beispielhaft kann von Stahlkugeln mit 4 mm Durchmesser ausgegangen werden. Das erfindungsgemäße Ermittlungsverfahren ist besonders vorteilhaft, da es eine schnelle, kostengünstige und vorteilhaft genaue Ermittlung von wenigstens einem Qualitätsparameter sowie eine schnelle, kostengünstige und genaue Lösung der Aufgabe ermöglicht.
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Die zuvor sowie die nachfolgend beschriebenen Verfahrensschritte können grundsätzlich nacheinander, zeitlich parallel, einzeln, zusammen, einfach, mehrfach und/oder wiederholt ausgeführt werden.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung kann bei einem Ermittlungsverfahren vorgesehen sein, dass die Ermittlung von dem wenigstens einen Qualitätsparameter umfasst:
- - Bestimmung eines Bedeckungsgrads für den wenigstens einen Teilabschnitt durch das Ermittlungssystem, insbesondere durch die Erfassungsvorrichtung, wobei der Bedeckungsgrad ein Flächenverhältnis zwischen der Oberfläche mit wenigstens einer Einschlagsgeometrie und der Oberfläche ohne eine Einschlagsgeometrie ist.
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Der Bedeckungsgrad, also das Flächenverhältnis zwischen der Oberfläche mit wenigstens einer Einschlagsgeometrie und der Oberfläche ohne eine Einschlagsgeometrie, ist zumeist eine Ziel-Anforderung für eine Oberflächenbehandlung. Anders ausgedrückt ergibt sich der Bedeckungsgrad aus der Fläche, die durch die Einschläge der Oberflächenbehandlung von der ursprünglichen Oberfläche des Bauteils abweicht zu der Fläche die nach der Oberflächenbehandlung weiterhin der ursprünglichen Oberfläche des Bauteils entspricht. Die Anforderungen an den Bedeckungsgrad liegen zumeist bei einem Bedeckungsgrad zwischen 100 und 300 %, wobei ein Bedeckungsgrad oberhalb von 100 % zumeist über eine Bestrahlungszeit des Bauteils gesteuert wird. Der wenigstens eine Teilabschnitt dient dabei als eine Referenzfläche, in der das Verhältnis zwischen der Oberfläche mit wenigstens einer Einschlagsgeometrie und der Oberfläche ohne eine Einschlagsgeometrie bestimmt wird. Der Teilabschnitt kann sich selbstverständlich auch bis über das gesamte Bauteil, insbesondere den Almen-Prüfstreifen, erstrecken. Eine Bestimmung des Bedeckungsgrads durch das Ermittlungssystem, insbesondere durch die Erfassungsvorrichtung, ist eine besonders vorteilhafte Weiterentwicklung der Erfindung, da somit das Ermittlungsverfahren und/oder das Ermittlungssystem die vorteilhafte Funktion der Bestimmung des Bedeckungsgrads umfasst und folglich einen zumeist geforderten Einsatzbereich für die erfindungsgemäße Oberflächenbehandlung und deren Untersuchung ermöglicht. Durch die Verwendung eines derart ausgestalteten Ermittlungsverfahrens für die Bestimmung des Bedeckungsgrads und die Erfassung von der wenigstens einen Einschlagsgeometrie, können subjektive Beurteilungen der Messergebnisse minimiert und Prozesszeiten verkürzt werden.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung kann bei einem Ermittlungsverfahren vorgesehen sein, dass die Ermittlung von dem wenigstens einen Qualitätsparameter der Bestrahlungsvorrichtung wenigstens die Ermittlung von einer der folgenden Größen umfasst:
- - Strahldruck eines Strahls der Bestrahlungsvorrichtung,
- - Massendurchsatz des Strahls,
- - Almen-Intensität.
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Wie zuvor beschrieben sind als Qualitätsparameter vorzugsweise zum einen die Stellparameter des Strahls selbst zu verstehen. Zum anderen sind auch die Kontrollparameter des bestrahlten Bauteils als Qualitätsparameter zu verstehen. Als mögliche zu ermittelnde Qualitätsparameter sind im Rahmen der Erfindung vorzugsweise, jedoch nicht ausschließlich, der Strahldruck des Strahls der Bestrahlungsvorrichtung, der Massendurchsatz des Strahls und/oder die Almen-Intensität zu verstehen. Diese Größen werden erfindungsgemäß bevorzugt durch die Erfassung von der wenigstens einen Einschlagsgeometrie ermittelt. Die Almen-Intensität stellt zum Zeitpunkt der Anmeldung zumeist einen Vorgabewert für eine Oberflächenbehandlung dar, wobei der Strahldruck und der Massendurchsatz des Strahls bevorzugte Einstellgrößen des Strahls bzw. der Bestrahlungsvorrichtung sind. Als Grundlage der Ermittlung der genannten Qualitätsparameter aus der wenigstens einen Einschlagsgeometrie dienen die zuvor beschriebenen aus Messreihen und statistischen Betrachtungen der Messreihen gewonnenen physikalisch-mathematische Zusammenhänge. Insbesondere in der Kombination mit dem vorherigen Abschnitt, der Bestimmung eines Bedeckungsgrads, ist die Ermittlung der Almen-Intensität durch das erfindungsgemäße Verfahren und das erfindungsgemäße System besonders vorteilhaft. Dadurch können Anschaffungs- und Unterhaltskosten für weitere Vorrichtungen eingespart werden sowie die benötigten Prozesse zur Ermittlung von den Qualitätsparametern, insbesondere der Almen-Intensität des Bedeckungsgrads, beschleunigt werden.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung kann bei einem Ermittlungsverfahren vorgesehen sein, dass die Erfassung von der wenigstens einen Einschlagsgeometrie durch die Erfassungsvorrichtung durch ein optisches Messverfahren, insbesondere durch ein Interferometrieverfahren, besonders bevorzugt durch Weißlichtinterferometrie, erfolgt. Die Erfassung der wenigstens einen Einschlagsgeometrie mittels eines optischen Messverfahrens, insbesondere mittels eines Interferometrieverfahrens, besonders bevorzugt mittels Weißlichtinterferometrie, stellt für die Ermittlung von dem wenigstens einen Qualitätsparameter, insbesondere sowohl der Intensität als auch für die Bestimmung des Bedeckungsgrads eine besonders vorteilhafte Weiterentwicklung der Erfindung dar. Die Erfassung der wenigstens einen Einschlagsgeometrie mit den besagten Verfahren ermöglicht eine sehr vorteilhafte genaue, zeitsparende und kostengünstige Erfassungsmethode dar.
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Bevorzugt weist die Erfassungsvorrichtung dafür ein Interferometer auf. Ferner umfasst das Ermittlungssystem, insbesondere die Erfassungsvorrichtung, bevorzugt eine kohärente Lichtquelle, insbesondere einen Laser mit einem Kollimator zur Bereitstellung von parallelem kohärentem Licht. Des Weiteren umfasst das Ermittlungssystem, insbesondere die Erfassungsvorrichtung, bevorzugt einen Strahlteiler, einen Referenzspiegel sowie eine Kameraeinheit mit Objektiveinheit. Ein optisches Messverfahren, insbesondere ein Interferometrieverfahren, besonders bevorzugt die Weißlichtinterferometrie, stellen ein vorteilhaftes Verfahren zur Erfassung der wenigstens einen Einschlagsgeometrie dar, da die Größen der Einschlagsgeometrie besonders exakt und schnell erfasst werden können.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung kann bei einem Ermittlungsverfahren vorgesehen sein, dass das Ermittlungsverfahren ferner den Verfahrensschritt umfasst:
- - Regelung der Qualitätsparameter der Bestrahlungsvorrichtung durch eine Regelungsvorrichtung des Ermittlungssystems, insbesondere wobei die Regelung der Qualitätsparameter auf Grundlage der erfassten wenigstens einen Einschlagsgeometrie und/oder auf Grundlage des ermittelten wenigstens einen Qualitätsparameters erfolgt.
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Eine Regelung des wenigstens einen Qualitätsparameters der Bestrahlungsvorrichtung, insbesondere auf Grundlage der erfassten wenigstens einen Einschlagsgeometrie und/oder auf Grundlage des ermittelten wenigstens einen Qualitätsparameters, ist eine besonders bevorzugte Weiterentwicklung der Erfindung, da somit eine bevorzugte Verknüpfung zwischen der erfassten Einschlagsgeometrie und einer gewünschten Anpassung der Qualitätsparameter und der dafür notwendigen Regelung erzeugt wird. Die Regelung kann bevorzugt iterativ erfolgen, wobei die Iterationsdurchläufe beliebig kurz ausgestaltet werden können. Die Regelung des wenigstens einen Qualitätsparameter kann bevorzugt durch die Regelungsvorrichtung durch eine Regelung wenigstens einer der ermittelten zuvor genannten Größen des wenigstens einen Qualitätsparameters erfolgen. Besonders bevorzugt erfolgt eine Ermittlung von einem zuvor beschriebenen Kontrollparameter und darauf basierend eine Regelung wenigstens eines zuvor beschriebenen Stellparameters des Ermittlungssystems. Ein derartig ausgestaltetes Ermittlungsverfahren ermöglicht eine bevorzugte schnelle, kostengünstige und insbesondere automatisierbare Möglichkeit der Ermittlung und Regelung von wenigstens einem Qualitätsparameter des Ermittlungssystems.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung kann bei einem Ermittlungsverfahren vorgesehen sein, dass das Ermittlungssystem, insbesondere die Erfassungsvorrichtung, eine Rechnereinheit umfasst, wobei die Ermittlung von dem wenigstens einen Qualitätsparameter der Bestrahlungsvorrichtung ferner umfasst:
- - Berechnung von dem wenigstens einen Qualitätsparameter der Bestrahlungsvorrichtung aus der wenigstens einen erfassten Einschlagsgeometrie durch die Rechnereinheit.
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Bevorzugt weist das Ermittlungssystem, insbesondere die Erfassungsvorrichtung, eine Rechnereinheit auf, sodass eine Ermittlung von dem wenigstens einen Qualitätsparameter der Bestrahlungsvorrichtung aus der wenigstens einen erfassten Einschlagsgeometrie durch die Erfassungsvorrichtung und/oder die Bestimmung des Bedeckungsgrads vorteilhaft durch das Ermittlungssystem, insbesondere die Erfassungsvorrichtung, ermöglicht wird. Durch eine Rechnereinheit können die vorgenannten Verfahrensschritte bevorzugt beschleunigt und/oder präzisiert werden. Die Rechnereinheit kann vorzugsweise als Bestandteil des Ermittlungssystems und/oder als Bestandteil der Erfassungsvorrichtung ausgestaltet sein. Die konstruktive Ausgestaltung und Anordnung der Rechnereinheit wird in einem der folgenden Abschnitte detailliert beschrieben. Die zuvor beschriebenen gewonnenen mathematischen Zusammenhänge sind bevorzugt zu einem Algorithmus verarbeitet und von einem erfindungsgemäßen Ermittlungssystem, insbesondere einer Erfassungsvorrichtung und/oder der Rechnereinheit, ausführbar.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung kann bei einem Ermittlungsverfahren vorgesehen sein, dass das Ermittlungsverfahren ferner den Verfahrensschritt umfasst:
- - Erfassung wenigstens einer Oberflächengüte-Größe der Oberfläche des Bauteils durch die Erfassungsvorrichtung.
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Es ist besonders vorteilhaft, wenn das erfindungsgemäße Ermittlungsverfahren ferner die Erfassung einer Oberflächengüte-Größe der Oberfläche des Bauteils ermöglicht. Eine Oberflächengüte-Größe kann beispielsweise die Rauheit der der Oberfläche des Bauteils, eine Rissgeometrie und/oder eine Beschädigungsgeometrie des Bauteils sein. Ein derart ausgestaltetes Verfahren vereint vorteilhaft eine ergänzende Funktion mit den zuvor beschriebenen Verfahrensschritten und ermöglicht somit Anschaffungs- und Unterhaltskosten für weitere Vorrichtungen einzusparen sowie die benötigten Prozesse, insbesondere zur Ermittlung von dem wenigstens einen Qualitätsparameter, zur Bestimmung des Bedeckungsgrads und zur Erfassung wenigstens einer Oberflächengüte-Größe, zu beschleunigen.
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Die Oberflächengüte-Größe kann bei einem der weiteren Verfahrensschritte, beispielsweise der Ermittlung von dem wenigstens einen Qualitätsparameter genutzt werden oder direkt durch eine Ausgabeeinheit des Ermittlungssystems, die in einem der folgenden Abschnitte der Beschreibung dargestellt wird, ausgegeben werden oder anderweitig für die Verwendung durch weitere Vorrichtungen bereitgestellt werden.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Ermittlungssystem gelöst. Das Ermittlungssystem ist insbesondere zur Ausführung des Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt ausgestaltet. Das Ermittlungssystem weist eine Bestrahlungsvorrichtung und eine Erfassungsvorrichtung auf, wobei das Ermittlungssystem zur Erfassung von wenigstens einer Einschlagsgeometrie in wenigstens einem Teilabschnitt einer Oberfläche eines Bauteils durch die Erfassungsvorrichtung ausgestaltet ist, wobei die wenigstens eine Einschlagsgeometrie durch einen Einschlag eines Strahlguts des Ermittlungssystems auf der Oberfläche des Bauteils erzeugt wurde. Die Erfassungsvorrichtung und die Bestrahlungsvorrichtung können gemeinsam oder getrennt ausgestaltet sein. Die Erfassungsvorrichtung und die Bestrahlungsvorrichtung sind bevorzugt datenkommunizierend kabelgebunden oder kabellos miteinander verbunden, die Vorrichtungen können jedoch auch vollständig unabhängig voneinander ausgestaltet sein.
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Bei dem beschriebenen Ermittlungssystem ergeben sich sämtliche Vorteile, die bereits zu dem Ermittlungsverfahren gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung beschrieben worden sind. Das erfindungsgemäße Ermittlungssystem ist besonders vorteilhaft, da es eine schnelle, kostengünstige und vorteilhaft genaue Erfassung von der wenigstens einen Einschlagsgeometrie ermöglicht.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung kann bei einem Ermittlungssystem vorgesehen sein, dass das Ermittlungssystem zur Ermittlung von dem wenigstens einen Qualitätsparameter der Bestrahlungsvorrichtung aus der wenigstens einen erfassten Einschlagsgeometrie durch die Erfassungsvorrichtung ausgestaltet ist. Eine Ergänzung um die Funktion der Ermittlung von dem wenigstens einen Qualitätsparameter stellt eine bevorzugte Weiterentwicklung des Ermittlungssystems dar. Die Ermittlung von dem wenigstens einen Qualitätsparameter erfolgt auf Grundlage der wenigstens einen erfassten Einschlagsgeometrie. Ein derart ausgestaltetes Ermittlungssystem ermöglicht vorteilhaft eine schnelle, kostengünstige und vorteilhaft genaue Ermittlung von dem wenigstens einen Qualitätsparameter und somit bevorzugt einen mit einfachen Mitteln reproduzierbaren Kugelstrahlprozess.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung kann bei einem Ermittlungssystem vorgesehen sein, dass die Erfassungsvorrichtung eine Sensorvorrichtung zur optischen Erfassung der wenigstens einen Einschlagsgeometrie, insbesondere mittels Weißlichtinterferometrie, umfasst. Eine optische Sensorvorrichtung zur Ermöglichung einer optischen Erfassungsmethode der wenigstens einen Einschlagsgeometrie, insbesondere mittels einem Interferometrieverfahren, besonders bevorzugt mittels Weißlichtinterferometrie, stellt eine vorteilhafte Weiterentwicklung der Erfindung dar, da die besagte optische Sensorvorrichtung eine exakte und schnelle Erfassung der wenigstens einen Einschlagsgeometrie mit geringer oder sogar ausgeschlossener Fehleranfälligkeit ermöglicht. Somit werden durch ein derart ausgestaltetes Ermittlungssystem reproduzierbare, exakte Ergebnisse für die Erfassung der wenigstens einen Einschlagsgeometrie, der Ermittlung von dem wenigstens einen Qualitätsparameter und/oder der Bestimmung des Bedeckungsgrads ermöglicht.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung kann bei einem Ermittlungssystem vorgesehen sein, dass das Ermittlungssystem ferner eine Regelungsvorrichtung zur Regelung des wenigstens einen Qualitätsparameters der Bestrahlungsvorrichtung, insbesondere zur Regelung auf Grundlage der erfassten wenigstens einen Einschlagsgeometrie und/oder auf Grundlage des ermittelten wenigstens einen Qualitätsparameters. Eine Regelung des wenigstens einen Qualitätsparameters der Bestrahlungsvorrichtung, insbesondere auf Grundlage der erfassten wenigstens einen Einschlagsgeometrie und/oder auf Grundlage des ermittelten wenigstens einen Qualitätsparameters, ist eine besonders bevorzugte Weiterentwicklung der Erfindung, da somit eine bevorzugte Verknüpfung zwischen der erfassten Einschlagsgeometrie und einer gewünschten Anpassung des wenigstens einen Qualitätsparameters und der dafür notwendigen Regelung erzeugt wird. Die Regelung kann bevorzugt iterativ erfolgen, wobei die Iterationsdurchläufe beliebig kurz ausgestaltet werden können. Die Regelung des wenigstens einen Qualitätsparameters kann bevorzugt durch die Regelungsvorrichtung durch eine Regelung wenigstens einer der ermittelten zuvor genannten Größen des wenigstens einen Qualitätsparameters erfolgen. Besonders bevorzugt erfolgt eine Ermittlung von einem zuvor beschriebenen Kontrollparameter und darauf basierend eine Regelung wenigstens eines zuvor beschriebenen Stellparameters des Ermittlungssystems. Ein derartig ausgestaltetes Ermittlungssystem ermöglicht eine bevorzugte schnelle, kostengünstige und insbesondere automatisierbare Möglichkeit der Ermittlung und Regelung von dem wenigstens einen Qualitätsparameter des Ermittlungssystems.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung kann bei einem Ermittlungssystem vorgesehen sein, dass das Ermittlungssystem, insbesondere die Erfassungsvorrichtung, eine Rechnereinheit umfasst, wobei die Rechnereinheit zur Ermittlung von dem wenigstens einen Qualitätsparameter, insbesondere der Bestimmung des Bedeckungsgrads und/oder der Ermittlung der Almen-Intensität, ausgestaltet ist. Bevorzugt weist das Ermittlungssystem, insbesondere die Erfassungsvorrichtung, eine Rechnereinheit auf, sodass eine Ermittlung von dem wenigstens einen Qualitätsparameter der Bestrahlungsvorrichtung aus der wenigstens einen erfassten Einschlagsgeometrie durch die Erfassungsvorrichtung und/oder die Bestimmung des Bedeckungsgrads vorteilhaft durch das Ermittlungssystem, insbesondere die Erfassungsvorrichtung, ermöglicht wird. Durch eine Rechnereinheit können die vorgenannten Verfahrensschritte bevorzugt beschleunigt und/oder präzisiert werden. Die Rechnereinheit kann als Bestandteil des Ermittlungssystems und/oder als Bestandteil der Erfassungsvorrichtung ausgestaltet sein. Die zuvor beschriebenen gewonnenen mathematischen Zusammenhänge sind bevorzugt zu einem Algorithmus verarbeitet und von einem erfindungsgemäßen Ermittlungssystem, insbesondere einer Erfassungsvorrichtung und/oder einer Rechnereinheit, ausführbar. Die Rechnereinheit kann konstruktiv in und/oder an dem Ermittlungssystem, insbesondere der Erfassungsvorrichtung, angeordnet sein oder separat davon ausgestaltet sein. Eine Datenkommunikation zwischen der Erfassungsvorrichtung, der Rechnereinheit sowie der weiteren Vorrichtungen der Erfindung wird in einem der folgenden Abschnitte detailliert beschrieben.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung kann bei einem Ermittlungssystem vorgesehen sein, dass die Erfassungsvorrichtung, die Bestrahlungsvorrichtung, die Rechnereinheit und/oder die Regelungsvorrichtung jeweils wenigstens eine Datenkommunikationsvorrichtung aufweisen, wobei die wenigstens zwei Datenkommunikationsvorrichtungen zur Datenkommunikation miteinander ausgestaltet sind. Eine Datenkommunikationsvorrichtung ermöglicht den zuvor genannten Vorrichtungen jeweils eine Datenkommunikation mit den anderen Datenkommunikationsvorrichtungen der weiteren Vorrichtungen. Eine Datenkommunikation kann im Rahmen der Erfindung kabelgebunden oder kabellos ausgestaltet sein. Die einzelnen Vorrichtungen des Ermittlungssystems können gemeinsam in einem Gehäuse angeordnet sein oder teilweise oder vollständig voneinander separat ausgestaltet sein.
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Eine Datenkommunikation zwischen den Vorrichtungen des Ermittlungssystems ermöglicht vorteilhaft für das erfindungsgemäße Verfahren den Austausch von Daten zwischen den Vorrichtungen und verringert somit die notwendige Arbeit eines Anwenders des Ermittlungssystems, wodurch wiederum vorteilhaft Zeit, Aufwand und Kosten reduziert werden können.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung kann bei einem Ermittlungssystem vorgesehen sein, dass die Erfassungsvorrichtung als eine mobile Erfassungsvorrichtung ausgestaltet ist, insbesondere wobei die mobile Erfassungsvorrichtung zumindest teilweise als ein Handgerät ausgestaltet ist. Als eine mobile Erfassungsvorrichtung und/oder eine Erfassungsvorrichtung als ein Handgerät ist im Rahmen der Erfindung eine von einem Anwender tragbare oder zumindest rollbare und/oder anderweitig vorteilhaft bewegliche Erfassungsvorrichtung. Eine derart ausgestaltete Erfassungsvorrichtung stellt eine vorteilhafte Weiterentwicklung des Ermittlungssystems dar, da die Anwendung der Erfassungsvorrichtung einfacher, flexibler und mobiler für einen Anwender ermöglicht wird. Insbesondere in Verbindung mit einer zuvor beschriebenen kabellosen Datenkommunikation der Erfassungsvorrichtung mit den weiteren Vorrichtungen des Ermittlungssystems stellt die beschriebene Weiterentwicklung einer mobilen Erfassungsvorrichtung eine vorteilhafte Ausgestaltung für den Anwender dar und erleichtert sowie beschleunigt dem Anwender die Nutzung des Ermittlungssystems.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung kann bei einem Ermittlungssystem vorgesehen sein, dass das Ermittlungssystem eine Ausgabevorrichtung zur Ausgabe, insbesondere zur visuellen Ausgabe, des wenigstens einen ermittelten Qualitätsparameters, insbesondere des bestimmten Bedeckungsgrads und/oder der ermittelten Almen-Intensität, aufweist. Eine Ausgabevorrichtung kann in Form einer Anzeige, einer Leuchte, eines Displays, einer Skala, eines Farbfeldes, eines Zeigers und/oder in Form einer anderen Ausgabevorrichtung ausgestaltet sein. Die Ausgabevorrichtung kann ebenfalls eine Datenkommunikationsvorrichtung umfassen. Eine Ausgabevorrichtung ist eine besonders vorteilhafte Weiterentwicklung der Erfindung, da eine direkte Ausgabe, insbesondere eine visuelle Ausgabe, beispielsweise des ermittelten wenigstens einen Qualitätsparameters ermöglicht wird.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Hierbei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.
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In den Figuren zeigen jeweils schematisch:
- 1 eine perspektivische Ansicht einer Bestrahlungsvorrichtung zur Bearbeitung einer Oberfläche eines Bauteils,
- 2 eine Seitenansicht eines Ermittlungssystems mit einer Bestrahlungsvorrichtung und einer Erfassungsvorrichtung,
- 3 eine Seitenansicht eines Ermittlungssystems und der Datenkommunikation der Vorrichtungen des Ermittlungssystems, und
- 4 ein Diagramm der Verfahrensschritte des Ermittlungsverfahrens.
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In 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Bestrahlungsvorrichtung 10 zur Bearbeitung einer Oberfläche 72 eines Bauteils 70 gezeigt. Die Bestrahlungsvorrichtung 10 bestrahlt mit einem Strahlgut 102, hier senkrecht, die Oberfläche 72 eines Bauteils 70, beispielsweise um die Druckeigenspannungen in dem Bauteil 70, insbesondere in der Oberfläche 72 des Bauteils 70, zu erhöhen. Bei einem derartigen Kugelstrahlverfahren wird für gewöhnlich die Almen-Intensität as (nicht gezeigt) und der Bedeckungsgrad BG (nicht gezeigt) als Zielgrößen vorgeben. Um die Qualitätsparameter QP (nicht gezeigt) des Strahls der Bestrahlungsvorrichtung 10 korrekt einzustellen und die Qualitätsparameter QP (nicht gezeigt) auch nachzuweisen, wird zunächst mehrfach ein Almen-Streifen, als ein genormtes Test-Bauteil, gestrahlt. Im Stand der Technik wird die Durchbiegung der Streifen vermessen und in einem Diagramm über die entsprechende Strahlzeit dargestellt. Aus dem Kurvenverlauf kann die Almen-Intensität as (nicht gezeigt) bestimmt werden. Wenn sich die Almen-Intensität as (nicht gezeigt) nicht in dem vorgegebenen Toleranzbereich befindet, muss der Prozess mit angepassten Qualitätsparametern QP (nicht gezeigt) wiederholt werden, bis die Almen-Intensität as (nicht gezeigt) im geforderten Bereich liegt. Dieser Prozess kann sehr zeit- sowie kostenaufwändig sein und erfordert Personal- und Anlagenkapazitäten. Nachteilig ist den bekannten Verfahren gemein, dass die Verfahren sehr zeitaufwändig bezüglich der Intensitätsbestimmung sind, dass die Erfassung der Messgrößen, insbesondere der Bedeckung BG (nicht gezeigt), zumeist manuell und damit fehleranfällig und subjektiv erfasst werden. Somit ermöglichen die bisher genutzten Messmethoden keine zufrieden stellenden Ergebnisse für die Ermittlung von Qualitätsparameter QP (nicht gezeigt) und/oder die Bestimmung einer Bedeckung BG (nicht gezeigt).
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In 2 ist eine Seitenansicht eines Ermittlungssystems 100 mit einer Bestrahlungsvorrichtung 10 und einer Erfassungsvorrichtung 40. Die Bestrahlungsvorrichtung 10 und die Erfassungsvorrichtung 40 weisen jeweils eine Datenkommunikationsvorrichtung 12, 42 auf. Die Erfassungsvorrichtung 40 weist ferner eine Sensorvorrichtung 44 zur optischen Erfassung 202 der wenigstens einen Einschlagsgeometrie 76 auf. Eine optische Sensorvorrichtung 44 zur Ermöglichung einer optischen Erfassungsmethode der wenigstens einen Einschlagsgeometrie 76, insbesondere mittels einem Interferometrieverfahren, besonders bevorzugt mittels Weißlichtinterferometrie, stellt eine vorteilhafte Weiterentwicklung der Erfindung dar, da die besagte optische Sensorvorrichtung 44 eine exakte und schnelle Erfassung der wenigstens einen Einschlagsgeometrie 76 mit geringer oder sogar ausgeschlossener Fehleranfälligkeit ermöglicht. Die Erfassungsvorrichtung 40 ist insbesondere zur Erfassung 202 von der wenigstens einen Einschlagsgeometrie 76 in einem Teilbereich 74 der Oberfläche 72 des Bauteils 70 ausgestaltet. Die wenigstes eine Einschlagsgeometrie 76 ist durch den Einschlag eines Strahlguts 102, hier durch eine Kugel dargestellt, erzeugt worden. Aus der wenigstens einen erfassten Einschlagsgeometrie 76 ermittelt 204 (nicht gezeigt) das erfindungsgemäße Ermittlungsverfahren 200 den wenigstens einen Qualitätsparameter QP (nicht gezeigt), hier die Almen-Intensität. Ferner umfasst das erfindungsgemäße Ermittlungsverfahren 200 hier die Bestimmung 206 (nicht gezeigt) eines Bedeckungsgrads BG (nicht gezeigt) aus der wenigstens einen erfassten Einschlagsgeometrie 76, wobei der Bedeckungsgrad BG (nicht gezeigt) ein Flächenverhältnis zwischen der Oberfläche 72 mit wenigstens einer Einschlagsgeometrie 76 und der Oberfläche 72 ohne eine Einschlagsgeometrie 76 ist.
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In 3 ist eine Seitenansicht eines Ermittlungssystems 100 und der Datenkommunikationsvorrichtungen 12, 42, 52, 62 der Vorrichtungen 10, 40, 50, 60 des Ermittlungssystems 100 gezeigt. Die Erfassungsvorrichtung 40 erfasst 202 (nicht gezeigt) zunächst die wenigstens eine Einschlagsgeometrie 76 und übermittelt diese beispielhaft über die Datenkommunikationsvorrichtung 42 der Erfassungsvorrichtung 40 an die Datenkommunikationsvorrichtung 52 der Rechnereinheit 50. Die Rechnereinheit 50 ermittelt 204 (nicht gezeigt) aus der wenigstens einen Einschlagsgeometrie 76 den wenigstens einen Qualitätsparameter QP, hier beispielhaft die Almen-Intensität as. Aus der ermittelten Almen-Intensität kann das Ermittlungssystem 100, insbesondere die Rechnereinheit 50, den Massendurchsatz ms des Strahls und den Strahldruck ps des Strahls ermitteln. Ferner bestimmt die Rechnereinheit 50 aus der wenigstens einen Einschlagsgeometrie 76 den Bedeckungsgrad BG. Die Qualitätsparameter QP, as, ms, ps und der Bedeckungsgrad BG werden an die Erfassungseinheit 40 übermittelt, um von der Ausgabevorrichtung 80 für einen Anwender ausgegeben zu werden. Eine Anpassung der Qualitätsparameter Δ(QP, as, ms, ps) wird beispielsweise aus einem Vergleich der ermittelten Qualitätsparameter QP und einer Zielvorgabe für die Qualitätsparameter QP durch die Rechnereinheit 50 ermittelt und an die Datenkommunikationsvorrichtung 62 der Regelungsvorrichtung 60 des Ermittlungssystems 100 gesendet. Vorteilhaft regelt 208 (nicht gezeigt) die Regelungsvorrichtung 60 auf diese Weise die Qualitätsparameter QP der Bestrahlungsvorrichtung 10, sodass die besagten Zielvorgaben für die Qualitätsparameter QP erreicht werden.
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In 4 ist ein Diagramm der Verfahrensschritte des Ermittlungsverfahrens 200 gezeigt. Die Verfahrensschritte 202 - 214 können grundsätzlich nacheinander, zeitlich parallel, einzeln, zusammen, einfach, mehrfach und/oder wiederholt ausgeführt werden. Das Ermittlungssystem 100, hier die Erfassungsvorrichtung 40, führt die Erfassung 202 von der wenigstens einen Einschlagsgeometrie 76 aus. Das Ermittlungssystem 100, hier die Erfassungsvorrichtung 40, führt die Ermittlung 204 von dem wenigstens einen Qualitätsparameter QP aus, insbesondere führt hier die Rechnereinheit 50 als Bestandteil der Erfassungsvorrichtung 40 die Berechnung 210 von dem wenigstens einen Qualitätsparameter QP aus. Ferner führt die Erfassungsvorrichtung 40 und/oder die Rechnereinheit 50 die Bestimmung 206 eines Bedeckungsgrads BG aus. Die Ausgabeeinheit 80, die hier Bestandteil der Erfassungsvorrichtung 40 ist, führt die Ausgabe 214 des wenigstens einen ermittelten Qualitätsparameters QP und/oder des bestimmten Bedeckungsgrads BG aus. Ferner führt die Erfassungsvorrichtung 40 die Erfassung 212 wenigstens einer Oberflächengüte-Größe OG aus. Die Regelungsvorrichtung 60 führt die Regelung 208 der Qualitätsparameter QP der Bestrahlungsvorrichtung 10, insbesondere auf Basis der Ermittlung 204 und/oder aus Basis der Berechnung 210 von dem wenigstens einen Qualitätsparameter QP aus.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Bestrahlungsvorrichtung
- 12
- Datenkommunikationsvorrichtung der Bestrahlungsvorrichtung
- 40
- Erfassungsvorrichtung
- 42
- Datenkommunikationsvorrichtung der Erfassungsvorrichtung
- 44
- Sensorvorrichtung
- 50
- Rechnereinheit
- 52
- Datenkommunikationsvorrichtung der Rechnereinheit
- 60
- Regelungsvorrichtung
- 62
- Datenkommunikationsvorrichtung der Regelungsvorrichtung
- 70
- Bauteil
- 72
- Oberfläche des Bauteils
- 74
- Teilabschnitt der Oberfläche des Bauteils
- 76
- Einschlagsgeometrie
- 80
- Ausgabevorrichtung
- 100
- Ermittlungssystem
- 102
- Strahlgut
- 200
- Ermittlungsverfahren
- 202
- Erfassung von der wenigstens einen Einschlagsgeometrie
- 204
- Ermittlung von dem wenigstens einen Qualitätsparameter
- 206
- Bestimmung des Bedeckungsgrads
- 208
- Regelung von dem wenigstens einen Qualitätsparameter
- 210
- Berechnung von dem wenigstens einen Qualitätsparameter
- 212
- Erfassung wenigstens einer Oberflächengüte-Größe
- 214
- Ausgabe des wenigstens einen ermittelten Qualitätsparameters
- BG
- Bedeckungsgrad
- OG
- Oberflächengüte-Größe
- QP
- Qualitätsparameter
- as
- Almen-Intensität
- ms
- Massendurchsatz des Strahls
- ps
- Strahldruck des Strahls
