-
Die Erfindung bezieht sich auf ein
Verfahren zur Ultraschallprüfung
von Punktschweißverbindungen
zwischen Blechen, bei welchem Verfahren ein Ultraschallprüfkopf an
die zu prüfende
Punktschweißverbindung
angekoppelt wird, mindestens ein Ultraschallimpuls in die zu prüfende Punktschweißverbindung
eingeschallt wird, wo der Impuls unter Abschwächung mehrfach zwischen einer
Vorderfläche
und einer Rückfläche der
Punktschweißverbindung
hin- und herläuft
und mit dem Ultraschallprüfkopf
als Echosignale Anteile des Impulses empfangen werden, die mindestens
einmal an der Rückfläche reflektiert
wurden, die so empfangenen Echosignale in einem Verstärker verstärkt, vorzugsweise linear
verstärkt
und anschließend
in einer Auswerteeinheit ausgewertet werden, wobei die Auswerteeinheit
nur solche Signale berücksichtigt,
die mindestens eine Auswerteschwelle erreichen, sowie auf eine entsprechende
Vorrichtung zur Durchführung dieses
Verfahrens, bei der ein Ultraschallprüfkopf vorgesehen ist, dem eine
Sendeempfangseinheit mit einem linearen Verstärker und einer Auswerteeinheit zugeordnet
sind, dass die Auswerteeinheit eine Auswerteschwelle aufweist.
-
Verfahren und Vorrichtungen zur Ultraschallprüfung vom
Punktschweißverbindungen
sind allgemein bekannt, nur beispielhaft verwiesen wird auf
US 4,208,917 ;
US 4,265,199 und
US 5,537,875 .
-
Ein Problem bei der Prüfung von
Punktschweißverbindungen
stellen die sogenannten Kleber da. Eine korrekte Punktschweißverbindung
hat eine ausreichend große,
etwa linsenförmige Schweißlinse im
Verbindungsbereich benachbarter Bleche. Wenn man die verbundenen
Bleche auseinanderreißt,
beispielsweise mit einem Meißel
trennt, bleibt an einem Blech ein Überstand stehen, der auch als
Butzen oder Knopf bezeichnet wird. Ist dieser ausreichend groß, belegt
dies, dass die geprüfte Punktschweißverbindung
in Ordnung war.
-
Die Schweißlinse einer ordnungsgemäßen Punktschweißverbindung
stellt ein eigenständiges, nachweisbares
Gebilde dar, das zumeist ein anderes Gefüge aufweist als die ungestörten Bleche.
In jedem Fall erhält
man im Bereich der Schweißlinse
bei der Ultraschallprüfung
das Signal aus der Gesamtdicke, während man räumlich neben der Punktschweißverbindung
die Signale aus der Dicke des oberen oder obersten Blechs und meist
auch darunter befindlicher Bleche erhält.
-
Bei einem Kleber sind die Bleche
nun so miteinander verbunden, dass für den Ultraschall eine ausreichende
Kopplung zwischen den Blechen besteht. Eine ausreichende Kopplung
könnte
man beispielsweise erreichen, wenn man zwischen zwei Blechen einen Ölfilm vorsieht.
Kleber führen
nicht zu mechanisch ausreichend festen Punktschweißverbindungen.
Sie sollen bei der Prüfung
als solche erkannt und ausselektiert werden.
-
Kleber waren immer schon ein Problem
bei der Blechverbindung durch Punktschweißung, sie werden zunehmend
ein größeres Problem
bei verzinkten Stahlblechen, insbesondere feuerverzinkten Karosserieblechen
aus Stahl. Bei diesen kann durch den Schweißstrom der Fall auftreten,
dass keine Schweißlinse
ausgebildet wird, aber die Zinkschichten so weit erhitzt werden,
dass ein Löten
stattfindet, also eine sogenannte Haftlötung auftritt. Sie bildet eine
Brücke
für den
Ultraschall.
-
Hier setzt nun die Erfindung ein.
Sie hat es sich zur Aufgabe gemacht, die bekannten Verfahren und
entsprechenden Vorrichtungen zur Ultraschallprüfung von Punktschweißverbindungen
so weiterzuentwickeln, dass die Prüfung mit vernünftiger
Sicherheit unterscheiden kann zwischen einerseits Klebern, insbesondere
Klebern zwischen verzinkten Karosserieblechen, und andererseits
ordnungsgemäßen Punktschweißverbindungen
mit Ausbildung einer ausreichenden Schweißlinse.
-
Verfahrensmäßig wird diese Aufgabe ausgehend
von den eingangs genannten Merkmalen dadurch gelöst, dass die Echosignale unterteilt
werden in eine Gruppe höherer
Ordnung und eine Gruppe tieferer Ordnung, dass die Echosignale niedriger Ordnung
mindestens die ersten zwei Echosignale, vorzugsweise die ersten
drei oder vier Echosignale einschließen, dass zu den Echosignalen
höherer Ordnung
mindestens das fünfte,
sechste, siebte oder achte Echosignal, und dass die Echosignale
höherer Ordnung
in dem Verstärker
mit einem höheren
Verstärkungsfaktor
verstärkt
werden und/oder mit einer niedrigeren Auswerteschwelle bewertet
werden als die Echosignale niedriger Ordnung.
-
Vorrichtungsmäßig wird diese Aufgabe ausgehend
von den eingangs genannten Vorrichtungsmerkmalen dadurch gelöst, dass
zeitabhängig
der Verstärker
zunächst
auf eine normale Verstärkung und
anschliessend auf eine höhere
Verstärkung und/oder
die Auswerteschwelle der Auswerteeinheit zunächst auf einen höheren Wert
und anschliessend auf einen niedrigeren Wert einstellbar sind.
-
Die Erfindung macht sich die Erkenntnis
zu nutze, dass der mehrfach zwischen Vorderfläche und Rückfläche hin- und herlaufende, sich
dabei ab schwächende
Impuls stärker
geschwächt
wird, wenn er durch eine ordnungsgemäße Schweißlinse hindurchläuft und
weniger geschwächt
wird, wenn er durch eine Klebstelle hindurchläuft. Anders ausgedrückt weisen
Kleber eine weniger stark abfallende Echofolge als ordnungsgemäße Punktschweißverbindungen
auf.
-
Es hat sich überraschend gezeigt, dass es ausreicht,
mindestens ein Echosignal aus dem Bereich des fünften bis achten Echosignals
und gegebenenfalls weitere Echosignale oberhalb des fünften Echosignals
anzuschauen, um unterscheiden zu können, ob eine Echofolge ausreichend
rasch abklingt oder nicht. Nun sind aber bei der herkömmlichen
Ultraschallprüfung
diese Echosignale höherer Ordnung
auf dem Bildschirm fast nicht zu erkennen und werden im allgemeinen
von der Auswerteschwelle zurückgewiesen.
Sie befinden sich mehr oder weniger in der Basislinie, also in Nähe der Zeitachse
der Bildschirmdarstellung.
-
Der besondere Vorzug der Erfindung
liegt nun darin, erkannt zuhaben, dass eine bevorzugte Auswertung
relativ hoher Echosignale, z.B. eine höhere Verstärkung dieser Echosignale und/oder
eine tiefer gelegte Auswerteschwelle eine so ausreichende Information
liefert, dass mit gut vertretbarer Sicherheit zwischen einem Kleber
und einer ordnungsgemäßen Punktschweißung unterschieden
werden kann. Erreichen nämlich
trotz bevorzugter Auswertung z.B. trotz höherer Auswerteschwelle und/oder zusätzlicher
Verstärkung
die Echosignale höherer Ordnung
nicht die Auswerteschwelle, liegt eine ordnungsgemäße Punktschweißverbindung
vor. Die zusätzliche,
größere Verstärkung und/oder
die Absenkung der Auswerteschwelle für die Signale höherer Ordnung
wird dabei nur so hoch getrieben, wie es das Rauschen zulässt. Es
darf nicht der Fall auftreten, dass das Rauschsignal selber die
Auswerteschwelle erreicht.
-
Es hat sich gezeigt, dass durch entsprechende
zusätzliche
Verstärkung und/oder
Absenkung der Auswerteschwelle bei den Signalen höherer Ordnung
zwischen ordnungsgemäßen Punktschweißverbindungen
und Klebern unterschieden werden kann.
-
Die normale Auswerteschwelle wird
nach dem Stand der Technik bei etwa 10 % der maximalen Amplitude
gesetzt. Sie kann auch darüber
oder darunter liegen, typische Bereiche sind 3 bis 20 % und insbesondere
5 bis 15 %, jeweils bezogen auf eine normale Verstärkung, wie
sie für
die Signale niedriger Ordnung gewählt wird, nämlich eine Amplitude eines Echosignals
niedrigerer Ordnung im Bereich 80 bis 100 % des Bildschirms. Zumeist
gilt dies für
das erste Echosignal.
-
Es liegt auch ein Eintrittecho vor,
das unmittelbar durch Reflektion des eingeschallten Impulses an
der Vorderfläche
erreicht wird, dieses Eintrittsechosignal hat einen deutlich höheren Wert
als das erste Echosignal und wird somit nicht vollständig auf
dem Bildschirm abgebildet, vielmehr am oberen Bildschirmrand abgeschnitten.
-
In einer ersten Alternative wird
die Auswerteschwelle konstant gehalten, es wird also dieselbe Auswerteschwelle
für alle
Echosignale benutzt. Es wird lediglich die Verstärkung geändert. Vorzugsweise werden
die Echosignale hintereinander auf dem Bildschirm mit der unterschiedlichen
Verstärkung dargestellt,
mit der sie auch verstärkt
werden. Es werden also die Echosignale niedriger Ordnung, die mit
der normalen Verstärkung
verstärkt
werden, wie üblich
dargestellt. Wenn der Zeitpunkt erreicht ist, an dem die Echosignale
höherer
Ordnung eintreffen, ist die Verstärkung auf den höheren Wert
eingestellt und werden die nachfolgenden Signale und damit auch die
Echosignale höherer
Ordnung mit der höheren Verstärkung verstärkt und
entsprechend dargestellt. Dabei ist es vorteilhaft, auf dem Bildschirm
den Bereich, auf dem die Verstärkung
höherer
ist, besonders zu kennzeichnen, beispielsweise durch einen parallel
zur Zeitachse verlaufenden Balken.
-
Bei der höheren Verstärkung wird auch das Rauschen
deutlich größer. Während das
Rauschsignal im Bereich normaler Verstärkung einen sehr deutlichen
Abstand von der Auswerteschwelle hat, ist dies für den Bildschirmteil, in dem
die Signale höherer
Ordnung auftreten nicht mehr gegeben. Das Rauschsignal kann auch
in die Nähe
der Auswerteschwelle kommen, es kann beispielsweise maximal bei
50 % der Auswerteschwelle liegen.
-
In einer anderen Alternative wird
die Verstärkung
für alle
Echosignale konstant gehalten, es wird aber die Auswerteschwelle
geändert.
Für die
Echosignale niedriger Ordnung gilt die normale Auswerteschwelle,
wie sie auch nach dem Stand der Technik gewählt wurde. Wenn der Zeitpunkt
erreicht ist, an dem die Echosignale höherer Ordnung eintreffen, wird
die Auswerteschwelle abgesenkt und werden die nachfolgenden Signale
und damit auch insbesondere die Echosignale höherer Ordnung mit der tieferen
Auswerteschwelle bewertet. Auch hierbei ist es vorteilhaft, auf
dem Bildschirm den Bereich, für
den die niedrigere Auswerteschwelle gilt besonders zu kennzeichnen.
Aufgrund der abgesenkten Auswerteschwelle ist auch für diese
Alternative der Abstand der Auswertestelle zum Rauschsignal geringer.
Es muss darauf geachtet werden, dass das Rauschsignal nicht die
Auswerteschwelle erreichen kann.
-
Es sind auch Mischformen zwischen
höherer Verstärkung und
zugleich abgesenkter Auswerteschwelle für die Signal höherer Ordnung
möglich.
-
Die Gesamtblechdicken bei Punktschweissverbindungen
der hier in Rede stehenden Art liegen typischerweise zwischen einem
und fünf
mm. die Dicke einer ordnungsgemässen
Schweisslinse ist abhängig
von der Gesamtblechdicke. Sie liegt typischerweise im Bereich von
20 bis 80 % der Gesamtblechdicke. Nun ist die Schwächung, die
ein Ultraschallimpuls beim Durchlaufen von Materie erfährt, abhängig von
der Wegstrecke. Bei dünnem,
miteinander verbundenen Blechen ist die Schwächung des Ultraschallimpulses
bei einem Hin- und Herlauf deutlich geringer als bei höheren Gesamtblechdicken.
Bei kleineren Gesamtblechdicken sieht man höhere Echosignale, beispielsweise
bis hin zum zehnten Echosignal, auf dem Bildschirm. Bei dickeren
Gesamtblechdicken sind diese hohen Signale nicht mehr zu sehen,
sie werden zu stark geschwächt.
Die mit der Erfindung gegebene Anweisung lässt sich auch wie folgt formulieren:
Es ist auf diejenigen Echosignale der Gruppe höherer Ordnung zu achten, die a)
erkennbar sind, b) möglichst
hohen Klang haben und c) bei denen die durch das vielmalige Hin-
und Herlaufen erreichte Gesamtlaufstrecke so ausreichend gross ist,
dass zwischen der stärkeren
Schwächung
im Bereich der Schweisslinse und der geringeren Schwächung der
Ultraschallsignale im ungestörten
Blechmaterial ausreichend gut unterschieden werden kann. Dies bedeutet,
dass bei dünnen
Gesamtblechdicken beispielsweise das achte, neunte und zehnte Echosignal
beachtet werden, während bei
dicken Gesamtblechdicken eher auf das fünfte, sechste und siebte Signal
abgestellt wird, eventuell sogar auch auf das vierte.
-
Allgemein wird auf dem Bildschirm
die Zeitachse so eingestellt, dass auch das zehnte Echosignal grundsätzlich empfangen
werden kann. Es wird nun zunächst
nach dem Stand der Technik gearbeitet, also alle Signale werden
hinsichtlich Verstärkung und
Auswerteschwelle gleich behandelt. Es wird darauf geachtet, welche
Signale unterhalb der Auswerteschwelle sind. Die ersten Signale,
die unterhalb der Auswerteschwelle sind, werden für die Auswertung beachtet.
Bei geringen Gesamtblechdicken sind dies Signale um das achte oder
neunte Echosignal, bei grösseren
Gesamtblechdicken beispielsweise Signale um das fünfte, sechste
oder siebte Echosignal. Es wird nun untersucht, ob die Schwächung dieser,
normalerweise nicht ausgewerteter Echosignale so ausreichend gross
ist, dass auf Durchlauf des Echosignals durch eine ordnungsgemässe Schweisslinse
geschlossen werden kann oder eben nicht.
-
In einer vorzugsweisen Weiterbildung
wird mit ansteigenden Zeitwerten und für die Signale höherer Ordnung
entweder die Verstärkung
zunehmend erhöht
und/oder die Auswerteschwelle zunehmend erniedrigt. Dies kann beispielsweise
mit einer linearen zeitlichen Abhängigkeit erfolgen. Auf diese Weise
können
auch Echosignale relativ hoher Ordnung, beispielsweise ein achtes
Echosignal, noch in die Auswertung eingezogen werden.
-
Weitere Vorteile und Merkmale der
Erfindung ergeben sich aus den übrigen
Ansprüchen
sowie der nun folgenden Beschreibung von nicht einschränken zugverstehenden
Anführungsbeispielen,
die in Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert werden. In dieser Zeichnung
zeigen
-
1 Eine
schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Prüfung einer
Punktschweißverbindung
zwischen zwei Blechen,
-
2 eine
Darstellung der Echosignale einer Punktschweißverbindung in Form eines sogenannten
A-Bildes auf einem Bildschirm für
den Fall konstanter Verstärkung
und konstant gehaltener Auswerteschwelle,
-
3 eine
Darstellung wie 2, jedoch nunmehr
mit erhöhter
Verstärkung
im hinteren Bildschirmdrittel und beibehaltener Auswerteschwelle,
-
4 einen
Ausschnitt im vergrösserten Maßstrab aus
einer Darstellung wie 2,
jedoch nunmehr mit abgesenkter Auswerteschwelle im hinteren Bildschirmdrittel,
die Verstärkung
ist konstant,
-
5 eine
Darstellung ähnlich 2, jedoch nun für eine ordnungsgemäße Punktschweißverbindung.
-
1 zeigt
prinzipiell eine Anordnung zur Prüfung einer Punktschweissverbindung
zwischen einem ersten Blech 20 und einem zweiten Blech 22. Die
Punktschweissverbindung ist durch eine Schweisslinse 24 kenntlich
gemacht.
-
An die zu prüfende Punktschweissverbindung
ist ein Ultraschallprüfkopf 24 angekoppelt.
Er ist elektrisch mit einem Ultraschallsender EMIT 28 und einem
Ultraschallempfänger
REC 30 verbunden. Wird der Ultraschallsender 28 ausgelöst, der
Ultraschallprüfkopf 26 also
angesteuert, wird von diesem ein Ultraschallimpuls in die zu prüfende Punktschweissverbindung
eingeschaltet, siehe Pfeil 32. Die Ultraschallemission
hat im Bereich der Schweisslinse 24 etwa einen Durchmesser,
der dem Durchmesser einer ordnungsgemässen Schweisslinse entspricht,
z.B. 4 mm. Der Ultraschallimpuls läuft in bekannter Weise mehrfach
und unter Abschwächung zwischen
einer Vorderfläche
und einer Rückfläche der
miteinander verbundenen Bleche 20, 22 hin und her.
Als erstes Echosignal wird derjenige Anteil des Impulses bezeichnet,
der einmal an der Rückfläche 36 reflektiert
wurde und dann in den Ultraschallprüfkopf 26 eintritt.
Das zweite Echosignal ist entsprechend ein zweimaliger Hin- und
Herlauf durch die Gesamtblechdicke D. Die empfangenen Echosignale werden
vom Ultraschallempfänger 30,
der bereits eine Vorverstärkung
durchführt,
einer Verstärkerstufe zugeleitet.
Diese besteht im konkreten Ausführungsbeispiel
aus zwei hintereinander angeordneten linearen Verstärkern, nämlich dem
ersten Verstärker AMPL 38 und
dem zweiten Verstärker
AMPL 40. Dem ersten Verstärker 38 ist ein Schalter 42 parallelgeschaltet.
Wird er geschlossen, so ist der erste Verstärker 38 wirkungslos.
Ist der Schalter 42 geöffnet, werden
die Signale des Ultraschallempfängers 30 verstärkt, beispielsweise
um 6 dB.
-
Es ist auch möglich, den Verstärkungsfaktor der
Verstärkerstufe
elektronisch einzustellen, hierzu ist ein Eingang 44, siehe
Pfeil, vorgesehen, über
den eine Stellspannung zugeleitet werden kann.
-
Am Ausgang der Verstärkerstufe
ist eine Auswerteeinheit EVAL 46 angeordnet. Sie ist beispielsweise
als Komparator ausgeführt. Über eine einstellbare
Auswerteschwelle UA, deren Stellgrösse über einen Eingang 48 zugeführt wird,
erfolgt eine Bewertung der Signale. Nur solche Signale, die oberhalb
der Auswerteschwelle liegen, werden durchgelassen, die anderen werden
unterdrückt.
-
Der Auswerteeinheit 46 folgt
ein Analog-Digital-Wandler A/D 50, an ihn schliesst sich
eine Videostufe VIDEO 52 und dahinter ein Monitor MON 54 an. Gesteuert
wird mittels einer Steuereinheit CON 56, die mit der Videostufe 52 verbunden
ist und dadurch in Abhängigkeit
von der Bildschirmdarstellung Steuersignale geben kann. Über einen
Eingang 58 werden der Steuereinheit 56 Informationen
eingegeben, beispielsweise für
welchen Wert t auf der Zeitachse (waagerechte Achse) des Bildschirms
die Verstärkung
geändert
werden soll, also beispielsweise der Schalter 42 geschlossen
oder geöffnet
werden soll und/oder die Auswerteschwelle in der Auswerteeinheit 46 beeinflusst
werden soll. Es können
mehrere Zeitpositionen ausgewählt
werden, zu denen eine Änderung
der Verstärkung
und/oder der Auswerteschwelle vorgenommen wird, es können auch
beliebige Verläufe
eine Änderung
der Verstärkung und/oder
der Auswerteschwelle von einem ersten Wert, der zu einem Zeitpunkt
tS vorliegt, zu einem zweiten Wert, der zu einem Zeitpunkt tF.
-
2 zeigt
in typisches Monitorbild der Prüfung
einer Punktschweissverbindung nach dem Stand der Technik. Nach rechts
ist die Zeit t aufgetragen, die Bildschirmdarstellung wird so gewählt, dass möglichst
das erste bis zehnte, in 2 konkret
das erste bis achte Echosignal dargestellt werden können. Nach
oben ist die Signalspannung U der empfangenen Signale dargestellt.
In 2 ist auch der Spannungswert
UA der Auswerteschwelle eingezeichnet. Er ist über die gesamte Zeit, die auf
dem Bildschirm darge stellt ist, konstant.
-
Auf dem Bildschirm erkennt man zunächst ein
Eintrittsecho, das zum Zeitpunkt tE eintrifft. Im Anschluss hieran
erkennt man mehrere Echosignale, die zu den Zeitpunkte t1, t2 usw.
eintreffen. Die Verstärkung
des regelbaren Verstärkers
ist so eingestellt, dass die Signalspannung des ersten Echosignals – oder eines
grössten
Echosignals – oberhalb von
80 %, aber unterhalb von 100 % Bildschirmhöhe liegt. Dieser Zustand ist
in 2 gezeigt. Aus 2 ist der bekannte Abfall
der Amplituden der Echosignale erkennbar. Nur die ersten vier Echosignale
bleiben oberhalb der Auswerteschwelle UA, die darauffolgenden Echosignale
bleiben darunter und werden nicht in der Auswertung, die durch die
Auswerteeinheit 46 erfolgt, berücksichtigt.
-
Es zeigt sich nun, dass die Darstellung,
wie sie in 2 gezeigt
ist, sowohl bei ordnungsgemässen
Punktschweissverbindungen als auch bei Klebern, insbesondere Klebern
bei verzinkten Karosserieblechen, anzutreffen ist.
-
3 zeigt
wiederum ein A-Bild für
die in 2 geprüfte Punktschweissverbindung.
Im Gegensatz zur Prüfung,
die das Ergebnis gemäss 2 liefert, ist aber nun
im rechten Bildschirmbereich die Verstärkung grösser als im Bereich kleinerer
Zeiten, also für
den Bildschirmanfang. Durch einen Doppelpfeil 60 ist der
Zeitbereich kenntlich gemacht, für
den eine höhere
Verstärkung
gilt, also beispielsweise der Schalter 42 geöffnet ist.
Der Spannungswert für
die Auswerteschwelle UA ist ebenso wie in 2 für
die gesamte abgebildete Zeitdauer konstant.
-
Man erkennt, dass nun die Signale
auch des fünften,
sechsten und siebten Echosignals, die zu den Zeitpunkten t5, t6
und t7 eintreffen, die Auswerteschwelle überschreiten. Man erkennt auch
ein deutlich angestiegenes Rauschsignal. Es ist nun im Gegensatz
zu 2 möglich, auch
die Echosignale 5 bis 7 in die Auswertung einzubeziehen.
Anhand ihrer Amplitude kann entschieden werden, ob die Schwächung, die
der Ultraschallimpuls bei mehrfachem Hin- und Herlaufen durch die
Punktschweissverbindung erfährt,
so ausreichend hoch ist, dass auf eine ordnungsgemässe Schweisslinse
geschlossen werden kann, oder eben nicht ausreichend hoch ist, sodass
auf einen Kleber geschlossen werden kann. Im Ausführungsbeispiel
nach 3 liegt ein Kleber vor.
Für den
Fall, dass auch das fünfte
bis siebte Echosignal bei der hier untersuchten Punktschweissverbindung
die Auswerteschwelle übersteigt,
liegt nicht ausreichende Schwächung
vor. Dabei kann die Auswertung so eingestellt werden, dass schon
ein einziges Signal vom fünften
Echosignal aufwärts,
das die Auswerteschwelle UA übersteigt,
ein Ausgangssignal „fehlerhafte
Punktschweissverbindung" bewirkt.
-
Im Ausführungsbeispiel nach 3 gehören die ersten bis vierten
Echosignale zur Gruppe der Echosignale tieferer Ordnung, während die
Echosignale fünf
bis sieben zur Gruppe der Echosignale höherer Ordnung gehören. Durch
Vergleich beider Gruppen wird festgestellt, ob die Qualität der Punktschweissverbindung
ausreichend ist.
-
Wird im Gegensatz zu den bisher besprochenen
Ausführungsbeispielen
eine Punktschweissverbindung geprüft, die eine grössere oder
geringere Gesamtblechdicke D hat, müssen andere Gruppierungen gewählt werden.
Bei sehr grosser Gesamtblechdicke D, beispielsweise 5 mm, gehören beispielsweise
nur die beiden ersten Echosignale zur Gruppe höherer Ordnung, während bereits
das dritte oder vierte Echosignal zur Gruppe tieferer Ordnung gehören kann.
Bei einer sehr dünnen
Gesamtblechdicke von beispielsweise 1 mm kann es sein, dass erst
ab siebtem Echosignal, vielleicht auch erst achtem oder neuntem
Echosignal die Gruppe tieferer Ordnung beginnt.
-
Dabei ist auch das Blechmaterial
entscheidend. Es gibt Blechqualitäten, bei denen eine Schweisslinse
stark unterschiedlich zum ungestörten Blechmaterial
absorbiert, in diesem Falle ist eine Unterscheidung zwischen Klebern und
ordnungsgemässen
Schweisslinsen relativ gut durchführbar, es gibt aber auch Blechqualitäten, bei
denen sich die Schwächung
des Ultraschallimpulses innerhalb der Schweisslinse nur wenig unterscheidet
von der Schwächung
im normalen Blech. In diesem Fall ist die Qualitätsaussage schwieriger. Erfindungsgemäss werden
möglichst
lange Gesamtlaufstrecken betrachtet und ausgewertet, also möglichst
numerisch hohe Echosignale, weil bei diesen eine unterschiedliche
Schwächung
in der Schweisslinse bzw. im ungestörten Material besser zu erkennen
ist als bei Echosignalen tieferer Numerierung.
-
5 zeigt
das Beispiel einer ordnungsgemässen
Punktschweissverbindung für
Bleche entsprechend der bisher diskutierten Prüfung. 5 unterscheidet sich von 3 nur dadurch, dass trotz zusätzlicher
Verstärkung
im hinteren Bildschirmbereich die Echosignale fünf, sechs usw. nicht die Auswerteschwelle
UA erreichen. Diese Echosignale sind also nach mehrfachem Durchlauf
der Schweisslinse so stark geschwächt, dass trotz zusätzlicher
Verstärkung
die Auswerteschwelle nicht mehr erreicht wird. Es handelt sich somit
um einen ordnungsgemässen Schweisspunkt.
-
Anschliessend an die Ultraschallprüfung wurde
eine zerstörende
Prüfung
durchgeführt.
Dabei zeigte es sich, dass der bei der in den 2 und 3 untersuchten
Punktschweissverbindung ein Kleber vorlag, es konnte keine Schweisslinse
festgestellt werden. Dagegen wurde bei der Punktschweissverbindung
für 5 eine ordnungsgemässe Punktschweissverbindung
vorgefunden.
-
4 zeigt
eine Alternative zur Prüfung
gemäss 3. Es wird nun nicht die
Verstärkung
im hinteren Bildschirmdrittel angehoben, vielmehr wird die Auswerteschwelle
abgesenkt. 4 zeigt,
wie der Spannungswert der Auswerteschwelle UA zwischen dem vierten
Echosignal und dem fünften
Echosignal, also zwischen T4 und T5 nach unten abgesenkt wird, z.
B. um 6 dB. Er bleibt immer noch deutlich oberhalb des Rauschsignals. 4 zeigt das Ergebnis für dieselbe
Punktschweissverbindung wie 2 und 3. Durch Absenken der Auswerteschwelle UA
erreichen nun auch die Echosignale fünf bis sieben die Auswerteschwelle,
sodass sie in der Auswertung berücksichtigt
werden. Es liegt, wie bereits ausgeführt, ein Kleber vor. Würde die
Punktschweissverbindung gemäss 5 durch Absenken der Auswerteschwelle
geprüft,
so würden
die fünften
bis siebten Echosignale unterhalb der abgesenkten Auswerteschwelle
bleiben.
-
4 zeigt,
dass die Auswerteschwelle nicht abrupt, sondern innerhalb einer
gewissen Zeit und vorzugsweise nach einer entsprechenden Funktion UA(t)
abgesenkt wird. Dadurch vermeidet man einen Durchgriff auf das tatsächliche
Signal. Entsprechend wird auch die Verstärkung nicht abrupt, wie es
eigentlich der Schalter 42 bewirkt, verändert, vielmehr wird die Verstärkung innerhalb
einer gewissen Zeit verändert,
also als Funktion der Zeit.
-
Es ist durchaus möglich, mehrere Zeitpunkte auszuwählen, an
denen entweder die Verstärkung und/oder
die Auswerteschwelle verändert
wird. Weiterhin haben sich Verfahren zur Mittelung der Signalspannung über eine
Vielzahl von einzelnen gesendeten Ultraschallimpulsen, sogenannten „Schüssen", bewährt. Es
werden beispielsweise in schneller Folge, beispielsweise mit 100
KHz, eine Vielzahl von Schüssen
eingeschallt, beispielsweise 100 oder mehr. Die jeweils erhaltenen
elektrischen Signale, zu denen insbesondere auch die Echosignale
gehören, werden
Bemittelt. Dadurch wird der Spannungspegel des Rauschens erniedrigt.
Als Verfahren zur Mittelung eignen sich bekannte Verfahren nach
dem Stand der Technik, beispielsweise Lock-In, Boxcar.