DE10321389A1 - Akustische Qualitätsprüfung an Kleinteilen - Google Patents

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Abstract

Die akustische Qualitätsprüfung an Kleinteilen wird für die Normteil-Fertigung und die Qualitätssicherung in Montagelinien und Stanzautomaten angewendet. Bei sehr hohen Stückzahlen ist technologiebedingt ein geringer Prozentsatz mit Qualitätsmängeln behaftet. Diese fehlerhaften Teile können zu großen Qualitätsproblemen beim Endprodukt oder zur Blockierung der Fertigungslinie führen. DOLLAR A Aufgabe der Erfindung ist es, durch eine Qualitätsprüfung, die mit sehr kurzer Taktzeit und zu geringen Kosten durchgeführt wird, eine sehr hohe Sicherheit für Maßhaltigkeit, Feststellung von Rissen u. a. zu ermöglichen. DOLLAR A Erfindungsgemäß werden die beim Aufprall erzeugten Eigenresonanzen der Kleinteile in Echtzeit erfasst und mit zuvor ermittelten Resonanzfrequenzen eines "Gut-Musters" verglichen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht aus einer waagerecht angeordneten Sechskant-Welle, die drei um 120 DEG versetzte Dorne trägt. Der akustische Sensor wird auf Höhe der Welle angeordnet. Durch eine definierte Anregung des Prüflings und der daraus erfassten Eigenresonanz erfolgt eine "Gut"/"Schlecht"-Sortierung, indem die Sechskant-Welle um jeweils 120 DEG in eine Richtung (Uhrzeigersinn, gegen den Uhrzeigersinn) verdreht wird.

Description

  • Stand der Technik:
  • Bei der Automaten-Fertigung von o.g. Kleinteilen aus in sehr hohen Stückzahlen sind technologiebedingt bei einem geringen Prozentsatz der Produkte Qualitätsmängel unvermeidlich. Diese ergeben sich z.B. aus der schwankenden Qualität der verwendeten Halbzeuge (→ Risse, Einschlüsse, Lunker, Oberflächenfehler), Abnutzung der Werkzeuge (→ ungenügende Maßhaltigkeit, Gewindefehler, unsaubere Konturen) oder aus anderen herstellungsbedingten Problemen (verquetschte/verbogene Teile, Endstücken). Werden diese Kleinteile anschließend manuell weiterverarbeitet, sind können diese Qualitätsmängel in vielen Fällen toleriert werden, da die fehlerhaften Teile aussortiert werden können. Erfolgt jedoch eine Weiterverarbeitung z.B. durch eine automatische Fertigungslinie, so können diese fehlerhaften Teile zu großen Qualitätsproblemen beim Endprodukt oder zur Blockierung der Fertigungslinie führen.
  • An eine 100%-Qualitätsprüfung nach der Herstellung bzw. vor der Weiterverarbeitung müssen jedoch hohe Anforderungen gestellt werden, da die Taktzeit der Fertigungsautomaten extrem kurz ist und die Fertigungskosten pro Stück sehr gering sind. Eine Prüfung über bildgebende Verfahren scheidet daher in vielen Fällen aus. Einfachere Verfahren gestatten oft nur einen ungenügenden Prüfumfang bzw. eine unzureichende Prüfgenauigkeit.
  • Aufgabe der Erfindung:
  • Das beschriebene Verfahren soll eine 100%-Prüfung (Maßhaltigkeit, Risse u.s.w., wie oben aufgeführt) von o.g. Kleinteilen mit sehr kurzer Taktzeit und zu geringen Kosten gestatten.
  • Lösung der Aufgabe:
  • Die Erfindung macht sich die Tatsache zunutze, dass o.g. Kleinteile beim Aufschlagen auf eine harte Prallfläche zurückspringen und für einen kurzen Zeitraum gedämpfte Schwingungen ausführen (Eigenresonanzen). Diese Schwingungen werden als Luftschall abgestrahlt und können mit einem dafür geeigneten Mikrofon (hier: Ultraschallbereich) aufgenommen werden. Da die Eigenfrequenzen der Teile stark von den geometrischen Abmessungen des Prüflings sowie von dessen Materialeigenschaften (hier: Dichte, E-Modul) abhängen, lassen sich auch kleine Abweichungen in Form und Material durch Vergleich der erzeugten Resonanzfrequenzen mit den Resonanzfrequenzen eines "Gut"-Musters feststellen. Da dieser Frequenzvergleich mithilfe einer vergleichsweise einfachen Signalverarbeitungshardware (hier: Akustischer Sensor) in Echtzeit erfolgen kann, liegt das Ergebnis der Prüfung mit dem Abklingen der Eigenschwingungen des Prüflings vor (hier: nach ca. 10...50 ms). Zur Umsetzung dieses Prinzips wird eine Vorrichtung vorgeschlagen, die hauptsächlich aus einer waagerecht angeordneten Sechskant-Welle (1) besteht, die drei um 120° versetzte Dorne (2) trägt. Der Akustische Sensor (3) wird auf Höhe der Welle angeordnet. Über eine geeignete Zuführung (4) (z.B. Rüttler, Linearförderer) wird ein Prüfling (5) (hier: ringförmige Teile wie: Muttern, Scheiben, Buchsen o.ä.) auf den senkrecht nach oben stehenden Dorn geschoben. Dieser gleitet dann durch sein Eigengewicht am Dorn nach unten und schlägt auf der Sechskantwelle auf. Der dabei abgestrahlte Luftschall wird vom Akustischen Sensor aufgenommen und bewertet. Wird der Prüfling mit "Gut" bewertet, wird die Sechskant-Welle um 120° in eine Richtung (hier: in Uhrzeigersinn), bei "Schlecht"-Bewertung in die andere Richtung (hier: gegen den Uhrzeigersinn) durch einen geeigneten Antrieb (6) gedreht. An den jeweiligen Endpositionen des Dorns befinden sich Behälter (7) für die Aufnahme der sortierten Teile. Der Prüfling gleitet durch sein Eigengewicht vom Dorn und fällt in den jeweiligen Behälter. Gleichzeitig steht der nächste Dorn unter der Zuführung, so dass unmittelbar die nächste Prüfung durchgeführt werden kann. Um das Auf- und Abgleiten des Prüflings zu beschleunigen, können diese Bewegungen ggf. durch Pressluft oder Zwangsführungen unterstützt werden.
  • Sollen zylindrische Kleinteile geprüft werden (z.B. Stifte, Schrauben o.ä.), so werden die Dorne durch Röhren (8) ersetzt, in die am aufgeweiteten wellenseitigen Ende Schallaustrittsöffnungen (9) eingebracht werden. Mithilfe der Zuführung gleitet dann der Prüfling in die Röhre und schlägt am Röhrenboden auf. Der dabei erzeugte Luftschall gelangt dann durch die Schallaustrittsöffnungen zum Akustischen Sensor.

Claims (5)

  1. Akustische Qualitätsprüfung von Kleinteilen aus Metall oder Keramik unter Ausnutzung der sich bei Aufschlag des Prüflings auf eine harte Prallfläche ausbildenden Eigenschwingungen des Prüflings.
  2. Erfassung der Eigenschwingungen über den abgestrahlten Luftschall und Vergleich der daraus ermittelten Resonanzfrequenzen mit denen eines "Gut"-Musters
  3. Durchführung der Prüfung auf einer Sechskant-Welle, auf der drei um 120° gegeneinander versetzte Dorne bzw. Röhren mit Schallaustrittsöffnungen angebracht sind
  4. Definierte Anregung der Prüflinge durch Aufgleiten auf einen Dorn bzw. Eingleiten in eine Röhre, Fallen aus definierter Höhe und anschließendes hartes Aufschlagen auf eine Prallfläche
  5. "Gut"/"Schlecht"-Sortieren der Prüflinge durch Verdrehen der Sechskant-Welle um jeweils 120° nach einer Seite
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