DE10321389B4

DE10321389B4 - Verfahren und Vorrichtung zur akustischen Qualitätsprüfung an Kleinteilen

Info

Publication number: DE10321389B4
Application number: DE2003121389
Authority: DE
Inventors: Lars Dittmar; Michael Schulze
Original assignee: DS AUTOMATION GmbH
Current assignee: DS AUTOMATION GmbH
Priority date: 2003-05-12
Filing date: 2003-05-12
Publication date: 2011-02-24
Anticipated expiration: 2023-05-13
Also published as: DE10321389A1

Abstract

Verfahren zur akustischen Qualitätsprüfung von Kleinteilen unter Ausnutzung der sich bei Aufschlag des Prüflings auf eine harte Prallfläche ausbildenden Eigenschwingungen des Prüflings und Erfassung der Eigenschwingungen über den abgestrahlten Luftschall und Vergleich der daraus ermittelten Resonanzfrequenzen mit denen eines ”Gut-Musters” dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfung auf einer Sechskant-Welle, auf der drei um 120° gegeneinander versetzte Dorne oder Röhren mit Schallaustrittsöffnungen angebracht sind, und die ”Gut”/”Schlecht”-Sortierung der Prüflinge durch Verdrehen der Sechskant-Welle um jeweils 120° nach der entsprechenden Seite erfolgt.

Description

Die Akustische Qualitätsprüfung an Kleinteilen wird für die Normteil-Fertigung und die Qualitätssicherung in Montagelinien und Stanzautomaten angewendet.
Stand der Technik
Bei der Automaten-Fertigung von Kleinteilen 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, 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.
In DE 4207728 A1 wird ein Verfahren zur Qualitätsprüfung von Prüfobjekten vorgestellt, bei dem die zu untersuchenden Prüfobjekte durch eine externe, impulsförmige Anregung zur Emission von Schallwellen angeregt werden. Die emittierten Schallwellen werden in einem Schalldetektor registriert, und auf der Grundlage des registrierten Schalls erfolgt eine Einleitung der Prüfobjekte in mindestens zwei Qualitätsklassen. Wie die Weiterleitung der Prüfobjekte in die entsprechenden Qualitätsklassen erfolgt, wird nicht offenbart.
In US 20020139729 A1 wird ebenfalls eine akustische Einrichtung zum Sortieren von Objekten veröffentlicht, bei der die Objekte vereinzelt über eine Rutsche mit einer Rinne auf eine Platte geleitet werden und die dort erzeugten Schallwellen von einem Mikrofon aufgenommen und weiter ausgewertet werden. Die Sortierung erfolgt dann über Magneten. Diese Vorrichtung ist für nicht magnetisierbare Teile nicht geeignet.
Aufgabe der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, eine 100%-Prüfung (Maßhaltigkeit, Risse u. s. w.) von Kleinteilen mit sehr kurzer Taktzeit und zu geringen Kosten zu gestatten.
Lösung der Aufgabe
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Prüfung auf einer Sechskant-Welle, auf der drei um 120° gegeneinander versetzte Dorne oder Röhren mit Schallaustrittsöffnungen angebracht sind, und die ”Gut”/”Schlecht”-Sortierung der Prüflinge durch Verdrehen der Sechskant-Welle um jeweils 120° nach der entsprechenden Seite erfolgt.
Das Verfahren wird unter Ausnutzung der sich bei Aufschlag des Prüflings auf eine harte Prallfläche ausbildenden Eigenschwingungen des Prüflings und Erfassung der Eigenschwingungen über den abgestrahlten Luftschall und Vergleich der daraus ermittelten Resonanzfrequenzen mit denen eines ”Gut-Musters” durchgeführt.
Die Bewegungen des Prüflings können durch Pressluft oder Zwangsführungen unterstützt werden, um das Auf- und Abgleiten des Prüflings zu beschleunigen.
Die Vorrichtung zur akustischen Qualitätsprüfung von Kleinteilen besteht aus einer Zuführeinrichtung, einer Prallfläche und Mitteln zur Erfassung der Eigenschwingungen des Prüflings und ist dadurch gekennzeichnet, dass eine waagerecht angeordnete Sechskant-Welle (1), die drei um 120° versetzte Dorne (2) oder Röhren (8) trägt, von denen einer/eine nach oben steht, bei einer Bewertung des Prüflings mit ”Gut” oder ”Schlecht” durch einen geeigneten Antrieb (6) um jeweils 120° in die eine oder andere Richtung gedreht wird.
Beispiel
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).
Die Abbildungen hierzu zeigen
1 erfindungsgemäße Vorrichtung mit Dorne,
2 erfindungsgemäße Vorrichtung mit Röhren.
Zur Umsetzung dieses Prinzips wird in 1 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 2 geschoben. Dieser gleitet dann durch sein Eigengewicht am Dorn 2 nach unten und schlägt auf der Sechskant-Welle 1 auf. Der dabei abgestrahlte Luftschall wird vom Akustischen Sensor aufgenommen und bewertet. Wird der Prüfling mit ”Gut” bewertet, wird die Sechskant-Welle 1 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 2 befinden sich Behälter 7 für die Aufnahme der sortierten Teile. Der Prüfling 5 gleitet durch sein Eigengewicht vom Dorn 2 und fällt in den jeweiligen Behälter 7. Gleichzeitig steht der nächste Dorn 2 unter der Zuführung, so dass unmittelbar die nächste Prüfung durchgeführt werden kann. Um das Auf- und Abgleiten des Prüflings 5 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 2 durch Röhren 8 ersetzt, in die am aufgeweiteten wellenseitigen Ende Schallaustrittsöffnungen 9 eingebracht werden. (2) Mit Hilfe der Zuführung gleitet dann der Prüfling 5 in die Röhre 8 und schlägt am Röhrenboden auf. Der dabei erzeugte Luftschall gelangt dann durch die Schallaustrittsöffnungen 9 zum Akustischen Sensor 3.

Claims

Verfahren zur akustischen Qualitätsprüfung von Kleinteilen unter Ausnutzung der sich bei Aufschlag des Prüflings auf eine harte Prallfläche ausbildenden Eigenschwingungen des Prüflings und Erfassung der Eigenschwingungen über den abgestrahlten Luftschall und Vergleich der daraus ermittelten Resonanzfrequenzen mit denen eines ”Gut-Musters” dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfung auf einer Sechskant-Welle, auf der drei um 120° gegeneinander versetzte Dorne oder Röhren mit Schallaustrittsöffnungen angebracht sind, und die ”Gut”/”Schlecht”-Sortierung der Prüflinge durch Verdrehen der Sechskant-Welle um jeweils 120° nach der entsprechenden Seite erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungen des Prüflings durch Pressluft oder Zwangsführungen unterstützt werden.
Vorrichtung zur akustischen Qualitätsprüfung von Kleinteilen bestehend aus Zuführeinrichtung, Prallfläche und Mitteln zur Erfassung der Eigenschwingungen des Prüflings gekennzeichnet durch eine waagerecht angeordnete Sechskant-Welle (1), die drei um 120° versetzte Dorne (2) oder Röhren (8) trägt, von denen einer/eine nach oben steht, bei einer Bewertung des Prüflings (5) mit ”Gut” oder ”Schlecht” durch einen geeigneten Antrieb (6) um jeweils 120° in die eine oder andere Richtung gedreht wird.
Vorrichtung nach Anspruch 3 gekennzeichnet durch Einrichtungen, die das Auf- und Abgleiten des Prüflings (5) durch Pressluft oder Zwangsführungen unterstützen.