DE19842855C1 - Verfahren zum Herstellen eines Prüfmusters mit definierten Oberflächenfehlern - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Prüfmustern (1) mit definierten Oberflächenfehlern (4, 6) als Meßnormal für eine Rohrprüfung. Hierzu werden axiale Nuten (10, 11) in der Innenwand (5) und der Außenwand (7) stoßend bzw. ziehend auf einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine hergestellt. Die Geometrie der Nuten (10, 11) wird mit Hilfe eines Lichtschnittsensors optisch vermessen und dokumentiert. Das Prüfmuster (1) wird vorzugsweise aus zwei Prüfmusterteilen (2, 3) zusammengesetzt, die schrumpftechnisch verbunden werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Prüfmusters mit definierten Oberflächenfehlern.

Bei der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung von stabförmi­ gen metallischen Produkten, beispielsweise Rohren, zur Aussonderung solcher mit Oberflächenfehlern kommen Ultra­ schall- oder Wirbelschichtverfahren zur Anwendung. Hier­ bei handelt es sich um vergleichende Prüfverfahren, da es keine absoluten Meßgrößen für einen zulässigen Fehler gibt. Die Prüfanlagen müssen mittels eines Prüfmusters geeicht werden. Bei einem Prüfmuster handelt es sich um ein dem zu prüfenden Produkt abmessungsgleiches Teil mit vorgegebenen definierten Oberflächenfehlern.

Ein künstlicher Fehler wird an Prüfmustern in Form von in die Oberfläche eingebrachten Nuten erzeugt. Diese können in axialer Richtung des Prüfmusters als Längsfehler oder quer zur Längsrichtung als Querfehler hergestellt werden. Die Nuten weisen in der Regel eine Breite zwischen 0,1 mm bis 8,0 mm und eine Tiefe zwischen 0,1 mm bis 1,0 mm auf. Die Länge liegt zwischen 5,0 mm und 300 mm.

Für die Prüfung unterschiedlicher Produkte und jede Feh­ lerart ist ein gesondertes Prüfmuster erforderlich. Dementsprechend ist ein sehr hoher Bedarf an unterschied­ lichen Prüfmustern vorhanden, welche in Bezug auf den künstlichen Fehler mit hoher Präzision hergestellt sein müssen.

Bislang werden die auf dem Markt erhältlichen Prüfmuster handwerklich gefertigt. Die Vermessung der Prüfmuster er­ folgt durch eine optische Vermessung eines Querschliffes, wozu das Prüfmuster allerdings zerstört werden muss. Eine andere Möglichkeit besteht darin, einen Abdruck des Ober­ flächenfehlers mittels einer plastischen aushärtenden Masse zu nehmen und diesen anschließend zu vermessen.

Die auf diese Weise hergestellten Prüfmuster sind aufwen­ dig in der Fertigung und dementsprechend teuer. Insbeson­ dere das Vermessen der Prüfmuster ist sehr zeitaufwendig. Die Prüfmuster erfüllen aber auch häufig nicht die an sie gestellten Anforderungen. Letztendlich ist die Qualität vom jeweiligen Geschick des Werkzeugmachers abhängig, so dass eine gleichbleibende Qualität nicht gewährleistet ist.

Der Erfindung liegt daher ausgehend vom Stand der Technik die Aufgabe zugrunde, ein wirtschaftliches Verfahren zur Herstellung von Prüfmustern hoher Präzision und gleich­ bleibender Qualität zu schaffen.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung in einem Verfahren gemäß Anspruch 1.

Danach erfolgt die Herstellung eines Prüfmusters mit de­ finierten Oberflächenfehlern auf einer numerisch gesteu­ erten Werkzeugmaschine, wobei ein stabförmiger Metallkör­ per mit einer Nut als Oberflächenfehler versehen wird und die Geometrie dieser Nut mit Hilfe einer vollautomati­ schen opto-elektronischen Messeinrichtung in Form eines Lichtschnittsensors (Endoskop) vermessen und dokumentiert wird.

Die Herstellung der Prüfmuster auf einer numerisch ge­ steuerten Werkzeugmaschine gewährleistet in Kombination mit der optimalen Vermessung eine gleichbleibende Bear­ beitungsqualität bei kürzeren Fertigungszeiten und gerin­ gen Ausschuss- und Kontrollkosten. Vorteilhaft ist auch, dass eine zuverlässige und zeitnahe präzise Dokumentation der Geometrie eines Oberflächenfehlers möglich ist, wel­ che unmittelbar zur Anzeige oder Ausgabe gebracht werden kann.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich besonders gut für die Herstellung von rohrförmigen, also hohlzylindri­ schen Prüfmustern.

Es können Nuten in der Innenwand ebenso wie in der Außen­ wand als Meßnormal für eine Rohrprüfung stoßend oder zie­ hend auf einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine eingebracht werden. Hierzu wird ein Rohr im Futter der Werkzeugmaschine eingespannt und verdrehgesichert. Zur Nuteinbringung kommt ein Sonderwerkzeug zum Einsatz, des­ sen Form der einzubringenden Nut entspricht. Dieses wird in der Werkzeugspannvorrichtung aufgenommen und auf dem Werkzeugschlitten positioniert. Anschließend kann der Be­ arbeitungszyklus für die Nutherstellung gestartet werden.

Während der Fertigung kann die Nut optisch vermessen wer­ den. Hierdurch erfolgt eine Kontrolle, ob die Solltiefe erreicht ist. Ebenso ist es möglich, die Nut nach ihrer Herstellung optisch zu vermessen. Die Vermessung erfolgt mit Hilfe eines Lichtschnittsensors (Endoskop) mit inte­ grierter Beleuchtung, Mikroverstelleinheit und Optik. Der Lichtschnittsensor zeichnet ein zweidimensionales Bild der Nut auf und vermisst dieses automatisch unter Einsatz entsprechender Rechen- und Steuerwerke sowie Datenverar­ beitungsprogrammen. Die Meßergebnisse werden dann doku­ mentiert.

Eine Dokumentation kann durch Darstellung der Bildszene mit den ermittelten Maßen auf einem Kontrollmonitor er­ folgen. Weiterhin ist es möglich, die Meßergebnisse sowie das Kontrollbild in digitale Signale zu transformieren und an eine Datenverarbeitungsanlage zu übertragen, wo sie archiviert werden. Diese archivierten Daten können bedarfsgerecht über Ausgabegeräte wie Drucker oder Plotter ausgegeben werden.

Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung des erfindungs­ gemäßen Verfahrens ist in Anspruch 2 zu sehen. Danach wird ein hohlzylindrisches Prüfmuster, welches Oberflä­ chenfehler sowohl in der Innenwand als auch in der Außen­ wand haben kann, aus zwei Prüfmusterteilen zusammenge­ setzt, die schrumpftechnisch verbunden werden. Vorzugs­ weise erfolgt die schrumpftechnische Verbindung durch Stickstoffschrumpfen.

Rohrförmige Prüfmuster müssen aus technischen Gründen eine Mindestlänge von ca. 2 m haben, wobei der künstlich erzeugte Oberflächenfehler ca. in der Mitte des Prüfmu­ sters angeordnet ist. Durch den Aufbau des Prüfmusters aus zwei oder mehr Prüfmusterteilen kann insbesondere die Herstellung des Innenfehlers erleichtert werden. Nach der Bearbeitung der einzelnen Prüfmusterteile werden diese dann verbunden. Erfindungsgemäß erfolgt die Schrumpfver­ bindung durch Abkühlung mittels flüssigem Stickstoff. Diese Vorgehensweise ermöglicht die rationelle Herstel­ lung von Prüfmustern hoher Qualität, welche sich im Ge­ gensatz zu schweißtechnisch verbundenen Prüfmustern durch eine höhere Geradheit auszeichnen.

Gemäß den Maßnahmen des Anspruchs 3 werden die mittels des Lichtschnittsensors gewonnenen Bildinformationen in digitale Signale umgewandelt, hieraus ein zweidimensiona­ les Abbild rechnergestützt ermittelt und vermessen.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Vermessung der Oberflächenfehler bereits in der Werkzeugmaschine so­ wie die komplette Anzeige und Dokumentation der Meßergeb­ nisse.

Die Erfindung ist nachfolgend mit Bezug auf die Zeichnun­ gen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 im vertikalen Längsschnitt einen Ausschnitt aus einem zweiteiligen Prüfmuster und

Fig. 2 im vertikalen Querschnitt einen Ausschnitt aus einem Prüfmuster mit der Darstellung eines Innenfehlers.

Die Fig. 1 zeigt ein Prüfmuster 1, welches aus zwei Prüfmusterteilen 2, 3 zusammengesetzt wird. Hierzu werden die beiden Prüfmusterteile 2, 3 schrumpftechnisch verbun­ den. Das Prüfmuster 1 weist einen Oberflächenfehler 4 in der Innenwand 5 (Innenfehler) und einen Oberflächenfehler 6 in der Außenwand 7 (Außenfehler) auf. Ein solches Prüf­ muster 1 dient zur Eichung von zerstörungsfrei arbeiten­ den Werkstoffprüfanlagen.

Die beiden Prüfmusterteile 2, 3 werden aus Rohrabschnit­ ten 8, 9 hergestellt. Hierzu werden die Rohrabschnitte 8, 9 auf einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine bear­ beitet. Die Oberflächenfehler 4, 6 werden am Rohrab­ schnitt 8 als axiale Nuten 10, 11 in der Innenwand 5 bzw. der Außenwand 7 stoßend bzw. ziehend eingebracht, wobei ein Sonderwerkzeug zum Einsatz kommt, dessen Form der einzubringenden Nut 10 bzw. 11 entspricht. Für die Bear­ beitung wird der Rohrabschnitt 8 im Drehbankfutter der numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine eingespannt und verdrehgesichert. Anschließend wird der Bearbeitungszy­ klus gestartet und die Nuten 10, 11 hergestellt. Dabei wird die Nut 10 in der Innenwand 5 von Ende 12 ausgehend in axialer Richtung des Rohrabschnitts 8 erzeugt.

Die Nuteinbringung wird während der Fertigung zur Kon­ trolle, ob die Solltiefe erreicht ist, optisch überwacht und hierbei die Geometrie vermessen. Diese kann direkt dokumentiert werden. Ebenso erfolgt nach der Fertigung einer Nut 10, 11 eine optische Vermessung über die ge­ samte Länge auf der Drehbank mit Dokumentation.

Die optische Vermessung wird durch einen Lichtschnittsen­ sor (Endoskop) vorgenommen. Dieser kann in den Arbeits­ raum der Drehmaschine eingeschwenkt werden und so die Bildszene sowohl bei der Nutherstellung als auch an­ schließend aufnehmen. Die Bildszene mit den aufgezeichne­ ten Maßen wird auf einem Kontrollmonitor zur Anzeige ge­ bracht. Ferner können die Meßergebnisse und das Kontroll­ bild zu einer Datenverarbeitungsanlage übertragen und dort archiviert werden.

Der Rohrabschnitt 8 wird am Ende 12 mit einer Aufnahme 13 versehen. Am Ende 14 des Rohrabschnitts 9 wird ein gegengleicher Zapfen 15 abgedreht. Dieser weist gegenüber dem Durchmesser D₁ der Aufnahme 13 einen um 0,03 mm größeren Durchmesser D₂ auf.

Nach Fertigstellung der beiden Prüfmusterteile 2, 3 wer­ den diese durch eine Schrumpfverbindung zusammengefügt. Hierzu wird das Prüfmusterteil 3 mittels flüssigem Stick­ stoff abgekühlt und mit seinem Zapfen 13 in die Aufnahme 12 eingefügt. Nach einem Temperaturausgleich und der sich infolge der Erwärmung ergebenden Volumenzunahme stellt sich eine zuverlässige Verbindung der beiden Prüfmusterteile 2, 3 zum Prüfmuster 1 ein.

Einige beispielhafte Abmessungen des Prüfmusters 1 bzw. der Prüfmusterteile 2, 3 sind den Fig. 1 und 2 zu ent­ nehmen. Danach beträgt die Länge des Außenfehlers 6 80 mm. Auch der Innenfehler 4 ist 80 mm lang. Der Innen­ fehler 4 ist gegenüber dem Außenfehler 6 in Umfangsrich­ tung um 180° versetzt. Zwischen dem Außenfehler 6 und dem Innenfehler 4 besteht ein axialer Abstand von 50 mm. Die Breite B eines Oberflächenfehlers 4 oder 6 liegt üb­ licherweise zwischen 0,1 mm und 8 mm bei einer Tiefe T zwischen 0,1 mm bis 1,0 mm.

Bezugszeichenliste

1

Prüfmuster

2

Prüfmusterteil

3

Prüfmusterteil

4

Oberflächenfehler

5

Innenwand

6

Oberflächenfehler

7

Außenwand

8

Rohrabschnitt

9

Rohrabschnitt

10

Nut

11

Nut

12

Ende v.

8

13

Aufnahme

14

Ende v.

9

15

Zapfen

Claims (3)

1. Verfahren zur Herstellung eines Prüfmusters (1) mit definierten Oberflächenfehlern (4, 6) für die zerstö­ rungsfreie Werkstoffprüfung von stabförmigen metalli­ schen Werkstücken, insbesondere von Rohren, wobei ein stabförmiger Metallkörper auf einer numerisch gesteu­ erten Werkzeugmaschine mit einer Nut (10, 11) verse­ hen wird, deren Geometrie mit Hilfe eines Licht­ schnittsensors (Endoskop) optisch vermessen und doku­ mentiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein hohlzylindri­ sches Prüfmuster (1) mit Oberflächenfehlern (4, 6) in der Innenwand (5) und/oder in der Außenwand (7) aus zwei Prüfmusterteilen (2, 3) zusammengesetzt wird, die schrumpftechnisch verbunden werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mittels des Lichtschnittsensors gewonnenen Bildinformationen in digitale Signale umgewandelt und hieraus ein zweidi­ mensionales Abbild rechnergestützt ermittelt und ver­ messen wird.