DE202009014773U1 - Kopplungselement zur akustischen Ankopplung eines Körpers an einen Schallwandler, Vorrichtung zur Erfassung von Schall - Google Patents

Kopplungselement zur akustischen Ankopplung eines Körpers an einen Schallwandler, Vorrichtung zur Erfassung von Schall Download PDF

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Abstract

Kopplungselement (2) zur akustischen Ankopplung eines Körpers (1) an einen Schallwandler (3) zur Erfassung von Schall, der infolge einer Bearbeitung des Körpers (1) oder eines mit dem Körper (1) schallgekoppelten Elements entsteht, dadurch gekennzeichnet, dass das Kopplungselement (2) ein elektrisch isolierendes Kopplungsmaterial (7) aufweist.

Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung betrifft ein Kopplungselement zur akustischen Ankopplung eines Körpers an einen Schallwandler und eine Vorrichtung zur Erfassung von Schall nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. 7.
  • TECHNISCHER HINTERGRUND
  • Die Beobachtung und/oder Bewertung einer Schweißbearbeitung, insbesondere einer Laser- oder Elektroschweißbearbeitung, eines Werkstücks ist aufwändig und fehlerträchtig.
  • So werden beim Laserschweißen optische Systeme zur Überwachung eines Laserschweißvorgangs eingesetzt, die das von der Einwirkstelle reflektierte Licht messen und aus dem Spektrum bzw. der Intensität abzuleiten versuchen, wie der tatsächliche Laservorgang vom Material aufgenommen wird. Befriedigende Ergebnisse sind damit nicht zuverlässig erreichbar, da mehrere Materialien miteinander zu verbinden sind und der Vorgang des Durchschweißens, also die Feststellung, ob die Laserenergie auch die erforderliche Verschmelzung und thermische Durchdringung aller Bauteile bewirkt, durch an der Oberfläche reflektierte Laseremission nicht geprüft werden kann.
  • Zwar sind auf anderen Gebieten der Bearbeitung von Werkstücken Techniken zur Beobachtung und/oder Überwachung der Bearbeitung bekannt.
  • Beispielsweise ist eine Anordnung zur Signalgewinnung von Körperschallsignalen bei spanabhebenden Bearbeitungsprozessen von Werkstücken aus der DE 94 03 901 U1 bekannt. Die hochfrequenten Schallsignale werden demnach mit einem Kopplungselement von dem Werkstück auf den Schallwandler übertragen. Bei dem Kopplungselement handelt es sich um einen Tastarm, welcher mechanisch mit dem Werkstück kontaktiert wird. Gemäß der DE 94 03 901 U1 können auf diese Weise Schallsignale erfasst werden, welche bei der spanabhebenden Werkstückbearbeitung entstehen. Die Schallsignale können nach Auswertung für eine Bewertung der Bearbeitung herangezogen werden.
  • Allerdings ist das Prinzip, bei der Bearbeitung entstehenden Körperschall für eine Beobachtung und/oder Bewertung der Bearbeitung zugrunde zu legen, für die Schweißbearbeitung nicht bekannt.
  • Tatsächlich ist die Körperschallerfassung mit einem Tastarm gemäß der DE 94 03 901 U1 bei einer Werkstückbearbeitung, die einen Schweißprozess, insbesondere einen Elektroschweißprozess, umfasst, auch gar nicht möglich. Dies ist darauf zurückzuführen, dass bei dem Elektroschweißprozess hohe Ströme bzw. hohe Spannungen von dem Schweißgerät über das Werkstück und den Tastarm auf den Schallwandler übertragen werden. Somit werden die Körperschallsignale durch die elektrische Wechselwirkung, welche von dem Schweißgerät ausgelöst wird, gestört. Diese Störung ist darauf zurückzuführen, dass der Schallwandler, welcher in der Regel elektrisch betrieben wird, durch die elektrische Wechselwirkung beeinflusst wird. Eine geeignete Kalibration des Schallwandlers im Hinblick auf eine nachträgliche Beseitigung der Störungen gestaltet sich insofern als schwierig, als die Störungen unregelmäßig sind und lediglich während der Bearbeitung auftreten.
  • Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Kopplungselement zur akustischen Ankopplung eines Körpers an einen Schallwandler und eine Vorrichtung zur Erfassung von Schall nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. 7 zu schaffen, die eine zuverlässige schallbasierte Beobachtung und/oder Bewertung einer Schweißbearbeitung von Werkstücken ermöglichen.
  • DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Diese Aufgabe wird durch ein Kopplungselement zur akustischen Ankopplung eines Körpers an einen Schallwandler und eine Vorrichtung zur Erfassung von Schall gemäß Anspruch 1 bzw. 7 gelöst.
  • Demnach wird ein Kopplungselement zur akustischen Ankopplung eines Körpers an einen Schallwandler zur Erfassung von Schall, der infolge einer Bearbeitung des Körpers oder eines mit dem Körper schallgekoppelten Elements entsteht, geschaffen, bei dem das Kopplungselement ein elektrisch isolierendes Kopplungsmaterial aufweist.
  • Bei dem Körper oder Element kann es sich beispielsweise um ein Werkstück handeln. Dieses kann einer Schweißbearbeitung zugeführt werden. Insofern handelt es sich vorzugsweise um Metallteile, die elektrisch leitende Eigenschaften aufweisen. Die Schweißbearbeitung kann einen Laser- oder Elektroschweißprozess umfassen. Bei beiden Prozessen werden elektrische Felder erzeugt, die eine elektrische oder elektronische, d. h. die Elektronen betreffende, Wechselwirkung im Werkstück hervorrufen. Durch die erfindungsgemäße elektrische Entkopplung des Schallwandlers von dem Werkstück werden die elektrischen bzw. elektronischen Wechselwirkungen nicht auf den Schallwandler übertragen. Dies betrifft insbesondere die elektrischen Impulse, also Strom- oder Spannungsimpulse, die bei einem Elektroschweißgerät erzeugt und auf das Werkstück, also auf das Schweißgut, übertragen werden. Erfindungsgemäß wird somit der Schallwandler nicht durch den Schweißprozess gestört, so dass auch während des Schweißprozesses der Körperschall erfasst werden kann, der im Werkstück entsteht. Eine besondere Kalibration des Schallwandlers im Hinblick auf eine Körperschallerfassung vor oder nach der Schweißbehandlung ist nicht erforderlich. Die Schallerfassung kann dauerhaft störungsfrei erfolgen. Insbesondere aber können während des Schweißprozesses die Schallsignale, die von Rissen oder anderen Materialanomalien oder Schäden an dem Körper ausgehen, durch den Schallwandler erfasst werden. Es können auch Schweißfehler wie Löchereinbrand oder fehlender Schweißzusatzwerkstoff, insbesondere fehlender Schweißdraht, durch die Auswertung der durch das Kopplungselement übertragenen Schallsignale erfasst werden.
  • Das Kopplungselement und/oder das Kopplungsmaterial weisen dabei zweckmäßigerweise eine Länge auf, die den Schallwandler vom Körper derart beabstandet, dass eine elektromagnetische Induktion vom Körper in den Schallwandler infolge Bearbeitung mit Elektroschweißen im Wesentlichen unterbunden wird. Die Länge des Kopplungsmaterials und/oder des Kopplungselements ist also so zu wählen, dass die Dämpfungswirkung des Kopplungsmaterial und der Abstand so groß sind, dass der Schallwandler eine etwaige Induktionswirkung höchstens vernachlässigbar spürt.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kopplungselementes ist das Kopplungsmaterial im Wesentlichen aus einem festen Werkstoff gebildet. Festes Material, insbesondere Material hoher Härte eignet sich besonders gut zur Übertragung von Körperschall, dessen Frequenzspektrum auch hochfrequente Anteile bis in den hohen und sehr hohen MHz-Bereich hinein umfassen kann (1 MHz = 1·106 Hz = 1·106 s–1). Es zeichnet sich ferner dadurch aus, dass eine vergleichsweise hohe Bandbreite von Schallfrequenzen übertragen werden kann. Als Material kann beispielsweise eine Keramik oder ein Glas verwendet werden. Es könne auch Halbleitermaterialien Verwendung finden.
  • Zur Erhöhung der Variabilität bei der Ankopplung des Kopplungselementes an den Körper respektive an ein Werkstück kann es zweckmäßig sein, wenn das Kopplungsmaterial flexibel ist. Auf diese Weise kann der Schallwandler auch an schwierig zugänglichen Stellen des Werkstücks angekoppelt werden.
  • Vorteilhafterweise umfasst das Kopplungsmaterial Glasfasern, wobei auch ein oder mehrere Glasfaserbündel vorgesehen sein können. Glasfasern bzw. Glasfaserbündel zeichnen sich dadurch aus, dass sie elektrisch nicht leitend sind, wodurch die elektrische Isolierung des Schallwandlers vom (zu bearbeitenden) Körper gewährleistet ist. Darüber hinaus sind Glasfasern zum einen fest, wodurch sie auch den hochfrequenten Anteil des Körperschallspektrums übertragen können, und zum anderen flexibel, wodurch die Ankopplung des Schallwandlers an dem Körper erleichtert wird.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des Kopplungselementes kann vorgesehen sein, dass das Kopplungsmaterial, z. B. die Glasfasern oder Glasfaserbündel, von einem Mantel umgeben ist, der einen mechanischen Schutz für das Kopplungsmaterial bildet. Dieser Mantel ist vorzugsweise aus einem Kunststoff gebildet. Idealerweise ist dieser Kunststoff flexibel, wodurch die Variabilität bei der Ankopplung des Schallwandlers an den Körper nicht eingeschränkt wird.
  • Die Erfindung schafft ferner eine Vorrichtung zur Erfassung von Schall, der in einem Körper insbesondere infolge einer Bearbeitung des Körpers oder eines mit dem Körper schallgekoppelten Elements entsteht, mit einem Schallwandler, bei der dem Schallwandler zur Übertragung des Schalls ein Kopplungselement zur Ankopplung an den Körper zugeordnet ist, welches eines oder mehrere der vorbeschriebenen Merkmale und Eigenschaften aufweist. Das Kopplungselement kann fest oder lösbar mit dem Schallwandler verbunden sein.
  • Es kann vorteilhaft sein, wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung einen Adapter umfasst, mit dem das Kopplungselement an einem Körper kontaktierbar ist, indem sich der zu erfassende Schall ausbreitet. Dabei ist der Adapter an dem Kopplungselement angeordnet. Verfügt das Kopplungselement gemäß einer bevorzugten Ausführungsform beispielsweise über eine oder mehrere Glasfasern, so können diese vorteilhafterweise mit dem Adapter verklebt sein. Als Kleber eignet sich insbesondere ein vergleichsweise stark aushärtender Kleber. Je höher die Härte des Klebers ist, desto besser ist die Schallübertragung des hochfrequenten Anteils im Schallspektrum. Wie eingangs beschrieben kann es sich bei dem Körper um ein Werkstück handeln, welches einer oder mehreren Werkstückbearbeitungsprozessen zuzuführen ist. Dabei kann einer der Prozesse beispielsweise ein Schweißprozess sein.
  • Zur Erleichterung der Befestigung des Adapters am Körper können magnetische Mittel vorgesehen sein, die in dem Adapter angeordnet sind. Bei derartigen magnetischen Mitteln kann es sich beispielsweise um einen Permanentmagneten oder einen Elektromagneten handeln. Weist das Werkstück bzw. der Köper, an dem der Adapter anzubringen ist, ferromagnetische Eigenschaften auf, so wird das Anhaften des Adapters, welcher magnetische Mittel umfasst, erheblich erleichtert. In diesem Fall bedarf es keinerlei Verschraubung oder Klemmung des Adapters an dem Körper respektive dem Werkstück, was jedoch ebenfalls möglich ist.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass der Schallwandler durch ein piezoelektrisches Bauteil gebildet wird. Piezoelektrische Sensoren eignen sich insbesondere zur Erfassung von Körperschall. Trotz der Empfindlichkeit des piezoelektrischen Sensors gegenüber äußeren elektrischen Feldern, kann es erfindungsgemäß zu keinerlei Störungen bei der Erfassung der Körperschallsignale kommen, da der Piezoelektrische Sensor aufgrund der elektrischen Isolation durch das erfindungsgemäße Kopplungselement elektrisch von dem Werkstück oder dem Körper entkoppelt und ggf. zudem ausreichend vom Körper beabstandet ist. Somit erstreckt sich die Wirkung elektrischer Felder, welche beispielsweise durch einen Schweißbearbeitungsprozess des Werkstücks erzeugt werden, nicht in den piezoelektrischen Sensor, wodurch dieser nicht gestört wird.
  • Die Erfindung schafft schließlich ein Verfahren zur Beobachtung und/oder Bewertung einer Schweißbearbeitung eines Werkstücks, bei dem während der Schweißbearbeitung der im Werkstück entstehende Schall mit einer Vorrichtung zur Erfassung von Schall erfasst und ausgewertet wird. Für eine störungsfreie und vorzugsweise breitbandige derartige Erfassung insbesondere hochfrequenter Körperschallsignale eignet sich insbesondere die vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Vorrichtung.
  • Das Verfahren ermöglicht es, mit akustischen Mitteln die Bearbeitungsqualität, etwaige Bearbeitungsfehler, Materialveränderungen, Materialanomalien und dergleichen in schweißbearbeiteten Werkstücken insbesondere noch während der Schweißbearbeitung zu erfassen.
  • Das Verfahren sieht dabei vor, dass der sich in dem Werkstück ausbreitende Körperschall erfasst und bevorzugt noch während der Bearbeitung, also in Echtzeit, ausgewertet wird. Die Schallerfassung kann aber auch bereits vor dem eigentlichen Schweißvorgang beginnen und sich bis nach Abschluss des eigentlichen Schweißens erstrecken, um die gesamte Bearbeitungsphase einschließlich der Werkstückvorbereitung und der Abkühlphase und eine eventuelle Nachbearbeitung zu umfassen.
  • Die Erfassung des Körperschalls erfolgt dabei zweckmäßigerweise durch Verwendung der vorbeschriebenen erfindungsgemäßen Vorrichtung. In einer Auswerteeinheit wird der Körperschall ausgewertet, und zwar zweckmäßigerweise durch Auswertung des Schallspektrums als Funktion der Zeit. Ein zu erwartendes Schallspektrum als Funktion der Zeit kann als Muster vorgegeben, insbesondere angelernt sein. Derartige Muster können auch für bestimmte Fehler vorgegeben sein, die damit erkennbar sind. Hierbei kann es sich beispielsweise um Schweißfehler wie etwa Löchereinbrand, fehlender Schweißzusatzwerkstoff oder auch ein Durchschweißen bei Punktschweißverfahren handeln. Es können aber auch Rissbildungen durch Auswertung der Schallsignale erfasst werden, welche sich beim Abkühlen der Schweißstelle bilden. Diese Rissbildung führt zu einer spontanen Körperschalldruckwelle mit eigenen Charakteristika, wodurch sie von anderen Körperschallsignalen leicht zu unterscheiden ist.
  • Vorteilhafterweise weist die Schweißbearbeitung einen sich an den eigentlichen Schweißprozess anschließenden Zeitabschnitt auf und die Schallerfassung wird auch während dieses Zeitabschnitts durchgeführt. Beispielsweise kann der Körperschall des Werkstücks auch bei dessen Lagerung nach der eigentlichen Bearbeitung erfasst werden. Somit können auch Risse in dem Werkstück insbesondere im Bereich der Schweißnaht erfasst werden, die zu einem späten Zeitpunkt des Abkühlens der Schweißstelle auftreten. Die Beobachtung von Materialfehlern oder Bearbeitungsfehlern und die Überprüfung des Werkstückes im Zusammenhang mit dem Abkühlvorgang nach dem Schweißen bedarf somit keiner Verzögerung des Bearbeitungsprozesses. Die Überprüfung kann in-process stattfinden.
  • Die Schallerfassung muss dabei nicht direkt am Werkstück erfolgen. Sie kann vielmehr auch an einem beliebigen Element erfolgen, das mit dem Werkstück in Kontakt gebracht ist. Dabei kann es sich beispielsweise um eine Lagervorrichtung handeln, in der das Werkstück nach der Bearbeitung gelagert wird. Bildet sich nach der Bearbeitung in dem in der Lagervorrichtung gelagerten Werkstück ein Riss, beispielsweise durch eine erkaltende Schweißnaht, so kann dieser mit dem erfindungsgemäßen Verfahren dadurch erfasst werden, dass der von dem Riss ausgehenden Körperschall sich über das Werkstück und über die Lagervorrichtung bis zu der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erfassung von Körperschallsignalen ausbreitet.
  • Ferner kann es vorgesehen sein, dass ein Schweißroboter eine Vorrichtung zur Erfassung von Schall an das zu schweißende Werkstück oder ein damit schallgekoppeltes Element anpresst und die Schweißbearbeitung durch den Schweißroboter automatisch bewertbar ist.
  • Die vorgenannten sowie die beanspruchten und in den Ausführungsbeispielen beschriebenen erfindungsgemäß zu verwendenden Komponenten unterliegen in ihrer Größe, Formgestaltung, Materialauswahl und technischen Konzeption keinen besonderen Ausnahmebedingungen, so dass die in dem Anwendungsgebiet bekannten Auswahlkriterien uneingeschränkt Anwendung finden können Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, sowie aus der nachfolgenden Beschreibung und der zugehörigen Zeichnung, in der – beispielhaft – ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kopplungselementes und einer erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt sind. Auch einzelne Merkmale der Ansprüche oder der Ausführungsformen können mit anderen Merkmalen anderer Ansprüche und Ausführungsformen kombiniert werden.
  • KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
  • In der Zeichnung zeigen
  • 1 Eine Vorrichtung zur Erfassung von Körperschall mit einem Kopplungselement zur akustischen Ankopplung des Schallwandlers an den Körper,
  • 2 Eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem flexiblen Kopplungselement und
  • 3 Eine Anordnung zur Schweißbearbeitung von Werkstücken, bei der die Vorrichtung zur Erfassung des Körperschalls an einem Lagerelement angeordnet ist.
  • 1 zeigt eine Vorrichtung zur Erfassung von Schall mit einem Schallwandler 3, der akustisch über ein hier stabförmig ausgebildetes Kopplungselement 2 an einen Körper 1 zur Erfassung von Schall angekoppelt ist, der in dem Körper 1 infolge einer Ausbildung einer Schweißnaht 5 mit einer Elektroschweißvorrichtung 6 entsteht.
  • Bei dem Körper 1 handelt es sich im dargestellten Ausführungsbeispiel um ein Werkstück 4, insbesondere um ein Metallwerkstück. Während der Schweißbearbeitung ist der Körper 1 respektive das Werkstück 4 an der Steuerung und Energieversorgung 6 des Elektroschweißgerätes angeschlossen, wodurch sich beim Schweißen in dem metallischen Werkstück 4 elektrische (Wechsel-)Felder ausbilden. Zur Vermeidung einer Störung des Schallwandlers durch die von den elektrischen Feldern ausgehenden Wechselwirkungen ist der Schallwandler 3 von dem Werkstück 4 elektrisch isoliert. Dies wird dadurch erreicht, dass das Kopplungselement 2, welches einerseits Kontakt mit dem Schallwandler 3 und andererseits Kontakt mit dem Körper 1 hat, elektrisch isolierende Eigenschaften aufweist. Das Kopplungselement 2 ist dabei aus einem mit dem Schallwandler 3 in Kontakt stehenden Kopplungsmaterial 7 gebildet. Da bei der Werkstückbearbeitung, insbesondere bei der Schweißbearbeitung Körperschall in dem Werkstück 4 erzeugt wird, dessen Frequenzspektrum auch hochfrequente Anteile umfasst, ist es zweckmäßig, dass das Kopplungsmaterial 7 im Wesentlichen aus einem festen Werkstoff gebildet ist. Festes Material insbesondere Material hoher Härte, eignet sich besonders gut zur Übertragung hochfrequenter Schallsignale. Ferner können mit geeigneten festen Materialien hohe Frequenzbandbreiten des Schallspektrums von dem Werkstück 4 auf den Schallwandler 3 übertragen werden. Als festes Material kann beispielsweise eine Keramik oder ein Glas verwendet werden.
  • In 2 ist eine weitere Vorrichtung zur Erfassung von Schall dargestellt. Demnach ist einem Schallwandler 3 zur Übertragung des Schalls ein Kopplungselement 2 zugeordnet. Das Kopplungsmaterial 7 ist hier aus Glasfaserbündeln 8 gebildet, die jeweils mehrere Glasfasern 9 umfassen. Dadurch ist das Kopplungsmaterial 7 flexibel. Dies ermöglicht eine Variabilität bei der Ankopplung des Schallwandlers 3 an das Werkstück 4 bzw. an einen Körper 1.
  • Zum Schutz der Glasfaserbündel 8 ist das Kopplungsmaterial 7 des Kopplungselementes 2 von einem Mantel 13 umgeben. Dieser Mantel 13 kann beispielsweise aus einem flexiblen Kunststoff gebildet sein.
  • Zur besseren akustischen Ankopplung des Kopplungselementes 2 der Vorrichtung zur Schallerfassung gemäß 2 ist an dem Kopplungselement 2 ein Adapter 10 vorgesehen, mit dem das Kopplungselement 2 an dem Körper 1 respektive dem Werkstück 4 kontaktierbar ist. Der Adapter 10 ist vorteilhafterweise auch aus einem festem, insbesondere aus einem harten, Material gebildet, wodurch der (hochfrequente) Körperschall von dem Körper 1 über den Adapter 10, über das Kopplungselement 2 zum Schallwandler 3 übertragbar ist.
  • Zur besonders einfachen Befestigung des Adapters 10 an dem Werkstück 4 können magnetische Mittel vorgesehen sein, welche in dem Adapter angeordnet sind. Hierzu eignet sich beispielsweise ein Permanentmagnet, mit dem der Adapter auf sehr einfache Weise an einem Werkstück mit ferromagnetischen Eigenschaften angehaftet werden kann.
  • Zweckmäßigerweise ist der Schallwandler 3 der Vorrichtung zur Erfassung von Schall durch ein piezoelektrisches oder piezokeramisches Bauteil 11 gebildet. Durch die elektrische Entkopplung der Vorrichtung mit dem erfindungsgemäßen Kopplungselement 2, welches aus elektrischen nichtleitenden Materialien gebildet ist, können elektrische Felder, wie sie etwa durch einen Schweißprozess in dem Werkstück 4 hervorgerufen werden, nicht auf das piezoelektrische Bauteil 11 übertragen werden und dieses stören bzw. zerstören.
  • Eine Vorrichtung 12, mit der Werkstücke 4 einer Schweißbearbeitung zugeführt werden können und dieser auch wieder entnommen werden können, kann der 3 entnommen werden. Bei der Vorrichtung 12 kann es sich wahlweise um eine Transportvorrichtung handeln, es kann aber auch eine statische Halte- oder Lageranordnung vorgesehen sein. Auf dieser Vorrichtung 12 werden Werkstücke 4 geschweißt, wobei als Schweißgerät 6 Laser- oder Elektroschweißgeräte verwendbar sind. Durch das Schweißgerät 6 wird in dem metallischen Werkstück 4 Körperschall erzeugt. Zur Überwachung der Werkstückbearbeitung insbesondere durch das Schweißgerät 6 ist eine Vorrichtung zur Erfassung des Körperschalls vorgesehen, die ein Kopplungselement 2 und einen an einer Auswerteeinheit 14 anschließbaren Schallwandler 3 umfasst. Diese Vorrichtung ist gemäß 3 nicht direkt an dem Werkstück 4 kontaktiert sondern vielmehr an einem Körper 1, der mit dem zu bearbeitenden Werkstück 4 in Kontakt steht. Bei diesem Körper 1 kann es sich um einen Teil der Halte-, Transport- oder Lagervorrichtung 12 oder ein beliebiges Element handeln, das mit dem Werkstück 4 in akustischem Kontakt steht. Zur Übertragung des Körperschalls von dem Werkstück 4 auf den Schallwandler 3 der Vorrichtung zur Schallerfassung ist es erforderlich, dass der der Halte- bzw. Transportvorrichtung 12 zugeordnete Körper 1 aus einem festen, vorzugsweise aus einem metallischen Werkstoff gebildet ist. Sind sowohl das Werkstück 4 als auch der Körper 1, mit dem das Werkstück 4 kontaktiert ist, aus einem Metall gebildet, können die elektrischen Felder, welche von dem Schweißgerät 6 erzeugt werden, den Schallwandler 3 stören. Um dies zu vermeiden, weist der Schallwandler ein Kopplungselement 2 auf, wodurch er von dem Körper 1, und somit auch von den mit dem Körper 1 verbundenen Werkstück 4, elektrisch isoliert und somit elektrisch von den Feldern des Schweißgerätes 6 entkoppelt wird. Das Kopplungselement 2 umfasst dabei ein vorzugsweise festes Kopplungsmaterial 7, wodurch der in dem Werkstück 4 durch die Schweißbearbeitung erzeugte Körperschall über die Transport- bzw.
  • Haltevorrichtung 12 auf den Schallwandler 3 übertragen wird. Es kann aber auch ein flexibles Kopplungsmaterial 7 verwendet werden, wie dies in 2 illustriert ist.
  • Dadurch, dass die Vorrichtung zur Schallerfassung mit dem Kopplungselement 2 nicht direkt an dem Werkstück 4 angeordnet ist, sondern vielmehr an einem Körper 1, mit dem das Werkstück 4 in Kontakt steht, entfällt eine Montage und Demontage der Vorrichtung an jedem Werkstück.
  • Erfindungsgemäß können Körperschallsignale erfasst werden, welche nach der Werkstück-Schweißbearbeitung entstehen. Dies betrifft beispielsweise eine Bruch- oder Rissbildung in einer sich abkühlenden Schweißnaht, welche zeitlich nach der Schweißbearbeitung auftritt. Durch diesen Bruch oder Riss wird in dem Schweißgut bzw. in dem bearbeitenden Werkstück 4 eine spontane Körperschalldruckwelle erzeugt. Die Körperschalldruckwelle kann auch im Fall einer indirekten Schallankopplung der Vorrichtung wie etwa in 3 illustriert erfasst werden, da sie sich von dem Werkstück 4 über die mit dem Werkstück 4 in Kontakt stehende Transport- oder Haltevorrichtung 12 und über das Kopplungselement 2 zu dem Schallwandler 3 ausbreitet. Somit können solche Materialfehler bzw. Materialanomalien durch Erfassung des Körperschalls detektiert werden, die im Anschluss an die eigentliche Werkstückbearbeitung entstehen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Körper
    2
    Kopplungselement
    3
    Schallwandler
    4
    Werkstück
    5
    Schweißnaht
    6
    Vorrichtung zur Herstellung einer Schweißverbindung, Schweißgerät
    7
    Kopplungsmaterial
    8
    Glasfaserbündel
    9
    Glasfaser
    10
    Adapter
    11
    piezoelektrisches Bauteil
    12
    Lager/Transportvorrichtung
    13
    Mantel
    14
    Auswerteeinheit
    15
    Steuerung, Energieversorgung
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 9403901 U1 [0005, 0007]

Claims (9)

  1. Kopplungselement (2) zur akustischen Ankopplung eines Körpers (1) an einen Schallwandler (3) zur Erfassung von Schall, der infolge einer Bearbeitung des Körpers (1) oder eines mit dem Körper (1) schallgekoppelten Elements entsteht, dadurch gekennzeichnet, dass das Kopplungselement (2) ein elektrisch isolierendes Kopplungsmaterial (7) aufweist.
  2. Kopplungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kopplungselement (2) und/oder das Kopplungsmaterial (7) eine Länge aufweist, die den Schallwandler (3) vom Körper (1) derart beabstandet, dass eine elektromagnetische Induktion vom Körper (1) in den Schallwandler (3) infolge Bearbeitung mit Elektroschweißen im Wesentlichen unterbunden wird.
  3. Kopplungselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kopplungsmaterial (7) im Wesentlichen aus einem festen Werkstoff gebildet ist.
  4. Kopplungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kopplungsmaterial (7) flexibel ist.
  5. Kopplungselement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Kopplungsmaterial (7) Glasfasern (9), ein Glasfaserbündel (8) und/oder mehrere Glasfaserbündel (8) umfasst.
  6. Kopplungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Kopplungsmaterial (7) von einem Mantel (13) umgeben ist.
  7. Vorrichtung zur Erfassung von Schall, der in einem Körper (1) insbesondere infolge einer Bearbeitung des Körpers (1) oder eines mit dem Körper (1) schallgekoppelten Elements entsteht, mit einem Schallwandler (3), dadurch gekennzeichnet, dass dem Schallwandler (3) zur Übertragung des Schalls ein Kopplungselement (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 zur Ankopplung an den Körper (1) zugeordnet ist.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Kopplungselement (2) ein Adapter (10) vorgesehen ist, mit dem das Kopplungselement (2) an den Körper (1) kontaktierbar ist, in dem sich der zu erfassende Schall ausbreitet.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Adapter (10) mit magnetischen Mitteln an dem Körper (1) befestigbar ist.
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