DE3525859A1 - Verfahren und vorrichtung zur ortung von fehlerhaften verbindungen zwischen gleichen oder unterschiedlichen materialien - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ortung von fehlerhaften Verbindungen zwischen gleichen oder un­ terschiedlichen Materialien, bei dem während der Be­ lastung der Verbindung eine Schallemissionsanalyse durchgeführt wird. Ferner wird eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens beschrieben, mit Ein­ richtungen zum Aufbringen einer Belastung, Schallemi­ ssionsaufnehmer sowie mit einer elektronischen Signal­ auswertung.

Bei Materialien, die miteinander durch Fügeverfahren, wie Schweißen, Löten oder Kleben, verbunden sind oder in Verbundwerkstoffen, wie faserverstärkten Werkstoffen oder Schichtwerkstoffen, können fehlerhafte Verbin­ dungen vorliegen. An diesen Stellen ist die Haftung der Fügepartner vermindert. Dies kann zu Ablösungen oder Delamination führen und das Werkstück oder das Halbzeug unbrauchbar machen. Werden derartige Fehler nicht rechtzeitig erkannt und gegebenenfalls korri­ giert, kann dies zum Versagen des Fertigproduktes führen.

Es ist bekannt, fehlerhafte Fügestellen mit Hilfe von Ultraschall, harter Strahlung, wie Röntgenstrahlen oder konventioneller Schallemissionsanalyse zu orten. Ultraschallverfahren und Röntgendurchstrahlungsme­ thoden haben jedoch den Nachteil, daß Klebe- und Binde­ fehler nicht sicher erkannt werden können. Außerdem treten bei dem Ultraschallverfahren gewisse Schwierig­ keiten mit der Ankopplung der Prüfköpfe auf und bei der Durchstrahlung machen sich schon geringfügige Än­ derungen in der Geometrie der zu prüfenden Körper störend bemerkbar.

Bei der Schallemissionsanalyse ist eine Belastung des Bauteils zur Stimmulierung der Emission notwendig, wobei das gesamte Bauteil belastet wird. Will man nun eine Fehlerortung durchführen, so sind mehrere Schallemis­ sionsaufnehmer, mindestens zwei zur linearen Ortung und mindestens drei zur planaren Ortung, notwendig. In diesem Fall werden die Differenzen der Ankunftszeiten der Signale an den verschiedenen Aufnehmern gemessen und der Ort mit Hilfe eines Rechners bestimmt. Diese Methode bedingt einen großen gerätetechnischen Aufwand.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem eine rasche und unaufwendige Ortung der fehlerhaften Verbindungen in geschweißten, gelö­ teten oder geklebten Werkstoffen sowie in Verbundwerk­ stoffen möglich ist.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Verbindung lokal und abtastend belastet wird, wobei das Auftreten von Schallemissionssignalen einen Fehler an der momentan belasteten Stelle der Verbindung an­ zeigt. Die Ansprüche 2 bis 6 betreffen vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit Einrichtungen zum Aufbringen einer Be­ lastung, Schallemissionsaufnehmer sowie mit einer elek­ tronischen Signalauswertung ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zur lokalen Belastung der Verbin­ dung vorgesehen ist, mit der die Verbindung abtastbar ist, und daß aus den aufgenommenen Schallemissionsig­ nalen ein Fehler an der momentan belasteten Stelle der Verbindung detektierbar ist. Vorteilhafte Ausführungs­ formen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Unteransprüchen 8 bis 13 beschrieben.

Die lokale Belastung wird vorzugsweise durch ther­ mische Energie eingebracht. Die Ausdehnung des erwärmten Materials an der fehlerhaften Fügestelle erzeugt Reibe- und Rißwachstumsgeräusche, deren Zeitpunkt und Intensi­ tät durch Schallemissionsaufnehmer und elektronische Signalauswertung ermittelt wird. Dadurch kann nach Ver­ gleich mit der jeweiligen Position der Erwärmungsein­ heit der Fehlerort bestimmt werden. Die thermische Energie kann über ein Heißluftdüse eingebracht werden oder lokal über elektromagnetische Strahlung im Infrarot- oder sichtbaren Frequenzbereich, insbeson­ dere über einen Laserstrahl. Auch auf induktivem Wege kann die thermische Energie auf die Verbindungsstelle ein­ gebracht werden.

Eine Besonderheit des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, daß die Verbindung punktweise kontinuierlich hintereinander entlang einer Linie belastet wird. Da­ durch ist auch eine flächendeckende z. B. mäanderförmige Abtastung möglich. Zur linearen Ortung eines Fehlers, etwa in einer Verbindungsnaht, kann die lokale Erwär­ mung längs dieser Naht erfolgen, während bei einer flächigen Verbindung die mäanderförmige Abtastung vor­ teilhafter ist. Zur positionsdefinierten Einbringung der Belastung kann z. B. ein Manipulator dienen. Die Ortskoordinaten der Belastung lassen sich z. B. eben­ falls durch den Einsatz einer sogenannten elektroni­ schen Maus gewinnen und zur Darstellung der Ortungs­ ergebnisse nutzen.

Die Erfindung wird anhand der schematischen Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 Die erfindungsgemäße Einbringung der lokalen Belastung in die Verbindung;

Fig. 2a) und b) die Korrelation der Ortskoordinaten der momentanen Belastung mit dem Zeitpunkt der freigesetzten Schallemissionssignale bei einer linearen Ortung und

Fig. 3a) und b) die in Fig. 2 dargestellte Korrelation im Falle einer flächigen Ortung.

Wie in Fig. 1 gezeigt, wird erfindungsgemäß in die Ver­ bindung zwischen zwei Fügepartnern 1 und 2 mittels einer Fügeschicht 3 lokal, z. B. punktförmig, thermische Ener­ gie, z. B. über eine Heißluftdüse 4, eingebracht. Dies bewirkt eine inhomogene Ausdehnung der voneinander sich lösenden Fügepartnern 1 und 2. Dadurch werden in der fehlerhaften Verbindung Reibe- und Rißwachstumsgeräusche erzeugt, die sich vom Ursprungsort ausbreiten und zu einem oder mehreren, fest installierten Schallemissions­ aufnehmern 5 gelangen. Der Ort der Schallemissionsauf­ nehmer 5 ist nicht entscheidend. Diese können auf dem zu prüfenden Werkstück an jeder geeigneten Stelle angebracht werden.

Die Korrelation der Ortskoordinaten der momentanen Er­ wärmung mit dem Zeitpunkt der freigesetzten Reibe- und Rißwachstumssignale, erlaubt nun eine Ortung der fehler­ haften Verbindung, wie es in Fig. 2 und 3 dargestellt ist. Erfolgt die Erwärmung längs einer Linie wie in einer Verbindungsnaht, dann läßt sich eine lineare Ortung vornehmen. Der Fehlerort läßt sich dokumentieren, indem bei der linearen Ortung längs einer Linie und bei der flächigen Ortung, wie in Fig. 3 dargestellt, in einer Folge von Zeilen eine Abbildung des Fehlerbe­ reichs erzeugt wird. Diese Abbildung kann z. B. vor­ genommen werden, indem beim Überschreiten einer ge­ wissen Schallintensitätsschwelle eine Hell-/Dunkelum­ schaltung der Zeilendarstellung erfolgt, wie es in Fig. 2a) gezeigt ist. In einer weiteren Koordinate der Darstellung kann die Schallemissionsintensität auf­ getragen werden. Beide Darstellungsarten lassen sich ebenfalls in einer Schaar von Zeilen zur flächigen Ortung ausnutzen, wie es in Fig. 3a) und b) demon­ striert ist.

Von praktischem Vorteil ist es, eine Einrichtung vorzu­ sehen, welche mit der elektronischen Signalauswertung gekoppelt ist und die fehlerhafte Verbindungsstelle etwa mit einem Farbstoff oder einem Laserstrahl auf den zu prüfenden Bauteil markiert. Zur Behebung des georteten Fehlers kann eine dazu dienende Vorrichtung entweder direkt oder durch die elektronische Signalauswertung, oder indirekt über das Markierungskennzeichen gesteuert werden.

Bei der Ortung der fehlerhaften Verbindung in umfang­ reichen oder langgestreckten Bereichen, wie in endlosen Bändern, können die Einrichtungen zur lokalen Einbrin­ gung der thermischen Energie und der Markierung sowie erforderlichenfalls auch die Fehlerbehebung feststehend gestaltet werden, während sich das zu untersuchende Objekt bewegt.

Claims (13)

1. Verfahren zur Ortung von fehlerhaften Verbindungen zwischen gleichen oder unterschiedlichen Materialien, bei dem während einer Belastung der Verbindung eine Schallemissionsanalyse durchgeführt wird, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Verbindung lokal und abtastend belastet wird, wobei das Auftreten von Schallemis­ sionssignalen einen Fehler an der momentan be­ lasteten Stelle der Verbindung anzeigt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Belastung durch thermische Energie vorge­ nommen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die thermische Energie über eine Heiß­ luftdüse, elektromagnetische Strahlung im Infra­ rot- oder sichtbaren Frequenzbereich, vorzugsweise über einen Laserstrahl, und/oder auf induktivem Wege eingebracht wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung punktweise linear entlang einer geraden oder flächendeckend geführten Linie, vorzugsweise mäanderförmig belastet und abge­ tastet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß beim Auftreten von Schall­ emissionssignalen automatisch der geortete Fehler behoben oder die Fehlerstelle markiert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Markierung ein Farbstoff oder Laserstrahl verwendet wird.

7. Vorrichtung zur Ortung von fehlerhaften Verbindungen zwischen gleichen oder unterschiedlichen Materia­ lien, zur Durchführung des Verfahrens nach den An­ sprüchen 1 bis 6, mit Einrichtungen zum Aufbringen einer Belastung, Schallemissionsaufnehmer sowie mit einer elektronischen Signalauswertung, dadurch ge­ kennzeichnet, daß eine Einrichtung (4) zur lokalen Be­ lastung der Verbindung (1, 2, 3) vorgesehen ist, mit der die Verbindung abtastbar ist, und daß aus den aufgenommenen Schallemissionssignalen ein Fehler an der Verbindung detektierbar ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (4) zur Aufbringung der lokalen Belastung thermische Energie liefert, vorzugsweise auf induktivem Wege, über eine Heißluftdüse oder über elektromagnetische Strahlung im Infrarot- oder sichtbaren Frequenzbereich, insbesondere über einen Laserstrahl.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Einrichtung (4) zur Aufbringung der lokalen Belastung über die Verbindung entlang einer geraden oder flächendeckend gebogenen, vorzugsweise mäanderförmigen Linie, beweglich angeordnet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Einrichtung (4) zur Aufbringung der lokalen Belastung fest angeordnet ist und daß Einrichtungen vorgesehen sind, die die zu prü­ fende Verbindung an der Einrichtung zur Aufbrin­ gung der lokalen Belastung bewegen und dabei eine Abtastung entlang einer geraden oder flächendeckend gebogenen, vorzugsweise mäanderförmigen Linie, er­ möglichen.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, da­ durch gekennzeichnet, daß die elektronische Signal­ auswertung mit einer Fehlermarkierungseinrichtung oder mit einer Einrichtung zum Beheben des Fehlers gekoppelt ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeich­ net, daß die Markierung mittels Laserstrahl oder Farbstoff erfolgt.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, da­ durch gekennzeichnet, daß über die elektronische Signalauswertung ein Manipulator steuerbar ist, durch den Materialien mit fehlerhaften Verbindungen aus­ sortierbar sind.