DE4015847A1 - Ultraschall-pruefkopfanordnung - Google Patents
Ultraschall-pruefkopfanordnungInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Ultraschall-Prüfkopf
anordnung zur zerstörungsfreien Prüfung von Haft- oder
Klebeverbindungen zwischen schalleitenden Platten, insbe
sondere Blechen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Zur Qualitätskontrolle von Haft- oder Klebeschichten
zwischen schalleitenden Platten, etwa einfach oder mehr
fach gedoppelten Blechen von Flugzeug-Rumpfschalen, sind
zahlreiche Ultraschall-Prüfgeräte und -Methoden bekannt.
Dabei lassen sich mit den Prüfkopfanordnungen der eingangs
genannten Art, welche aufgrund einer berührungsfreien
Schallankoppelung mit Hilfe eines longitudinalwellenüber
tragenden Flüssigkeits-Freistrahls Abstandsvariationen
zwischen Prüfkopf und Prüflingsoberfläche zulassen und
somit ein rasches, kontinuierliches Abtasten auch groß
flächiger Klebe- (oder Haft-) Schicht-Prüflinge ermöglichen,
selbst bei Verwendung von Schallschwingern, die im Hinblick
auf eine empfindliche Fehlerdetektion eine hohe Schallfre
quenz von 10 Mhz oder mehr besitzen, allenfalls grobe
Klebe- oder Haftfehler und auch diese nur mit relativ
geringer Bewertungssicherheit ermitteln, während die
einzige bekannte Prüfmethode, die eine hochwertige Qualitäts
beurteilung von Klebeverbindungen liefert und sogar noch
auf feinporig verteilte oder ähnlich schwer feststellbare,
die Klebequalität nur geringfügig, nämlich um etwa 20%,
mindernde Klebe-Inhomogenitäten signifikant anspricht,
der sogenannte Fokker-Bond-Test ist, bei dem der Prüfkopf
in innigen Kontakt auf die Blechoberfläche aufgesetzt und
der Prüfling im Wege der Doppeldurchschallung guer zur
Klebeschicht nit Transversalwellenimpulsen durchschallt
wird und die Dämpfung und Frequenzband-Verschiebung des
Schwingquarzes zum Nachweis einer verminderten Klebequalität
dient. Nachteilig an der Fokker-Bond-Methode ist jedoch,
daß sie keine kontinuierliche Werkstückprüfung zuläßt,
sondern vielmehr die gesamte Werkstückoberfläche Punkt
für Punkt und jeweils unter Sicherstellung eines innigen
Schallkontaktes abgetastet und die einzelnen Meßergebnisse
rasterförmig in ein entsprechendes Prüflingsschema über
tragen werden müssen, um einen Überblick über Lage und
Ausmaß der Klebeinhomogenitäten des Werkstücks zu erhalten,
was ein sehr mühsamer und äußerst zeitaufwendiger Vorgang
ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Ultraschall-Prüfkopf
anordnung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß
sie eine rasche, hochempfindliche und zuverlässige Qualitäts
beurteilung der im Prüflingsinneren vorhandenen Haft-
oder Klebeschicht(en) garantiert.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentan
spruch 1 gekennzeichnete Prüfkopfanordnung gelöst.
Mit der erfindungsgemäßen Prüfkopfanordnung ergibt sich
trotz einer berührungsfreien Longitudinalwellenankoppelung
erstaunlicherweise durch eine relativ niedrige, gegensinnig
zur Platten- oder Blech-Gesamtdicke gewählte Schallfrequenz,
in Kombination mit einer hohen Prüfkopf-Bedämpfung, ein
so stark klebequalitätsabhängiger und eindeutiger Durch
schallungssignalabfall, daß sich selbst mikrofeine
Klebeinhomogenitäten oder andere örtliche Fehlerstellen,
an denen die Klebefestigkeit nur um etwa 20% gemindert
ist, nach Lage und Größe sicher erkennen lassen, ohne daß
das Prüfergebnis durch äußere Störeinflüsse, insbesondere
Abstandsvariationen zwischen Prüfkopf und Prüflingsober
fläche, unzulässig verfälscht wird. Die erfindungsgemäße
Prüfkopfanordnung eignet sich daher in hervorragender
Weise für eine kostengünstige, differenzierte Qualitäts
kontrolle vor allem von großflächigen Klebe- oder Haftver
bindungen an ein- oder mehrfach gedoppelten Blech- oder
Plattenteilen, wie sie etwa im Flugzeugbau in großen
Stückzahlen jeweils einzeln überprüft werden müssen.
Dabei hat es sich im Hinblick auf besonders signifikante
Durchschallungssignaländerungen bei der praktischen
Erprobung der Erfindung als äußerst zweckmäßig erwiesen,
gemäß Anspruch 2 nach Maßgabe einer Platten-Gesamtdicke
zwischen 1,5 mm und 5,0 mm eine Schallfrequenz zwischen 1 MHz
und 0,5 MHz zu wählen und gem. Anspruch 3 einen aperiodisch
gedämpften Schallkopf zu verwenden.
Gemäß Anspruch 4 sind die Sende- und Empfangsteile der
Prüfkopfanordnung vorzugsweise auf verschiedenen Seiten
des zu prüfenden Werkstücks positioniert d. h. die
Prüfung erfolgt im Wege der Einfach-Durchschallung, so
daß sich bei einem festen gegenseitigen Abstand von
Sende- und Empfangsteilen - anders als bei einer Doppel-
Durchschallung mit Schallreflexion an der Werkstück-Rück
wand - keine Laufzeitänderungen ergeben, wenn der Prüfkopf
aufgrund er oben erwähnten Abstandsvariationen Querbewe
gungen relativ zur Werkstückoberfläche ausführt.
Im Hinblick auf eine besonders einfache und zielgenaue,
berührungsfreie Schallankoppelung ist gem. Anspruch 5
zweckmäßigerweise eine Flüssigkeits-Freistrahlankoppelung
vorgesehen, und aus Gründen einer raschen, vollflächigen
Prüfung der Klebe- oder Haftschicht wird die Prüfkopfan
ordnung nach Anspruch 6 vorzugseise kontinuierlich längs
einer mäanderförmig verlaufenden Prüfspur über die Werkstück
oberfläche bewegt.
Um die Empfangssignale auf baulich einfache Weise automatisch
auszuwerten, empfiehlt es sich ferner gemäß Anspruch 7
zur Anzeige von Haft- oder Klebeinhomogenitäten einen
oberhalb eines vorgegebenen Durchschallungssignalabfalls
ansprechenden Schwellwert-Detektor vorzusehen, und nach
Anspruch 8 schließlich ist die Prüfkopfanordnung nicht
nur für einfach, sondern gleichermaßen auch für mehrfach
verklebte Werkstücke verwendbar.
Die Erfindung wird nunmehr anhand eines Ausführungsbei
spieles in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen in schematischer Darstellung:
Fig. 1 die perspektivische Ansicht einer Prüfkopfan
ordnung während der Werkstückprüfung; und
Fig. 2 die Prüfkopfanordnung gemäß Fig. 1 mit zuge
ordnetem Registriergerät.
Die in den Fig. gezeigte Prüfkopfanordnung dient zur
Klebschichtprüfung eines ebenen oder gebogenen Werkstücks
2, welches aus zwei (Fig. 1) oder mehreren (Fig. 2),
durch Klebschicht(en) 4 miteinander verbundenen
Blechplatten 6 besteht und mit Durchbrüchen 8 (Fig. 1)
von der Werkstückoberfläche vorstehenden Verstärkungspro
filen 10 (Fig. 2) oder dgl. versehen sein kann. Die Prüf
kopfanordnung enthält jeweils auf einer Seite des Werk
stücks 2 angeordnete Sende- und Empfangs-Prüfköpfe 12,
14, die durch einen das Werkstück 2 C-förmig umgreifenden
Prüfkopfträger 16 in festem gegenseitigen Abstand und
koaxial zueinander positioniert sind. Die Prüfköpfe 12,
14 sind jeweils als aperiodisch bedämpfte Stoßwellen-Schall
köpfe mit einer niedrigen Schallfrequenz ausgebildet,
welche im umgekehrten Verhältnis zur Gesamtdicke der
Blechplatten 6 vorgewählt wird. So hat sich für eine
Platten-Gesamtdicke zwischen 1,2 und 2,8 mm eine Prüffre
quenz der Stoßwellen-Prüfköpfe 12, 14 von 1 MHz und für
eine Gesamtdicke zwischen 2,6 und 5,6 mm eine Prüffrequenz
von 0,5 MHz als besonders wirksam erwiesen.
Die Schallankoppelung der Prüfköpfe 12, 14 an das Werk
stück 2 erfolgt mit Hilfe eines Flüssigkeits-Freistrahls
17, der von einer den Prüfköpfen 12, 14 jeweils zugeordneten
Squirter-Düse 18 erzeugt wird.
Das Werkstück 2 wird mit Hilfe der Prüfköpfe 12, 14 im
Wege der Einfach-Durchschallung senkrecht zur Werkstück-Ober
fläche mit Longitudinalwellenimpulsen durchschallt, und
der Durchschallungssignalabfall wird zum Nachweis von
Klebschichtinhomogenitäten benutzt, wobei sich bei der
praktischen Erprobung der beschriebenen Prüfkopfanordnung
gezeigt hat, daß selbst mikrofeine Klebeinhomogenitäten,
die eine relativ geringe Minderung der Klebequalität von
nur etwa 20% verursachen, sicher und mit einem signifikanten
Durchschallungssignalabfall von etwa 6 dB erfaßt werden.
Zur Bewegungssteuerung des Prüfkopfträgers 16 und der
daran befestigten Prüfköpfe 12, 14 und Squirterdüsen 18
längs einer das Werkstück 2 mäanderförmig überdeckenden
Prüfspur (in Fig. 1 gestrichelt eingezeichnet) ist ein
mehrachsig steuerbarer Roboter 20 vorgesehen, an dessen in
Richtung der Flächenerstreckung des Werkstücks 2 zweidimen
sional verstellbarem und zusätzlich noch schwenkbarem und
axial, also senkrecht zur Werkstückoberfläche beweglichem
Tragarm 22 der Prüfkopfträger 16 gemeinsam mit den erfor
derlichen, elektrischen und hydraulischen Anschlußleitungen
24, 26 für die Prüfköpfe 12, 14 bzw. die Freistrahldüsen
18 befestigt ist.
Bei der zeilenweisen, automatischen Bewegung der Prüfkopf
anordnung 12, 14 über die Werkstückoberfläche wird der
Prüfvorgang an den Durchbrüchen 8 bzw. den Verstärkungspro
filen 10 selbsttätig unterbrochen. Das Durchschallungs
signal der Prüfkopfanordnung 12, 14 wird einem Schwellwert
detektor 28 zugeführt, dem ein Aufzeichnungsgerät 30 zuge
ordnet ist, dessen Schreibstift 32 konform zur Bewegung
der Prüfkopfanordnung 12, 14 derart gesteuert wird, daß
der Schreibstift 32 an den Stellen eines erhöhten Durch
schallungssignalabfalls von z. B. mehr als 6 dB von der
Unterlage abgehoben wird. Es ist auch möglich, mit einem
Mehrfarben-Plotter, über digitalisierte Auswertung, zu ar
beiten, um so die Bereiche eines erhöhten Durchschallungs
signalabfalls je nach der Grö8e desselben farblich unter
schiedlich zu kennzeichnen. Nach Beendigung des Prüfvorgangs
liefert das Schreibgerät 30 eine maßstabgetreue Gesamtüber
sicht über evtl. im Werkstück 2 vorhandene Klebeinhomogeni
täten 34, an denen die Klebequalität um 20% oder mehr ge
mindert ist.
Claims (8)
1. Ultraschall-Prüfkopfanordnung zur zerstörungsfreien
Prüfung von Haft- oder Klebeverbindungen zwischen
schalleitenden Platten, insbesondere Blechen, mit
mindestens einem die Platten und die dazwischenliegende
Haft- oder Klebeschicht(en) in Querrichtung unter
berührungsfreier Schallankoppelung durchschallenden,
mit einem Schallsender und einem Schallempfänger
versehenen Prüfkopf,
dadurch gekennzeichnet, daß
als Prüfkopf ein hochbedämpfter Niederfrequenz-Stoß
wellenschallkopf (12, 14) mit einer mit größerer
Platten-Gesamtdicke zunehmend niedriger bemessenen
Schallfrequenz von höchstens 2 MHz vorgesehen ist.
2. Prüfkopfanordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
für Platten-Gesamtdicken zwischen 1,5 und 5,0 mm die
zugeordnete Schallkopffrequenz von 1 auf 0,5 MHz
reduziert ist.
3. Prüfkopfanordnung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Schallkopf (12, 14) aperiodisch bedämpft ist.
4. Prüfkopfanordnung nach einem der vorhergehenden An
sprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Schallkopf (12, 14) aus voneinander getrennten,
die Haft- oder Klebeverbindung (4) zwischen sich auf
nehmenden Sende- (12) und Empfangsteilen (14) zur
Einfach-Durchschallung des Prüflings (2) besteht.
5. Prüfkopfanordnung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
zur Schallankoppelung des Schallkopfes (12, 14) ein
Flüssigkeits-Freistrahl (17) vorgesehen ist.
6. Prüfkopfanordnung nach einem der vorhergehenden An
sprüche,
gekennzeichnet durch
kontinuierliche Verschiebung des Schallkopfes (12, 14)
längs einer die Haft- oder Klebeschicht(en) mäander
förmig überdeckenden Prüfspur.
7. Prüfkopfanordnung nach einem der vorhergehenden An
sprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
dem Schallkopf (12, 14) ein den Durchschallungsimpuls
abfall zur Erkennung von Haft- oder Klebeinhomogenitäten
(34) auswertender Schwellwert-Detektor (28) zugeordnet
ist.
8. Prüfkopfanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Schallkopf (12, 14) zur Durchschallung von mehrfach
gedoppelten Blechteilen (4, 6) vorgesehen ist (Fig. 2).
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D2 | Grant after examination | ||
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: EUROCOPTER DEUTSCHLAND GMBH, 8012 OTTOBRUNN, DE |
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8320 | Willingness to grant licenses declared (paragraph 23) | ||
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: EUROCOPTER DEUTSCHLAND GMBH, 86609 DONAUWOERTH, DE |
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R082 | Change of representative |