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Die vorliegende Erfindung betrifft eine automatische Ultraschalltestvorrichtung zum
Nachweisen von Fehlern bzw. Sprüngen bzw. Spalten in Kugeln, und im spezielleren
eine automatische Ultraschalltestvorrichtung für Kugeln, die zum automatischen und
effizienten Nachweis von Fehlern bzw. Sprüngen bzw. Spalten in den Kugeln geeignet
ist.
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Tests an der Oberfläche und im Inneren von Kugeln für Bauelemente sind bisher durch
Röntgenstrahlentests oder Fluoreszenzdurchdringungstests oder durch Untersuchung
des Erscheinungsbilds der Kugeln unter einem Mikroskop oder mit freiem Auge
durchgeführt worden.
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Bei den Röntgenstrahlen- oder Fluoreszenzdurchdringungstests oder bei der
Begutachtung des Erscheinungsbilds unter einem Mikroskop oder mit freiem Auge wird
das Testobjekt, d.h. die Kugel für das Bauelement, jedoch manuell gedreht, und daher
ist viel Zeit erforderlich, um die gesamte Außenfläche der Kugel zu testen. Außerdem ist
es zweifelhaft, ob immer die gesamte Außenfläche der Kugel vollständig getestet
werden kann.
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Um die Nachteile der herkömmlichen obengenannten Testverfahren zu überwinden, hat
einer der Erfinder des vorliegenden Anmeldungsgegenstandes gemeinsam mit anderen
Erfindern zuvor in der US-A-4969361 (identisch mit der offengelegten japanischen
Patentanmeldung (KOKAI) Nr. 1-219554 (1989)) ein Ultraschalltestverfahren und eine
Vorrichtung vorgeschlagen, mit denen die gesamte Außenfläche der Kugel getestet
werden kann, indem die Kugel auf Antriebswalzen gelegt und gedreht wird.
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Beim in der US-A-4969361 geoffenbarten Vorschlag für das Ultraschalltestverfahren und
die Vorrichtung dafür fehlt jedoch eine konkrete Beschreibung von Mitteln, um die
Kugel auf die Antriebswalzen zuzuführen, es gibt lediglich eine Beschreibung zum
halten der Kugel durch Ansaugen eines Luftzylinders.
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Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die Gesamttesteffizienz einer
Ultraschalltestvorrichtung zu erhöhen, indem insbesondere die Kugelhandhabungsmittel
verbessert werden.
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Gemäß vorliegender Erfindung wird eine Vorrichtung für automatische Ultraschalltests
zum Nachweis von Fehlern bzw. Sprüngen in Kugeln bereitgestellt, die einen Behälter
umfaßt, der ein flüssiges Medium zum Übertragen von Ultraschallwellen enthält, sowie
ein Kugeldrehmittel zum Drehen einer zu testenden Kugel, ein Ultraschall-
Fehlernachweismittel zum Nachweisen von Fehlern in der Kugel, während eine Sonde
horizontal um die Kugel geschwenkt wird, die vertikal vom Kugeldrehmittel gedreht
wird, oder die Kugel vom Kugeldrehmittel spiralförmig gedreht wird, während oder
ohne daß die Sonde geschwenkt wird, und ein Kugelzuführ- und -abnahmemittel zum
Zuführen der Kugel an die Position des Kugeldrehmittels und Abnehmen der getesteten
Kugel vom Kugeldrehmittel in eine vorbestimmte Position, wobei das Kugelzuführ- und
-abnahmemittel ein Haltemittel mit einem Luftzylinder und eine Spitze mit einem Paar
Halteklauen und einem Paar seitlicher Stützklauen zum Halten der Kugel umfaßt.
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Die obigen und andere wahlweise Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung
werden aus der folgenden Beschreibung und den nachstehenden Ansprüchen in
Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen klar werden, die als Beispiel einige
bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung zeigen.
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Fig. 1 veranschaulicht eine Ausführungsform eines bei einer erfindungsgemäßen
automatischen Ultraschall-Testvorrichtung verwendeten Kugelzuführmittels, worin Fig.
1 (a) eine Vorderansicht und Fig. 1 (b) eine Seitenansicht ist;
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Fig. 2 veranschaulicht eine Ausführungsform der Beziehung zwischen einem
Kugeldrehmittel und einem Kugelzuführ- und -abnahmemittel; worin
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Fig. 2 (a) eine veranschaulichende Draufsicht und Fig. 2 (b) eine veranschaulichende
Seitenansicht ist;
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Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht, die die gesamte Anordnung einer
Ausführungsform der automatischen Ultraschall-Testvorrichtung zum Nachweisen von
Fehlern in Kugeln zeigt, welche die Kugelzuführ- und -abnahmemittel umfaßt; und
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Fig. 4 ist eine perspektivische Ansicht eines Spitzenabschnitts einer Zufuhrrutsche für
ungetestete Kugeln.
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Die automatische Ultraschall-Testvorrichtung gemäß vorliegender Erfindung umfaßt
grundsätzlich ein Kugeldrehmittel, ein Ultraschalltestmittel und ein Kugelzuführ- und
-abnahmemittel; insbesondere wird als das Kugelzuführ- und -abnahmemittel ein
Haltemittel mit einem Luftzylinder und einer Spitze mit einem Paar Halteklauen und
einem Paar seitlicher Stützklauen zum Abstützen der Kugel verwendet.
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Nachdem die Kugel von dem Paar Halteklauen und dem Paar seitlicher Stützklauen der
Halteeinrichtung ergriffen wurde, wird die Kugel zu Drehwalzen der Kugeldrehmittel
befördert und wird in eine Position unmittelbar über den in ein flüssiges Medium zur
Übertragung von Ultraschallwellen, beispielsweise Wasser, Öl usw., eingetauchten
Drehwalzen abgesenkt. Zu diesem Zeitpunkt ist jede Spitze des Paares Halteklauen
zwischen zwei Paaren der Walzen angeordnet, während jede Spitze des Paares
seitlicher Stützklauen direkt über den Walzen angeordnet ist. Als nächstes werden nur
die Halteklauen nach links und rechts geöffnet, um die Kugel auf die Walzen zu legen,
und der Kugelhalteabschnitt wird von der Kugel abgehoben. Dann wird vom
Ultraschall-Fehlernachweismittel die Ermittlung von Fehlern durchgeführt, während die
Sonde um die Kugel geschwenkt wird, oder während die Kugel spiralförmig gedreht
wird und die Sonde stationär gehalten oder, falls erforderlich, geschwenkt wird. Bei der
Durchführung der Fehlerermittlung wird eine Ultraschallwelle von der Sonde gegen die
Kugel hin gesandt, ein von der Kugel reflektiertes Ultraschallecho wird empfangen, und
die Wellenform des Echosignals wird auf einem Ultraschall-Fehlerdetektor begutachtet,
der an die Sonde angeschlossen ist, um dadurch Fehler in der Kugel nachzuweisen.
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Nachdem die Fehlerermittung für die Kugel abgeschlossen ist, wird der
Kugelhalteabschnitt abgesenkt, jede Spitze der zwischen zwei Walzenpaaren
angeordneten Halteklauen wird geschlossen, um die Kugel festzuhalten, und der
Kugelhalteabschnitt wird nach oben bewegt. In diesem Fall hindern die seitlichen
Stützklauen die Kugel daran, hinunterzufallen. Die Kugel wird zu einer vorbestimmten
Stelle befördert, dann wird eine neue zu testende Kugel ergriffen und auf das
Kugeldrehmittel zugeführt, um der Fehlerermittlung unterzogen zu werden. Gemäß
dem Kugelzuführ- und abnahmemittel der vorliegenden Erfindung wird die
Fehlerermittlung für eine vorbestimmte Anzahl von zu testenden Kugel automatisch,
reibungslos und rasch durchgeführt, da die Kugeln auf die in flüssiges Medium zum
Übertragen von Ultraschallwellen getauchten Kugeldrehwalzen gelegt und von diesen
abgenommen werden können, ohne den Mediumspiegel anzupassen, im Gegensatz
zum Stand der Technik, bei dem der Spiegel des Mediums gesenkt werden muß.
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Die Kugel als das zu testende Material, nämlich das Objekt des Ultraschalltests gemäß
vorliegender Erfindung ist eine für ein Lagerelement, ein verschleißfestes Element oder
ein Gleitelement verwendete Kugel. Diese Art von Kugeln kann ohne besondere
Einschränkung, gleichgültig ob aus Keramikmaterial oder Metall, als Objekt der
Ultraschalltests gemäß vorliegender Erfindung verwendet werden. Jedoch sind
Keramikkugeln besonders zur Verwendung als Objekt der Ultraschalltests gemäß
vorliegender Erfindung geeignet, da die Zuverlässigkeit von Keramikkugeln in hohem
Maß vom präzisen Nachweis winziger Fehler in der Oberfläche oder den unter der
Oberfläche liegenden Teilen der Kugel abhängt.
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Als Keramikkugeln werden in Anbetracht der hohen Anforderungen bezüglich Härte,
die an Lagerelemente, verschleißfeste Elemente, Gleitelemente usw. gestellt werden,
vorzugsweise jene verwendet, die Siliziumnitrid, Siliziumkarbid, Zirkonia oder Tonerde
enthalten.
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Die Erfindung wird nun nachstehend detaillierter unter Bezugnahme auf die in den
Zeichnungen gezeigten Ausführungsformen beschrieben; es versteht sich jedoch, daß
die Erfindung nicht auf die Ausführungsformen beschränkt ist.
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Fig. 1 veranschaulicht eine Ausführungsform eines bei einer automatischen
Ultraschalltestvorrichtung gemäß vorliegender Erfindung verwendeten Kugelzuführ- und
-abnahmemechanismus, wobei Fig. 1 (a) eine Vorderansicht und Fig. 1 (b) eine
Seitenansicht ist.
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In Fig. 1 wird mit 30 ein einfachwirkender Luftzylinder bezeichnet, der einen hinteren
Anschluß 31 zur Luftzufuhr über einen Luftschlauch 32 von einem (nicht gezeigten)
Kompressor oder dergleichen aufweist, und der einen Luftdruckübertrager darstellt.
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An die Spitze des Luftzylinders 30 ist ein paar seitlicher Stützklauen 38 angefügt, und
ein Paar Halteklauen 33 ist mit Wellen 34 an die seitlichen Stützklauen 38 angefügt
bzw. montiert. Das Paar Halteklauen 33 wird durch Hebelwirkung mit den Wellen 34
als Hebeldrehpunkten geöffnet und geschlossen. Die Kugel wird durch das Schließen
und Öffnen der Halteklauen festgehalten und losgelassen. Das Paar seitlicher
Stützklauen 38 wird stationär gehalten und dient nur dazu, das Herunterfallen der Kugel
zu verhindern.
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Durch Luft, die dem rückwärtigen Anschluß 31 des einfachwirkenden Luftzylinders 30
zugeführt wird, wird eine Luftzylinderstange 35 gesenkt, und eine Schubplatte 36 zum
Öffnen der Halteklauen, die an der Stange 35 befestigt ist, preßt gegen einen hinteren
Abschnitt einer jeden der Halteklauen 33.
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Durch die Preßkraft gegen das Paar Halteklauen 33 wird dieses entgegen der Kraft einer
Schraubenfeder 37, die zwischen den Halteklauen 33 eingefügt ist, um die Klauen zu
schließen, um die jeweiligen Wellen 34 gedreht, sodaß die Spitzen der Klauen 33 nach
außen geöffnet werden. In diesem Zustand wird die Kugel am unteren Abschnitt eines
Raumes zwischen den Halteklauen 33 angeordnet, und die Luft im Luftzylinder 30 wird
entfernt, woraufhin die Halteklauen 33 durch die Kraft der Schraubenfeder 37
geschlossen werden, um die Kugel festzuhalten. In diesem Fall wird, wenn die an die
Spitze des Luftzylinders 30 angefügten und in einer rechtwinkeligen Positionsbeziehung
mit den Halteklauen 33 angeordneten seitlichen Stützklauen 38 so eingestellt sind, daß
ein Abstand dazwischen etwas größer ist als der Durchmesser der Kugel, die Kugel
daran gehindert, von den Halteklauen 33 zu rutschen.
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Wenn die Kugel von den Halteklauen 33 gehalten wird und der Luftzylinder 30 in eine
Position unmittelbar über der Kugeldrehvorrichtung, die in, in einem Behälter 23
enthaltenem, Wasser als flüssiges Medium zum Übertragen von Ultraschallwellen
eingetaucht ist, bewegt worden ist, wird die Luftzylinderstange 35 wieder gesenkt, und
die Halteklauen 33 werden geöffnet, um die Kugel auf die Kugeldrehvorrichtung zu
legen. Wie in den Fig. 2 (a) und 2(b) gezeigt, werden die Halteklauen 33 jeweils
zwischen zwei Wellen 41 und 42 und zwei Paaren Drehwalzen 39 und 40 angeordnet,
die an die Wellen 41 bzw. 42 angefügt sind, während die Spitzen der seitlichen
Stützklauen 38 direkt oberhalb der Walzen 39 und 40 angeordnet sind. Als nächstes
werden die Halteklauen 33 auf die gleiche Weise wie oben geöffnet, wodurch die
Kugel auf der die Drehwalzen 39 und 40 umfassende Kugeldrehvorrichtung gelegt wird,
und der Luftzylinder 30 wird hochgehoben.
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An der Innenseite der Halteklauen 33 und der seitlichen Stützklauen 38 ist ausreichend
kaum vorhanden, damit die Kugel sich vertikal bewegen kann. Daher werden, wenn die
Kugel auf die Drehwalzen 39 und 40 gelegt wird, keine irrationalen Kräfte auf die
Walzen 39 und 40 ausgeübt, und es ist nicht notwendig, die Präzision der Position der
Kugel bezogen auf die anderen Elemente zu erhöhen.
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Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht, welche die gesamte Anordnung einer
Ausführungsform einer automatischen Ultraschall-Testvorrichtung zum Nachweisen von
Fehlern von Kugeln zeigt, welche die Kugelzuführ- und -abnahmemittel umfaßt.
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In Fig. 3 bezeichnet 1 einen Behälter zum Zuführen ungetesteter Kugeln. Die im
Behälter 1 befindlichen ungetesteten Kugeln 10 sind entlang einer Zufuhrrutsche 2 für
ungetestete Kugeln angeordnet, die zu ihrer Spitze hin nach unten geneigt ist. Wie in
Fig. 4 gezeigt, sind Stopper a, b und c zum Aufhalten der Kugel am Spitzenabschnitt der
Rutsche 2 vorgesehen. Der Stopper a ist stationär festgelegt, um die Kugel in einer
vorbestimmten Position aufzuhalten. Andererseits sind die Stopper b und c beweglich
und haben die Funktion, eine Kugel nach der anderen der vorbestimmten Position
zuzuführen. Mit 3 ist eine Kugelzufuhrvorrichtung bezeichnet, die einen Zufuhrschlitten
5 umfaßt, der entlang einer Zufuhrschiene 4 beweglich ist. Der Schlitten 5 kann durch
einen Zufuhrantriebsmotor 6 entlang der Zufuhrschiene 4 in eine beliebige Position
bewegt werden und in der beliebigen Position angehalten werden. Der Schlitten 5 ist
mit einem in Fig. 1 gezeigten Luftzylinder 9 ausgestattet (in Fig. 1 mit 30 bezeichnet).
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Zu Beginn des Ultraschalltests zum Nachweisen von Fehlern einer Kugel ist der
Zufuhrschlitten 5 in einer Position angeordnet, die mit der Zufuhrrutsche 2 für
ungetestete Kugeln korrespondiert, und die Halteklauen 8 (in Fig. 1 mit 33 bezeichnet)
des Luftzylinders 9 befinden sich in einem geöffneten Zustand. Als nächstes wird der
Luftzylinder 9 abgesenkt, und eine an der Spitze der Rutsche 2 befindliche ungetestete
Kugel 10 wird von den Halteklauen 8 festgehalten. Nachdem die Kugel 10 so ergriffen
wurde, wird der Luftzylinder 9 nach oben bewegt, und der Schlitten 5 wird zu einer
Position bewegt, die mit Walzen 11 korrespondiert (in Fig. 2 mit 39 und 40 bezeichnet),
um die Kugel während des Tests zu drehen, und wird an dieser Position angehalten. Der
Luftzylinder 9 wird dann abgesenkt. Wenn die ungetestete Kugel 10 in die Position für
die Kugel 12 auf den Drehwalzen 11 gebracht ist, werden die Halteklauen 8 geöffnet,
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Als nächstes wird ein Motor 13 zum Drehen der zu testenden Kugel in Gang gesetzt,
um die Walzen 11 zu drehen, wodurch die zu testende Kugel vertikal oder spiralförmig
gedreht wird. Gleichzeitig mit der Drehung der Kugel 12 wird ein
Sondenschwenkmotor 14 so gedreht, daß eine in Wasser eingetauchte Sonde 15 durch
einen Sondenschwenkarm 24 horizontal um 180º geschwenkt wird, wenn die Kugel 12
vertikal oder spiralförmig gedreht wird, oder der Sondenschwenkmotor wird nicht
betrieben, sodaß die Sonde feststeht, ohne geschwenkt zu werden, wenn die Kugel 12
spiralförmig gedreht wird. In Fig. 3 bezeichnet Bezugszahl 25 eine Welle zum
Übertragen einer Rotationskraft für die zu testende Kugel, und Bezugszahl 26
bezeichnet ein Kegelradgetriebe zum Übertragen der Rotationskraft. Die Sonde 15 ist
mit einem Ultraschall-Fehlerdetektor 16 verbunden, und der Test zum Nachweis von
inneren Fehlern in der Kugel 12 wird über die gesamte Peripherie der Kugel
durchgeführt. Wenn die Kugel einen Fehler aufweist, wird ein Echosignal mit Fehler-
Wellenform auf einem Oszilloskop 17 des Ultraschall-Fehlerdetektors 16 beobachtet,
und ein Fehlersignal wird zu einer Schalttafel des mechanischen Antriebsabschnitts
übermittelt. Außerdem ist ein Computer 27 vorgesehen, um den
Ultraschallfehlerdetektor 16 zu steuern und die Fehlernachweisdaten zu analysieren.
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Nachdem der Ultraschalltest an der gesamten Peripherie der Kugel 12 abgeschlossen ist,
wird der Luftzylinder 9 gesenkt, um die Kugel 12 mit den Halteklauen 8 in Wasser zu
halten. Wenn die Kugel 12 so gehalten wird, wird der Luftzylinder 9 zurückgezogen,
und der Zufuhrschlitten 5 wird je nachdem, ob das Fehlersignal vorliegt oder nicht,
entweder in eine Position, die mit einer Abgaberutsche 19 für angenommene Kugeln
korrespondiert, oder in eine Position, die mit einer Abgaberutsche 20 für
ausgeschiedene Kugeln korrespondiert, bewegt und angehalten. An der Oberseite der
jeweiligen dieser Abgaberutschen wird der Luftzylinder 9 abgesenkt, und die
Halteklauen 8 werden geöffnet, um die Kugel fallen zu lassen. Die Kugel rollt die
Abgaberutsche hinunter, um in einem Sammelbehälter 21 für angenommene Kugeln
oder einem Sammelbehälter 22 für ausgeschiedene Kugeln aufgenommen zu werden.
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Nachdem die Kugel so fallengelassen wurde, wird der Luftzylinder 9 zurückgezogen,
und der Zufuhrschlitten 5 wird in die Anfangsposition bewegt, die mit der Zufuhrrutsche
2 für ungetestete Kugeln korrespondiert, und in dieser Position angehalten.
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Daraufhin wird das obige Verfahren wiederholt, wodurch der Ultraschalltest zum
Nachweis von Fehlern der Kugeln im flüssigen Medium zur Übertragung von
Ultraschallwellen automatisch durchgeführt werden kann, um anzunehmende Kugeln
und auszuscheidende Kugeln voneinander zu trennen.
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Magnetventile zum Betreiben des Luftzylinders und für eine Saugschale, Grenzschalter
zum Positionieren mechanischer Antriebsabschnitte, wie die Zufuhrvorrichtung und
dergleichen, die nicht gezeigt werden, werden entsprechend durch die Schalttafel 18
des mechanischen Antriebsabschnitts gesteuert.
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Wie oben beschrieben worden ist, kann die automatische Ultraschall-Testvorrichtung
zum Nachweisen von Fehlern von Kugeln gemäß vorliegender Erfindung einen
automatischen und raschen Fehlernachweistest an den Kugeln vollständig über die
gesamte Peripherie einer jeden Kugel durchführen.
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Innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung sind verschiedene Modifikationen möglich.
Die Kugelzufuhrvorrichtung kann bei Ultraschalltestvorrichtungen verwendet werden,
bei denen entweder die Kugel oder die Ultraschallsonde stationär ist, sowie bei einer
Vorrichtung, bei der die Kugel und die Sonde in jeder geeigneten Weise durch
geeignete Mittel relativ zueinander bewegt werden. Die Zuführ/Abnahme-Vorrichtung
kann nur zum Zuführen der Kugel, und nicht für deren Abnahme, oder umgekehrt
verwendet werden. Der Luftzylinder kann durch jede geeignete, z.B. hydraulische oder
mechanische Einrichtung zum Bewegen der Halteklauen ersetzt werden.