EP1332348A1 - Verfahren zur überwachung von strahlmittel emittierenden oberflächenbehandlungseinrichtungen und strahlbildkontrollvorrichtung - Google Patents

Verfahren zur überwachung von strahlmittel emittierenden oberflächenbehandlungseinrichtungen und strahlbildkontrollvorrichtung

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EP1332348A1
EP1332348A1 EP01982477A EP01982477A EP1332348A1 EP 1332348 A1 EP1332348 A1 EP 1332348A1 EP 01982477 A EP01982477 A EP 01982477A EP 01982477 A EP01982477 A EP 01982477A EP 1332348 A1 EP1332348 A1 EP 1332348A1
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EP
European Patent Office
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temperature
reference plate
shot blasting
blasting
surface treatment
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EP01982477A
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EP1332348B1 (de
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Jennifer Schlick
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Publication of EP1332348B1 publication Critical patent/EP1332348B1/de
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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24C—ABRASIVE OR RELATED BLASTING WITH PARTICULATE MATERIAL
    • B24C5/00—Devices or accessories for generating abrasive blasts
    • B24C5/06—Impeller wheels; Rotor blades therefor

Definitions

  • the invention relates to a method for monitoring blasting agent-emitting surface treatment devices and a blasting pattern control device for carrying it out.
  • a blasting agent is directed onto a workpiece surface, for example by means of centrifugal wheels. Since the swirling of the abrasive in the area of the workpiece surface does not allow visual inspection during operation, the position of the impact area of the abrasive on the workpiece surface, the so-called hot spot, is determined before the workpiece treatment is started with the help of sample placed in the blasting area. Checked sheet metal sections or with a paint application, which is then removed in the area of the beam. However, these methods of checking the beam pattern are imprecise and delay the working cycle. cool the surface treatment facilities, since the aids have to be brought into the blasting area manually and removed from it again.
  • Almen measuring strips named after their inventor, as also described in US Pat. No. 5,731,509-A, for the beam pattern control.
  • These elongated measuring strips consist of layers of spring steel in various thicknesses and are attached to a workpiece or a reference plate, for example by gluing, and then subjected to the blasting agent.
  • the deflection allows a conclusion to be drawn about the beam intensity and thus a more precise determination of the hot spot, but here, too, continuous monitoring of the beam pattern is not possible.
  • a migrating jet during the ongoing operation of the surface treatment device is not recorded, so that it is only possible with great effort to carry out a jet image check for each individual workpiece. Without a one-off inspection, the quality of the workpiece cannot be guaranteed, and certification requirements, e.g. B. according to DIN ISO 9001 ff., Are not met.
  • This object is achieved according to the invention in a method of the type mentioned at the outset, which has at least the following method steps: a) Positioning of a blasting pattern control device with a reference plate in the area of action of a blasting abrasive device; b) rays in the direction of a reference point defined on the front of the reference plate; c) simultaneous measurement of the temperature of the reference plate at a multiplicity of temperature measuring points ⁇ , j, "arranged in a measuring grid.
  • Abrasives are understood to mean, on the one hand, abrasive particles, in particular quartz sand or carbon dioxide pellets, which loosen loose surface layers such as rust and scale, and, on the other hand, particles, in particular steel balls, which, due to their kinetic energy, compress the workpiece surfaces and thus increase the surface hardness, e.g. , B. in the so-called shot-peening process.
  • the effect of the method according to the invention is used indirectly that, in accordance with the principle of energy conservation, the kinetic energy of the impacting particles of the blasting medium is converted into thermal energy and local heating of the workpiece surface can be registered where the blasting agent impinges.
  • an evaluation device can be used to produce a two-dimensional position image of the beam, be it in the form of a data record that can be processed in a data processing system or in
  • Possibility is a polychrome visualization, in which certain color values are assigned to certain beam intensities.
  • the location of the center of the hot spot on the reference plate is determined by calculating the local temperature maxima.
  • an abrasive shadow forms on the reference plate, whereas it then changes .
  • the workpiece around a chain of local temperature maxima is not registered.
  • the geometric center of this ring of local temperature maxima which corresponds to the center of the abrasive agent effect, can be determined with the desired accuracy, in particular, by known iterative mathematical methods.
  • the invention further relates to a beam pattern control device for carrying out the method, which has at least the following individual parts:
  • a reference plate with a blasting agent top side and a plurality of temperature sensors arranged in a grid, which are arranged on the rear side facing away from the blasting agent spinning device and / or which are integrated in the reference plate, and an evaluation device.
  • the beam pattern control device of the invention is characterized by a simple structure. Standard components of measurement technology are combined. The temperature at a measuring point can be measured using the known techniques; Inexpensive and precise temperature measuring devices are already available in large numbers on the market.
  • the transfer of the measured values of all temperature sensors into the evaluation unit can take place simultaneously or sequentially with such short cycle times between the queries of the individual temperature measuring points that a total snapshot of the beam position results in real time for the viewer.
  • At least some of the temperature sensors are infrared radiation receivers, which are arranged at a distance from the reference plate and which can each be focused on one of the temperature measuring points T lfi ... T m , n .
  • an image of the infrared radiation on the back of the reference plate can be recorded.
  • This infrared image can be directly displayed graphically and evaluated with image processing algorithms. Individual temperature measurement values of the measurement grid can also be determined from this.
  • FIG. 1 a schematic, perspective view of a
  • 2 shows a reference plate with a reference beam position image in plan view
  • 3 shows a reference plate with an uncorrected beam position image in a top view
  • Fig. 5 shows a first embodiment
  • Fig. 6 shows a second embodiment of a reference plate designed according to the invention in plan view.
  • FIG. 1 shows a surface treatment device 100, from which a blasting medium is thrown onto a workpiece by means of a centrifugal wheel 110.
  • the centrifugal wheel 110 can be moved in at least one dimension, preferably two-dimensionally, by means of a beam alignment device 120.
  • the workpiece can be positioned on a front side 12 of a reference plate 10.
  • the hot spot 30, the area the most intense blasting agent effect is represented by the ellipse on the surface 12 of the reference plate 10.
  • a large number of temperature sensors 15 are arranged on the rear side 14 of the reference plate 10 and are used in blind bores in the reference plate 10.
  • the temperature sensors 15 are connected directly or via a bundling device 130, for example a multiplexer or a bus system, to an input 141 of an evaluation device 140.
  • a signal line can be connected to the beam alignment device 120 from an output 142 of the evaluation device 140.
  • the evaluation device 140 is preferably provided with a visualization device 144, by means of which the operator can directly display and check the beam image.
  • FIG. 5 shows an embodiment of a reference plate 10 in which temperature sensors 15.1.1 arranged on the rear side 14 thereof. ... 15.x.y are arranged in a two-dimensional Cartesian coordinate system.
  • the Cartesian measuring grid results in a particularly simple arrangement of the sensors and the advantage of simple mathematical calculation methods.
  • FIG. 6 shows a further embodiment of a reference plate 10, in which the temperature sensors 15.0.0 ... 15.r. ⁇ are arranged in polar coordinates. This arrangement is advantageous with regard to the mostly circular or ellipsoidal shape of the hot spots 30 that are formed on the reference plate 10.
  • the arrangement of the temperature sensors 15.0.0 ... 15.r. ⁇ can be even further can be optimized if the temperature measuring points are arranged in concentric ellipses and the location of a temperature measuring point can be defined by coordinates r ( ⁇ ), ⁇ , so that the temperature sensors 15.0.0 ... 15.r. ⁇ are also arranged on ellipsoidal orbits.
  • a reference plate 10 is positioned in the effective area of an abrasive blasting device 110 and blasted in the direction of a reference point 37 (see FIG. 2) defined on the front side 12 of the reference plate 10.
  • the kinetic energy is converted into thermal energy, which causes a local increase in the temperature of the reference plate 10 depending on the intensity of the abrasive effect.
  • the local temperatures of the reference plate 10 are measured by means of the temperature sensors 15. I arranged there and fed to the evaluation device 140.
  • the current temperature distribution in the reference plate 10 can be recorded by querying all the temperature measuring points T, i ... T m , n at the same time or by successively polling at short intervals.
  • the temperature measurement values can be stored in an evaluation matrix with a memory, the storage location coordinates for a temperature measurement value preferably corresponding to the coordinates of the corresponding temperature measurement point in the measurement grid on the reference plate 10.
  • the values stored in the evaluation matrix can also be visualized using methods known per se, for example by displaying different temperature values as differently colored pixels in a color image.
  • At least one local temperature maximum Mi, j is determined from all the temperature measurement values determined in the measurement grid.
  • a local temperature maximum M if j is preferably a temperature measurement value ⁇ at a temperature measurement point T if j that is greater than a threshold value, which is calculated as explained below:
  • the temperature measurements of all temperature measurement points T ⁇ , ⁇ - T m , n become the arithmetic mean temperature T M and the absolute maximum temperature T max determined.
  • the temperature measured value ⁇ of a temperature measuring point T if , its temperature, is then defined as the local temperature maximum Mi
  • FIG. 2 also shows schematically the temperature distribution measured in this way on the surface 12 of the reference plate 10.
  • the temperature is the highest in the area of the hot spot 30, as indicated by the dense hatching.
  • the five temperature measurement values of the temperature sensors 15. I lying in this range lie above the threshold value and are local temperature maxima M I , J; they are indicated by thick lines in FIG. 2.
  • the geometric center point is determined within the set of local temperature maxima M ⁇ . This then corresponds to the blasting agent action center 36. If there is only one local temperature maximum Mi, j, its location coincides directly with the location of the blasting agent action center 36.
  • the blasting agent action center 36 coincides with the reference point 37 on which the beam was originally aligned.
  • the abrasive center 36 and the reference point 37 are not congruent.
  • the centrifugal wheel 110 can then be displaced along the correction vector 38 with the at least one-dimensional beam alignment device 120, as a result of which the position of the center of action of the abrasive agent 36 also changes with respect to the measurement grid of the reference plate 10.
  • the reference point 37 and the abrasive center 36 can thus be brought into alignment.
  • the centrifugal wheel 110 is thus precisely adjusted.
  • the tracking along the correction vector 38 can take place during operation.
  • the correction vector 38 can also be temporarily stored and then called up in a set-up time, for example during the insertion of the workpieces into the blasting chamber of the surface treatment device 100 Tracking the centrifugal wheel 110 with the jet alignment device 120.
  • a workpiece 20 is positioned on the top 12 of a reference plate 10.
  • the beam from a blasting agent-emitting surface treatment device 100 is aligned with the reference point 37.
  • the temperatures during the blasting to the temperature measurement points T I, ⁇ ... T m, n measured, said local temperature maxima Mi, j are determined, which are marked in Fig. 3 as circles with a thick line.
  • the temperature around the hot spot 30 decreases continuously, as indicated by the temperature zones 32 and 34.
  • the coordinates, of an imaginary geometric abrasive action center 36 can be determined from the set of local temperature maxima Mj. J with sufficient accuracy by known iterative methods.
  • the hot spot 30, however, does not enclose the workpiece 20 in the illustration selected in FIG. 3, and the abrasive action center 36 determined according to the invention is overall too far to the right above the targeted reference point 37.
  • the abrasive action center 36 determined according to the invention and the originally targeted reference point 37 are brought into register.
  • the optimized position of hot spot 30 and blasting agent action center 36 results, as is shown in FIG.
  • the extent of the hot spot 30 and — in the case of a non-rotationally symmetrical hot spot 30 — the alignment of its longitudinal axis with respect to the reference plate 10 can be determined using the method and the device of the invention.
  • the centrifugal wheel 110 can be rotated in the plane of the reference plate 12 and the workpiece 20, so that the angular position of the hot spot 30 is optimized and the utilization of the beam area is further improved.
  • the centrifugal wheel 110 and the reference plate 10 must be movable relative to one another.
  • a jet alignment device 120 shown here by means of which the centrifugal wheel 110 can be moved at least one dimension, it can also be provided that the centrifugal wheel 110 is arranged in a stationary manner and a movable reference plate 10 is provided.
  • a method for monitoring blasting agent-emitting surface treatment devices with at least the following method steps: a) positioning of a blasting pattern control device (100) with a reference plate (10) in the effective range of a blasting agent centrifugal device; b) rays in the direction of a reference point (37) defined on the front side (12) of the reference plate (10); c) simultaneous measurement of the temperature of the reference plate (10) at a plurality of temperature measuring points I, J arranged in a measuring grid; d) determination of at least one local temperature maximum M i ( j in the set of temperature measuring points T I , J; e) determination of a center of abrasive action (36) as the location of the absolute temperature maximum in the measurement grid or as the location of the geometric center of at least two local temperature maxima.
  • a correction vector (38) is calculated starting from the blasting agent action center (36) to the reference point (37) and the blasting agent centrifugal device is moved along the correction vector (38).
  • StrahlstorykontroUvoriques for performing the method according to one of claims 1 to 4, comprising at least the following parts: - a reference plate (10) having a pressurizable with blasting agent top (12) and a plurality of arranged in 'a grid temperature sensors (15 ), which are arranged on the rear side (14) facing away from the blasting agent centrifugal device and / or which are integrated in the reference plate (12), and an evaluation device (140).
  • the beam image monitoring device (100) characterized in that the evaluation device (140) comprises at least one measured value memory, an average value calculation unit and a comparator.
  • Beam image monitoring device (100) according to one of Claims 5 to 8, characterized in that at least some of the temperature sensors (15) are infrared radiation receivers which are arranged at a distance from the reference plate (10) and which each point to one of the temperature measuring points ⁇ , ⁇ ... T ⁇ ,, n are focusable.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung von Strahlmittel emittierenden Oberflächenbehandlungseinrichtungen mit wenigstens folgenden Verfahrensschritten: a) Positionierung einer Strahlbildkontrollvorrichtung (100) mit einer Referenzplatte (10) im Wirkungsbereich einer Strahlmittelschleudervorrichtung; b) Strahlen in Richtung eines auf der Vorderseite der referenzplatte (10) difinierten Referenzpunktes; c) gleichzeitiges Messen der Temperatur der Referenzplatte (10) an einer Vielzahl von in einem Messraster engeordneten Temperaturmessstellen Ti,j; d) Bestimmung wenigstens eines lokalen Temperaturmaximums Mi,j in der Menge der Temperaturmessstellen Ti,j; e) Bestimmung eines Strahlmittelwirkungszentrums als Ort des absoluten Temperaturmaximums in dem Messraster oder als Ort der geometrischen Mitte von wenigstens zwei lokalen Temperaturmaxima.

Description

Verfahren zur Überwachung von Strahlmittel emittierenden Oberflächenbehandlungseinrichtungen und StrahlbildkontroUvorrichtung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung von Strahlmittel emittierenden Oberflächenbehandlungseinrichtungen und eine StrahlbildkontroUvorrichtung zu dessen Durchführung.
Bei Strahlmittel emittierenden Oberflächenbehandlungseinrichtungen wird, beispielsweise mittels Schleuderrädern, ein Strahlmittel auf eine Werkstückoberfläche gelenkt. Da durch die Verwirbelungen der Strahlmittel im Bereich der Werkstückoberfläche eine visuelle Kontrolle im laufenden Betrieb nicht möglich ist, wird die Lage des Aufprallbereichs des Strahlmittels auf der Werkstückoberfläche, dem sogenannten Hot-Spot, vor Aufnahme der Werkstückbehandlung mit Hilfe von in den Strahlbereich gelegten Probe-Blechabschnitten kontrolliert oder mit einem Farbauftrag, der dann im Bereich des Strahls abgetragen wird. Diese Verfahren zur Strahlbildkontrolle sind jedoch ungenau und verzögern die Arbeitszy- klen der Oberflächenbehandlungseinrichtungen, da die Hilfsmittel manuell in den Strahlbereich gebracht und aus diesem wieder entfernt werden müssen.
Weiterhin ist es bekannt, nach ihrem Erfinder benannte Al- men-Messstreifen, wie sie auch die US 5 731 509-A beschreibt, für die Strahlbildkontrolle einzusetzen. Diese länglichen Messstreifen bestehen aus Lagen von Federstahl in verschiedenen Dicken und werden an einem Werkstück oder einer Referenzplatte befestigt, beispielsweise durch Kleben, und dann mit dem Strahlmittel beaufschlagt. Hierdurch treten Durchbiegungen auf, die nach dem Strahlen gemessen werden. Die Durchbiegung erlaubt einen Rückschluss auf die Strahl- Intensität und damit eine genauere Bestimmung des Hot-Spots, allerdings ist auch hier keine kontinuierliche Überwachung des Strahlbildes möglich. Ein auswandernder Strahl während des laufenden Betriebs der Oberflächenbehandlungseinrichtung wird nicht erfasst, so dass es nur unter sehr großem Aufwand möglich ist, für jedes einzelne Werkstück eine Strahlbildkontrolle vorzunehmen. Ohne eine Einzelstückkontrolle kann die Qualität des Werkstücks nicht garantiert werden, und Zertifizierungsanforderungen, z. B. nach DIN ISO 9001 ff., werden nicht erfüllt.
Es stellt sich daher die Aufgabe, ein Verfahren anzugeben, mit dem eine kontinuierliche Kontrolle von Strahlmittel emittierenden Oberflächenbehandlungseinrichtungen gewährleistet und eine Werkstück-Prüfungsrate von bis zu 100% erreichbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, das wenigstens folgende Ver- fahrensschritte aufweist: a) Positionierung einer StrahlbildkontroUvorrichtung mit einer Referenzplatte im Wirkungsbereich einer Strahlmittelschieudervorrichtung; b) Strahlen in Richtung eines auf der Vorderseite der Refe- renzplatte definierten Referenzpunktes; c) gleichzeitiges Messen der Temperatur der Referenzplatte an einer Vielzahl von in einem Messraster angeordneten Temperaturmessstellen ι,j," d) Bestimmung wenigstens eines lokalen Temperaturmaximums Mif in der Menge der Temperaturmessstellen I,J; e) Bestimmung eines Strahlmittelwirkungszentrums als Ort des absoluten Temperaturmaximums in dem Messraster oder als Ort der geometrischen Mitte von wenigstens zwei lokalen Temperaturmaxima.
Unter Strahlmittel werden zum einen abrasiv wirkende Partikel verstanden, insbesondere Quarzsand oder Kohlendioxidpellets, die lose sitzende Oberflächenschichten wie Rost und Zunder lösen, und zum anderen Partikel, insbesondere Stahlkugeln, die durch ihre kinetische Energie eine Verdichtung von Werkstückoberflächen und damit eine Erhöhung der Oberflächenhärte, z. B. im sogenannten shot-peening Verfahren, bewirken.
Entgegen den bekannten Messmethoden zur Strahlbildkontrolle, die stets die unmittelbare Wirkung des Strahlmittels erfas- sen, wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der Effekt in mittelbarer Weise ausgenutzt, dass gemäß dem Grundsatz der Energieerhaltung eine Umwandlung der kinetischen Energie der anprallenden Partikel des Strahlmediums in Wärmeenergie erfolgt und eine lokale Erwärmung der Werkstückoberfläche dort registrierbar ist, wo das Strahlmittel aufprallt. Durch Messung der Temperatur an einer Vielzahl von über die Fläche verteilten Temperaturmesstellen kann mit einer Auswerteeinrichtung ein zweidimensionales Lagebild des Strahls erstellt werden, sei es in Form eines Datensatzes, der in einer Datenverarbeitungsanlage verarbeitbar ist, oder in
Form einer Visualisierung, die für den Bediener der Oberflächenbehandlungseinrichtung die Lage des Hot-Spots graphisch darstellt. Mög ch ist eine polychrome Visualisierung, bei der bestimmte Farbwerte bestimmten Strahlintensitäten zuge- ordnet sind.
Durch die Berechnung der lokalen Temperaturmaxima wird die Lage des Zentrum des Hot-Spots auf der Referenzplatte ermittelt. Bei einem auf der Referenzplatte abgelegten Werkstück bildet sich unter diesem ein Strahlmittelschatten auf der Referenzplatte aus, wohingegen dann um. das Werkstück herum eine Kette lokaler Temperaturmaxima zu registrieren is.t. Der geometrische Mittelpunkt dieses Ringes lokaler Temperaturmaxima, der dem Strahlmittelwirkungszentrum entspricht, ist insbesondere durch bekannte iterative mathematische Verfah- ren mit der gewünschten Genauigkeit bestimmbar.
Mit dem Verfahren der .Erfindung ist es demnach möglich, die Strahllage kontinuierlich und für jedes gestrahlte Werkstück einzeln zu überwachen, zu protokollieren und die Strahlmittelschleudervorrichtung so zu verfahren, dass ein anvisier- ter Referenzpunkt auf dem Werkstück oder der Referenzplatte und das verfahrensgemäß ermittelte Strahlmittelwirkungszentrum in Deckung zu bringen sind.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche 2 bis 4. Die Erfindung betrifft weiterhin eine StrahlbildkontroUvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, die wenigstens folgende Einzelteile aufweist:
- eine Referenzplatte mit einer mit Strahlmittel beauf- schlagbaren Oberseite und einer Vielzahl von in einem Raster angeordneten Temperatursensoren, die an der von der Strahlmittelschleudervorrichtung abgewandten Rückseite angeordnet sind und/oder die in die Referenzplatte integriert sind, und - eine Auswertungseinrichtung.
Die StrahlbildkontroUvorrichtung der Erfindung zeichnet sich durch einen einfachen Aufbau auf. Es werden Standardkomponenten der Messtechnik miteinander kombiniert. Die Messung der Temperatur an einer Messstelle kann mit den bekann- ten Techniken erfolgen; hier sind kostengünstige und genaue Temperaturmessgeräte am Markt bereits in großer Anzahl verfügbar.
Die Übernahme der Messwerte aller Temperatursensoren in die Auswertungseinheit kann gleichzeitig oder sequentiell mit so kurzen Taktzeiten zwischen den Abfragen der einzelnen Temperaturmessstellen erfolgen, dass sich insgesamt für den Betrachter eine Momentaufnahme der Strahllage in Echtzeit ergibt.
In einer vorteilhaften Ausführungsform einer Strahlbildkon- trollvorrichtung sind wenigstens ein Teil der Temperatursensoren Infrarotstrahlungsempfänger, welche beabstandet von der Referenzplatte angeordnet sind und die jeweils auf eine der Temperaturmessstellen Tlfi ... Tm,n fokussierbar sind.
Somit kann ein Bild der Infrarotstrahlung der Rückseite der Referenzplatte aufgezeichnet werden. Dieses Infrarotbild kann direkt graphisch dargestellt und mit Bildverarbeitungsalgorithmen ausgewertet werden. Ebenso können hieraus einzelne Temperaturmesswerte des Messrasters ermittelt werden.
Weitere Ausführungsformen der StrahlbildkontroUvorrichtung der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbei- spiels.
Die Erfindung wird mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. Die Figuren zeigen im Einzelnen: Fig. 1 eine schematische, perspektivische Ansicht einer
Strahlmittel emittierenden Oberflächenbehandlungseinrichtung;
Fig. 2 eine Referenzplatte mit einem Referenz-Strahllagebild in Draufsicht; Fig. 3 eine Referenzplatte mit einem unkorrigierten Strahllagebild in Draufsicht;
Fig. 4 eine Referenzplatte mit einem korrigierten Strahllagebild in Draufsicht;
Fig. 5 eine ersten Ausführungsform und Fig. 6 eine zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäß ausgebildeten Referenzplatte in Draufsicht.
Fig. 1 zeigt eine Oberflächenbehandlungseinrichtung 100, von der mittels eines Schleuderrads 110 ein Strahlmittel auf ein Werkstück geschleudert wird. Das Schleuderrad 110 ist mit- tels einer Strahlausrichtungseinrichtung 120 in wenigstens einer Dimension, vorzugsweise zweidimensional, verfahrbar.
Das Werkstück kann auf einer Vorderseite 12 einer Referenzplatte 10 positioniert werden. Der Hot-Spot 30, der Bereich der intensivsten Strahlmittelwirkung, ist durch die Ellipse auf der Oberfläche 12 der Referenzplatte 10 dargestellt.
An der Rückseite 14 der Referenzplatte 10 sind eine Vielzahl von Temperatursensoren 15 angeordnet, die in Sackbohrungen in der Referenzplatte 10 eingesetzt sind. Die Temperatursensoren 15 sind je nach Anzahl der Temperaturmessstellen direkt oder über eine Bündelungseinrichtung 130, beispielsweise einen Multiplexer oder ein Bus-System, an einen Eingang 141 einer Auswertungseinrichtung 140 angeschlossen. Von ei- nem Ausgang 142 der Auswertungseinrichtung 140 kann eine Signalleitung mit der Strahlausrichtungseinrichtung 120 verbunden werden. Bevorzugt ist die Auswertungseinrichtung 140 mit einer Visualisierungseinrichtung 144 versehen, durch die eine direkte Darstellung und Kontrolle des Strahlbildes durch den Bediener möglich ist.
In Fig. 5 ist eine Ausführungsform einer Referenzplatte 10 dargestellt, bei der an deren Rückseite 14 angeordneten Temperatursensoren 15.1.1. ... 15.x.y in einem zweidimensionalen kartesischen Koordinatensystem angeordnet sind. Durch das kartesische Messraster ergibt sich eine besonders einfach herzustellende Anordnung der Sensoren und der Vorteil einfacher mathematischer Berechnungsmethoden.
In Fig. 6 ist eine weitere Ausführungsform einer Referenzplatte 10 abgebildet, bei der die Temperatursensoren 15.0.0 ... 15.r.φ in Polarkoordinaten angeordnet sind. Diese Anordnungsweise ist vorteilhaft im Hinblick auf die meist kreisrunde oder ellipsoide Form des sich auf der Referenzplatte 10 abbildenden Hot-Spots 30.
In Hinsicht auf eine Ellipsenform des Hot-Spots 30 kann die Anordnung der Temperatursensoren 15.0.0 ... 15.r.φ noch weiter optimiert werden, wenn die Temperaturmessstellen in konzentrischen Ellipsen angeordnet sind und der Ort einer Temperaturmessstelle durch Koordinaten r(φ),φ definierbar ist, so dass die Temperatursensoren 15.0.0 ... 15.r.φ ebenfalls auf ellipsoiden Bahnen angeordnet sind.
Bei dem Verfahren der Erfindung wird eine Referenzplatte 10 im Wirkungsbereich einer Strahlmittelschleudervorrichtung 110 positioniert und in Richtung eines auf der Vorderseite 12 der Referenzplatte 10 definierten Referenzpunktes 37 (vgl. Fig. 2) gestrahlt.
Beim Anprall der Strahlmittelteilchen auf der Oberfläche des Werkstücks und/oder der Referenzplatte 10 wird die kinetische Energie in Wärmeenergie umgewandelt, wodurch eine lokale Temperaturerhöhung der Referenzplatte 10 je nach Intensi- tat der Strahlmittelwirkung bewirkt wird.
An den in Figur 2 dargestellten Temperaturmessstellen Tι,ι ... Tm,n werden mittels der dort angeordneten Temperatursensoren 15.i.j die lokalen Temperaturen der Referenzplatte 10 gemessen und der Auswertungseinrichtung 140 zugeführt. Durch gleichzeitige Abfrage aller Temperaturmessstellen T,i ... Tm,n oder eine sukzessive Abfrage in kurzem zeitlichen Abstand kann die momentane Temperaturverteilung in der Referenzplatte 10 erfasst werden. Die Temperaturmesswerte können in einer Auswertungsmatrix mit einem Speicher abgelegt werden, wobei die Speicherplatzkoordinaten für einen Temperaturmesswert vorzugsweise den Koordinaten der entsprechenden Temperaturmessstelle in dem Messraster auf der Referenzplatte 10 entsprechen.
Die in der Auswertungsmatrix abgelegten Werte können auch mit an sich bekannten Methoden visualisiert werden, bei- spielsweise durch Abbildung unterschiedlicher Temperaturwerte als unterschiedlich gefärbte Bildpunkte in einem Farbbild.
Von allen in dem Messraster ermittelten Temperaturmesswerten wird wenigstens ein lokales Temperaturmaximums Mi,j bestimmt. Vorzugsweise wird als lokales Temperaturmaximum Mifj ein Temperaturmesswert θ an einer Temperaturmessstelle Tifj angesehen, der größer als ein Schwellwert ist, der sich wie nachfolgend erläutert errechnet: Aus den Temperaturmesswerten aller Temperaturmessstellen Tχ,ι - Tm,n wird der arithmetische Temperaturmittelwert TM und das absolute Temperaturmaximum Tmax bestimmt. Als lokales Temperaturmaximum Mi, wird dann der Temperaturmesswert θ einer Temperaturmessstelle Tif definiert, deren Temperatur
θ(Tι.j) > TM + (TM - Tmaχ)*F
ist, wobei vorzugsweise F = 0,5 bis 1 beträgt. Durch diese Gewichtung wird eine ausreichend deutliche Unterscheidung lokaler Temperaturmaxima von sonstigen Temperaturwerten in der Umgebung erreicht.
Figur 2 zeigt auch schematisch die so gemessene Temperaturverteilung auf der Oberfläche 12 der Referenzplatte 10. Im Bereich des Hot-Spots 30 ist die Temperatur am höchsten, wie durch die dichte Schraffur angedeutet. Die fünf in diesem Bereich liegenden Temperaturmesswerte der Temperatursensoren 15.i.j liegen über dem Schwellwert und sind lokale Temperaturmaxima MI,J; sie sind in Fig. 2 durch dicke Linien gekennzeichnet.
Ausgehend vom Hot-Spot 30 nehmen die Temperaturen nach außen kontinuierlich ab. In weiter außen liegenden Temperaturzonen 32, 34 liegen die lokalen Temperaturen bereits unter dem Schwellwert und werden nicht mehr als lokale Temperaturmaxima Mι,j erfasst.
Innerhalb der Menge der lokalen Temperaturmaxima Mι, wird der geometrische Mittelpunkt bestimmt. Dieser entspricht dann dem StrahlmittelwirkungsZentrum 36. Bei nur einem lokalen Temperaturmaximum Mi,j fällt dessen Ort unmittelbar mit dem Ort des Strahlmittelwirkungszentrums 36 zusammen.
Idealerweise fällt das Strahlmittelwirkungszentrum 36 mit dem Referenzpunkt 37 zusammen, auf welchen der Strahl ursprünglich ausgerichtet worden war.
Bei den in der Praxis üblicherweise auftretenden Abweichungen der Strahllage liegen das Strahlmittelwirkungszentrum 36 und der Referenzpunkt 37 jedoch nicht deckungsgleich. Mit dem Verfahren der Erfindung ist es möglich, durch einen weiteren Schritt einen Korrekturvektor 38 (vgl. Fig. 3) zwischen dem Strahlmittelwirkungszentrum 36 und dem Referenzpunkt 37 zu berechnen. Das Schleuderrad 110 kann dann mit der wenigstens eindimensionalen Strahlausrichtungseinrich- tung 120 entlang des Korrekturvektors 38 verschoben werden, wodurch sich auch die Lage des Strahlmittelwirkungszentrums 36 gegenüber dem Messraster der Referenzplatte 10 ändert. Der Referenzpunkt 37 und das Strahlmittelwirkungszentrum 36 können so in Deckung gebracht werden. Das Schleuderrad 110 ist damit exakt justiert. Die Nachführung entlang des Korrekturvektors 38 kann im laufenden Betrieb erfolgen. Der Korrekturvektor 38 kann jedoch auch zwischengespeichert werden und dann in einer Rüstzeit, beispielsweise während des Einlegens der Werkstücke in die Strahlkammer der Oberflä- chenbehandlungseinrichtung 100, abgerufen werden, um eine Nachführung des Schleuderrads 110 mit der Strahlausrichtungseinrichtung 120 durchzuführen.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend noch einmal mit Blick auf die Figuren 3 und 4 erläutert.
Ein Werkstück 20 wird auf der Oberseite 12 einer Referenzplatte 10 positioniert. Der Strahl einer Strahlmittel emittierenden Oberflächenbehandlungseinrichtung 100 wird auf den Referenzpunkt 37 ausgerichtet. Die Temperaturen werden während des Strahlens an den Temperaturmessstellen Tι,ι ... Tm,n gemessen, wobei lokale Temperaturmaxima Mi,j ermittelt werden, die in Fig. 3 als Kreise mit dicker Linie gekennzeichnet sind. Die von den lokalen Temperaturmaxima Mι,j umfasste, hier schraffiert dargestellte Fläche gibt die Lage und Ausdehnung des Hot-Spots 30 an. Um den Hot-Spot 30 herum nimmt die Temperatur kontinuierlich ab, wie durch die Temperatur- zonen 32 und 34 angedeutet.
Durch an sich bekannte iterative Verfahren können die Koordinaten ,eines gedachten geometrischen Strahlmittelwirkungszentrums 36 aus der Menge der lokalen Temperaturmaxima Mj.,j mit hinreichender Genauigkeit bestimmt werden.
Der Hot-Spot 30 umschließt jedoch in der in Fig. 3 gewählten Darstellung das Werkstück 20 nicht, und das erfindungsgemäßen ermittelte Strahlmittelwirkungszentrum 36 liegt insgesamt zu weit rechts oberhalb des anvisierten Referenzpunktes 37.
Durch ein Verfahren des Schleuderrads 110 entlang des Korrekturvektors 38 werden das erfindungsgemäß ermittelte Strahlmittelwirkungszentrum 36 und der ursprünglich anvisierte Referenzpunkt 37 in Deckung gebracht. Bei einem wei- teren Strahlbetrieb mit der so justierten Strahlvorrichtung ergibt sich die optimierte Lage von Hot-Spot 30 und Strahlmittelwirkungszentrum 36, wie sie in Figur 4 dargestellt ist.
Ebenso kann mit dem Verfahren und der Vorrichtung der Erfindung die Ausdehnung des Hot-Spots 30 und - bei einem nicht rotationssymmetrischen Hot-Spot 30- die Ausrichtung seiner Längsachse gegenüber der Referenzplatte 10 ermittelt werden. Mit einem zusätzlichen rotatorischen Freiheitsgrad der Strahlausrichtungseinrichtung 120 kann das Schleuderrad 110 in der Ebene der Referenzplatte 12 und des Werkstücks 20 gedreht werden, so dass die Winkellage des Hot-Spots 30 optimiert und die Ausnutzung des Strahlbereichs noch weiter verbessert ist.
Um eine Korrektur vornehmen zu können, müssen Schleuderrad 110 und Referenzplatte 10 relativ zueinander verfahrbar sein. Statt einer hier dargestellten Strahlausrichtungseinrichtung 120, durch die das Schleuderrad 110 wenigstens eindimensional verfahrbar ist, kann dazu ebenso vorgesehen sein, das Schleuderrad 110 stationär anzuordnen und eine verfahrbare Referenzplatte 10 vorzusehen.
Patentansprüche ;
1. Verfahren zur Überwachung von Strahlmittel emittierenden Oberflächenbehandlungseinrichtungen mit wenigstens folgenden Verfahrensschritten: a) Positionierung einer StrahlbildkontroUvorrichtung (100) mit einer Referenzplatte (10) im Wirkungsbereich einer Strahlmittelschleudervorrichtung; b) Strahlen in Richtung eines auf der Vorderseite (12) der Referenzplatte (10) definierten Referenzpunktes (37) ; c) gleichzeitiges Messen der Temperatur der Referenzplatte (10) an einer Vielzahl von in einem Messraster angeord- neten Temperaturmessstellen I,J; d) Bestimmung wenigstens eines lokalen Temperaturmaximums Mi(j in der Menge der Temperaturmessstellen TI,J; e) Bestimmung eines Strahlmittelwirkungszentrums (36) als Ort des absoluten Temperaturmaximums in dem Messraster oder als Ort der geometrischen Mitte von wenigstens zwei lokalen Temperaturmaxima.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach Schritt e) ein Korrekturvektor (38) ausgehend von dem Strahlmittelwirkungszentrum (36) zu dem Referenzpunkt (37) berechnet wird und die Strahlmittelschleudervorrichtung entlang des Korrekturvektors (38) verfahren wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturwerte in eine wenigstens zweidimensio- nale Auswertungsmatrix übertragen werden, die entspre- chend der Ausdehnung des Messrasters dimensioniert ist und in der jedem Matrizenelement eine Temperaturmessstelle Ti,j zugeordnet ist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass aus den Temperaturmesswerten aller Temperaturmessstellen ι(1... Tm,n der arithmetische Temperaturmittelwert TM und das wenigstens eine absolute Temperaturmaximum Tmax bestimmt werden und dass als lokales Temperaturmaximum Mi,j eine Temperaturmessstelle Ti,j definiert wird, deren Temperatur θ(Ti,j) TM + (τ„ - Tmax)*F ist, wobei F = 0,5 bis 1 beträgt.
5. StrahlbildkontroUvorrichtung (100) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit wenigstens folgenden Einzelteilen: - eine Referenzplatte (10) mit einer mit Strahlmittel beaufschlagbaren Oberseite (12) und einer Vielzahl von in' einem Raster angeordneten Temperatursensoren (15), die an der von der Strahlmittelschleudervorrichtung abgewandten Rückseite (14) angeordnet sind und/oder die in die Referenzplatte (12) integriert sind, und eine Auswertungseinrichtung (140) .
6. StrahlbildkontroUvorrichtung (100) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertungseinrichtung (140) wenigstens einen MesswertSpeicher, eine Mittelwert- berechnungseinheit und einen Komparator umfasst.
7. StrahlbildkontroUvorrichtung (100) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturmessstellen Tι,ι ... Tm,n in einem kartesischen Messraster angeordnet sind. l. StrahlbildkontroUvorrichtung (100) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturmessstellen in einem Polarkoordinaten-Messraster angeordnet sind.
). StrahlbildkontroUvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil der Temperatursensoren (15) Infrarotstrahlungsempfänger sind, welche beabstandet von der Referenzplatte (10) angeordnet sind und die jeweils auf eine der Temperaturmessstellen ι,ι ... Tπ,,n fokussierbar sind.

Claims

Zusammenfassung: (vgl. Fig 1)
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung von Strahlmittel emittierenden Oberflächenbehandlungseinrichtungen mit wenigstens folgenden Verfahrensschritten: a) Positionierung einer StrahlbildkontroUvorrichtung (100) mit einer Referenzplatte (10) im Wirkungsbereich einer StrahlmittelSchleudervorrichtung; b) Strahlen in Richtung eines auf der Vorderseite der Referenzplatte (10) definierten Referenzpunktes; c) gleichzeitiges Messen der Temperatur der Referenzplatte (10) an einer Vielzahl von in einem Messraster angeordne- ten Temperaturmessstellen Ti,-,; d) Bestimmung wenigstens eines lokalen Temperaturmaximums Mi, in der Menge der Temperaturmessstellen Ti,-,; e) Bestimmung eines Strahlmittelwirkungszentrums als Ort des absoluten Temperaturmaximums in dem Messraster oder als Ort.der geometrischen Mitte von wenigstens zwei lokalen Temperaturmaxima .
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