WO1987000670A1 - Process and device for locating faulty connections between identical or different materials - Google Patents

Process and device for locating faulty connections between identical or different materials Download PDF

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WO1987000670A1
WO1987000670A1 PCT/EP1986/000380 EP8600380W WO8700670A1 WO 1987000670 A1 WO1987000670 A1 WO 1987000670A1 EP 8600380 W EP8600380 W EP 8600380W WO 8700670 A1 WO8700670 A1 WO 8700670A1
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Siegbert ERLENKÄMPER
Jürgen Eisenblätter
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Definitions

  • the invention relates to a method for locating faulty connections between the same or different materials, in which a sound emission analysis is carried out while the connection is loaded. Furthermore, a device for carrying out this method is described, with devices for applying a load, sound emission sensors and with an electronic signal evaluation.
  • a load on the component is necessary to stimulate the emission, the entire component being loaded. If an error location is now to be carried out, several sound emission sensors, at least two for linear location and at least three for planar location, are necessary. In this case, the differences in the arrival times of the signals at the various sensors are measured and the location is determined using a computer. This method requires a lot of equipment.
  • the invention is based on the object of specifying a method by means of which the faulty connections can be quickly and easily located in welded, soldered or glued materials and in composite materials.
  • connection is loaded locally and in a scanning manner, the occurrence of sound emission signals indicating an error at the point of the connection which is currently loaded.
  • Claims 2 to 6 relate to advantageous embodiments of the method according to the invention.
  • the device according to the invention for carrying out the method with devices for applying a load, sound emission sensors and with an electronic signal evaluation is characterized in that a device for local loading of the connection is provided, with which the connection can be scanned, and that from the recorded sound emission signals an error in the currently loaded part of the Connection is detectable.
  • Advantageous embodiments of the device according to the invention are described in subclaims 8 to 13.
  • the local load is preferably introduced by thermal energy.
  • the expansion of the heated material at the faulty joint creates noise caused by friction and crack growth, the timing and intensity of which are determined by sound emission sensors and electronic signal evaluation.
  • the fault location can be determined after comparison with the respective position of the heating unit.
  • the thermal energy can be introduced via a hot air nozzle or locally via electromagnetic radiation in the infrared or visible frequency range, in particular via a laser beam.
  • the thermal energy can also be introduced into the connection point inductively.
  • connection is continuously loaded point by point along a line.
  • a z. B. meandering scanning possible.
  • For the position-defined introduction of the load z. B. serve a manipulator.
  • the location coordinates of the load can be z. B. also win by using a so-called electronic mouse and use it to display the location results.
  • the joint between two joining partners 1 and 2 is locally, e.g. B. punctiform, thermal energy, z. B. introduced via a hot air nozzle 4.
  • This causes an inhomogeneous expansion of the joining partners 1 and 2 which separate from each other.
  • This creates friction and crack growth noises in the faulty connection, which propagate from the place of origin and reach one or more permanently installed sound emission sensors 5.
  • the location of the sound emission sensor 5 is not critical. These can be attached to the workpiece to be tested at any suitable location.
  • a device which is coupled to the electronic signal evaluation and which marks the faulty connection point, for example with a dye or a laser beam, on the component to be tested.
  • a device serving for this purpose can be controlled either directly or by means of the electronic signal evaluation, or indirectly via the marking indicator.
  • the devices for local introduction of the thermal energy and the marking and, if necessary, also the troubleshooting can be designed to be fixed while the object to be examined is moving.

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Abstract

The connection is subjected to loading, locally and by scanning, during which the appearance of acoustic emission signals reveals the presence of a fault at the point which is momentarily loaded. The loading is preferably effected in the form of thermal energy and the connection is loaded at points along a straight line or a curved line covering the surface.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Ortung von fehlerhaften Verbindungen zw ischen gleichen oder unterschiedlichenMethod and device for locating faulty connections between the same or different ones
Materialien BeschreibungMaterials description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ortung von fehlerhaf ten 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.The invention relates to a method for locating faulty connections between the same or different materials, in which a sound emission analysis is carried out while the connection is loaded. Furthermore, a device for carrying out this method is described, with devices for applying a load, sound emission sensors and with an electronic signal evaluation.
Bei Materialien, die miteinander durch Fügeverfahren, wie Schweißen , Löten oder Kleben , verbunden sind oder in Verbundwerks toffen , wie faserverstärkten Werks toffen oder Schichtwerks toffen , können fehlerhafte Verbin¬ dungen vorliegen. An diesen Stellen ist die Haf tung der Fügepartner vermindert . Dies kann zu Ablösungen oder De lamination führen und das Werks tück oder das Halbzeug unbrauchbar machen. Werden derartige Fehler nicht rechtzeitig erkannt und gegebenenfalls korri¬ giert , kann dies zum Versagen des Fertigproduktes führen.In the case of materials which are connected to one another by joining methods, such as welding, soldering or gluing, or in composite materials, such as fiber-reinforced materials or layered materials, there may be faulty connections. The adhesion of the joining partners is reduced at these points. This can lead to detachment or delamination and render the workpiece or the semi-finished product unusable. If such errors are not recognized in time and corrected if necessary, this can lead to failure of the finished product.
Es ist bekannt , fehlerhaf te 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 Ul traschallverfahren gewisse Schwierig¬ keiten mit der Ankopplung der Prüf köpfe auf und bei der Durchstrahlung machen sich schon geringfügige Än¬ derungen in der Geometrie der zu prüfenden Körper störend bemerkbar.It is known to locate faulty joints with the aid of ultrasound, hard radiation, such as X-rays or conventional sound emission analysis. However, ultrasound methods and X-ray radiation methods have the disadvantage that gluing and binding errors cannot be reliably detected. In addition, there are certain difficulties with the coupling of the test heads in the ultrasound method and even slight changes in the geometry of the body to be tested occur during the irradiation disturbingly noticeable.
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.In the acoustic emission analysis, a load on the component is necessary to stimulate the emission, the entire component being loaded. If an error location is now to be carried out, several sound emission sensors, at least two for linear location and at least three for planar location, are necessary. In this case, the differences in the arrival times of the signals at the various sensors are measured and the location is determined using a computer. This method requires a lot of equipment.
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.The invention is based on the object of specifying a method by means of which the faulty connections can be quickly and easily located in welded, soldered or glued materials and in composite materials.
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.This object is achieved according to the invention in that the connection is loaded locally and in a scanning manner, the occurrence of sound emission signals indicating an error at the point of the connection which is currently loaded. Claims 2 to 6 relate to advantageous embodiments of the method according to the invention.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit Einrichtungen zum Aufbringen einer Be¬ lastung, Schallemissionsaufnehmer sowie mit einer elek- tronischen Signalauswertung ist dadurch gekennzeichnt, 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 Steile der Verbindung detektierbar ist. Vorteilhafte Ausführungs¬ formen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Unteransprüchen 8 bis 1 3 beschrieben.The device according to the invention for carrying out the method with devices for applying a load, sound emission sensors and with an electronic signal evaluation is characterized in that a device for local loading of the connection is provided, with which the connection can be scanned, and that from the recorded sound emission signals an error in the currently loaded part of the Connection is detectable. Advantageous embodiments of the device according to the invention are described in subclaims 8 to 13.
Die lokale Belas tung wird vorzugsweise durch ther¬ mische Energie eingebracht. Die Ausdehnung des erwärmten Materials an der fehlerhaf ten Fügestelle erzeugt Reibe- und Rißwachstumsgeräusche, deren Zeitpunkt und intensi- tät durch Schallemissionsaufnehmer und elektronische S ignalauswertung ermittelt wird. Dadurch kann nach Ver¬ gleich mit der jeweiligen Position der Erwärmungsei - heit der Fehlerort bestimmt werden. Die thermische Energie kann über ein Heißluftdüse eingebracht werde n 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¬ gebr acht werden.The local load is preferably introduced by thermal energy. The expansion of the heated material at the faulty joint creates noise caused by friction and crack growth, the timing and intensity of which are determined by sound emission sensors and electronic signal evaluation. As a result, the fault location can be determined after comparison with the respective position of the heating unit. The thermal energy can be introduced via a hot air nozzle or locally via electromagnetic radiation in the infrared or visible frequency range, in particular via a laser beam. The thermal energy can also be introduced into the connection point inductively.
E ine 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. mäander förmige Abtastung mög lich. Zur linearen Ortung eines Fehlers , etwa in einer Verbindungsnaht , kann die lokale Erwär¬ mung längs dieser Naht erfolgen, während bei einer flächigen Verbindung die äanderförmige Abtastung vor¬ teilhaf ter ist . Zur positionsdefinierten Einbringung der Belas tung kann z. B . ein Manipulator dienen . Die Ortskoordinaten der Be lastung lassen sich z. B. eben¬ falls durch den Einsatz einer sogenannten elektroni¬ s chen Maus gewinnen und zur Darstellung der Ortungs¬ ergebnisse nutzen . Die Erfindung wird anhand der schematischen Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:A special feature of the method according to the invention is that the connection is continuously loaded point by point along a line. As a result, a z. B. meandering scanning possible. For the linear location of an error, for example in a connecting seam, local heating can take place along this seam, while in the case of a flat connection, the mutually shaped scanning is advantageous. For the position-defined introduction of the load z. B. serve a manipulator. The location coordinates of the load can be z. B. also win by using a so-called electronic mouse and use it to display the location results. The invention is explained in more detail with reference to the schematic drawing. Show it:
Fig. 1 Die erfindungsgemäße Einbringung der lokalen Belastung in die Verbindung;1 The introduction of the local load into the connection according to the invention;
Fig. 2 a ) und b ) die Korrelation der Ortskoordinaten der momentanen Belastung mit dem Zeitpunkt der freigesetzten Schallemissionssignale bei einer l inearen Ortung und2 a) and b) the correlation of the location coordinates of the instantaneous load with the time of the released sound emission signals in a linear location and
Fig. 3 a ) und b ) die in Fig. 2 dargestellte Korrelation im Falle einer flächigen Ortung.3 a) and b) the correlation shown in FIG. 2 in the case of a flat location.
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 Werks tück an jeder geeigneten Stelle angebracht werden .As shown in FIG. 1, according to the invention, the joint between two joining partners 1 and 2 is locally, e.g. B. punctiform, thermal energy, z. B. introduced via a hot air nozzle 4. This causes an inhomogeneous expansion of the joining partners 1 and 2 which separate from each other. This creates friction and crack growth noises in the faulty connection, which propagate from the place of origin and reach one or more permanently installed sound emission sensors 5. The location of the sound emission sensor 5 is not critical. These can be attached to the workpiece to be tested at any suitable location.
Die Korrelation der Ortskoordinaten der momentanen Er- wärmung mit dem Zeitpunkt der freigesetzten Reibe- undThe correlation of the location coordinates of the current warming with the time of the released friction and
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. 2 a) gezeigt ist. In einer weiteren Koordinate de_-" 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. 3 a) und b) demon¬ striert ist.Crack growth signals now allow the faulty connection to be located, as shown in FIGS. 2 and 3. If the heating takes place along a line as in a connecting seam, then a linear one can be used Make location. The location of the error can be documented by generating an image of the error area in a sequence of lines in the case of linear location along a line and in area location, as shown in FIG. 3. This illustration can e.g. B. can be carried out by switching the line representation between light and dark when a certain sound intensity threshold is exceeded, as shown in FIG. 2a). The sound emission intensity can be plotted in a further coordinate de_- "representation. Both types of representation can also be used in a pair of lines for flat localization, as shown in FIGS. 3 a) and b).
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.It is of practical advantage to provide a device which is coupled to the electronic signal evaluation and which marks the faulty connection point, for example with a dye or a laser beam, on the component to be tested. To remedy the located fault, a device serving for this purpose can be controlled either directly or by means of the electronic signal evaluation, or indirectly via the marking indicator.
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. When the faulty connection is located in extensive or elongated areas, such as in endless bands, the devices for local introduction of the thermal energy and the marking and, if necessary, also the troubleshooting can be designed to be fixed while the object to be examined is moving.

Claims

Patent ansorüche Patent claims
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¬ s ionssignalen einen Fehler an der momentan be¬ lasteten Stelle der Verbindung anzeigt .1 . Method for locating faulty connections between the same or different materials, in which a sound emission analysis is carried out while the connection is loaded, characterized in that the connection is loaded locally and in a scanning manner, the occurrence of sound emission signals causing an error in the indicates currently loaded point of the connection.
2 . Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , daß die Belastung durch thermische Energie vorge¬ nommen wird.2nd A method according to claim 1, characterized in that the exposure to thermal energy is carried out.
3 . Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch qekenn- zeichnet, daß die thermische Energie über eine Heiß- luftdüs e, elektromagnetische Strahlung im Infra¬ rot- oder sichtbaren Frequenzbereich , vorzugsweis über einen Laserstrahl, und/oder auf induktivem Wege eingebracht wird. 3rd Method according to claim 1 or 2, characterized in that the thermal energy is introduced via a hot air nozzle, electromagnetic radiation in the infrared or visible frequency range, preferably via a laser beam, and / or by induction.
4 . Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , dadurch- qekennzeichnet , daß die Verbindung punktweise linear entlang einer geraden oder flächendeckend geführten Linie , vorzugsweise mäanderförmig , belastet und abge- tastet wird.4th Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the connection is loaded and scanned point-by-point linearly along a straight or area-wide line, preferably in a meandering manner.
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.5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the detected fault is automatically remedied or the fault location is marked when sound emission signals occur.
6. Verfahren nach Anspruch 5 , dadurch gekennzeichnet, daß zur Markierung ein Farbstoff oder Laserstrahl verwendet wird. - -• 6. The method according to claim 5, characterized in that a dye or laser beam is used for marking. - - •
7. Vorrichtung zur Ortung von fehlerhaften Verbindungen zwischen gleichen oder unterschiedlichen Materia¬ lien , zur Durchführung des Verfahrens nach den An¬ sprüchen 1 b is 6 , mi t Einrichtungen zum Aufbringen einer Belas tung , Schallemissionsaufnehmer sowie mit e iner elektronischen Signalauswertung , dadurch ge¬ kennzeichnet , daß eine Einrichtung ( 4 ) zur lokalen Be¬ l astung 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.7. Device for locating faulty connections between the same or different materials, for carrying out the method according to claims 1 to 6, with devices for applying a load, sound emission sensors and with an electronic signal evaluation, thereby ge indicates that a device (4) for locally loading the connection (1, 2, 3) is provided, with which the connection can be scanned, and that an error in the connection can be detected from the recorded sound emission signals.
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 e inen Lasers trahl . 8th . Apparatus according to claim 7, characterized in that the device (4) for applying the local load supplies thermal energy, preferably by induction, via a hot air nozzle or via electromagnetic radiation in the infrared or visible frequency range, in particular via a laser.
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.9. The device according to claim 7 or 8, characterized gekenn¬ characterized in that the device (4) for applying the local load on the connection along a straight or blanket, preferably meandering line, is arranged movably.
0. 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- mög lichen.0. Apparatus according to claim 7 or 8, characterized gekenn¬ characterized in that the device (4) for applying the local load is fixedly arranged and that devices are provided which the connection to be tested to the device for applying the local Moving the load and thereby making it possible to scan along a straight or area-wide, preferably meandering line.
1 . Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 1 0 , da¬ durch gekennzeichnet , daß die elektronische Signal¬ auswertung mit einer Fehlermarkiemngseinrichtung oder mit einer Einrichtung zum Beheben des Fehlers gekoppelt ist.1 . Device according to one of claims 7 to 1 0, characterized in that the electronic signal evaluation is coupled to a fault marking device or to a device for rectifying the fault.
2 . Vorrichtung nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeich¬ net, daß die Markierung mittels Laserstrahl oder Farbstoff erfolgt .2nd Apparatus according to claim 1 1, characterized gekennzeich¬ net that the marking is carried out by means of laser beam or dye.
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 1 2 , da¬ durch gekennzeichnet , daß über die elektronische S ignalauswertung ein Manipulator steuerbar ist, durch den Materialien mit fehlerhaften Verbindungen aus¬ sortierbar sind. 3. Device according to one of claims 7 to 1 2, characterized in that a manipulator can be controlled via the electronic signal evaluation, through which materials with faulty connections can be sorted out.
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DE19853525859 DE3525859A1 (en) 1985-07-19 1985-07-19 METHOD AND DEVICE FOR LOCATING DEFECTIVE CONNECTIONS BETWEEN THE SAME OR DIFFERENT MATERIALS

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