WO2001033167A1 - Method and device for detecting surface irregularities - Google Patents

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WO2001033167A1
WO2001033167A1 PCT/DE2000/003671 DE0003671W WO0133167A1 WO 2001033167 A1 WO2001033167 A1 WO 2001033167A1 DE 0003671 W DE0003671 W DE 0003671W WO 0133167 A1 WO0133167 A1 WO 0133167A1
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    • G01N2291/2632—Surfaces flat

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for detecting irregularities in the topography of surfaces on objects.
  • Optical / analysis methods are also used, e.g. B. the scattered light analysis or the strip light analysis.
  • these analysis methods are only successful with homogeneous optical properties (brightness, color, gloss, transparency, shape) of the surfaces to be examined.
  • a high-voltage test is used as a further analysis method, but is only suitable for non-conductive materials and with which defects can be found in the form of continuous cracks or holes.
  • Leak test methods are also suitable for finding continuous cracks and / or holes, but only on special component geometries.
  • the invention is based on the object of providing an analysis method with which in particular the smallest edge-shaped irregularities on surfaces of Let objects be found safely and without contact.
  • a gas flow that is as low as possible in swirl ie. H. preferably laminar gas flow is directed onto the surface to be examined, and that the sound level when the gas flow interacts with the surface to be examined as a measure of irregularities, e.g. B. in the form of angular surface defects or edges in the surface is evaluated.
  • This procedure elegantly exploits the knowledge that a gas flow that is as swirl-free as possible, preferably laminar, flowing onto an edge-free surface is essentially silent.
  • an increased noise level can be determined.
  • Vortexes in the flow are generated by the smallest pores or cracks in the surface to be detected. The associated sound development can be measured safely and easily.
  • the gas flow is oriented essentially perpendicular to the surface to be examined.
  • the measurement is carried out at different gas flow angles to the surface.
  • the gas flow can be moved in relation to the surface to be examined.
  • the gas flow will flow essentially laminar and therefore silently.
  • the laminar flow is disturbed, it becomes turbulent. This effect then becomes noticeable as an abrupt noise.
  • the sound level is recorded depending on the impact of the gas stream on the surface by an evaluation system, by means of which a sound level map can be generated, in which the sound level is preferably visual, e.g. B. are represented by appropriate coloring.
  • an ambient sound level be recorded separately and taken into account when evaluating a measurement sound level in order to reduce the effects of external noise.
  • the ambient sound level is preferably subtracted from the measurement sound level.
  • the main idea of the invention is that a device is provided for generating a low-vortex gas stream aligned with the surface to be examined, and that sensor means for sound detection are present which measure the sound level due to the interaction of gas stream and Surface as a measure of irregularities, e.g. B. in the form of angular surface defects or edges in the surface.
  • a gas nozzle is preferably used to generate a low-vortex gas stream.
  • the gas nozzle consists at least partially of glass, in particular in the region of the Gas outlet. This takes advantage of the effect that glass has a particularly smooth surface that counteracts eddy formation.
  • At least one microphone be used for sound measurement.
  • means for structure-borne noise measurement can also be used.
  • means are provided for external noise shielding of the sensor means and / or for sound guidance.
  • a tube is directed at the area of the surface that is exposed to the flow, and is used to direct any flow noise that may arise to a microphone.
  • the microphone is shielded from the outside by the pipe walls, so that external noise from the surroundings can be shielded.
  • the tube preferably tapers from the microphone in the direction of the sound inlet opening in order to increase the shielding effect.
  • the device for generating a low-vortex gas stream and the surface to be examined can be aligned with one another.
  • a gas nozzle can be arranged on a freely positionable robot arm. In this way, a comprehensive analysis of a surface to be examined, for example computer-controlled, can be carried out.
  • a unit for amplifying the signal from the sensor means for sound measurement is preferably provided.
  • the measurement signal can then be further processed in a simple manner, for example on a headphone or a Give spectrum analyzer.
  • an evaluation system automatically generates a quality statement about the condition of the examined surface according to a defined method or algorithm, possibly including further sensor signals and information. This measure allows rationally checking large numbers of objects to be examined.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of a device for detecting angular irregularities in the surface topography of an object
  • Fig. 2 is a principle
  • Block diagram of an electronic evaluation unit for a sound sensor which is used in a device according to FIG. 1.
  • the device for the detection of angular irregularities in the topography of surfaces comprises a gas nozzle 1 made of preferably drawn glass with an outlet opening 2 after a strongly tapered one Area of the nozzle. If the nozzle 1, indicated by arrow 3, is preferably pressurized with compressed air, an essentially vortex-free gas stream flows out of the gas outlet opening 2 through arrow 4 and strikes the surface of a workpiece 5 at a point of impact 18. Starting from the point of impact 18, the gas flows radially across the surface. With a suitable gas pressure and a distance between the outlet opening 2 and the surface 6 of the workpiece 5, the gas flow flows largely in a vortex-free and silent manner. To detect a sound level that could result from the interaction of the gas flow with the surface 6 of the workpiece 5, a microphone 7 is provided, which is arranged at the end of a measuring tube 8.
  • the measuring tube 8 with its opening 9, as shown by way of example in FIG. 1, is preferably aligned with the area of the surface 6 in which the radial gas flow slides over the surface.
  • the measuring tube is directed at the impact point 18.
  • the microphone 7 will not detect any flow noises.
  • the nozzle During the surface inspection, the nozzle is moved over the surface of the workpiece. As soon as the impact point 18 comes in the vicinity of a crack 10 present in the surface 6, the edges of the crack induce vortices in the gas stream, as a result of which noise is abruptly generated, which is detected by the microphone 7. As shown in FIG. 2, the microphone 7 transmits an electrical signal via the measuring lines 11, 12 to an amplifier 13. From there, the amplified signal z. B. be forwarded to a headphone 14 or a spectrum analyzer 15. However, the signal can also be processed in a filter unit 16 in order to then increase the sound level measured value to output a display unit 17.
  • the nozzle can also have a slot-shaped, also curved, outlet opening.
  • microphones can be used to detect directional sound intensities.
  • the surface of a workpiece can also be flowed at at different angles, an evaluation preferably taking place for each angular position.
  • the method according to the invention can be combined with known methods to increase detection reliability.
  • the nozzle 1 is at a distance of 0.5-3 mm from the surface 6 with a diameter of
  • Gas outlet opening 2 of approx. 100 ⁇ m. It has been shown that if the distance between the gas nozzle and the surface to be examined is too great, a gas stream which initially emerges in a laminar manner becomes turbulent without surface irregularities and thus generates an intensive background noise. That is, although a high tolerance to fluctuations in the distance of the gas nozzle 1 from the surface of a workpiece should be adhered to a certain "distance corridor".
  • the method according to the invention provides a non-contact and non-destructive analysis method for surface irregularities, which can be implemented with a simple and inexpensive analysis setup. Furthermore, such an analysis device delivers an easily interpretable measurement signal, with extraordinarily high Sensitivities with regard to defect sizes can be achieved. It has been found that
  • the method is not only largely insensitive to distance fluctuations between the nozzle and the workpiece surface, but also with regard to the optical, electrical or magnetic surface properties of the workpiece.
  • the process can be used with different materials such as plastic, metal, glass, ceramic without any problems.
  • impurities on the workpiece surface are removed by the gas flow, which at the same time achieves a cleaning effect.

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Abstract

The invention relates to a method for detecting irregularities such as fissures, edges, pores or the like in the topography of the surfaces of objects. According to the invention, a low-vortex gas flow is directed to the surface to be examined. The sound level of the sound produced by the interaction of the gas flow and the surface (6) is evaluated as a measure for surface flaws or edges in the surface. The invention also relates to a device for carrying out the inventive method.

Description

"Verfahren und Vorrichtung zum Detektieren von Oberflächenunregelmäßigkeiten""Method and device for detecting surface irregularities"
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Detektieren von Unregelmäßigkeiten in der Topografie von Oberflächen an Gegenständen.The invention relates to a method and a device for detecting irregularities in the topography of surfaces on objects.
Stand der TechnikState of the art
Verfahren und Vorrichtungen der einleitend bezeichneten Art sind in vielfältigen Ausgestaltungen bekannt geworden . Derartige Verfahren sind zur Qualitätssicherung von Produkten erforderlich und dienen u. a. der Überprüfung von Schweißnähten, kaltverformten Metallteilen oder Gussteilen.Methods and devices of the type described in the introduction have become known in a variety of configurations. Such procedures are necessary for quality assurance of products and serve u. a. the inspection of welds, cold-formed metal parts or cast parts.
Beispielsweise werden Oberflächen zur Erkennung kleinster Risse und Oberflächenporen mit einem Profilometer abgefahren, bei welchem eine Nadel die Oberflächenstruktur aufnimmt. Diese Untersuchungsmethode ist nicht nur zeitintensiv, sondern auch nur bedingt zerstörungsfrei, da die Messnadel die Oberfläche berührt. Dabei unterliegt der Messnadel außerdem einem unerwünschtem Verschleiß. Eine berührungslose 7Λnalysemethode ist dagegen die Wirbelstromprüfung. Diese ist jedoch nur für metallische Objekte geeignet und Defekte von kleiner 100 μm lassen sich nicht mehr sicher detektieren. Darüber hinaus ist auf Grund eines notwendigerweise geringen Abstands zwischen Wirbelstromsonde und Prüfling eine Kollision der Sonde mit dem Prüfling und damit eine Beschädigung der Sonde und/oder der Prüflingsoberfläche nicht ausgeschlossen.For example, surfaces for detecting the smallest cracks and surface pores are scanned with a profilometer in which a needle picks up the surface structure. This examination method is not only time-consuming, but also only partially non-destructive because the measuring needle touches the surface. The measuring needle is also subject to undesirable wear. The eddy current test, on the other hand, is a non-contact 7 analysis method. However, this is only suitable for metallic objects and defects of less than 100 μm can no longer be reliably detected. In addition, due to the necessarily small distance between the eddy current probe and the test specimen, a collision of the probe with the test specimen and thus damage to the probe and / or the test specimen surface cannot be ruled out.
Im Weiteren werden optische /Analysemethoden eingesetzt, wie z. B. die Streulichtanalyse oder die Streifenlichtanalyse . Diese Analysemethoden sind jedoch nur bei homogenen optischen Eigenschaften (Helligkeit, Farbe, Glanz, Transparenz, Form) der zu untersuchenden Oberflächen erfolgreich.Optical / analysis methods are also used, e.g. B. the scattered light analysis or the strip light analysis. However, these analysis methods are only successful with homogeneous optical properties (brightness, color, gloss, transparency, shape) of the surfaces to be examined.
Als weiteres Analyseverfahren wird eine Hochspannungsprüfung eingesetzt, die sich jedoch lediglich für nicht leitende Werkstoffe eignet und mit welcher Defekte in Form von durchgehenden Rissen oder Löchern aufzufinden sind.A high-voltage test is used as a further analysis method, but is only suitable for non-conductive materials and with which defects can be found in the form of continuous cracks or holes.
Auch Verfahren zur Dichtigkeitsprüfung eigenen sich zum Auffinden von durchgängigen Rissen und/oder Löchern, jedoch nur an speziellen Bauteilgeometrien.Leak test methods are also suitable for finding continuous cracks and / or holes, but only on special component geometries.
Mit Hilfe von Verfahren, bei welchen eine Röntgendurchstrahlung vorgenommen wird, können lediglich vergleichsweise große Defekte aufgefunden werden, das heißt, die Risstiefe bzw. Breite ist groß gegenüber der Werkstoffdicke .With the aid of methods in which X-ray radiation is carried out, only comparatively large defects can be found, that is to say the crack depth or width is large compared to the material thickness.
Aufgabe und Vorteile der ErfindungObject and advantages of the invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Änalysemethode bereitzustellen, mit welcher sich insbesondere kleinste kantenförmige Unregelmäßigkeiten auf Oberflächen von Gegenständen berührungslos und sicher auffinden lassen.The invention is based on the object of providing an analysis method with which in particular the smallest edge-shaped irregularities on surfaces of Let objects be found safely and without contact.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 sowie des Anspruchs 7 gelöst. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung angegeben.This object is achieved by the features of claim 1 and claim 7. Advantageous and expedient developments of the invention are specified in the subclaims.
Der Kerngedanke bei dem einleitend bezeichneten Verfahren liegt darin, dass ein möglichst wirbelarmer Gasstrom, d. h. vorzugsweise laminarer Gasstrom auf die zu untersuchende Oberfläche gerichtet wird, und dass der Schallpegel bei einer Wechselwirkung des Gasstroms mit der zu untersuchenden Oberfläche als Maß für Unregelmäßigkeiten, z. B. in Form von kantigen Oberflächenstörungen bzw. Kanten in der Oberfläche, ausgewertet wird. Durch diese Vorgehensweise wird auf elegante Art die Erkenntnis ausgenutzt, dass ein möglichst wirbelfreier, vorzugsweise laminar auf eine kantenfreie Oberfläche strömender Gasstrom im Wesentlichen lautlos ist. Sobald jedoch Wirbel auftreten, das heißt, die Strömung turbulent wird, ist ein erhöhter Schallpegel festzustellen. Wirbel in der Strömung werden bereits durch kleinste Poren oder Risse in der zu detektierenden Oberfläche erzeugt . Die damit verbundene Schallentwicklung lässt sich sicher und einfach messen.The main idea in the method described in the introduction is that a gas flow that is as low as possible in swirl, ie. H. preferably laminar gas flow is directed onto the surface to be examined, and that the sound level when the gas flow interacts with the surface to be examined as a measure of irregularities, e.g. B. in the form of angular surface defects or edges in the surface is evaluated. This procedure elegantly exploits the knowledge that a gas flow that is as swirl-free as possible, preferably laminar, flowing onto an edge-free surface is essentially silent. However, as soon as eddies occur, that is, the flow becomes turbulent, an increased noise level can be determined. Vortexes in the flow are generated by the smallest pores or cracks in the surface to be detected. The associated sound development can be measured safely and easily.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird der Gasstrom im Wesentlichen senkrecht auf die zu untersuchende Oberfläche ausgerichtet.In a preferred embodiment of the invention, the gas flow is oriented essentially perpendicular to the surface to be examined.
Um eine noch bessere Aussage über die Oberflächenqualität zu erhalten, ist es im Weiteren bevorzugt, wenn die Messung bei unterschiedlichen Gasstromwinkeln zur Oberfläche durchgeführt wird.In order to obtain an even better statement about the surface quality, it is further preferred if the measurement is carried out at different gas flow angles to the surface.
Außerdem ist es bevorzugt, wenn der Gasstrom in Bezug auf die zu untersuchende Oberfläche bewegt werden kann. Über den größten Teil einer defektfreien Oberfläche wird der Gasstrom im Wesentlichen laminar und damit lautlos strömen. Sobald der Gasstrom jedoch in die Nähe eines Risses, einer Kante oder einer Pore kommt, wird die laminare Strömung gestört, sie wird turbulent. Dieser Effekt macht sich dann als abrupt einsetzendes Rauschen bemerkbar.It is also preferred if the gas flow can be moved in relation to the surface to be examined. On the For the most part of a defect-free surface, the gas flow will flow essentially laminar and therefore silently. However, as soon as the gas flow comes close to a crack, an edge or a pore, the laminar flow is disturbed, it becomes turbulent. This effect then becomes noticeable as an abrupt noise.
Vorzugsweise wird der Schallpegel abhängig vom Auftreffort des GasStroms auf der Oberfläche von einem Auswertesystem erfasst, durch welches eine Schallpegelkarte erstellbar ist, in welcher die Schallpegel vorzugsweise optisch, z. B. durch entsprechende Farbgebung, dargestellt sind.Preferably, the sound level is recorded depending on the impact of the gas stream on the surface by an evaluation system, by means of which a sound level map can be generated, in which the sound level is preferably visual, e.g. B. are represented by appropriate coloring.
Um eine größere Rubustheit des Verfahrens zu erreichen, wird überdies vorgeschlagen, dass ein Umgebungsschallpegel separat erfasst und zur Reduzierung von Fremdschalleinflüssen bei der Auswertung eines Messschallpegels berücksichtigt wird. Vorzugsweise wird der Umgebungsschallpegel vom Messschallpegel subtrahiert .In order to achieve a greater robustness of the method, it is also proposed that an ambient sound level be recorded separately and taken into account when evaluating a measurement sound level in order to reduce the effects of external noise. The ambient sound level is preferably subtracted from the measurement sound level.
Bei einer Vorrichtung der einleitend bezeichneten Art liegt der Kerngedanke der Erfindung darin, dass eine Einrichtung zur Erzeugung eines wirbelarmen, auf die zu untersuchende Oberfläche ausgerichteten Gasstromes vorgesehen ist, und dass Sensormittel zur Schallerfassung vorhanden sind, die den Schallpegel auf Grund der Wechselwirkung von Gasstrom und Oberfläche als Maß für Unregelmäßigkeiten, z. B. in Form von kantigen Oberflächenstörungen bzw. Kanten in der Oberfläche aufnehme .In a device of the type described in the introduction, the main idea of the invention is that a device is provided for generating a low-vortex gas stream aligned with the surface to be examined, and that sensor means for sound detection are present which measure the sound level due to the interaction of gas stream and Surface as a measure of irregularities, e.g. B. in the form of angular surface defects or edges in the surface.
Zur Erzeugung eines wirbelarmen Gasstroms wird vorzugsweise eine Gasdüse eingesetzt .A gas nozzle is preferably used to generate a low-vortex gas stream.
Um eine möglichst laminare Gasströmung zu erhalten ist es im Weiteren günstig, wenn die Gasdüse zumindest teilweise aus Glas besteht, insbesondere im Bereich der Gasaustrittsöffnung. Hierdurch wird der Effekt ausgenutzt, dass Glas eine besonders glatte Oberfläche aufweist, die einer Wirbelbildung entgegenwirkt.In order to obtain a gas flow that is as laminar as possible, it is furthermore favorable if the gas nozzle consists at least partially of glass, in particular in the region of the Gas outlet. This takes advantage of the effect that glass has a particularly smooth surface that counteracts eddy formation.
Zur Erzielung eines einfachen Messaufbaus wird überdies vorgeschlagen, dass zur Schallmessung wenigstens ein Mikrofon eingesetzt wird. Anstelle des Mikrofons oder zusätzlich können jedoch auch Mittel zur Körperschallmessung Verwendung finden.In order to achieve a simple measurement setup, it is also proposed that at least one microphone be used for sound measurement. Instead of the microphone or additionally, means for structure-borne noise measurement can also be used.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Er indung sind Mittel zur Fremdschallabschirmung der Sensormittel und/oder zur Schallführung vorgesehen. Beispielsweise wird ein Rohr auf den angeströmten Bereich der Oberfläche gerichtet, mit welchem ein möglicherweise entstehendes Strömungsgeräusch zu einem Mikrofon geleitet wird. Durch die Rohrwandungen wird das Mikrofon nach außen abgeschirmt, so dass Fremdschall aus der Umgebung abgeschirmt werden kann.In a particularly advantageous embodiment of the invention, means are provided for external noise shielding of the sensor means and / or for sound guidance. For example, a tube is directed at the area of the surface that is exposed to the flow, and is used to direct any flow noise that may arise to a microphone. The microphone is shielded from the outside by the pipe walls, so that external noise from the surroundings can be shielded.
Vorzugsweise verjüngt sich das Rohr vom Mikrofon aus in Richtung der Schalleintrittsδffnung, um die Abschirmwirkung zu steigern.The tube preferably tapers from the microphone in the direction of the sound inlet opening in order to increase the shielding effect.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Einrichtung zur Erzeugung eines wirbelarmen Gasstromes und die zu untersuchende Oberfläche zueinander ausrichtbar. Beispielsweise kann eine Gasdüse an einem frei positionierbaren Roboterarm angeordnet werden. Auf diese Weise lässt sich eine flächendeckende Analyse einer zu untersuchenden Oberfläche, beispielsweise rechnergesteuert, durchführen.In a further preferred embodiment of the invention, the device for generating a low-vortex gas stream and the surface to be examined can be aligned with one another. For example, a gas nozzle can be arranged on a freely positionable robot arm. In this way, a comprehensive analysis of a surface to be examined, for example computer-controlled, can be carried out.
Vorzugsweise ist eine Einheit zur Verstärkung des Signals von den Sensormitteln zur Schallmessung vorgesehen. Anschließend lässt sich das Messsignal in einfacher Weise weiter verarbeiten, beispielsweise auf einen Kopfhörer oder einen Spektrumanalysator geben.A unit for amplifying the signal from the sensor means for sound measurement is preferably provided. The measurement signal can then be further processed in a simple manner, for example on a headphone or a Give spectrum analyzer.
Schließlich ist es vorteilhaft, wenn ein Auswertesystem nach einem festgelegten Verfahren oder Algorithmus automatisch, gegebenenfalls unter Einbeziehung weiterer Sensorsignale und Informationen, eine Qualitätsaussage über den Zustand der untersuchten Oberfläche erzeugt. Durch diese Maßnahme lassen sich rationell große Stückzahlen von zu untersuchenden Gegenständen überprüfen.Finally, it is advantageous if an evaluation system automatically generates a quality statement about the condition of the examined surface according to a defined method or algorithm, possibly including further sensor signals and information. This measure allows rationally checking large numbers of objects to be examined.
Zeichnungen:Drawings:
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und unter Angabe weiterer Vorteile und Einzelheiten näher erläutert. Es zeigenAn embodiment of the invention is shown in the drawings and explained in more detail with the specification of further advantages and details. Show it
Fig. 1 in schematischer Darstellung eine Vorrichtung zum Detektieren von kantigen Unregelmäßigkeiten in der Oberflächentopographie eines Gegenstandes undFig. 1 shows a schematic representation of a device for detecting angular irregularities in the surface topography of an object and
Fig. 2 ein prinzipiellesFig. 2 is a principle
Blocksehaltdiagramm einer elektronischen Auswerteeinheit für einen Schallsensor, der in einer Vorrichtung gemäß Fig. 1 verwendet wird.Block diagram of an electronic evaluation unit for a sound sensor, which is used in a device according to FIG. 1.
Beschreibung des AusführungsbeispielsDescription of the embodiment
Die Vorrichtung zum detektieren von kantigen Unregelmäßigkeiten in der Topographie von Oberflächen gemäß Fig. 1 umfasst eine Gasdüse 1 aus vorzugsweise gezogenem Glas mit einer Austrittsδffnung 2 nach einem stark verjüngten Bereich der Düse. Wird die Düse 1 durch den Pfeil 3 angedeutet vorzugsweise mit Druckluft beaufschlagt, strömt aus der Gasaustrittsδffnung 2 durch den Pfeil 4 symbolisiert ein im Wesentlichen wirbelfreier Gasstrom und trifft an einem Auftreffort 18 auf die Oberfläche eines Werkstücks 5. Ausgehend vom Auftreffort 18 strömt das Gas radial über die Oberfläche hinweg. Bei geeignetem Gasdruck und Abstand der Austrittsδffnung 2 zur Oberfläche 6 des Werkstücks 5 strömt der Gasstrom weitgehend wirbelfrei und lautlos. Zur Detektion eines Schallpegels, der sich aus der Wechselwirkung des Gasstroms mit der Oberfläche 6 des Werkstücks 5 ergeben könnte, ist ein Mikrofon 7 vorgesehen, das am Ende eines Messrohres 8 angeordnet ist .The device for the detection of angular irregularities in the topography of surfaces according to FIG. 1 comprises a gas nozzle 1 made of preferably drawn glass with an outlet opening 2 after a strongly tapered one Area of the nozzle. If the nozzle 1, indicated by arrow 3, is preferably pressurized with compressed air, an essentially vortex-free gas stream flows out of the gas outlet opening 2 through arrow 4 and strikes the surface of a workpiece 5 at a point of impact 18. Starting from the point of impact 18, the gas flows radially across the surface. With a suitable gas pressure and a distance between the outlet opening 2 and the surface 6 of the workpiece 5, the gas flow flows largely in a vortex-free and silent manner. To detect a sound level that could result from the interaction of the gas flow with the surface 6 of the workpiece 5, a microphone 7 is provided, which is arranged at the end of a measuring tube 8.
Das Messrohr 8 wird mit seiner Öffnung 9, wie in Fig. 1 beispielhaft dargestellt, vorzugsweise auf den Bereich der Oberfläche 6 ausgerichtet, in welchem der radiale Gasstrom über die Oberfläche gleitet . In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Messrohr auf den Auftreffort 18 gerichtet .The measuring tube 8, with its opening 9, as shown by way of example in FIG. 1, is preferably aligned with the area of the surface 6 in which the radial gas flow slides over the surface. In a preferred embodiment, the measuring tube is directed at the impact point 18.
In der in Figur 1 eingezeichneten Position wird das Mikrofon 7 keine Strömungsgeräusche detektieren.In the position shown in FIG. 1, the microphone 7 will not detect any flow noises.
Während der Oberflächeninspektion wird die Düse über die Oberfläche des Werkstücks gefahren. Sobald der Auftreffort 18 in der Nähe eines in der Oberfläche 6 vorhandenen Risses 10 kommt, induzieren die Kanten des Risses in dem Gasstrom Wirbel, wodurch sich abrupt ein Rauschen einstellt, das durch das Mikrofon 7 detektiert wird. Vom Mikrofon 7 wird, wie in Figur 2 dargestellt, ein elektrisches Signal über die Messleitungen 11, 12 zu einem Verstärker 13 übertragen. Von dort aus kann das verstärkte Signal z . B . auf einen Kopfhörer 14 oder einen Spektrumanalysator 15 weitergeleitet werden. Das Signal kann jedoch auch in einer Filtereinheit 16 aufbereitet werden, um dann den Schallpegel-Messwεrt auf einer Anzeigeeinheit 17 auszugeben.During the surface inspection, the nozzle is moved over the surface of the workpiece. As soon as the impact point 18 comes in the vicinity of a crack 10 present in the surface 6, the edges of the crack induce vortices in the gas stream, as a result of which noise is abruptly generated, which is detected by the microphone 7. As shown in FIG. 2, the microphone 7 transmits an electrical signal via the measuring lines 11, 12 to an amplifier 13. From there, the amplified signal z. B. be forwarded to a headphone 14 or a spectrum analyzer 15. However, the signal can also be processed in a filter unit 16 in order to then increase the sound level measured value to output a display unit 17.
In einer alternativen Ausführungsform ist es auch denkbar, ein Mikrofon unmittelbar in oder im Bereich der Austrittsöffnung 2 der Düse 1 anzubringen. Um breite Bereiche zu erreichen, kann die Düse überdies eine schlitzförmige, auch gekrümmte, Austrittsöffnung aufweisen.In an alternative embodiment, it is also conceivable to mount a microphone directly in or in the area of the outlet opening 2 of the nozzle 1. In order to reach wide areas, the nozzle can also have a slot-shaped, also curved, outlet opening.
Des Weiteren können mehrere Mikrofone zur Detektierung richtungsabhängiger Schallintensitäten zum Einsatz gelangen.Furthermore, several microphones can be used to detect directional sound intensities.
Um die Empfindlichkeit des Verfahrens zu verbessern, kann die Oberfläche eines Werkstücks auch unter verschiedenen Winkeln angeströmt werden, wobei vorzugsweise für jede WinkelStellung eine Auswertung stattfindet. Außerdem kann zur Erhöhung der Detektionssicherheit das erfindungsgemäße Verfahren mit bekannten Verfahren kombiniert werden.In order to improve the sensitivity of the method, the surface of a workpiece can also be flowed at at different angles, an evaluation preferably taking place for each angular position. In addition, the method according to the invention can be combined with known methods to increase detection reliability.
Beispielsweise hat die Düse 1 zur Oberfläche 6 ein Abstand von 0,5 - 3 mm bei einem Durchmesser derFor example, the nozzle 1 is at a distance of 0.5-3 mm from the surface 6 with a diameter of
Gasaustrittsöffnung 2 von ca. 100 μm. Es hat sich gezeigt, dass bei einem zu großen Abstand der Gasdüse zu der zu untersuchenden Oberfläche bereits ohne Oberflächenunregelmäßigkeiten ein zunächst laminar austretender Gasstrom turbulent wird und damit ein intensives Grundrauschen generiert. Das heißt, obgleich einer hohen Toleranz gegenüber Abstandsschwankungen der Gasdüse 1 zur Oberfläche eines Werkstücks sollte ein bestimmter "Abstandskorridor" eingehalten werden.Gas outlet opening 2 of approx. 100 μm. It has been shown that if the distance between the gas nozzle and the surface to be examined is too great, a gas stream which initially emerges in a laminar manner becomes turbulent without surface irregularities and thus generates an intensive background noise. That is, although a high tolerance to fluctuations in the distance of the gas nozzle 1 from the surface of a workpiece should be adhered to a certain "distance corridor".
Durch das erfindungsgemäße Verfahren erhält man eine berührungslose und zerstörungsfreie Analysemethode von Oberflächenunregelmäßigkeiten, die mit einem einfachen und preiswerten Analyseaufbau realisiert werden kann. Des Weiteren liefert eine derartige Analysevorrichtung ein leicht interpretierbares Messsignal, wobei außerordentlich hohe Empfindlichkeiten im Hinblick auf Defektgrδßen zu erreichen sind. Es hat sich herausgestellt, dassThe method according to the invention provides a non-contact and non-destructive analysis method for surface irregularities, which can be implemented with a simple and inexpensive analysis setup. Furthermore, such an analysis device delivers an easily interpretable measurement signal, with extraordinarily high Sensitivities with regard to defect sizes can be achieved. It has been found that
Defektgrößenabmessungen im Mikrometerbereich noch erkannt werden können.Defect size dimensions in the micrometer range can still be recognized.
Das Verfahren ist nicht nur weitgehend unempfindlich gegenüber Abstandschwankungen zwischen Düse und Werkstückoberfläche, sondern auch im Hinblick auf optische, elektrische oder magnetische Oberflächeneigenschaften des Werkstücks. Das Verfahren lässt sich bei unterschiedlichen Materialien, wie Kunststoff, Metall, Glas, Keramik problemlos zum Einsatz bringen. Des Weiteren werden Verunreinigungen auf der Werkstückoberflache durch den Gasstrom abgetragen, wodurch sich zugleich ein Reinigungseffekt erzielen lässt.The method is not only largely insensitive to distance fluctuations between the nozzle and the workpiece surface, but also with regard to the optical, electrical or magnetic surface properties of the workpiece. The process can be used with different materials such as plastic, metal, glass, ceramic without any problems. Furthermore, impurities on the workpiece surface are removed by the gas flow, which at the same time achieves a cleaning effect.
Durch einen miniaturisierten Sensoraufbau können auch sehr kleine Werkstücke und schlecht zugängliche Stellen an Werkstücken, z. B. auch Bohrungsinnenwandungen oder hinterschnittene Hohlräume untersucht werden. Due to a miniaturized sensor structure, even very small workpieces and poorly accessible places on workpieces, e.g. B. bore inner walls or undercut cavities can also be examined.

Claims

Ansprüche : Expectations :
1. Verfahren zum Detektieren von Unregelmäßigkeiten, wie Risse, Kanten, Poren oder dergleichen in der Topografie von Oberflächen an Gegenständen, dadurch gekennzeichnet, dass ein wirbelarmer Gasstrom auf die zu untersuchende Oberfläche (6) gerichtet wird, und dass der Schallpegel bei einer Wechselwirkung des Gasstroms mit der zu untersuchenden Oberfläche (6) als Maß für Unregelmäßigkeiten in der Oberfläche ausgewertet wird.1. A method for detecting irregularities, such as cracks, edges, pores or the like in the topography of surfaces on objects, characterized in that a low-vortex gas stream is directed onto the surface to be examined (6), and that the sound level when the Gas flow with the surface to be examined (6) is evaluated as a measure of irregularities in the surface.
2. Verfahren nach 7Λnspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasstrom im Wesentlichen senkrecht auf die zu untersuchende Oberfläche (6) gerichtet wird.2. The method according to claim 7, characterized in that the gas flow is directed essentially perpendicularly onto the surface (6) to be examined.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung bei unterschiedlichen Gasstromwinkeln in Bezug auf die zu untersuchende Oberfläche durchgeführt wird .3. The method according to claim 1, characterized in that the measurement is carried out at different gas flow angles with respect to the surface to be examined.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasstrom in Bezug auf die zu untersuchende Oberfläche bewegt wird.4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the gas stream is moved with respect to the surface to be examined.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schallpegel abhängig von einem Auftreffort des GasStroms auf der Oberfläche von einem Auswertesystem erfasst wird, durch welches eine Schallpegelkarte erstellbar ist .5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the sound level is recorded as a function of an impact of the gas flow on the surface by an evaluation system by means of which a sound level map can be generated.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Umgebungsschallpegel separat erfasst und zur Reduzierung von Fremdschalleinflüssen bei der Auswertung eines Messschallpegels berücksichtigt wird. 6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that an ambient sound level is recorded separately and taken into account in order to reduce the influence of external noise when evaluating a measurement sound level.
7. Vorrichtung zum Detektieren von kantigen Unregelmäßigkeiten in der Topografie von Oberflächen an Gegenständen, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung zur Erzeugung eines wirbelarmen, auf die zu untersuchende Oberfläche gerichteten Gasstroms vorgesehen ist und dass Sensormittel (7) zur Schallerfassung vorhanden sind, die den Schallpegel bei einer Wechselwirkung des Gasstroms mit der zu untersuchenden Oberfläche als Maß für Unregelmäßigkeiten aufnehmen.7. Device for detecting angular irregularities in the topography of surfaces on objects, in particular for carrying out the method according to one of the preceding claims, characterized in that a device for generating a low-vortex gas flow directed to the surface to be examined is provided and that sensor means (7) are available for sound detection, which record the sound level as a measure of irregularities when the gas flow interacts with the surface to be examined.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Erzeugung des wirbelarmen Gasstromes wenigstens eine Gasdüse (1) umfasst.8. The device according to claim 7, characterized in that the device for generating the low-vortex gas stream comprises at least one gas nozzle (1).
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasdüse zumindest teilweise aus Glas besteht .9. The device according to claim 8, characterized in that the gas nozzle consists at least partially of glass.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, gekennzeichnet durch wenigstens ein Mikrofon zur Schallmessung.10. Device according to one of claims 7 to 9, characterized by at least one microphone for sound measurement.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, gekennzeichnet durch Mittel zur KörperSchallmessung.11. Device according to one of claims 7 to 10, characterized by means for body sound measurement.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (8) zur Fremdschallabschi mung der Sensormittel und/oder zur Schallführung vorgesehen sind.12. Device according to one of claims 7 to 11, characterized in that means (8) for Fremdschallabschi mung the sensor means and / or for sound guidance are provided.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12 , dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Erzeugung eines wirbelarmen Gasstromes und die zu untersuchende Oberfläche (6) zueinander ausrichtbar sind. 13. Device according to one of claims 7 to 12, characterized in that the device for generating a low-vortex gas stream and the surface to be examined (6) can be aligned with each other.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einheit (13) zur Verstärkung des Signals der Sensormittel (7) zur Schallmessung vorgesehen ist.14. Device according to one of claims 7 to 13, characterized in that a unit (13) for amplifying the signal of the sensor means (7) is provided for sound measurement.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Auswertesystem nach einem festgelegten Verfahren oder Algorithmus automatisch eine Qualitatsaussage über den Zustand der untersuchten Oberfläche erzeugt . 15. Device according to one of claims 7 to 14, characterized in that an evaluation system according to a defined method or algorithm automatically generates a quality statement about the condition of the examined surface.
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