WO2004005913A1 - Method and device for ultrasonic testing of spot welds, especially on body sheets - Google Patents

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WO2004005913A1
WO2004005913A1 PCT/DE2003/002151 DE0302151W WO2004005913A1 WO 2004005913 A1 WO2004005913 A1 WO 2004005913A1 DE 0302151 W DE0302151 W DE 0302151W WO 2004005913 A1 WO2004005913 A1 WO 2004005913A1
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echo signals
amplifier
evaluation
evaluation threshold
order
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PCT/DE2003/002151
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Paul Buschke
Joachim Wagner
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Agfa Ndt Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a method for ultrasonic testing of spot weld connections between sheets, in which method an ultrasonic test head is coupled to the spot weld connection to be tested, at least one ultrasound pulse is irradiated into the spot weld connection to be tested, where the pulse is monitored several times between a front surface and a rear surface the spot weld connection runs back and forth and with the ultrasound test head as echo signals, portions of the pulse are received that were reflected at least once on the rear surface, the echo signals received in this way are amplified in an amplifier, preferably linearly amplified and then evaluated in an evaluation unit, the evaluation unit only those signals are taken into account that reach at least one evaluation threshold, and to a corresponding device for carrying out this method, in which an ultrasound test head is provided to which a transceiver unit with a linear amplifier and an evaluation unit are assigned, that the evaluation unit has an evaluation threshold.
  • a correct spot weld connection has a sufficiently large, approximately lenticular welding lens in the connection area of adjacent sheets. If you tear apart the connected sheets, for example with a chisel, a protrusion remains on a sheet, which is also known as a slug or button. Is this sufficient Sufficiently large, this proves that the spot weld connection tested was in order.
  • the weld nugget of a proper spot weld connection represents an independent, verifiable structure that mostly has a different structure than the undisturbed sheets.
  • the signal from the total thickness is obtained in the area of the welding lens during the ultrasound test, while spatially, in addition to the spot weld connection, the signals are obtained from the thickness of the top or top sheet and usually also the sheet below.
  • the sheets are now connected to one another in such a way that there is sufficient coupling between the sheets for the ultrasound. Sufficient coupling could be achieved, for example, by providing an oil film between two sheets. Adhesives do not lead to mechanically sufficiently strong spot welds. They should be recognized as such and selected during the test.
  • Adhesives have always been a problem with sheet metal joining by spot welding, they are increasingly becoming a major problem with galvanized steel sheets, especially hot-dip galvanized steel body sheets. With these, the welding current can result in the fact that no welding lens is formed, but the zinc layers are heated to such an extent that soldering takes place, that is, so-called adhesive soldering occurs. It forms a bridge for the ultrasound.
  • this object is achieved on the basis of the features mentioned at the outset in that the echo signals are divided into a higher-order group and a lower-order group, that the low-order echo signals include at least the first two echo signals, preferably the first three or four echo signals, that to the higher-order echo signals at least the fifth, sixth, seventh or eighth echo signal, and that the higher-order echo signals are amplified in the amplifier with a higher amplification factor and / or are evaluated with a lower evaluation threshold than the low-order echo signals.
  • this object is achieved on the basis of the device features mentioned at the outset, in that, depending on the time, the amplifier can first be set to a normal gain and then to a higher gain and / or the evaluation threshold of the evaluation unit can first be set to a higher value and then to a lower value.
  • the invention makes use of the knowledge that the impulse that runs back and forth several times between the front surface and the back surface is weakened more when it passes through a proper welding lens and is weakened less when it passes through an adhesive point.
  • adhesives have a less declining echo sequence than proper spot welds.
  • the particular advantage of the invention is now to have recognized that a preferred evaluation of relatively high echo signals, e.g. A higher amplification of these echo signals and / or a lower evaluation threshold provides sufficient information that a well-justifiable certainty can be distinguished between an adhesive and a proper spot weld. Reaching despite preferred evaluation e.g. despite higher evaluation threshold and / or additional amplification, the higher order echo signals do not meet the evaluation threshold, there is a proper spot weld connection. The additional, larger amplification and / or the lowering of the evaluation threshold for the higher-order signals is only driven up as high as the noise allows. It should not happen that the noise signal itself reaches the evaluation threshold.
  • the normal evaluation threshold is set at approximately 10% of the maximum amplitude. It can also be above or below, typical ranges are 3 to 20% and in particular 5 to 15%, in each case based on a normal amplification, as it is low for the signals. ger order is chosen, namely an amplitude of a lower-order echo signal in the range 80 to 100% of the screen. This usually applies to the first echo signal.
  • This entry echo signal has a significantly higher value than the first echo signal and is therefore not completely displayed on the screen, but rather cut off at the top of the screen.
  • the evaluation threshold is kept constant, so the same evaluation threshold is used for all echo signals. Only the gain is changed.
  • the echo signals are preferably displayed in succession on the screen with the different amplification with which they are also amplified. Thus, the low order echo signals that are amplified with the normal amplification are shown as usual.
  • the amplification is set to the higher value and the subsequent signals and thus also the higher-order echo signals are amplified with the higher amplification and displayed accordingly. It is advantageous to mark the area on the screen where the gain is higher, for example by means of a bar running parallel to the time axis. With the higher gain, the noise also becomes significantly larger.
  • the noise signal has a very clear distance from the evaluation threshold in the area of normal amplification, this is no longer the case for the part of the screen in which the higher-order signals occur.
  • the noise signal can also come close to the evaluation threshold, for example it can be a maximum of 50% of the evaluation threshold.
  • the gain for all echo signals is kept constant, but the evaluation threshold is changed.
  • the normal evaluation threshold applies to the low-order echo signals, as was also chosen according to the prior art.
  • the evaluation threshold is lowered and the subsequent signals and thus in particular the higher-order echo signals are evaluated with the lower evaluation threshold.
  • the total sheet thicknesses for spot welded joints of the type in question are typically between one and five mm.
  • the thickness of a proper welding lens depends on the total sheet thickness. It is typically in the range of 20 to 80% of the total sheet thickness.
  • the weakening that an ultrasonic pulse experiences when passing through matter depends on the distance. In the case of thin sheets connected to one another, the weakening of the ultrasonic pulse during a back-and-forth movement is significantly less than with higher overall sheet thicknesses. With smaller overall sheet thicknesses, higher echo signals can be seen on the screen, for example up to the tenth echo signal. With thicker sheet thicknesses, these high signals can no longer be seen, they are weakened too much.
  • the instruction given with the invention can also be formulated as follows: Attention should be paid to those echo signals of the higher order group which are a) recognizable, b) have the highest possible sound and c) in which they are caused by the frequent back and forth movement achievable te total running distance is sufficiently large that a distinction can be made between the stronger weakening in the area of the welding lens and the lower weakening of the ultrasonic signals in the undisturbed sheet metal material. This means that the eighth, ninth and tenth echo signals are taken into account for thin overall sheet thicknesses, while for thick overall sheet thicknesses the fifth, sixth and seventh signals are used, possibly even the fourth.
  • the time axis is set on the screen so that the tenth echo signal can also be received in principle.
  • the first step is to work according to the state of the art, i.e. all signals are treated equally in terms of amplification and evaluation threshold. Attention is paid to which signals are below the evaluation threshold. The first signals that are below the evaluation threshold are taken into account for the evaluation. In the case of small total sheet thicknesses, these are signals around the eighth or ninth echo signal, for larger total sheet thicknesses, for example, signals around the fifth, sixth or seventh echo signal. It is now being investigated whether the attenuation of these echo signals, which are normally not evaluated, is sufficiently large that it can be concluded that the echo signal has passed through a proper welding lens or not.
  • either the gain is increased and / or the evaluation threshold is decreased. This can be done, for example, with a linear time dependency. In this way, relatively high-order echo signals, for example an eighth echo signal, can also be drawn into the evaluation.
  • FIG. 2 shows a representation of the echo signals of a spot welding connection in the form of a so-called A-image on a screen in the case of constant amplification and an evaluation threshold kept constant
  • Fig. 5 a representation similar to Fig. 2, but now for a proper spot weld connection.
  • Figure 1 shows in principle an arrangement for testing a spot weld connection between a first sheet 20 and a second sheet 22.
  • the spot weld connection is identified by a welding lens 24.
  • An ultrasonic test head 24 is coupled to the spot welding connection to be tested. It is electrically connected to an EMIT 28 ultrasound transmitter and an REC 30 ultrasound receiver. Becomes the ultrasound transmitter 28 triggered, the ultrasound test head 26 thus activated, an ultrasound pulse is switched into the spot weld connection to be tested, see arrow 32.
  • the ultrasound emission in the area of the welding lens 24 has a diameter which corresponds to the diameter of a proper welding lens, e.g. B. 4 mm.
  • the ultrasonic pulse runs in a known manner back and forth several times and with monitoring between a front surface and a rear surface of the interconnected sheets 20, 22.
  • the first echo signal is the portion of the pulse that was once reflected on the rear surface 36 and then enters the ultrasonic test head 26.
  • the second echo signal is correspondingly a two to-and-fro run through the total sheet thickness D.
  • the received echo signals are fed by the ultrasound receiver 30, which is already performing a preamplification, to an amplifier stage.
  • this consists of two linear amplifiers arranged one behind the other, namely the first amplifier AMPL 38 and the second amplifier AMPL 40.
  • a switch 42 is connected in parallel to the first amplifier 38. If it is closed, the first amplifier 38 has no effect. If the switch 42 is open, the signals from the ultrasound receiver 30 are amplified, for example by 6 dB.
  • an input 44 see arrow, is provided, via which an actuating voltage can be supplied.
  • An evaluation unit EVAL 46 is arranged at the output of the amplifier stage. For example, it is designed as a comparator. The signals are evaluated via an adjustable evaluation threshold UA, the manipulated variable of which is fed via an input 48. Only signals that are above the evaluation threshold are allowed through, the others are suppressed.
  • the evaluation unit 46 is followed by an analog / digital converter A / D 50, followed by a video stage VIDEO 52 and a monitor MON 54 behind it. It is controlled by means of a control unit CON 56, which is connected to video stage 52 and can therefore give control signals as a function of the screen display.
  • Information is input to the control unit 56 via an input 58, for example the value t on the time axis (horizontal axis) of the screen for which the gain is to be changed, for example the switch 42 is to be closed or opened and / or the evaluation threshold in the evaluation unit 46 should be influenced.
  • Several time positions can be selected at which a change in the amplification and / or the evaluation threshold is carried out; any curves can also be changed in a change in the amplification and / or the evaluation threshold from a first value that is present at a time tS to a second Value at a time tF.
  • Figure 2 shows a typical monitor image of the test of a spot weld connection according to the prior art.
  • the time t is plotted to the right, and the screen display is selected so that the first to tenth echo signal, in concrete terms the first to eighth echo signal in FIG. 2, can be represented.
  • the signal voltage U of the received signals is shown at the top.
  • the voltage value UA of the evaluation threshold is also shown in FIG. It is constant over the entire time that is shown on the screen.
  • FIG. 2 shows the known drop in the amplitudes of the echo signals. Only the first four echo signals remain above the evaluation threshold UA, the subsequent echo signals remain below and are not taken into account in the evaluation that is carried out by the evaluation unit 46.
  • FIG. 3 again shows an A-picture for the spot weld connection tested in FIG. 2.
  • the gain in the right-hand area of the screen is now greater than in the area of shorter times, that is to say for the start of the screen.
  • a double arrow 60 indicates the time range for which a higher gain applies, for example switch 42 is open.
  • the voltage value for the evaluation threshold UA is constant for the entire time period shown.
  • the signals of the fifth, sixth and seventh echo signals that arrive at times t5, t6 and t7 now exceed the evaluation threshold. You can also see a significantly increased noise signal.
  • On the basis of their amplitude it can be decided whether the weakening that the ultrasonic pulse experiences when the spot welding connection is moved back and forth several times is sufficiently high that a correct welding lens can be concluded or is not sufficiently high, so that an adhesive is used can be closed. In the exemplary embodiment according to FIG. 3, there is an adhesive.
  • the evaluation can be set such that a single signal from the fifth echo signal upwards, which exceeds the evaluation threshold UA, produces an output signal “faulty spot weld connection”.
  • the first to fourth echo signals belong to the group of lower-order echo signals, while the echo signals five to seven belong to the group of higher-order echo signals.
  • a spot weld connection is tested that has a greater or lesser total sheet thickness D
  • other groupings must be selected.
  • a very large total sheet thickness D for example 5 mm
  • a very thin total sheet thickness of, for example, 1 mm it may happen that the group of lower order begins only after the seventh echo signal, perhaps also only eighth or ninth echo signal.
  • the sheet material is also crucial. There are sheet qualities in which a welding lens absorbs very differently from the undisturbed sheet material, in this case a distinction between glue and proper welding lenses can be made relatively well, but there are also sheet qualities in which the weakening of the ultrasonic pulse within the welding lens is only slightly differs from the weakening in normal sheet metal. In this case, the quality statement is more difficult. According to the invention, the longest possible total travel distances are considered and evaluated, that is to say numerically high echo signals, because different attenuation in the welding lens or in the undisturbed material can be better recognized than in the case of deeper echo signals Numbering.
  • FIG. 5 shows the example of a proper spot welding connection for metal sheets in accordance with the test discussed so far.
  • FIG. 5 differs from FIG. 3 only in that, despite additional amplification in the rear screen area, the echo signals five, six, etc. do not reach the evaluation threshold UA. After several passes through the welding lens, these echo signals are so severely weakened that, despite additional amplification, the evaluation threshold is no longer reached. It is therefore a proper welding spot.
  • FIG. 4 shows an alternative to the test according to FIG. 3.
  • the gain in the rear third of the screen is now not increased, but rather the evaluation threshold is lowered.
  • FIG. 4 shows how the voltage value of the evaluation threshold UA between the fourth echo signal and the fifth echo signal, that is to say between T4 and T5, is lowered, for. B. by 6 dB. It still remains well above the noise signal.
  • FIG. 4 shows the result for the same spot welding connection as FIGS. 2 and 3.
  • the evaluation threshold UA By lowering the evaluation threshold UA, the echo signals five to seven now also reach the evaluation threshold, so that they are taken into account in the evaluation. As already stated, there is an adhesive. If the spot welding connection according to FIG. 5 were checked by lowering the evaluation threshold, the fifth to seventh echo signals would remain below the lowered evaluation threshold.
  • the evaluation threshold is not lowered abruptly, but rather within a certain time and preferably after a corresponding function UA (t). This avoids a breakdown of the actual signal. Accordingly, the gain is not changed abruptly, as actually the switch 42 does, but the gain is changed within a certain time, that is to say as a function of time.
  • shots For example, a large number of shots, for example 100 or more, are sonicated in rapid succession, for example at 100 kHz Signals, which in particular also include the echo signals, are averaged, thereby lowering the voltage level of the noise, and known methods according to the prior art, for example lock-in, box car, are suitable as methods for averaging.

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Abstract

The invention relates to ultrasonic testing, wherein an ultrasonic testing head is coupled to the spot weld which is to be verified. At least one ultrasonic pulse is injected into the test weld where the attenuated pulse moves backward and forth between a front surface and a rear surface. The ultrasonic testing head receives pulses, which were at least once reflected on the rear surface, as echo signals. The echo signals thus received are amplified in an amplifier and subsequently evaluated in an evaluation unit. The evaluation unit only takes signals into account which correspond to an evaluation threshold. The echo signals are subdivided into a group of a higher order and a group of a lower order. The echo signals of a lower order include at least the first three echo signals. The sixth echo signal, preferably the fifth echo signal, belongs to the echo signals of the higher order. The echo signals of the higher order are amplified in the amplifier with a higher amplification factor and/or are evaluated with a lower evaluation threshold than the echo signals of the lower order.

Description

Bezeichnung: Verfahren und Vorrichtung zur Ultraschallprüfung vonName: Method and device for ultrasonic testing of
Punktschweißverbindungen, insbesondere von KarosserieblechenSpot welding connections, in particular of body panels
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Ultraschallprüfung von Punktschweißverbindungen zwischen Blechen, bei welchem Verfahren ein Ultraschallprufkopf an die zu prüfende Punktschweißverbindung angekoppelt wird, mindestens ein Ultraschallimpuls in die zu prüfende Punktschweißverbindung eingeschallt wird, wo der Impuls unter Abschwachung mehrfach zwischen einer Vorderfläche und einer Rückfläche der Punktschweißverbindung hin- und herläuft und mit dem Ultraschallprufkopf als Echosignale Anteile des Impulses empfangen werden, die mindestens einmal an der Rückfläche reflektiert wurden, die so empfangenen Echosignale in einem Verstärker verstärkt, vorzugsweise linear verstärkt und anschließend in einer Auswerteeinheit ausgewertet werden, wobei die Auswerteeinheit nur solche Signale berücksichtigt, die mindestens eine Auswerteschwelle erreichen, sowie auf eine entsprechende Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens, bei der ein Ultraschallprufkopf vorgesehen ist, dem eine Sende- empfangseinheit mit einem linearen Verstärker und einer Auswerteeinheit zugeordnet sind, dass die Auswerteeinheit eine Auswerteschwelle aufweist.The invention relates to a method for ultrasonic testing of spot weld connections between sheets, in which method an ultrasonic test head is coupled to the spot weld connection to be tested, at least one ultrasound pulse is irradiated into the spot weld connection to be tested, where the pulse is monitored several times between a front surface and a rear surface the spot weld connection runs back and forth and with the ultrasound test head as echo signals, portions of the pulse are received that were reflected at least once on the rear surface, the echo signals received in this way are amplified in an amplifier, preferably linearly amplified and then evaluated in an evaluation unit, the evaluation unit only those signals are taken into account that reach at least one evaluation threshold, and to a corresponding device for carrying out this method, in which an ultrasound test head is provided to which a transceiver unit with a linear amplifier and an evaluation unit are assigned, that the evaluation unit has an evaluation threshold.
Verfahren und Vorrichtungen zur Ultraschallprüfung vom Punktschweißverbindungen sind allgemein bekannt, nur beispielhaft verwiesen wird auf US 4,208,917; US 4,265, 199 und US 5,537,875.Methods and devices for ultrasonic testing of spot welded joints are generally known, reference is made only to examples by way of US Pat. US 4,265, 199 and US 5,537,875.
Ein Problem bei der Prüfung von Punktschweißverbindungen stellen die sogenannten Kleber da. Eine korrekte Punktschweißverbindung hat eine ausreichend große, etwa linsenförmige Schweißlinse im Verbindungsbereich benachbarter Bleche. Wenn man die verbundenen Bleche auseinanderreißt, beispielsweise mit einem Meißel trennt, bleibt an einem Blech ein Überstand stehen, der auch als Butzen oder Knopf bezeichnet wird. Ist dieser ausrei- chend groß, belegt dies, dass die geprüfte Punktschweißverbindung in Ordnung war.So-called adhesives pose a problem when testing spot welds. A correct spot weld connection has a sufficiently large, approximately lenticular welding lens in the connection area of adjacent sheets. If you tear apart the connected sheets, for example with a chisel, a protrusion remains on a sheet, which is also known as a slug or button. Is this sufficient Sufficiently large, this proves that the spot weld connection tested was in order.
Die Schweißlinse einer ordnungsgemäßen Punktschweißverbindung stellt ein eigenständiges, nachweisbares Gebilde dar, das zumeist ein anderes Ge- füge aufweist als die ungestörten Bleche. In jedem Fall erhält man im Bereich der Schweißlinse bei der Ultraschallprüfung das Signal aus der Gesamtdicke, während man räumlich neben der Punktschweißverbindung die Signale aus der Dicke des oberen oder obersten Blechs und meist auch darunter befindlicher Bleche erhält.The weld nugget of a proper spot weld connection represents an independent, verifiable structure that mostly has a different structure than the undisturbed sheets. In any case, the signal from the total thickness is obtained in the area of the welding lens during the ultrasound test, while spatially, in addition to the spot weld connection, the signals are obtained from the thickness of the top or top sheet and usually also the sheet below.
Bei einem Kleber sind die Bleche nun so miteinander verbunden, dass für den Ultraschall eine ausreichende Kopplung zwischen den Blechen besteht. Eine ausreichende Kopplung könnte man beispielsweise erreichen, wenn man zwischen zwei Blechen einen Ölfilm vorsieht. Kleber führen nicht zu mechanisch ausreichend festen Punktschweißverbindungen. Sie sollen bei der Prüfung als solche erkannt und ausselektiert werden.In the case of an adhesive, the sheets are now connected to one another in such a way that there is sufficient coupling between the sheets for the ultrasound. Sufficient coupling could be achieved, for example, by providing an oil film between two sheets. Adhesives do not lead to mechanically sufficiently strong spot welds. They should be recognized as such and selected during the test.
Kleber waren immer schon ein Problem bei der Blechverbindung durch Punktschweißung, sie werden zunehmend ein größeres Problem bei verzinkten Stahlblechen, insbesondere feuerverzinkten Karosserieblechen aus Stahl. Bei diesen kann durch den Schweißstrom der Fall auftreten, dass keine Schweißlinse ausgebildet wird, aber die Zinkschichten so weit erhitzt werden, dass ein Löten stattfindet, also eine sogenannte Haftlötung auftritt. Sie bildet eine Brücke für den Ultraschall.Adhesives have always been a problem with sheet metal joining by spot welding, they are increasingly becoming a major problem with galvanized steel sheets, especially hot-dip galvanized steel body sheets. With these, the welding current can result in the fact that no welding lens is formed, but the zinc layers are heated to such an extent that soldering takes place, that is, so-called adhesive soldering occurs. It forms a bridge for the ultrasound.
Hier setzt nun die Erfindung ein. Sie hat es sich zur Aufgabe gemacht, die bekannten Verfahren und entsprechenden Vorrichtungen zur Ultraschallprüfung von Punktschweißverbindungen so weiterzuentwickeln, dass die Prüfung mit vernünftiger Sicherheit unterscheiden kann zwischen einerseits Klebern, insbesondere Klebern zwischen verzinkten Karosserieblechen, und andererseits ordnungsgemäßen Punktschweißverbindungen mit Ausbildung einer ausreichenden Schweißlinse.This is where the invention begins. It has set itself the task of developing the known methods and corresponding devices for the ultrasonic testing of spot welded joints in such a way that the test can differentiate with reasonable certainty between, on the one hand, adhesives, in particular adhesives between galvanized body panels, and on the other hand, proper spot welding connections with the formation of a sufficient welding lens.
Verfahrensmäßig wird diese Aufgabe ausgehend von den eingangs genannten Merkmalen dadurch gelöst, dass die Echosignale unterteilt werden in eine Gruppe höherer Ordnung und eine Gruppe tieferer Ordnung, dass die Echosignale niedriger Ordnung mindestens die ersten zwei Echosignale, vorzugsweise die ersten drei oder vier Echosignale einschließen, dass zu den Echosignalen höherer Ordnung mindestens das fünfte, sechste, siebte oder achte Echosignal, und dass die Echosignale höherer Ordnung in dem Verstärker mit einem höheren Verstärkungsfaktor verstärkt werden und /oder mit einer niedrigeren Auswerte schwelle bewertet werden als die Echosignale niedriger Ordnung.In terms of the method, this object is achieved on the basis of the features mentioned at the outset in that the echo signals are divided into a higher-order group and a lower-order group, that the low-order echo signals include at least the first two echo signals, preferably the first three or four echo signals, that to the higher-order echo signals at least the fifth, sixth, seventh or eighth echo signal, and that the higher-order echo signals are amplified in the amplifier with a higher amplification factor and / or are evaluated with a lower evaluation threshold than the low-order echo signals.
Vorrichtungsmäßig wird diese Aufgabe ausgehend von den eingangs genannten Vorrichtungsmerkmalen dadurch gelöst, dass zeitabhängig der Verstärker zunächst auf eine normale Verstärkung und anschliessend auf eine höhere Verstärkung und/ oder die Auswerte schwelle der Auswerteeinheit zunächst auf einen höheren Wert und anschliessend auf einen niedrigeren Wert einstellbar sind.In terms of the device, this object is achieved on the basis of the device features mentioned at the outset, in that, depending on the time, the amplifier can first be set to a normal gain and then to a higher gain and / or the evaluation threshold of the evaluation unit can first be set to a higher value and then to a lower value.
Die Erfindung macht sich die Erkenntnis zu nutze, dass der mehrfach zwischen Vorderfläche und Rückfläche hin- und herlaufende, sich dabei abschwächende Impuls stärker geschwächt wird, wenn er durch eine ordnungsgemäße Schweißlinse hindurchläuft und weniger geschwächt wird, wenn er durch eine Klebstelle hindurchläuft. Anders ausgedrückt weisen Kleber eine weniger stark abfallende Echofolge als ordnungsgemäße Punktschweißverbindungen auf.The invention makes use of the knowledge that the impulse that runs back and forth several times between the front surface and the back surface is weakened more when it passes through a proper welding lens and is weakened less when it passes through an adhesive point. In other words, adhesives have a less declining echo sequence than proper spot welds.
Es hat sich überraschend gezeigt, dass es ausreicht, mindestens ein Echosignal aus dem Bereich des fünften bis achten Echosignals und gegebenen- falls weitere Echosignale oberhalb des fünften Echosignals anzuschauen, um unterscheiden zu können, ob eine Echofolge ausreichend rasch abklingt oder nicht. Nun sind aber bei der herkömmlichen Ultraschallprüfung diese Echosignale höherer Ordnung auf dem Bildschirm fast nicht zu erkennen und werden im allgemeinen von der Auswerte schwelle zurückgewiesen. Sie befinden sich mehr oder weniger in der Basislinie, also in Nähe der Zeitachse der Bildschirmdarstellung.It has surprisingly been found that it is sufficient to have at least one echo signal from the range of the fifth to eighth echo signal and given if further echo signals are to be viewed above the fifth echo signal in order to be able to distinguish whether an echo sequence decays sufficiently quickly or not. Now, with conventional ultrasonic testing, these higher-order echo signals are almost not recognizable on the screen and are generally rejected by the evaluation threshold. They are more or less in the baseline, i.e. close to the timeline of the screen display.
Der besondere Vorzug der Erfindung liegt nun darin, erkannt zuhaben, dass eine bevorzugte Auswertung relativ hoher Echosignale, z.B. eine höhere Verstärkung dieser Echosignale und/ oder eine tiefer gelegte Auswerteschwelle eine so ausreichende Information liefert, dass mit gut vertretbarer Sicherheit zwischen einem Kleber und einer ordnungsgemäßen Punktschweißung unterschieden werden kann. Erreichen nämlich trotz bevorzugter Auswertung z.B. trotz höherer Auswerte schwelle und/oder zusätzlicher Verstärkung die Echosignale höherer Ordnung nicht die Auswerteschwelle, liegt eine ordnungsgemäße Punktschweißverbindung vor. Die zusätzliche, größere Verstärkung und/ oder die Absenkung der Auswerte schwelle für die Signale höherer Ordnung wird dabei nur so hoch getrieben, wie es das Rauschen zu- lässt. Es darf nicht der Fall auftreten, dass das Rauschsignal selber die Auswerteschwelle erreicht.The particular advantage of the invention is now to have recognized that a preferred evaluation of relatively high echo signals, e.g. A higher amplification of these echo signals and / or a lower evaluation threshold provides sufficient information that a well-justifiable certainty can be distinguished between an adhesive and a proper spot weld. Reaching despite preferred evaluation e.g. despite higher evaluation threshold and / or additional amplification, the higher order echo signals do not meet the evaluation threshold, there is a proper spot weld connection. The additional, larger amplification and / or the lowering of the evaluation threshold for the higher-order signals is only driven up as high as the noise allows. It should not happen that the noise signal itself reaches the evaluation threshold.
Es hat sich gezeigt, dass durch entsprechende zusätzliche Verstärkung und/ oder Absenkung der Auswerteschwelle bei den Signalen höherer Ordnung zwischen ordnungsgemäßen Punktschweißverbindungen und Klebern unterschieden werden kann.It has been shown that a corresponding additional amplification and / or lowering of the evaluation threshold for the higher-order signals allows a distinction to be made between proper spot welded connections and adhesives.
Die normale Auswerteschwelle wird nach dem Stand der Technik bei etwa 10 % der maximalen Amplitude gesetzt. Sie kann auch darüber oder darunter liegen, typische Bereiche sind 3 bis 20 % und insbesondere 5 bis 15 %, jeweils bezogen auf eine normale Verstärkung, wie sie für die Signale niedri- ger Ordnung gewählt wird, nämlich eine Amplitude eines Echosignals niedrigerer Ordnung im Bereich 80 bis 100 % des Bildschirms. Zumeist gilt dies für das erste Echosignal.According to the prior art, the normal evaluation threshold is set at approximately 10% of the maximum amplitude. It can also be above or below, typical ranges are 3 to 20% and in particular 5 to 15%, in each case based on a normal amplification, as it is low for the signals. ger order is chosen, namely an amplitude of a lower-order echo signal in the range 80 to 100% of the screen. This usually applies to the first echo signal.
Es liegt auch ein Eintrittecho vor, das unmittelbar durch Reflektion des ein- geschallten Impulses an der Vorderfläche erreicht wird, dieses Eintrittsechosignal hat einen deutlich höheren Wert als das erste Echosignal und wird somit nicht vollständig auf dem Bildschirm abgebildet, vielmehr am oberen Bildschirmrand abgeschnitten.There is also an entry echo, which is achieved directly by reflection of the sounded impulse on the front surface. This entry echo signal has a significantly higher value than the first echo signal and is therefore not completely displayed on the screen, but rather cut off at the top of the screen.
In einer ersten Alternative wird die Auswerte schwelle konstant gehalten, es wird also dieselbe Auswerteschwelle für alle Echosignale benutzt. Es wird lediglich die Verstärkung geändert. Vorzugsweise werden die Echosignale hintereinander auf dem Bildschirm mit der unterschiedlichen Verstärkung dargestellt, mit der sie auch verstärkt werden. Es werden also die Echosignale niedriger Ordnung, die mit der normalen Verstärkung verstärkt werden, wie üblich dargestellt. Wenn der Zeitpunkt erreicht ist, an dem die Echosignale höherer Ordnung eintreffen, ist die Verstärkung auf den höheren Wert eingestellt und werden die nachfolgenden Signale und damit auch die Echosignale höherer Ordnung mit der höheren Verstärkung verstärkt und entsprechend dargestellt. Dabei ist es vorteilhaft, auf dem Bildschirm den Bereich, auf dem die Verstärkung höherer ist, besonders zu kennzeichnen, beispielsweise durch einen parallel zur Zeitachse verlaufenden Balken. Bei der höheren Verstärkung wird auch das Rauschen deutlich größer. Während das Rauschsignal im Bereich normaler Verstärkung einen sehr deutlichen Abstand von der Auswerteschwelle hat, ist dies für den Bildschirmteil, in dem die Signale höherer Ordnung auftreten nicht mehr gegeben. Das Rauschsignal kann auch in die Nähe der Auswerteschwelle kommen, es kann beispielsweise maximal bei 50 % der Auswerte schwelle liegen.In a first alternative, the evaluation threshold is kept constant, so the same evaluation threshold is used for all echo signals. Only the gain is changed. The echo signals are preferably displayed in succession on the screen with the different amplification with which they are also amplified. Thus, the low order echo signals that are amplified with the normal amplification are shown as usual. When the point in time at which the higher-order echo signals arrive, the amplification is set to the higher value and the subsequent signals and thus also the higher-order echo signals are amplified with the higher amplification and displayed accordingly. It is advantageous to mark the area on the screen where the gain is higher, for example by means of a bar running parallel to the time axis. With the higher gain, the noise also becomes significantly larger. While the noise signal has a very clear distance from the evaluation threshold in the area of normal amplification, this is no longer the case for the part of the screen in which the higher-order signals occur. The noise signal can also come close to the evaluation threshold, for example it can be a maximum of 50% of the evaluation threshold.
In einer anderen Alternative wird die Verstärkung für alle Echosignale kon- stant gehalten, es wird aber die Auswerteschwelle geändert. Für die Echosignale niedriger Ordnung gilt die normale Auswerteschwelle, wie sie auch nach dem Stand der Technik gewählt wurde. Wenn der Zeitpunkt erreicht ist, an dem die Echosignale höherer Ordnung eintreffen, wird die Auswerteschwelle abgesenkt und werden die nachfolgenden Signale und damit auch insbesondere die Echosignale höherer Ordnung mit der tieferen Auswerteschwelle bewertet. Auch hierbei ist es vorteilhaft, auf dem Bildschirm den Bereich, für den die niedrigere Auswerteschwelle gilt besonders zu kennzeichnen. Aufgrund der abgesenkten Auswerteschwelle ist auch für diese Alternative der Abstand der Auswertestelle zum Rauschsignal geringer. Es muss darauf geachtet werden, dass das Rauschsignal nicht die Auswerteschwelle erreichen kann.In another alternative, the gain for all echo signals is kept constant, but the evaluation threshold is changed. The normal evaluation threshold applies to the low-order echo signals, as was also chosen according to the prior art. When the point in time at which the higher-order echo signals arrive, the evaluation threshold is lowered and the subsequent signals and thus in particular the higher-order echo signals are evaluated with the lower evaluation threshold. Here, too, it is advantageous to particularly mark the area on the screen for which the lower evaluation threshold applies. Because of the lowered evaluation threshold, the distance between the evaluation point and the noise signal is also smaller for this alternative. Care must be taken to ensure that the noise signal cannot reach the evaluation threshold.
Es sind auch Mischformen zwischen höherer Verstärkung und zugleich abgesenkter Auswerteschwelle für die Signal höherer Ordnung möglich.Mixed forms between higher amplification and at the same time lowered evaluation threshold for the higher order signals are also possible.
Die Gesamtblechdicken bei Punktschweissverbindungen der hier in Rede stehenden Art liegen typischerweise zwischen einem und fünf mm. die Dicke einer ordnungsgemässen Schweisslinse ist abhängig von der Gesamtblechdicke. Sie liegt typischerweise im Bereich von 20 bis 80 % der Gesamtblechdicke. Nun ist die Schwächung, die ein Ultraschallimpuls beim Durchlaufen von Materie erfährt, abhängig von der Wegstrecke. Bei dünnem, miteiander verbundenen Blechen ist die Schwächung des Ultraschallimpulses bei einem Hin- und Herlauf deutlich geringer als bei höheren Gesamtblechdicken. Bei kleineren Gesamtblechdicken sieht man höhere Echosignale, beispielsweise bis hin zum zehnten Echosignal, auf dem Bildschirm. Bei dickeren Gesamtblechdicken sind diese hohen Signale nicht mehr zu sehen, sie werden zu stark geschwächt. Die mit der Erfindung gegebene Anweisung lässt sich auch wie folgt formulieren: Es ist auf diejenigen Echosignale der Gruppe höherer Ordnung zu achten, die a) erkennbar sind, b) möglichst hohen Klang haben und c) bei denen die durch das vielmalige Hin- und Herlaufen erreich- te Gesamtlaufstrecke so ausreichend gross ist, dass zwischen der stärkeren Schwächung im Bereich der Schweisslinse und der geringeren Schwächung der Ultraschallsignale im ungestörten Blechmaterial ausreichend gut unterschieden werden kann. Dies bedeutet, dass bei dünnen Gesamtblechdicken beispielsweise das achte, neunte und zehnte Echosignal beachtet werden, während bei dicken Gesamtblechdicken eher auf das fünfte, sechste und siebte Signal abgestellt wird, eventuell sogar auch auf das vierte.The total sheet thicknesses for spot welded joints of the type in question are typically between one and five mm. the thickness of a proper welding lens depends on the total sheet thickness. It is typically in the range of 20 to 80% of the total sheet thickness. Now the weakening that an ultrasonic pulse experiences when passing through matter depends on the distance. In the case of thin sheets connected to one another, the weakening of the ultrasonic pulse during a back-and-forth movement is significantly less than with higher overall sheet thicknesses. With smaller overall sheet thicknesses, higher echo signals can be seen on the screen, for example up to the tenth echo signal. With thicker sheet thicknesses, these high signals can no longer be seen, they are weakened too much. The instruction given with the invention can also be formulated as follows: Attention should be paid to those echo signals of the higher order group which are a) recognizable, b) have the highest possible sound and c) in which they are caused by the frequent back and forth movement achievable te total running distance is sufficiently large that a distinction can be made between the stronger weakening in the area of the welding lens and the lower weakening of the ultrasonic signals in the undisturbed sheet metal material. This means that the eighth, ninth and tenth echo signals are taken into account for thin overall sheet thicknesses, while for thick overall sheet thicknesses the fifth, sixth and seventh signals are used, possibly even the fourth.
Allgemein wird auf dem Bildschirm die Zeitachse so eingestellt, dass auch das zehnte Echosignal grundsätzlich empfangen werden kann. Es wird nun zunächst nach dem Stand der Technik gearbeitet, also alle Signale werden hinsichtlich Verstärkung und Auswerteschwelle gleich behandelt. Es wird darauf geachtet, welche Signale unterhalb der Auswerteschwelle sind. Die ersten Signale, die unterhalb der Auswerteschwelle sind, werden für die Auswertung beachtet. Bei geringen Gesamtblechdicken sind dies Signale um das achte oder neunte Echosignal, bei grösseren Gesamtblechdicken beispielsweise Signale um das fünfte, sechste oder siebte Echosignal. Es wird nun untersucht, ob die Schwächung dieser, normalerweise nicht ausgewerteter Echosignale so ausreichend gross ist, dass auf Durchlauf des Echosignals durch eine ordnungsgemässe Schweisslinse geschlossen werden kann oder eben nicht.In general, the time axis is set on the screen so that the tenth echo signal can also be received in principle. The first step is to work according to the state of the art, i.e. all signals are treated equally in terms of amplification and evaluation threshold. Attention is paid to which signals are below the evaluation threshold. The first signals that are below the evaluation threshold are taken into account for the evaluation. In the case of small total sheet thicknesses, these are signals around the eighth or ninth echo signal, for larger total sheet thicknesses, for example, signals around the fifth, sixth or seventh echo signal. It is now being investigated whether the attenuation of these echo signals, which are normally not evaluated, is sufficiently large that it can be concluded that the echo signal has passed through a proper welding lens or not.
In einer vorzugsweisen Weiterbildung wird mit ansteigenden Zeitwerten und für die Signale höherer Ordnung entweder die Verstärkung zunehmend erhöht und/ oder die Auswerteschwelle zunehmend erniedrigt. Dies kann beispielsweise mit einer linearen zeitlichen Abhängigkeit erfolgen. Auf diese Weise können auch Echosignale relativ hoher Ordnung, beispielsweise ein achtes Echosignal, noch in die Auswertung eingezogen werden.In a preferred further development, with increasing time values and for the higher-order signals, either the gain is increased and / or the evaluation threshold is decreased. This can be done, for example, with a linear time dependency. In this way, relatively high-order echo signals, for example an eighth echo signal, can also be drawn into the evaluation.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den übrigen Ansprüchen sowie der nun folgenden Beschreibung von nicht einschränken zugverstehenden Anführungsbeispielen, die in Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert werden. In dieser Zeichnung zeigen:Further advantages and features of the invention emerge from the remaining claims and the following description of non-restrictive tensile understanding examples that are explained in more detail with reference to the drawing. In this drawing:
Fig.1 : Eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Prüfung einer Punktschweißverbindung zwischen zwei Blechen,1: A schematic representation of a device for testing a spot weld connection between two sheets,
Fig. 2: eine Darstellung der Echosignale einer Punktschweißverbindung in Form eines sogenannten A-Bildes auf einem Bildschirm für den Fall konstanter Verstärkung und konstant gehaltener Auswerteschwelle,2 shows a representation of the echo signals of a spot welding connection in the form of a so-called A-image on a screen in the case of constant amplification and an evaluation threshold kept constant,
Fig. 3: eine Darstellung wie Fig. 2, jedoch nunmehr mit erhöhter Verstärkung im hinteren Bildschirmdrittel und beibehaltener Auswerteschwelle,3: a representation like FIG. 2, but now with increased amplification in the rear third of the screen and retained evaluation threshold,
Fig. 4: einen Ausschnitt im vergrösserten Maßstrab aus einer Darstellung wie Fig. 2, jedoch nunmehr mit abgesenkter Auswerteschwelle im hinteren Bildschirmdrittel, die Verstärkung ist konstant,4: a detail in an enlarged scale from a representation like FIG. 2, but now with a lower evaluation threshold in the rear third of the screen, the gain is constant,
Fig. 5: eine Darstellung ähnlich Fig. 2, jedoch nun für eine ordnungsgemäße Punktschweißverbindung.Fig. 5: a representation similar to Fig. 2, but now for a proper spot weld connection.
Figur 1 zeigt prinzipiell eine Anordnung zur Prüfung einer Punktschweissverbindung zwischen einem ersten Blech 20 und einem zweiten Blech 22. Die Punktschweissverbindung ist durch eine Schweisslinse 24 kenntlich gemacht.Figure 1 shows in principle an arrangement for testing a spot weld connection between a first sheet 20 and a second sheet 22. The spot weld connection is identified by a welding lens 24.
An die zu prüfende Punktschweissverbindung ist ein Ultraschallprufkopf 24 angekoppelt. Er ist elektrisch mit einem Ultraschallsender EMIT 28 und einem Ultraschallempfänger REC 30 verbunden. Wird der Ultraschallsender 28 ausgelöst, der Ultraschallprufkopf 26 also angesteuert, wird von diesem ein Ultraschallimpuls in die zu prüfende Punktschweissverbindung eingeschaltet, siehe Pfeil 32. Die Ultraschallemission hat im Bereich der Schweisslinse 24 etwa einen Durchmesser, der dem Durchmesser einer ord- nungsgemässen Schweisslinse entspricht, z. B. 4 mm. Der Ultraschallimpuls läuft in bekannter Weise mehrfach und unter Abschwachung zwischen einer Vorderfläche und einer Rückfläche der miteinander verbundenen Bleche 20, 22 hin und her. Als erstes Echosignal wird derjenige Anteil des Impulses bezeichnet, der einmal an der Rückfläche 36 reflektiert wurde und dann in den Ultraschallprufkopf 26 eintritt. Das zweite Echosignal ist entsprechend ein zweimaliger Hin- und Herlauf durch die Gesamtblechdicke D. Die empfangenen Echosignale werden vom Ultraschallempfänger 30, der bereits eine Vorverstärkung durchführt, einer Verstärkerstufe zugeleitet. Diese besteht im konkreten Ausführungsbeispiel aus zwei hintereinander angeordneten linearen Verstärkern, nämlich dem ersten Verstärker AMPL 38 und dem zweiten Verstärker AMPL 40. Dem ersten Verstärker 38 ist ein Schalter 42 parallelgeschaltet. Wird er geschlossen, so ist der erste Verstärker 38 wirkungslos. Ist der Schalter 42 geöffnet, werden die Signale des Ultraschallempfängers 30 verstärkt, beispielsweise um 6 dB.An ultrasonic test head 24 is coupled to the spot welding connection to be tested. It is electrically connected to an EMIT 28 ultrasound transmitter and an REC 30 ultrasound receiver. Becomes the ultrasound transmitter 28 triggered, the ultrasound test head 26 thus activated, an ultrasound pulse is switched into the spot weld connection to be tested, see arrow 32. The ultrasound emission in the area of the welding lens 24 has a diameter which corresponds to the diameter of a proper welding lens, e.g. B. 4 mm. The ultrasonic pulse runs in a known manner back and forth several times and with monitoring between a front surface and a rear surface of the interconnected sheets 20, 22. The first echo signal is the portion of the pulse that was once reflected on the rear surface 36 and then enters the ultrasonic test head 26. The second echo signal is correspondingly a two to-and-fro run through the total sheet thickness D. The received echo signals are fed by the ultrasound receiver 30, which is already performing a preamplification, to an amplifier stage. In the specific exemplary embodiment, this consists of two linear amplifiers arranged one behind the other, namely the first amplifier AMPL 38 and the second amplifier AMPL 40. A switch 42 is connected in parallel to the first amplifier 38. If it is closed, the first amplifier 38 has no effect. If the switch 42 is open, the signals from the ultrasound receiver 30 are amplified, for example by 6 dB.
Es ist auch möglich, den Verstärkungsfaktor der Verstärkerstufe elektronisch einzustellen, hierzu ist ein Eingang 44, siehe Pfeil, vorgesehen, über den eine Stellspannung zugeleitet werden kann.It is also possible to set the amplification factor of the amplifier stage electronically, for this purpose an input 44, see arrow, is provided, via which an actuating voltage can be supplied.
Am Ausgang der Verstärkerstufe ist eine Auswerteeinheit EVAL 46 angeordnet. Sie ist beispielsweise als Komparator ausgeführt. Über eine einstellbare Auswerteschwelle UA, deren Stellgrösse über einen Eingang 48 zugeführt wird, erfolgt eine Bewertung der Signale. Nur solche Signale, die oberhalb der Auswerteschwelle liegen, werden durchgelassen, die anderen werden unterdrückt. Der Auswerteeinheit 46 folgt ein Analog-Digital- Wandler A/D 50, an ihn schliesst sich eine Videostufe VIDEO 52 und dahinter ein Monitor MON 54 an. Gesteuert wird mittels einer Steuereinheit CON 56, die mit der Videostufe 52 verbunden ist und dadurch in Abhängigkeit von der Bildschirmdarstellung Steuersignale geben kann. Über einen Eingang 58 werden der Steuereinheit 56 Informationen eingegeben, beispielsweise für welchen Wert t auf der Zeitachse (waagerechte Achse) des Bildschirms die Verstärkung geändert werden soll, also beispielsweise der Schalter 42 geschlossen oder geöffnet werden soll und/ oder die Auswerte schwelle in der Auswerteeinheit 46 beein- flusst werden soll. Es können mehrere Zeitpositionen ausgewählt werden, zu denen eine Änderung der Verstärkung und/ oder der Auswerteschwelle vorgenommen wird, es können auch beliebige Verläufe eine Änderung der Verstärkung und/ oder der Auswerteschwelle von einem ersten Wert, der zu einem Zeitpunkt tS vorliegt, zu einem zweiten Wert, der zu einem Zeitpunkt tF.An evaluation unit EVAL 46 is arranged at the output of the amplifier stage. For example, it is designed as a comparator. The signals are evaluated via an adjustable evaluation threshold UA, the manipulated variable of which is fed via an input 48. Only signals that are above the evaluation threshold are allowed through, the others are suppressed. The evaluation unit 46 is followed by an analog / digital converter A / D 50, followed by a video stage VIDEO 52 and a monitor MON 54 behind it. It is controlled by means of a control unit CON 56, which is connected to video stage 52 and can therefore give control signals as a function of the screen display. Information is input to the control unit 56 via an input 58, for example the value t on the time axis (horizontal axis) of the screen for which the gain is to be changed, for example the switch 42 is to be closed or opened and / or the evaluation threshold in the evaluation unit 46 should be influenced. Several time positions can be selected at which a change in the amplification and / or the evaluation threshold is carried out; any curves can also be changed in a change in the amplification and / or the evaluation threshold from a first value that is present at a time tS to a second Value at a time tF.
Figur 2 zeigt in typisches Monitorbild der Prüfung einer Punktschweissverbindung nach dem Stand der Technik. Nach rechts ist die Zeit t aufgetragen, die Bildschirmdarstellung wird so gewählt, dass möglichst das erste bis zehnte, in Figur 2 konkret das erste bis achte Echosignal dargestellt werden können. Nach oben ist die Signalspannung U der empfangenen Signale dargestellt. In Figur 2 ist auch der Spannungswert UA der Auswerteschwelle eingezeichnet. Er ist über die gesamte Zeit, die auf dem Bildschirm dargestellt ist, konstant.Figure 2 shows a typical monitor image of the test of a spot weld connection according to the prior art. The time t is plotted to the right, and the screen display is selected so that the first to tenth echo signal, in concrete terms the first to eighth echo signal in FIG. 2, can be represented. The signal voltage U of the received signals is shown at the top. The voltage value UA of the evaluation threshold is also shown in FIG. It is constant over the entire time that is shown on the screen.
Auf dem Bildschirm erkennt man zunächst ein Eintrittsecho, das zum Zeitpunkt tE eintrifft. Im Anschluss hieran erkennt man mehrere Echosignale, die zu den Zeitpunkte tl, t2 usw. eintreffen. Die Verstärkung des regelbaren Verstärkers ist so eingestellt, dass die Signalspannung des ersten Echosignals - oder eines grössten Echosignals - oberhalb von 80 %, aber unterhalb von 100 % Bildschirmhöhe liegt. Dieser Zustand ist in Figur 2 gezeigt. Aus Figur 2 ist der bekannte Abfall der Amplituden der Echosignale erkennbar. Nur die ersten vier Echosignale bleiben oberhalb der Auswerteschwelle UA, die darauffolgenden Echosignale bleiben darunter und werden nicht in der Auswertung, die durch die Auswerteeinheit 46 erfolgt, berücksichtigt.On the screen you can first see an entry echo that arrives at time tE. This is followed by several echo signals that arrive at times t1, t2, etc. The gain of the controllable amplifier is set so that the signal voltage of the first echo signal - or of a largest echo signal - is above 80% but below 100% screen height. This state is shown in Figure 2. Out FIG. 2 shows the known drop in the amplitudes of the echo signals. Only the first four echo signals remain above the evaluation threshold UA, the subsequent echo signals remain below and are not taken into account in the evaluation that is carried out by the evaluation unit 46.
Es zeigt sich nun, dass die Darstellung, wie sie in Figur 2 gezeigt ist, sowohl bei ordnungsgemässen Punktschweissverbindungen als auch bei Klebern, insbesondere Klebern bei verzinkten Karosserieblechen, anzutreffen ist.It can now be seen that the representation as shown in FIG. 2 can be found both in the case of proper spot weld connections and in the case of adhesives, in particular adhesives in the case of galvanized body panels.
Figur 3 zeigt wiederum ein A-Bild für die in Figur 2 geprüfte Punktschweissverbindung. Im Gegensatz zur Prüfung, die das Ergebnis gemäss Figur 2 liefert, ist aber nun im rechten Bildschirmbereich die Verstärkung grösser als im Bereich kleinerer Zeiten, also für den Bildschirmanfang. Durch einen Doppelpfeil 60 ist der Zeitbereich kenntlich gemacht, für den eine höhere Verstärkung gilt, also beispielsweise der Schalter 42 geöffnet ist. Der Spannungswert für die Auswerteschwelle UA ist ebenso wie in Figur 2 für die gesamte abgebildete Zeitdauer konstant.FIG. 3 again shows an A-picture for the spot weld connection tested in FIG. 2. In contrast to the test which provides the result according to FIG. 2, the gain in the right-hand area of the screen is now greater than in the area of shorter times, that is to say for the start of the screen. A double arrow 60 indicates the time range for which a higher gain applies, for example switch 42 is open. As in FIG. 2, the voltage value for the evaluation threshold UA is constant for the entire time period shown.
Man erkennt, dass nun die Signale auch des fünften, sechsten und siebten Echosignals, die zu den Zeitpunkten t5, t6 und t7 eintreffen, die Auswerteschwelle überschreiten. Man erkennt auch ein deutlich angestiegenes Rauschsignal. Es ist nun im Gegensatz zu Figur 2 möglich, auch die Echosignale 5 bis 7 in die Auswertung einzubeziehen. Anhand ihrer Amplitude kann entschieden werden, ob die Schwächung, die der Ultraschallimpuls bei mehrfachem Hin- und Herlaufen durch die Punktschweissverbindung erfährt, so ausreichend hoch ist, dass auf eine ordnungsgemässe Schweisslinse geschlossen werden kann, oder eben nicht ausreichend hoch ist, sodass auf einen Kleber geschlossen werden kann. Im Ausführungsbeispiel nach Figur 3 liegt ein Kleber vor. Für den Fall, dass auch das fünfte bis siebte E- chosignal bei der hier untersuchten Punktschweissverbindung die Auswerteschwelle übersteigt, liegt nicht ausreichende Schwächung vor. Dabei kann die Auswertung so eingestellt werden, dass schon ein einziges Signal vom fünften Echosignal aufwärts, das die Auswerteschwelle UA übersteigt, ein Ausgangs signal „fehlerhafte Punktschweissverbindung" bewirkt.It can be seen that the signals of the fifth, sixth and seventh echo signals that arrive at times t5, t6 and t7 now exceed the evaluation threshold. You can also see a significantly increased noise signal. In contrast to FIG. 2, it is now possible to include the echo signals 5 to 7 in the evaluation. On the basis of their amplitude, it can be decided whether the weakening that the ultrasonic pulse experiences when the spot welding connection is moved back and forth several times is sufficiently high that a correct welding lens can be concluded or is not sufficiently high, so that an adhesive is used can be closed. In the exemplary embodiment according to FIG. 3, there is an adhesive. In the event that the fifth to seventh echo signal in the spot welding connection examined here also exceeds the evaluation threshold, there is insufficient attenuation. It can the evaluation can be set such that a single signal from the fifth echo signal upwards, which exceeds the evaluation threshold UA, produces an output signal “faulty spot weld connection”.
Im Ausführungsbeispiel nach Figur 3 gehören die ersten bis vierten Echosignale zur Gruppe der Echosignale tieferer Ordnung, während die Echosignale fünf bis sieben zur Gruppe der Echosignale höherer Ordnung gehören. Durch Vergleich beider Gruppen wird festgestellt, ob die Qualität der Punktschweissverbindung ausreichend ist.In the exemplary embodiment according to FIG. 3, the first to fourth echo signals belong to the group of lower-order echo signals, while the echo signals five to seven belong to the group of higher-order echo signals. By comparing the two groups, it is determined whether the quality of the spot weld connection is sufficient.
Wird im Gegensatz zu den bisher besprochenen Ausführungsbeispielen eine Punktschweissverbindung geprüft, die eine grössere oder geringere Gesamtblechdicke D hat, müssen andere Gruppierungen gewählt werden. Bei sehr grosser Gesamtblechdicke D, beispielsweise 5 mm, gehören beispielsweise nur die beiden ersten Echosignale zur Gruppe höherer Ordnung, während bereits das dritte oder vierte Echosignal zur Gruppe tieferer Ordnung gehören kann. Bei einer sehr dünnen Gesamtblechdicke von beispielsweise 1 mm kann es sein, dass erst ab siebtem Echosignal, vielleicht auch erst achtem oder neuntem Echosignal die Gruppe tieferer Ordnung beginnt.If, in contrast to the previously discussed exemplary embodiments, a spot weld connection is tested that has a greater or lesser total sheet thickness D, other groupings must be selected. With a very large total sheet thickness D, for example 5 mm, only the first two echo signals belong to the higher order group, while the third or fourth echo signal can already belong to the lower order group. With a very thin total sheet thickness of, for example, 1 mm, it may happen that the group of lower order begins only after the seventh echo signal, perhaps also only eighth or ninth echo signal.
Dabei ist auch das Blechmaterial entscheidend. Es gibt Blechqualitäten, bei denen eine Schweisslinse stark unterschiedlich zum ungestörten Blechmaterial absorbiert, in diesem Falle ist eine Unterscheidung zwischen Klebern und ordnungsgemässen Schweisslinsen relativ gut durchführbar, es gibt a- ber auch Blechqualitäten, bei denen sich die Schwächung des Ultraschallimpulses innerhalb der Schweisslinse nur wenig unterscheidet von der Schwächung im normalen Blech. In diesem Fall ist die Qualitätsaussage schwieriger. Erfindungsgemäss werden möglichst lange Gesamtlaufstrecken betrachtet und ausgewertet, also möglichst numerisch hohe Echosignale, weil bei diesen eine unterschiedliche Schwächung in der Schweisslinse bzw. im ungestörten Material besser zu erkennen ist als bei Echosignalen tieferer Numerierung.The sheet material is also crucial. There are sheet qualities in which a welding lens absorbs very differently from the undisturbed sheet material, in this case a distinction between glue and proper welding lenses can be made relatively well, but there are also sheet qualities in which the weakening of the ultrasonic pulse within the welding lens is only slightly differs from the weakening in normal sheet metal. In this case, the quality statement is more difficult. According to the invention, the longest possible total travel distances are considered and evaluated, that is to say numerically high echo signals, because different attenuation in the welding lens or in the undisturbed material can be better recognized than in the case of deeper echo signals Numbering.
Figur 5 zeigt das Beispiel einer ordnungsgemässen Punktschweissverbindung für Bleche entsprechend der bisher diskutierten Prüfung. Figur 5 unterscheidet sich von Figur 3 nur dadurch, dass trotz zusätzlicher Verstärkung im hinteren Bildschirmbereich die Echosignale fünf, sechs usw. nicht die Auswerteschwelle UA erreichen. Diese Echosignale sind also nach mehrfachem Durchlauf der Schweisslinse so stark geschwächt, dass trotz zusätzlicher Verstärkung die Auswerteschwelle nicht mehr erreicht wird. Es handelt sich somit um einen ordnungsgemässen Schweisspunkt.FIG. 5 shows the example of a proper spot welding connection for metal sheets in accordance with the test discussed so far. FIG. 5 differs from FIG. 3 only in that, despite additional amplification in the rear screen area, the echo signals five, six, etc. do not reach the evaluation threshold UA. After several passes through the welding lens, these echo signals are so severely weakened that, despite additional amplification, the evaluation threshold is no longer reached. It is therefore a proper welding spot.
Anschliessend an die Ultraschallprüfung wurde eine zerstörende Prüfung durchgeführt. Dabei zeigte es sich, dass der bei der in den Figuren 2 und 3 untersuchten Punktschweissverbindung ein Kleber vorlag, es konnte keine Schweisslinse festgestellt werden. Dagegen wurde bei der Punktschweissverbindung für Figur 5 eine ordnungsgemässe Punktschweissverbindung vorgefunden.After the ultrasonic test, a destructive test was carried out. It was found that there was an adhesive in the spot weld connection examined in FIGS. 2 and 3, no weld lens could be found. In contrast, a proper spot weld connection was found for the spot weld connection for FIG. 5.
Figur 4 zeigt eine Alternative zur Prüfung gemäss Figur 3. Es wird nun nicht die Verstärkung im hinteren Bildschirmdrittel angehoben, vielmehr wird die Auswerteschwelle abgesenkt. Figur 4 zeigt, wie der Spannungswert der Auswerteschwelle UA zwischen dem vierten Echosignal und dem fünften Echosignal, also zwischen T4 und T5 nach unten abgesenkt wird, z. B. um 6 dB. Er bleibt immer noch deutlich oberhalb des Rauschsignals. Figur 4 zeigt das Ergebnis für dieselbe Punktschweissverbindung wie Figur 2 und 3. Durch Absenken der Auswerteschwelle UA erreichen nun auch die Echosignale fünf bis sieben die Auswerteschwelle, sodass sie in der Auswertung berücksichtigt werden. Es liegt, wie bereits ausgeführt, ein Kleber vor. Würde die Punktschweissverbindung gemäss Figur 5 durch Absenken der Auswerteschwelle geprüft, so würden die fünften bis siebten Echosignale unterhalb der abgesenkten Auswerteschwelle bleiben. Figur 4 zeigt, dass die Auswerte schwelle nicht abrupt, sondern innerhalb einer gewissen Zeit und vorzugsweise nach einer entsprechenden Funktion UA (t) abgesenkt wird. Dadurch vermeidet man einen Durchgriff auf das tatsächliche Signal. Entsprechend wird auch die Verstärkung nicht abrupt, wie es eigentlich der Schalter 42 bewirkt, verändert, vielmehr wird die Verstärkung innerhalb einer gewissen Zeit verändert, also als Funktion der Zeit.FIG. 4 shows an alternative to the test according to FIG. 3. The gain in the rear third of the screen is now not increased, but rather the evaluation threshold is lowered. FIG. 4 shows how the voltage value of the evaluation threshold UA between the fourth echo signal and the fifth echo signal, that is to say between T4 and T5, is lowered, for. B. by 6 dB. It still remains well above the noise signal. FIG. 4 shows the result for the same spot welding connection as FIGS. 2 and 3. By lowering the evaluation threshold UA, the echo signals five to seven now also reach the evaluation threshold, so that they are taken into account in the evaluation. As already stated, there is an adhesive. If the spot welding connection according to FIG. 5 were checked by lowering the evaluation threshold, the fifth to seventh echo signals would remain below the lowered evaluation threshold. FIG. 4 shows that the evaluation threshold is not lowered abruptly, but rather within a certain time and preferably after a corresponding function UA (t). This avoids a breakdown of the actual signal. Accordingly, the gain is not changed abruptly, as actually the switch 42 does, but the gain is changed within a certain time, that is to say as a function of time.
Es ist durchaus möglich, mehrere Zeitpunkte auszuwählen, an denen entweder die Verstärkung und/ oder die Auswerteschwelle verändert wird. Weiterhin haben sich Verfahren zur Mittelung der Signalspannung über eine Vielzahl von einzelnen gesendeten Ultraschallimpulsen, sogenannten „Schüssen", bewährt. Es werden beispielsweise in schneller Folge, beispielsweise mit 100 KHz, eine Vielzahl von Schüssen eingeschallt, beispielsweise 100 oder mehr. Die jeweils erhaltenen elektrischen Signale, zu denen insbesondere auch die Echosignale gehören, werden gemittelt. Dadurch wird der Spannungspegel des Rauschens erniedrigt. Als Verfahren zur Mittelung eignen sich bekannte Verfahren nach dem Stand der Technik, beispielsweise Lock-In, Boxcar. It is entirely possible to select several points in time at which either the amplification and / or the evaluation threshold is changed. Furthermore, methods for averaging the signal voltage via a large number of individually transmitted ultrasound pulses, so-called “shots”, have proven successful. For example, a large number of shots, for example 100 or more, are sonicated in rapid succession, for example at 100 kHz Signals, which in particular also include the echo signals, are averaged, thereby lowering the voltage level of the noise, and known methods according to the prior art, for example lock-in, box car, are suitable as methods for averaging.

Claims

Bezeichnung: Verfahren und Vorrichtung zur Ultraschallprüfung vonPunktschweißverbindungen, insbesondere von KarosserieblechenPatentansprüche Description: Method and device for ultrasonic testing of spot welded joints, in particular body panels
1. Verfahren zur Ultraschallprüfung von Punktschweißverbindungen zwischen Blechen, bei welchem Verfahren1. Method for ultrasonic testing of spot welded connections between sheets, in which method
- ein Ultraschallprufkopf (26) an die zu prüfende Punktschweißverbindung angekoppelt wird,an ultrasonic test head (26) is coupled to the spot weld connection to be tested,
- mindestens ein Ultraschallimpuls in die zu prüfende Punktschweißverbindung eingeschallt wird, wo der Impuls unter Abschwachung mehrfach zwischen einer Vorderfläche (34) und einer Rückfläche (34) der Punktschweißverbindung hin- und herläuft und- At least one ultrasound pulse is irradiated into the spot weld connection to be tested, where the pulse runs back and forth several times between a front surface (34) and a rear surface (34) of the spot weld connection while monitoring
- mit dem Ultraschallprufkopf (26) als Echosignale Anteile des Impulses empfangen werden, die mindestens einmal an der Rückfläche (34) reflektiert wurden,- portions of the pulse are received as echo signals with the ultrasonic test head (26), which were reflected at least once on the rear surface (34),
- die so empfangenen Echosignale in einem Verstärker (38, 40) verstärkt, vorzugsweise linear verstärkt und anschließend in einer Auswerteeinheit (46) ausgewertet werden, wobei die Auswerteeinheit (46) nur solche Signale berücksichtigt, die mindestens eine Auswerteschwelle UA erreichen, dadurch gekennzeichnet, dass die Echosignale unterteilt werden in eine Gruppe höherer Ordnung und eine Gruppe tieferer Ordnung, dass die Echosignale niedriger Ordnung mindestens die ersten zwei Echosignale, vorzugsweise die ersten drei Echosignale einschließen, dass zu den E- chosignalen höherer Ordnung mindestens das fünfte, sechste, siebte o- der achte Echosignal gehört, und dass die Echosignale höherer Ordnung in dem Verstärker (38, 40) mit einem höheren Verstärkungsfaktor verstärkt werden und/ oder mit einer niedrigeren Auswerteschwelle bewertet werden als die Echosignale niedriger Ordnung. - The echo signals received in this way are amplified in an amplifier (38, 40), preferably linearly amplified and then evaluated in an evaluation unit (46), the evaluation unit (46) only taking into account signals that reach at least one evaluation threshold UA, characterized in that that the echo signals are divided into a higher-order group and a lower-order group, that the lower-order echo signals include at least the first two echo signals, preferably the first three echo signals, that at least the fifth, sixth, seventh or the higher-order echo signals - The eighth echo signal belongs, and that the higher order echo signals are amplified in the amplifier (38, 40) with a higher amplification factor and / or evaluated with a lower evaluation threshold than the lower order echo signals.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für die Echosignale niedriger Ordnung der Verstärkungsfaktor des Verstärkers (38, 40) so eingestellt ist, dass mindestens ein Echosignal, z.B. das erste E- chosignal, weniger als 100 %, aber mehr als 80 % der maximalen Ausgangsspannung des Verstärkers (38, 40) erreicht und insbesondere auf einem Bildschirm, der dem Verstärker (38, 40) nachgeschaltet ist, eine Amplitude kleiner als 100%, aber mehr als 80% Amplitude aufweist.2. The method according to claim 1, characterized in that for the low-order echo signals, the amplification factor of the amplifier (38, 40) is set such that at least one echo signal, e.g. the first echo signal reaches less than 100%, but more than 80% of the maximum output voltage of the amplifier (38, 40) and, in particular on an monitor which is connected downstream of the amplifier (38, 40), an amplitude of less than 100% , but has more than 80% amplitude.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für die Echosignale niedriger Ordnung die Auswerteschwelle mindestens zwei dB, vorzugsweise mindestens sechs dB, größer ist, als die Auswerteschwelle für die Echosignale niedrigerer Ordnung3. The method according to claim 1, characterized in that for the low-order echo signals, the evaluation threshold is at least two dB, preferably at least six dB, greater than the evaluation threshold for the lower-order echo signals
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für die Echosignale höherer Ordnung der Verstärkungsfaktor des Verstärkers (38, 40) mindestens zwei dB, vorzugsweise mindestens sechs dB, größer ist, als der Verstärkungsfaktor für die Echosignale niedrigerer Ordnung.4. The method according to claim 1, characterized in that for the higher order echo signals, the amplification factor of the amplifier (38, 40) is at least two dB, preferably at least six dB, larger than the amplification factor for the lower order echo signals.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für die Echosignale höherer Ordnung der höhere Verstärkungsfaktor des Verstärkers (38, 40) nicht so groß und/oder die niedrigere Auswerteschwelle nicht so klein gewählt ist, dass das Rauschen die Auswerteschwelle erreichen kann, insbesondere das Rauschen zumindest 6 dB unter der Auswerteschwelle liegt.5. The method according to claim 1, characterized in that for the higher order echo signals, the higher amplification factor of the amplifier (38, 40) is not so large and / or the lower evaluation threshold is not chosen so small that the noise can reach the evaluation threshold, in particular the noise is at least 6 dB below the evaluation threshold.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für die Echosignale höherer Ordnung der Verstärkungsfaktor des Verstärkers (38, 40) zeitabhängig ansteigt und/ oder der Wert der Auswerteschwelle zeitabhängig abfällt. 6. The method according to claim 1, characterized in that for the higher-order echo signals, the gain factor of the amplifier (38, 40) increases as a function of time and / or the value of the evaluation threshold falls as a function of time.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Punktschweißverbindung zwischen verzinkten Stahlblechen, insbesondere feuerverzinkten Karosserieblechen aus Stahl vorliegt.7. The method according to claim 1, characterized in that the spot weld connection between galvanized steel sheets, in particular hot-dip galvanized body sheets made of steel is present.
8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ultraschallprufkopf (26) vorgesehen ist, dem eine Sendeempfangseinheit mit einem linearen Verstärker (38, 40) und einer Auswerteeinheit (46) zugeordnet sind, dass die Auswerteeinheit (46) eine Auswerteschwelle aufweist, und dass zeitabhängig der Verstärker (38, 40) zunächst auf eine normale Verstärkung und anschliessend auf eine höhere Verstärkung und /oder die Auswerteschwelle der Auswerteeinheit (46) zunächst auf einen höheren Wert und anschliessend auf einen niedrigeren Wert einstellbar sind.8. The device for carrying out the method according to claim 1, characterized in that an ultrasonic test head (26) is provided, to which a transceiver unit with a linear amplifier (38, 40) and an evaluation unit (46) are assigned, that the evaluation unit (46) has an evaluation threshold and that, depending on the time, the amplifier (38, 40) can first be set to a normal gain and then to a higher gain and / or the evaluation threshold of the evaluation unit (46) can first be set to a higher value and then to a lower value.
9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärker (38, 40) ein Einstellmittel für die Einstellung seiner Verstärkung hat und dass Schaltmittel vorgesehen sind, die bewirken, dass die Verstärkung des Verstärkers (38, 40) während einer Messung geändert wird.9. The device according to claim 6, characterized in that the amplifier (38, 40) has a setting means for adjusting its gain and that switching means are provided which cause the gain of the amplifier (38, 40) to be changed during a measurement ,
10. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (46) zumindest zwei Auswerteschwellen aufweist, von denen die eine höher liegt als die andere, und dass Schaltmittel vorgesehen sind, die bewirken, dass in der Auswerteeinheit (46) während einer Prüfung zunächst die höhere Auswerteschwelle und danach die tiefere Auswerte schwelle vorliegt. 10. The device according to claim 6, characterized in that the evaluation unit (46) has at least two evaluation thresholds, one of which is higher than the other, and that switching means are provided which cause that in the evaluation unit (46) during a test First there is the higher evaluation threshold and then the lower evaluation threshold.
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