DE10202792A1 - Prüfverfahren zur Ermittlung von Beschichtungsfehlern an beschichteten Bauteilen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Prüfverfahren zur Ermittlung von Beschichtungsfehlern an beschichteten Bauteilen (3), die aus einem Trägerbauteil als Beschichtungsträger und einer zumindest teilweise darauf angebrachten Beschichtung bestehen. Erfindungsgemäß ist das Prüfverfahren durch folgende Verfahrensschritte gekennzeichnet: DOLLAR A Ein beschichtetes Bauteil (3) wird auf eine hohe Anfangstemperatur erhitzt und anschließend während einer Abkühlzeit auf eine dagegen niedrigere Endtemperatur abgekühlt. Mit einer Wärmebildkamera (2) ist ein Soll-Wärmebild (8) eines erkannt fehlerfrei beschichteten Bauteils (3) erfasst und festgelegt. Bei einem zu prüfenden, gleichen Bauteil (3) wird ein Ist-Wärmebild (9) von der Wärmebildkamera (2) erfasst und mit dem Soll-Wärmebild (8) auf auftretende Bildabweichungen (10, 11) mittels einer Daten- und Bildverarbeitungseinrichtung verglichen. Den Bildabweichungen (10, 11) werden Abweichungsgrenzwerte zugeordnet, deren Überschreitung unzulässige Beschichtungsfehler an dem aktuell geprüften Bauteil (3) am Ort der Bildabweichungen (10, 11) markieren. Somit ist ein Erkennen eines fehlerfrei beschichteten Bauteils und eines auszusortierenden fehlerhaft beschichteten Bauteils möglich.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Prüfverfahren zur Ermittlung von Beschichtungsfehlern an beschichteten Bauteilen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
• Beschichtete Bauteile, die aus einem Trägerbauteil und einer darauf angebrachten Beschichtung bestehen, sind in vielen Anwendungsgebieten eingesetzt. In der Automobilindustrie beispielsweise ist ein Anwendungsfall für beschichtete Bauteile die Verwendung als Dichtung. Bei einer Zylinderkopfdichtung z. B. ist das Trägerbauteil aus einem Federstahlblech gefertigt und mit einem Elastomer beschichtet. Während der Herstellung einer Zylinderkopfdichtung können unterschiedliche Fehlerarten auftreten, die zu einer späteren Undichtigkeit der Zylinderkopfdichtung führen können: Insbesonders kann es bei der Elastomer-Beschichtung zu Mängeln und Beschichtungsfehlern kommen, wie z. B. zu einer Beschädigung der Beschichtung und/oder zu fehlerhaften Beschichtungsdicken und/oder zum Einschluss von Fremdpartikeln oder halbvernetzten Elastomeren.
• Eine einwandfreie Funktion der Zylinderkopfdichtung ist nur bei einer den Vorgaben genau entsprechenden Elastomer-Beschichtung ohne Einschlüsse irgendwelcher Art gegeben. Bei einem Verbau einer fehlerhaften Zylinderkopfdichtung kann dies zu Undichtigkeiten an einer Brennkraftmaschine führen. Ein nachträglicher Austausch der Zylinderkopfdichtung ist mit hohen Kosten verbunden und führt zu einer großen Kundenunzufriedenheit.
• Dadurch ist eine Kontrolle der Elastomer-Beschichtung an Zylinderkopfdichtungen, grundsätzlich eine Kontrolle bei allen beschichteten Bauteilen, durchzuführen, um mangelhafte Bauteile nach der Herstellung bzw. vor einer weiteren Verwendung auszusortieren.
• Ein allgemein bekanntes, gattungsgemäßes Prüfverfahren zur Ermittlung von Beschichtungsfehlern an beschichteten Bauteilen, die aus einem Trägerbauteil als Beschichtungsträger und einer zumindest teilweise darauf angebrachten Beschichtung bestehen, ist eine optische Überprüfung. Dabei wird ein beschichtetes Bauteil nach dem Herstellprozess einer Sichtkontrolle unterzogen und/oder mit einer Kamera auf Fehler überprüft.
• Bereits geringe Abweichungen in der Schichtdicke der Beschichtung oder kleine Einschlüsse von Fremdpartikeln können zu Funktionsfehlern führen und können mit obigem optischen Verfahren nur sehr schwer oder überhaupt nicht erkannt werden, so dass diese Verfahren nur bedingt geeignet sind.
• Aufgabe der Erfindung ist es, ein Prüfverfahren zur Ermittlung von Beschichtungsfehlern an beschichteten Bauteilen zu schaffen, das mit einfachen Mitteln und schnell eine Beurteilung der Beschaffenheit der Beschichtung von beschichteten Bauteilen erlaubt.
• Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
• Gemäß Anspruch 1 ist ein Prüfverfahren zur Ermittlung von Beschichtungsfehlern an beschichteten Bauteilen, die aus einem Trägerbauteil als Beschichtungsträger und einer zumindest teilweise darauf angebrachten Beschichtung bestehen durch folgende Verfahrensschritte gekennzeichnet:
  Ein beschichtetes Bauteil wird auf eine hohe Anfangstemperatur erhitzt und anschließend während einer Abkühlzeit auf eine dagegen niedrigere Endtemperatur abgekühlt.
• An einem erkannt fehlerfrei beschichteten Bauteil wird mit einer Wärmebildkamera wenigstens in einem bestimmten Zeitabschnitt der Abkühlzeit zumindest im Bereich der Beschichtung ein abgegebenes Wärmebild als Soll-Wärmebild erfasst und als Referenz-Wärmebild für alle weiteren Prüfungen an nachfolgenden Bauteilen festgelegt.
• Das fehlerfrei erkannte beschichtete Bauteil, das als Referenz-Bauteil dient, wird im Vorfeld mit anderen Prüfverfahren ermittelt. Die Standardfehlerfreiheit wird z. B. mit einer labormäßigen Schichtdickenmessung und/oder mit einer besonders genauen Beurteilung durch Augenschein festgestellt. Die hierbei eingesetzten Prüfverfahren dienen zwar auch der Ermittlung von Beschichtungsfehlern, sind aber insbesondere für eine Überprüfung größerer Stückzahlen von beschichteten Bauteilen aufwendig und nur bedingt geeignet.
• Ein mit einer Wärmebildkamera erhaltenes Wärmebild, das hier als Soll-Wärmebild dient, zeigt in an sich bekannter Weise unterschiedliche Temperaturbereiche auf dem beschichteten Bauteil durch unterschiedliche Farben oder unterschiedliche Grautöne an. Während der Abkühlzeit ist eine Veränderung der angezeigten Farben auf dem Soll-Wärmebild zu verfolgen, die in einer Abhängigkeit von den Materialien des Trägers bzw. der Beschichtung, der Dicke des Trägers bzw. der Beschichtung und strukturbedingter Wärmeleitungen stehen. Im Sonderfall eines materialeinheitlichen Trägerteils gleicher Stärke mit gleichmäßig dicker Beschichtung ergibt sich an der gesamten Beschichtung ein entsprechend gleichmäßiges Wärmebild ohne bereichsmäßige Abweichungen.
• An einem zu prüfenden, gleichen Bauteil wird unter gleichen örtlichen und zeitlichen Verhältnissen wie bei der Ermittlung des Soll-Wärmebildes ein Ist-Wärmebild erfasst. Damit ist ein reproduzierbarer Verfahrensschritt geschaffen, so dass für alle weiteren zu prüfenden Bauteile das zugehörige Ist-Wärmebild erhaltbar ist.
• Das jeweils erfasste Ist-Wärmebild wird mit dem Soll-Wärmebild verglichen und es werden ggf. auftretende Bildabweichungen des Ist-Wärmebildes vom Soll-Wärmebild festgestellt. Mit diesem Verfahrensschritt ist grundsätzlich eine Erkennung eines korrekt beschichteten Bauteils und eines fehlerhaft beschichteten Bauteils möglich.
• Den Bildabweichungen werden Abweichungsgrenzwerte zugeordnet, deren Überschreitung unzulässige Beschichtungsfehler an dem aktuell geprüften Bauteil am Ort der Bildabweichungen markieren. Die Bildabweichungen bei einer fehlerhaften Beschichtung gegenüber einer fehlerfreien Beschichtung sind auf eine andere Wärmeableitung und damit eine andere Temperatur auf der Oberfläche der Beschichtung zurückzuführen. Durch eine fehlerhafte Schichtdicke der Beschichtung oder durch einen Einschluss eines Fremdpartikels in der Beschichtung ist die Wärmeableitung gegenüber der eines fehlerfreien Bauteiles gestört bzw. derart beeinflusst, dass das Ist-Wärmebild, das von der Wärmebildkamera erfasst wird, von dem Soll-Wärmebild, mit dem zu Prüfzwecken verglichen wird, abweicht. Bei Überschreitung von festgelegten Abweichungsgrenzwerten werden somit unzulässige Beschichtungsfehler und damit auszusortierende Bauteile erkannt. Der Verbau von fehlerhaft beschichteten Bauteilen und ggf. dadurch bedingte aufwendige Nacharbeiten können vermieden werden.
• Vorteilhaft bei diesen Prüfverfahren ist, dass mit einfachen und kostengünstigen Maßnahmen eine sichere Erkennung von Fehlern in der Beschichtung möglich ist. Der Ablauf des Prüfverfahrens ist automatisierbar und reproduzierbar.
• Die Erhitzung des zu prüfenden Bauteils erfolgt gemäß Anspruch 2 durch den Beschichtungsprozess und das Bauteil wird unmittelbar in der anschließenden Abkühlzeit geprüft. Damit wird die zur Produktion des beschichteten Bauteils benötigte Hitze zugleich für das Prüfverfahren zur Ermittlung von Beschichtungsfehlern verwendet. Sind sowohl die Herstellung als auch das Prüfverfahren automatisiert, stehen am Ende der zeitlich hintereinander ablaufenden beiden Prozesse nur fehlerfreie beschichtete Bauteile zur Verfügung, alle mangelhaften Bauteile sind durch das Prüfverfahren aussortiert.
• Grundsätzlich kann das Bauteil auch in einem herstellungsunabhängigen Verfahrensschritt gemäß Anspruch 3 durch ansteuerbare Heizmittel einer Prüfeinrichtung erhitzt werden. Besteht nach der Herstellung der Bauteile keine Möglichkeit zur sofortigen Prüfung derselben, ist ein Erhitzen der beschichteten Bauteile auf die geforderte hohe Anfangstemperatur für das Prüfverfahren jederzeit mit z. B. einer Hochfrequenzspule oder einer Mikrowellenheizung möglich. Somit kann das Verfahren auch als Eingangskontrolle für Firmen verwendet werden, die beschichtete Bauteile von einem Lieferanten beziehen.
• Gemäß Anspruch 4 erfolgt der Abkühlvorgang bezüglich der umgebenden Raumtemperatur und/oder der Abkühlvorgang wird durch eine steuerbare Kühleinrichtung aktiv unterstützt. Durch den Einsatz einer Kühleinrichtung während des Abkühlvorgangs können sowohl die Zykluszeiten für das Prüfverfahren verkürzt werden als auch Abweichungen in den Wärmebildern verstärkt und damit noch sicherer und eindeutiger erfasst werden.
• Für Wärmebild-Vergleiche im Rahmen des Prüfverfahrens ist die Wärmebildkamera vorteilhaft gemäß Anspruch 5 an eine elektronische Bildverarbeitungseinrichtung angeschlossen. Das Soll-Wärmebild und/oder das Ist-Wärmebild können dazu nacheinander oder gleichzeitig auf einem Bildschirm sichtbar gemacht werden.
• Die Auswertung der auf dem Bildschirm sichtbar gemachten Ist-Wärmebilder im Vergleich zu dem abgelegten Soll-Wärmebild in der Bildverarbeitungseinrichtung kann einerseits durch eine Person durchgeführt werden, vorteilhaft werden die Daten aber gemäß Anspruch 6 direkt mit einer Datenverarbeitungseinrichtung ausgewertet. Die Daten des Soll-Wärmebildes sind in einem elektronischen Speicher abgelegt und werden mit den jeweiligen Daten des Ist- Wärmebildes eines aktuell geprüften Bauteiles elektronisch auf Überschreitungen von Abweichungsgrenzwerten verglichen. Anhand des Soll-Wärmebildes werden in der Datenverarbeitungseinrichtung die Abweichungsgrenzwerte, die toleriert werden, festgelegt und beim Erkennen von Überschreitungen dieser Abweichungsgrenzwerte erfolgt eine optische und/oder akustische Fehlermeldung. Ist die Aussortierung des Bauteiles bei einer Fehlermeldung ebenfalls automatisiert, ist das Prüfverfahren vollautomatisch ohne eine menschliche Arbeitskraft durchführbar.
• Gemäß Anspruch 7 ist das Trägerbauteil ein Metallteil und die Beschichtung eine Elastomer-Beschichtung. Damit ist das Prüfverfahren für einen häufig verwendeten Aufbau von Dichtungen einsetzbar. An einem meist aus Stahlblech bestehenden Träger ist eine Elastomer-Beschichtung angebracht, die die Dichteigenschaften des Bauteils bewirkt.
• Ist das Bauteil gemäß Anspruch 8 eine Zylinderkopfdichtung, die aus einem ebenen Blechteil gleicher Blechdicke als Trägerbauteil und einer Elastomerschicht gleicher, fehlerfreier Beschichtungsdicke besteht, ergibt sich eine gleichmäßige Abkühltemperatur in der gesamten Beschichtung und damit ein gleichmäßiges Soll-Wärmebild. Fehlerbedingte Bildabweichungen treten dagegen als auffallende Fleckenbildungen an Fehlerorten in der Art von gegenüber der sonst gleichen Abkühltemperatur höheren Warmbereichen oder tieferen Kaltbereichen auf. Damit ist für ein Bauteil, das in hohen Stückzahlen produziert wird, aber für einen problemlosen Einsatz als Motorabdichtung eine fehlerfreie Beschichtung nötig ist, ein einfaches und kostengünstiges Prüfverfahren geschaffen, mit dem eine sichere Fehlererkennung möglich ist. Sowohl Fehler in der Beschichtung, d. h. eine unzureichende bzw. übermäßige Beschichtungsdicke, als auch Einschlüsse von Fremdpartikeln in der Elastomer- Beschichtung führen zu geänderten Wärmeableitungen während des Abkühlprozesses, die als Fleckenbildungen auf dem Ist-Wärmebild gegenüber dem Soll-Wärmebild zu erkennen sind.
• Anhand einer Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert.
• Es zeigen:
• Fig. 1 einen schematischen Prinzipaufbau einer Prüfeinrichtung für ein Prüfverfahren zur Ermittlung von Beschichtungsfehlern an beschichteten Bauteilen,
• Fig. 2 ein schematisches Soll-Wärmebild einer Wärmebildkamera, und
• Fig. 3 ein schematisches Ist-Wärmebild der Wärmebildkamera eines fehlerhaften Bauteils.
• In Fig. 1 ist schematisch ein Prinzipaufbau einer Prüfeinrichtung 1 für ein Prüfverfahren zur Ermittlung von Beschichtungsfehlern an beschichteten Bauteilen dargestellt. Mit einer Wärmebildkamera 2 wird ein zu prüfendes beschichtetes Bauteil, hier eine Zylinderkopfdichtung 3, während des Abkühlprozesses erfasst und über eine Verbindungsleitung 4 werden die Daten an eine Daten- und Bildverarbeitungseinrichtung 5 weitergeleitet. Auf einem Bildschirm 6 wird das Wärmebild 7 der Zylinderkopfdichtung 3 sichtbar gemacht.
• Nach Erhitzen der Zylinderkopfdichtung 3 auf eine hohe Anfangstemperatur wird diese während der Abkühlzeit auf eine dagegen niedrigere Endtemperatur von der Wärmebildkamera 2 erfasst und die Daten des Wärmebildes 7 an die Daten- und Bildverarbeitungseinrichtung 5 weitergeleitet. Diese Verfahrensschritte werden zuerst mit einem erkannt fehlerfrei beschichteten Bauteil durchgeführt, zur Erfassung und Festlegung eines Soll-Wärmebildes 8. Die Daten des Soll-Wärmebildes 8 werden in einem elektronischen Speicher der Daten- und Bildverarbeitungseinrichtung 5 als Referenz hinterlegt, wobei die Möglichkeit einer Definition von Abweichungsgrenzwerten für eine anschließende Prüfung von Zylinderkopfdichtungen 3 möglich ist. Die jeweils zu prüfende Zylinderkopfdichtung 3 wird unter gleichen örtlichen und zeitlichen Verhältnissen wie bei der Ermittlung des Soll-Wärmebildes 8 ebenso von der Wärmebildkamera 2 erfasst und das daraus entstandene Ist-Wärmebild 9 wird in der Daten- und Bildverarbeitungseinrichtung 5 mit dem angezeigten Soll- Wärmebild 8 und/oder den Daten des Soll-Wärmebildes 8 verglichen. Bei Überschreitung von den vorher definierten Abweichungsgrenzwerten erfolgt eine optische und/oder akustische Fehlermeldung.
• Die hiermit erkannten Fehler in der Beschichtung, die einerseits durch eine unterschiedliche Beschichtungsdicke und/oder durch Einschlüsse von Fremdpartikeln gegeben sind, sind auf unterschiedliche Wärmeableitungen zurückzuführen und an einem damit abweichenden Ist-Wärmebild 9 vom Soll-Wärmebild 8 zu erkennen.
• In Fig. 2 ist schematisch ein Soll-Wärmebild 8 einer Zylinderkopfdichtung 3 dargestellt. Aufgrund der gleichen Blechdicke des Trägerbauteils und der gleichen Beschichtungsdicke der Elastomer-Beschichtung erscheint das Soll- Wärmebild 8 als gleichmäßiges Wärmebild, da sich eine gleichmäßige Abkühltemperatur mit einem zeitlich gleichmäßigen Abkühlverlauf in der gesamten Beschichtung ergibt. Das Soll-Wärmebild 8 ist als Referenzbild in der Daten- und Bildverarbeitungseinrichtung 5 hinterlegt.
• In Fig. 3 ist schematisch ein Ist-Wärmebild 9 einer zu prüfenden Zylinderkopfdichtung 3 dargestellt. Dabei ist eine Fleckenbildung an Fehlerorten in der Beschichtung zu erkennen. Dies können z. B. Kratzer 10 in der Beschichtung oder ein von der Soll-Schichtdicke abweichender Schichtdickenfehler 11 sein.
• Eine geprüfte Zylinderkopfdichtung 3 mit den in Fig. 3 beispielhaft dargestellten Fehlern kann somit aussortiert werden und ein Einbau einer fehlerhaften Zylinderkopfdichtung 3 in eine Brennkraftmaschine ist somit ausgeschlossen. Somit sind fehlerhafte Brennkraftmaschinen und damit verbundene Kundenreklamationen vermieden.

Claims (8)

1. Prüfverfahren zur Ermittlung von Beschichtungsfehlern an beschichteten Bauteilen, die aus einem Trägerbauteil als Beschichtungsträger und einer zumindest teilweise darauf angebrachten Beschichtung bestehen, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
ein beschichtetes Bauteil (3) wird auf eine hohe Anfangstemperatur erhitzt und anschließend während einer Abkühlzeit auf eine dagegen niedrigere Endtemperatur abgekühlt,
an einem erkannt fehlerfrei beschichteten Bauteil (3) wird mit einer Wärmebildkamera (2) wenigstens in einem bestimmten Zeitabschnitt der Abkühlzeit zumindest im Bereich der Beschichtung ein abgegebenes Wärmebild (7) als Soll-Wärmebild (8) erfasst und festgelegt,
an einem zu prüfenden, gleichen Bauteil (3) wird unter gleichen örtlichen und zeitlichen Verhältnissen wie bei der Ermittlung des Soll-Wärmebildes (8) ein Ist-Wärmebild (9) erfasst,
das erfasste Ist-Wärmebild (9) wird mit dem Soll-Wärmebild (8) verglichen und es werden ggf. auftretende Bildabweichungen des Ist-Wärmebildes (9) vom Soll-Wärmebild (8) festgestellt, und
den Bildabweichungen werden Abweichungsgrenzwerte zugeordnet, deren Überschreitung unzulässige Beschichtungsfehler (10, 11) an dem aktuell geprüften Bauteil am Ort der Bildabweichungen markieren.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhitzung des zu prüfenden Bauteils (3) durch den Beschichtungsprozess erfolgt und das Bauteil unmittelbar in der anschließenden Abkühlzeit geprüft wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einem herstellungsunabhängigen Verfahrensschritt das Bauteil (3) durch ansteuerbare Heizmittel einer Prüfeinrichtung erhitzt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Abkühlvorgang bezüglich der umgebenden Raumtemperatur erfolgt und/oder durch eine steuerbare Kühleinrichtung aktiv unterstützt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmebildkamera (2) an eine elektronische Daten- und Bildverarbeitungseinrichtung (5) angeschlossen ist und das Soll-Wärmebild (8) und/oder das Ist-Wärmebild (9) auf einem Bildschirm (6) sichtbar gemacht werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Daten des Soll-Wärmebildes (8) in einem elektronischen Speicher abgelegt sind und die jeweiligen Daten des Ist-Wärmebildes (9) eines aktuell geprüften Bauteils (3) elektronisch damit auf Überschreitungen von Abweichungsgrenzwerten verglichen werden und dass beim Erkennen von Überschreitungen eine optische und/oder akustische Fehlermeldung erfolgt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerbauteil ein Metallteil und die Beschichtung eine Elastomer- Beschichtung ist.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil eine Zylinderkopfdichtung (3) ist, die aus einem ebenen Blechteil gleicher Blechdicke als Trägerbauteil und einer Elastomerschicht gleicher Beschichtungsdicke besteht, wobei sich eine gleichmäßige Abkühltemperatur in der gesamten Beschichtung und damit ein gleichmäßiges Soll-Wärmebild (8) ergibt und wobei fehlerbedingte Bildabweichungen als dagegen auffallende Fleckenbildungen an Fehlerorten in der Art von gegenüber der sonst gleichen Abkühltemperatur höheren Warmbereichen oder tieferen Kaltbereichen auftreten.