DE202006016452U1

DE202006016452U1 - Vorrichtung zum Prüfen von Fügeverbindungen auf innere Fehler und/oder Oberflächenfehler mittels Thermografie

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Publication number: DE202006016452U1
Application number: DE200620016452
Authority: DE
Original assignee: Inpro Innovationsgesellschaft fuer Fortgeschrittene Produktionssysteme in der Fahrzeugindustrie mbH
Current assignee: Inpro Innovationsgesellschaft fuer Fortgeschrittene Produktionssysteme in der Fahrzeugindustrie mbH
Priority date: 2006-10-22
Filing date: 2006-10-22
Publication date: 2007-03-08
Anticipated expiration: 2016-10-23

Abstract

Vorrichtung zum Prüfen von Fügeverbindungen an Bauteilen auf innere Fehler und/oder Oberflächenfehler mittels Thermografie, bei der eine auf die Bauteiloberfläche (7) auszugerichtende Wärmebildkamera (9) zur Erfassung von durch Abkühlung des Bauteils (8) entstehenden Verzerrungen des Oberflächentemperaturfeldes des Bauteils (8) und ein mit der Wärmebildkamera (9) verbundener Rechner (10) zur Bildauswertung vorgesehen sind, gekennzeichnet durch einen von einer Druckluftzufuhr (1) über ein Einlaßventil (2) mit Druckluft gefüllten Druckbehälter (3), der über ein Auslaßventil (4) mit einer im geringen Abstand von der Oberfläche (7) des zu prüfenden Bauteils (8) zu positionierenden Düse (5) verbunden ist, von der ein bei Öffnung des Auslaßventils (4) des Druckbehälters (3) expansionsbedingter kalter Druckluftimpuls (6) auf die Bauteiloberfläche (7) als Anregung für die Thermografie zu richten ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Prüfen von Fügeverbindungen an Bauteilen auf innere Fehler und/oder Oberflächenfehler mittels Thermografie, bei der eine auf die Bauteiloberfläche ausgerichtete Wärmebildkamera zur Erfassung von durch Abkühlung des Bauteils entstehenden Verzerrungen des Oberflächentemperaturfeldes des Bauteils und ein mit der Wärmebildkamera verbundener Rechner zur Bildauwertung vorgesehen sind.
Es ist bekannt, zur zerstörungsfreien Prüfung von Bauteilen auf Oberflächen und/oder innere Fehler mittels Thermografie als konvektive Anregung einen Warm- oder Kaltluftstrom auf die Oberfläche des Bauteils zu lenken ( DE 198 38 858 A1 ). Bei einer derartigen konvektiven Anregung mit Kaltluft z.B. mittels eines Wirbelrohres ist der Emissionsgrad auf der Bauteiloberfläche auf der Anregungsseite nahezu vernachlässigbar und die Energie wird gleichmäßig in das Bauteil eingekoppelt, so daß sich eine homogene Temperaturverteilung ergibt. Als Nachteil erweist sich jedoch eine geringer Abkühlgeschwindigkeit auf der anregungsseitigen Bauteiloberfläche, so dass auf Grund langer Anregungszeiten ein starker lateraler Wärmefluss im Bauteil auftritt. Hierdurch ist eine Detektion von tiefliegenden oder kleinen Fehlern im Bauteil bzw. von Verbindungsflächen erschwert.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art zur Verfügung zu stellen, mit der zur Minimierung des lateralen Wärmeflusses kurze Anregungszeiten wie z.B. bei eine Blitzlampenanregung für die Thermografie möglich sind und gleichzeitig eine homogene Energieeinbringung zu erreichen ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen von einer Druckluftzufuhr über ein Ein laßventil mit Druckluft gefüllten Druckbehälter, der über ein Auslaßventil mit einer im geringen Abstand von der Oberfläche des zu prüfenden Bauteils zu positionierenden Düse verbunden ist, von der ein bei Öffnung des Auslaßventils des Druckbehälters expansionsbedingter kalter Druckluftimpuls auf die Bauteiloberfläche als Anregung für die Thermografie zu richten ist.
Vorzugsweise ist die Druckluft in einem Speichervolumen von 1 Liter bis zu einem Dick von 8 bar komprimiert. Die Anregungszeit, d.h., die Zeit, in der Druckluft aus dem Druckbehälter ausströmt, liegt im Bereich von 0,5 sec bis 1,0 sec. Der Abstand der Mündung der Düse zur Oberfläche des zu prüfenden Bauteils liegt bei einem Düsendurchmesser von 5 mm im Bereich von 3 mm bis 10 mm.
Das erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht eine schnelle Temperaturänderung auf der Bauteiloberfläche und somit derart kurze Anregungszeiten wie bei einer Blitzlampenanregung, so daß ein lateraler Wärmefluss minimiert wird. Außerdem wird eine homogene Energieeinbringung in das Bauteil erreicht. Mit dem erfindungsgemäßen Vorrichtung sind Fügeverbindungen sicher zu prüfen sowie tiefliegende oder kleine Fehler im Bauteil oder an Verbindungsflächen gut zu detektieren.
Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird nun anhand der einzigen Figur der Zeichnung beschrieben, die einen schematischen Aufbau der Vorrichtung zeigt. Von einer Druckluftzufuhr 1 zugeführte Druckluft wird durch Öffnen eines Einlaßventils 2 in einen Druckbehälter 3 mit einem Speichervolumen von 1 Liter geleitet und bis zu einem Druck p_{Druckbhälter} von 8 bar komprimiert. Nach dem Befüllvorgang wird das Einlaßventil 2 geschlossen. Durch Öffnen eines Auslaßventils 4 wird das Speichervolumen des Druckbehälters 3 schlagartig entladen, wobei ein von einer mit dem Auslaßventil 4 verbundenen Düse 5 ein expansionsbedingter kalter Druckluftimpuls 6 auf die Oberfläche 7 des Bauteils 8 gerichtet wird. Zugleich wird eine auf die Bauteiloberfläche 7 ausgerichtete Kamera 9 gestartet, bei der es sich im gegebenen Fall um eine Halbleiterkamera handelt, die mit einem Rechner 10 zur Bildauswertung verbunden ist. Die Kälte durchdringt das Bauteil 8 an den in der Figur ersichtlichen Schweißpunkten 11 und wird auf der gegenüberligenden Seite der Bauteiloberfläche 7 von der Kamera 9 detektiert. Alternativ kann die Kamera 9 auch auf die Seite der Bauteiloberfläche 7 ausgerichtet werden, auf der der Druckluftimpuls 6 auf die Bauteiloberfläche 7 trifft.
Die Ausströmtemperatur an der Düse 5 berechnet sich zu:

φ: = Geschwindigkeitsbeiwert (0,89)
p_Behälter: = Behälterinnendruck (8 bar)
p_Umgebung: = Umgebungsdruck (1 bar)
κ: = Isentropenexponent (für Luft = 1,4)

Theoretisch ist eine Ausströmtemperatur von –6°C zu erreichen. Diese Temperatur reicht aus, um mit der Halbleiterkamera 9 aussagekräftige Bilder aufzunehmen.

1: Druckluftzufuhr
2: Einlaßventil
3: Druckbehälter
4: Auslaßventil
5: Düse
6: Druckluftimpuls
7: Bauteiloberfläche
8: Bauteil
9: Halbleiterkamera
10: Rechner
11: Schweißstellen

Claims

Vorrichtung zum Prüfen von Fügeverbindungen an Bauteilen auf innere Fehler und/oder Oberflächenfehler mittels Thermografie, bei der eine auf die Bauteiloberfläche (7) auszugerichtende Wärmebildkamera (9) zur Erfassung von durch Abkühlung des Bauteils (8) entstehenden Verzerrungen des Oberflächentemperaturfeldes des Bauteils (8) und ein mit der Wärmebildkamera (9) verbundener Rechner (10) zur Bildauswertung vorgesehen sind, gekennzeichnet durch einen von einer Druckluftzufuhr (1) über ein Einlaßventil (2) mit Druckluft gefüllten Druckbehälter (3), der über ein Auslaßventil (4) mit einer im geringen Abstand von der Oberfläche (7) des zu prüfenden Bauteils (8) zu positionierenden Düse (5) verbunden ist, von der ein bei Öffnung des Auslaßventils (4) des Druckbehälters (3) expansionsbedingter kalter Druckluftimpuls (6) auf die Bauteiloberfläche (7) als Anregung für die Thermografie zu richten ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Düsendurchmesser von 5 mm der Abstand der Mündung der Düse (5) zur Oberfläche (7) des zu prüfenden Bauteils (8) im Bereich von 3 mm bis 10 mm liegt.
Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anregungszeit im Bereich von 05 sec bis 1,0 sec liegt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckluft in einem Speichervolumne von 1 Liter bis zu einem Druck von 8 bar komprimiert ist.