DE102008038297A1

DE102008038297A1 - Method for testing components, involves providing component, which is elastic mold, where deviation is determined between measured mold and ideal mold

Info

Publication number: DE102008038297A1
Application number: DE102008038297A
Authority: DE
Inventors: Erhard Brandl; Frank Palm
Original assignee: EADS Deutschland GmbH
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 2008-08-18
Filing date: 2008-08-18
Publication date: 2010-02-25

Abstract

The method involves providing a component (2), which is elastic mold. The measured mold is arranged with a computer supported model (7) of a virtual mold of the ideal component under the elastic mold. The deviation is determined between the measured mold and the ideal mold. An independent claim is included for a system for testing components.

Description

Die Erfindung betrifft ein System sowie ein Verfahren zum Prüfen von Bauteilen, insbesondere zum Prüfen von Bauteilen, die teilweise oder vollständig mit einem generativen Verfahren und/oder einem Schweißprozess hergestellt werden.The The invention relates to a system and a method for testing Components, in particular for testing of components that are partially or completely with a generative Method and / or a welding process getting produced.

Generative Verfahren sind Herstellungsverfahren, bei denen ein Bauteil lagenweise durch das gezielte Schmelzen eines Vorproduktes (z. B. Pulver oder Draht) aufgebaut wird. Die mit einem generativen Verfahren, lagenweise hergestellten Bauteile weisen deswegen ein Gussgefüge auf. Generative Verfahren werden auch als Rapid-Prototyping oder Rapid Manufacturing bezeichnet. Beispiele von generativen Herstellungsverfahren sind Laser-, Elektronenstrahl- oder Lichtbogenbasierte Pulverbettverfahren oder Auftragschweißverfahren.generative Processes are manufacturing processes in which a component is layered by the targeted melting of an intermediate product (eg powder or Wire) is constructed. Those with a generative process, in layers manufactured components therefore have a cast structure. Generative procedures are also called rapid prototyping or rapid Manufacturing called. Examples of generative manufacturing processes are laser, electron beam or arc based powder bed processes or build-up welding process.

Generative Verfahren haben den Vorteil, dass einzelne Bauteile direkt und endkonturnah hergestellt werden können. Sie haben jedoch den Nachteil, dass der Grad der verfahrensbedingten Qualitätsminderung im Vergleich zu einem herkömmlich hergestelltem Bauteil unerwünscht groß sein kann. Neben dem Gussgefüge können sich insbesondere Poren und/oder andere innere und äußere Unregelmäßigkeiten (z. B. Risse, nicht verschmolzene Bereiche) im Bauteils bilden, die die mechanische Leistungsfähigkeit des Bauteils reduzieren. Die gleichen Probleme treten auch an geschweißten Verbindungen an einem Bauteil auf.generative Methods have the advantage that individual components directly and near net shape can be produced. However, they have the disadvantage that the degree of procedural deterioration compared to a conventionally made Component undesirable be great can. Next to the cast structure can in particular pores and / or other internal and external irregularities form (eg cracks, unmelted areas) in the component, the mechanical performance reduce the component. The same problems also occur with welded joints on a component.

Diese Poren und anderen Unregelmäßigkeiten im Körper des Bauteils sind nur schwer zu identifizieren. Generativ hergestellte und/oder geschweißte Bauteile können mittels Ultraschall und/oder röntgenographischer Verfahren oder mittels Wirbelstrom oder Magnetverfahren und/oder Farbeindringverfahren untersucht werden, um diese unerwünschten Unregelmäßigkeiten zu bestimmen. Jedoch können sich Bauteile trotz dieser Prüfverfahren später im Betrieb immer noch als fehlerhaft erweisen.These Pores and other irregularities in the body of the component are difficult to identify. Generatively produced and / or welded Components can by means of ultrasound and / or radiographic Method or by means of eddy current or magnetic method and / or Color penetration methods are investigated to avoid these undesirable irregularities to determine. However, you can components in spite of these test methods later Still faulty in operation.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren und System zum Prüfen von Bauteilen anzugeben, mit dem fehlerhafte Bauteile zuverlässiger identifiziert werden können.task It is therefore an object of the invention to provide a method and system for testing Specify components with which faulty components more reliably identified can be.

Gelöst wird diese Aufgabe mit dem Gegenstand der unabhängigen Ansprüche. Weitere vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Ansprüche.Is solved this object with the subject of the independent claims. Further advantageous developments are the subject of the respective dependent claims.

Die Erfindung sieht ein Verfahren zum Prüfen von Bauteilen mit folgenden Schritten vor. Ein Bauteil wird bereitgestellt und danach elastisch verformt. Die Verformung des Bauteils wird berührungslos gemessen und die gemessene Verformung wird mit einem rechnergestützen Modell der virtuellen Verformung des idealen Bauteils unter dieser elastischen Verformung (Belastung) verglichen. Abweichungen zwischen der gemessenen Verformung und der Verformung des idealen Bauteils werden bestimmt. Wenn diese Abweichungen außerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegen, wird das Bauteil als fehlerhaft bezeichnet und wenn die Abweichungen innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegen, wird das Bauteil als funktionsfähig bezeichnet. Hierbei wird vorausgesetzt, dass sich die Bauteilgüte und -integrität in seinem elastischen Verhalten widerspiegelt.The The invention provides a method for testing components with the following Steps ahead. A component is provided and then elastic deformed. The deformation of the component is measured without contact and the measured deformation is compared with a computer model of the virtual Deformation of the ideal component under this elastic deformation (Load) compared. Deviations between the measured deformation and the deformation of the ideal component are determined. If those Deviations outside a predetermined range, the component is considered defective designated and if the deviations within a predetermined Range, the component is referred to as functional. This is provided that the component quality and integrity in his reflects elastic behavior.

Das erfindungsgemäße Verfahren identifiziert fehlerhafte Bauteile durch einen Vergleich der realen Verformung des Bauteils im elastischen Verformungsbereich mit der rechnergestützen virtuellen Verformung des idealen Bauteils für diese elastische Verformung. Die ideale Verformung sowie die idealen Eigenschaften des Materials eines Bauteils können mit Hilfe eines CAD-Modells und eines Simulationsprogramms im Computer dargestellt werden.The inventive method identifies faulty components by comparing the real ones Deformation of the component in the elastic deformation area with the computer-aided virtual deformation of the ideal component for this elastic deformation. The ideal deformation as well as the ideal properties of the material of a component can with Help of a CAD model and a simulation program in the computer being represented.

Die ideale, d. h. rechnergestützte virtuelle Verformung ist praktisch jedoch kaum erreichbar. Folglich wird eine akzeptable Abweichung vom Ideal festgelegt. Eine Grenze unterhalb und oberhalb der idealen Werte wird festgelegt, so dass das Bauteil innerhalb dieses Bereichs als funktional und außerhalb dieses Bereichs als fehlerhaft bezeichnet wird. Obere und untere Grenze können jeweils ein einziger Wert sein. Alternativ dazu können die obere und untere Grenze jeweils durch einen Bereich bestimmt sein, wobei Bauteile, die innerhalb dieses Grenzbereichs liegen, weiter geprüft oder ein zweites Mal geprüft werden, um sicher festzustellen, ob sie fehlerhaft oder funktionsfähig sind. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine hohe Aussagekraft und Selektionsfähigkeit erreicht.The ideal, d. H. computer-aided virtual deformation is virtually impossible to achieve. consequently an acceptable deviation from the ideal is set. A border below and above the ideal values is set so that the component within this scope as functional and outside of this Area is designated as faulty. Upper and lower limit can each be a single value. Alternatively, the Upper and lower limits are each determined by an area, where Components that are within this limit, further tested or be checked a second time to know for sure if they are faulty or functional. With the method according to the invention a high informative value and selection ability is achieved.

Die Verformung des Bauteils wird berührungslos gemessen. In einem Ausführungsbeispiel wird die dreidimensionale Verformung der Oberflächenkontur gemessen, während das Bauteil elastisch belastet bzw. verformt wird. Wenn das Bauteil innere oder äußere Unregelmäßigkeiten (z. B. Poren oder Risse) aufweist, entspricht die gemessene Verformung der Bauteilkontur nicht der idealen Verformung und sie kann lokal mikro- oder makroskopisch von dieser idealen Verformung abweichen.The Deformation of the component becomes non-contact measured. In one embodiment will measured the three-dimensional deformation of the surface contour, while the Component is elastically loaded or deformed. If the component is internal or external irregularities (eg, pores or cracks) corresponds to the measured strain the component contour is not the ideal deformation and it can be local differ micro- or macroscopically from this ideal deformation.

Besonders Unregelmäßigkeiten im Bauteilinneren, die mit den gebräuchlichen zerstörungsfreien Prüfverfahren sehr schwer bzw. unmöglich nachzuweisen sind, lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zerstörungsfrei detektieren. Ferner kann das zu prüfende Bauteil beliebig groß und komplex sein. Das Verfahren ist auch schnell und kann automatisch durchgeführt werden. Ferner hat das Verfahren den Vorteil, dass die Nebenkosten gering sind, da keine komplizierten Schutzmaßnahmen, wie zum Beispiel bei einer Röntgenanalyse, notwendig sind.In particular, irregularities in the component interior, which are very difficult or impossible to detect with the conventional non-destructive testing methods, can be detected non-destructively with the method according to the invention. Furthermore, the component to be tested can be arbitrarily large and complex. The procedure is also fast and can be done automatically. Furthermore, the method has the advantage that the additional costs are low are, because no complicated protective measures, such as in an X-ray analysis, are necessary.

Die Verformung des Bauteils wird in einem Ausführungsbeispiel dreidimensional gemessen, um das gesamte Bauteil auf Fehlerstellen zu überprüfen. Um die Form bzw. die Kontur und Verformung der Oberfläche des Bauteils zu messen, können verschiedene Methoden verwendet werden. Die Verformung des Bauteils kann zum Beispiel optisch gemessen werden, beispielsweise mittels Lasertriangulation oder Laserspeckle-Interferometrie oder mittels Digitalbildern.The Deformation of the component becomes three-dimensional in one embodiment measured to check the entire component for flaws. Around the shape or contour and deformation of the surface of the Component can measure different methods are used. The deformation of the component For example, it can be measured optically, for example by means of Laser triangulation or laser speckle interferometry or by means of Digital images.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann ebenso verwendet werden, um Bauteile zu prüfen, die mit einem beliebigen Verfahren hergestellt wurden. Als besonders vorteilhaft erweist sich das erfindungsgemäße Verfahren jedoch beim Prüfen von Bauteilen, die mit einem generativen Verfahren hergestellt wurden, da die Dimensionen und die Außenkontur des Bauteils bereits in Form eines CAD-Modells vorliegen, mit dem die ideale Verformung des Bauteils bzw. der Außenkontur berechnet werden kann. Dieser rechnergestützte Bauteilentwurf lässt sich im Falle eines mit einem generativen Verfahren hergestellten Bauteils eng mit der anlagengestützten Bauteilerzeugung sowie mit dem Prüfen des hergestellten Bauteils koppeln.The inventive method can also be used to test components with any Procedures were made. Proves to be particularly advantageous the process of the invention however, when testing of components produced by a generative process, because the dimensions and the outer contour of the component already exist in the form of a CAD model, with the the ideal deformation of the component or the outer contour can be calculated. This computerized Component design can be in the case of a component produced by a generative process closely related to plant-based component production as well as with the testing couple the manufactured component.

Das Bauteil kann beim erfindungsgemäßen Verfahren statisch oder dynamisch belastet werden. Ferner kann das Bauteil beim Prüfen in einer ähnlichen Weise belastet werden wie die Belastung des Bauteils im Betrieb erfolgt, da die Einspannung des Bauteils beliebig und realitätsgetreu wählbar ist. Bei einer Komponente eines Flugzeugs, zum Beispiel, kann das Bauteil im Betrieb in einer bestimmten Richtung dynamisch belastet werden. Das Bauteil kann somit unter diesen oder ähnlichen Bedingungen während des Prüfverfahrens belastet werden, um besser festzustellen, ob Fehler bei dem Bauteil im Betrieb auftreten könnten.The Component can in the method according to the invention be loaded statically or dynamically. Furthermore, the component when checking in a similar Be charged as the load of the component during operation takes place because the clamping of the component arbitrary and realistic selectable is. For a component of an aircraft, for example, the Component dynamically loaded in operation in a certain direction become. The component can thus be under these or similar Conditions during of the test procedure be burdened to better determine if there are errors in the component could occur during operation.

Die Erfindung gibt auch ein System zum Prüfen von Bauteilen an. Erfindungsgemäß weist das System Mittel zur Erzeugung einer bestimmten elastischen Verformung eines Bauteils und Mittel zum berührungslosen Messen der Verformung des Bauteils auf. Ferner umfasst das System ein Modell des Bauteils, das eine Beschreibung der Außenoberfläche eines idealen Bauteils in unbelastetem Zustand enthält, Mittel zum Berechnen der elastisch verformten Außenoberfläche des idealen Bauteils, wenn das ideale Bauteil einer bestimmten elastischen Verformung unterzogen wird, sowie Mittel zum Vergleichen der gemessenen Verformung des Bauteils mit der berechneten Verformung des idealen Bauteils und zum Feststellen von Abweichungen zwischen der gemessenen Verformung des Bauteils und der berechneten Verformung des idealen Bauteils. Wie oben bereits beschrieben, wird das Bauteil als fehlerhaft bezeichnet, wenn die Abweichungen außerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegen, und es wird für funktionstüchtig erachtet, wenn die Abweichungen innerhalb eines vorbestimmten Grenzbereichs liegen.The The invention also provides a system for testing components. According to the invention the system means for producing a certain elastic deformation a component and means for non-contact measurement of deformation of the component. Furthermore, the system comprises a model of the component, a description of the exterior surface of a contains ideal component in unloaded condition, means for calculating the elastically deformed outer surface of the ideal component, if the ideal component of a given elastic Is subjected to deformation, and means for comparing the measured Deformation of the component with the calculated deformation of the ideal Component and to detect deviations between the measured Deformation of the component and the calculated deformation of the ideal Component. As already described above, the component is considered defective when the deviations are outside of a predetermined Range, and it will be for functional considered if the deviations are within a predetermined limit lie.

Das System kann herkömmliche Komponenten aufweisen. Zum Beispiel kann das System eine Zugfestigkeitsprüfmaschine zum Erzeugen der Verformung, Laser zum dreidimensionalen Messen der Außenoberfläche des Bauteils durch Lasertriangulation und/oder digitale Kameras sowie einen Computer zum Speichern und Erstellen des Modells sowie zum Durchführen des Prüfverfahrens aufweisen. Die Zugfestigkeitsmaschine kann das Bauteil statisch oder dynamisch belasten, wenn sie entsprechend gesteuert wird.The System can be conventional Have components. For example, the system may include a tensile testing machine for generating the deformation, laser for three-dimensional measuring the outer surface of the Component by laser triangulation and / or digital cameras as well a computer to save and create the model as well as the Carry out of the test procedure exhibit. The tensile machine can static or the component load dynamically if it is controlled accordingly.

Die Außenoberfläche des Bauteils kann anhand des Modells im unbelasteten Zustand sowie im belasteten Zustand mit Hilfe von Dateien aus einem CAD-Programm berechnet werden. Vorteilhafterweise werden diese Dateien auch zur Konstruktion des Bauteils sowie zu dessen generativer Herstellung verwendet. Das Modell der Außenoberfläche unter elastischer Verformung des Bauteils kann mit Hilfe dieser Dateien sowie der bekannten idealen Eigenschaften des Materials, beispielsweise der Zugfestigkeit und des Elastizitätmoduls eines Materials, wie z. B. eines Metalls oder einer Legierung, berechnet werden.The Outside surface of the Component can be determined by the model in the unloaded state as well as in the loaded State can be calculated using files from a CAD program. advantageously, These files are also used to design the component as well used its generative production. The model of the outer surface under elastic Deformation of the component can be done with the help of these files as well as the known ideal properties of the material, for example the Tensile strength and elasticity modulus a material, such as. As a metal or an alloy can be calculated.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun anhand der Zeichnung näher erläutert.embodiments The invention will now be explained in more detail with reference to the drawing.

1 zeigt eine Ansicht eines Systems zum Prüfen von Bauteilen. 1 shows a view of a system for testing components.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Systems zum Prüfen von Bauteilen 2. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Bauteil 2 eine metallische hohle rotationssymmetrische Stütze, die mittels eines generativen Herstellungsverfahrens lagenweise aufgebaut wurde. Das System 1 kann jedoch auch zum Prüfen von Bauteilen verwendet werden, die mit anderen Verfahren hergestellt werden. 1 shows a schematic representation of a system according to the invention for testing components 2 , In this embodiment, the component 2 a metallic hollow rotationally symmetric support, which was built up in layers by means of a generative manufacturing process. The system 1 however, it may also be used to inspect components made by other methods.

Das System 1 weist eine Zugfestigkeitsprüfmaschine 3, Laserquellen 4 sowie ein Computersystem 5 auf. Die Zugfestigkeitsmaschine 3 wird vom Computersystem 5 so gesteuert, dass das Bauteil 2 elastisch belastet und verformt wird. Diese Belastung und Bauteileinspannung kann sowohl statisch als auch dynamisch und/oder realitätsgetreu zur späteren Verwendung sein.The system 1 has a tensile testing machine 3 , Laser sources 4 as well as a computer system 5 on. The tensile machine 3 is from the computer system 5 so controlled that the component 2 elastically loaded and deformed. This stress and Bauteileinspannung can be static as well as dynamic and / or realistic for later use.

Während das Bauteil 2 belastet wird, wird die Verformung des Bauteils 2 mittels der Laserquelle 4 des berührungslosen Messsystems gemessen. Die Laserquellen 4 sind ebenfalls mit dem Computersystem 5 gekoppelt, so dass die Form der Außenoberfläche 6 des Bauteils 2 mittels Lasertriangulation gemessen wird, während das Bauteil 2 belastet wird.While the component 2 is charged, the Deformation of the component 2 by means of the laser source 4 measured by the non-contact measuring system. The laser sources 4 are also with the computer system 5 coupled, so that the shape of the outer surface 6 of the component 2 is measured by laser triangulation while the component 2 is charged.

Das Computersystem 5 enthält ein Modell 7 des Bauteils 2, insbesondere ein Modell der Außenkontur des Bauteils 2. Das Computersystem 5 wird auch verwendet, um die ideale Verformung des Bauteils 2 zu berechnen, wenn ein perfektes Bauteil ohne Defekte, wie Poren und Rissen, unter der Prüfbelastung verformt wird. Dateien aus einem CAD-Programm können verwendet werden, um das Modell 7 und die ideale Verformung zu berechnen. Diese Dateien können auch verwendet werden, um das Bauteil zu konstruieren, und im Falle eines mit einem generativen Verfahren hergestellten Bauteil, das Bauteil herzustellen.The computer system 5 contains a model 7 of the component 2 , In particular, a model of the outer contour of the component 2 , The computer system 5 Is also used to the ideal deformation of the component 2 to calculate when a perfect component without defects, such as pores and cracks, is deformed under the test load. Files from a CAD program can be used to model 7 and calculate the ideal deformation. These files can also be used to construct the component and, in the case of a component made by a generative process, to manufacture the component.

Abweichungen zwischen dem Modell 7 und der gemessenen Form werden festgestellt, indem die gemessene Form der Außenoberfläche 6 mit dem Modell 7 des Bauteils 2, die im Computersystem 5 gespeichert ist, verglichen wird. Wenn diese Abweichungen außerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegen, wird das Bauteil 2 als fehlerhaft bezeichnet. Wenn jedoch die Abweichungen innerhalb dieses vorbestimmten Bereichs liegen, wird das Bauteil 2 als funktional bzw. funktionsfähig bezeichnet. Die als fehlerhaft bezeichneten Bauteile werden nicht in Betrieb genommen und können verschrottet oder wiederverarbeitet werden.Deviations between the model 7 and the measured shape are determined by the measured shape of the outer surface 6 with the model 7 of the component 2 that in the computer system 5 stored is compared. If these deviations are outside a predetermined range, the component becomes 2 referred to as defective. However, if the deviations are within this predetermined range, the component becomes 2 referred to as functional or functional. The components identified as faulty are not put into operation and can be scrapped or reprocessed.

11: PrüfsystemTest System
22: zu prüfendes Bauteilto be tested component
33: Zugfestigkeitsprüfmaschinetensile
44: Laserlaser
55: Computersystemcomputer system
66: Außenkontur des zu prüfenden Bauteilsouter contour of the test to be tested component
77: Modell des Bauteilsmodel of the component

Claims

Method for testing components with the following steps: - providing a component ( 2 ), - elastic deformation of the component ( 2 ), - non-contact measurement of the deformation of the component ( 2 ), - comparing the measured deformation with a computer-aided model ( 7 ) of the virtual deformation of the ideal component ( 2 ) under this elastic deformation, - determining deviations between the measured deformation and the ideal deformation, where if the deviations are outside a predetermined range, the component ( 2 ) is designated as defective and if the deviations are within the predetermined range, the component ( 2 ) is called functional.

A method according to claim 1, characterized in that for elastic deformation of the component ( 2 ) the component ( 2 ) is loaded statically.

A method according to claim 1 or 2, characterized in that for elastic deformation of the component ( 2 ) the component ( 2 ) is charged dynamically.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the deformation of the component ( 2 ) is measured three-dimensionally.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the deformation of the component ( 2 ) is measured optically.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the deformation of the component ( 2 ) is measured by means of laser triangulation or laser speckle interferometry and / or by means of digital images.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the component ( 2 ) is made wholly or in part by a generative process.

Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that the component ( 2 ) is made wholly or partly by a welding process.

System ( 1 ) for testing components ( 2 ) comprising: - means ( 3 ) for producing a certain elastic deformation of a component ( 2 ), - Medium ( 4 ) for non-contact measurement of the deformation of the component ( 2 ), - a model ( 7 ) of the component ( 2 ) containing a description of the outer surface of an ideal component in the unloaded state and means for calculating the elastically deformed outer surface of the ideal component when the ideal component is subjected to the determined elastic deformation, - means for comparing the measured deformation of the component ( 2 ) with the calculated deformation of the ideal component and for detecting deviations between the measured deformation of the component ( 2 ) and the calculated deformation of the ideal component, wherein when the deviations outside a vorbe are the right area, the component ( 2 ) is designated as defective and if the deviations are within the predetermined range, the component ( 2 ) is called functional.

System according to claim 9, characterized in that the means ( 4 ) for non-contact measurement of the deformation of the component ( 2 ) the outer surface ( 6 ) of the component ( 2 ) measures three-dimensionally.

System according to claim 9 or 10, characterized in that the model ( 7 ) the outer surface ( 6 ) of the component ( 2 ) calculated using files from a CAD program.

System according to one of claims 9 to 11, characterized in that the means ( 4 ) for non-contact measurement of the deformation of the component ( 2 ) has one or more digital cameras, a laser and a light source.

System according to one of claims 9 to 12, characterized in that the means ( 3 ) for generating a certain elastic deformation of the component ( 2 ) the component ( 2 ) tense.

System according to one of claims 9 to 13, characterized in that the means ( 3 ) for generating a certain elastic deformation of the component ( 2 ) the component ( 2 ) loaded statically and / or dynamically.