EP1438574A2

EP1438574A2 - Verfahren und vorrichtung zur kontrolle von werkstücken

Info

Publication number: EP1438574A2
Application number: EP02782940A
Authority: EP
Inventors: Thomas Dibos; Karl-Heinz Wüller
Original assignee: Duerr Ecoclean GmbH
Current assignee: Ecoclean GmbH
Priority date: 2001-10-25
Filing date: 2002-10-17
Publication date: 2004-07-21
Also published as: HUP0303898A2; CN1520514A; CA2464620A1; US20040003663A1; CN1231753C; JP2005506549A; DE10152795A1; WO2003036289A2; WO2003036289A3

Abstract

Um ein Verfahren zur Kontrolle von Werkstücken mit mindestens einem Innenraum zu schaffen, welches einfach und rasch durchführbar ist, wird vorgeschlagen, dass das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte umfasst: - Erzeugen einer Gasströmung im Innenraum des Werkstücks; - Erfassen eines durch die Gasströmung erzeugten Geräusches; - Vergleich eines aus dem Geräusch abgeleiteten Messwerts mit einem Sollwert.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Kontrolle von Werkstücken

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kontrolle von Werkstücken mit mindestens einem Innenraum.

Ein solches Kontrollverfahren dient insbesondere dazu, die Anwesenheit von in dem Innenraum des Werkstücks vorhandenen Fremdkörpern festzustellen, so daß diese Fremdkörper anschließend aus dem Werkstück entfernt werden können.

Bei einem bekannten Verfahren zur Kontrolle von Werkstücken auf darin befindliche Fremdkörper wird eine visuelle Kontrolle mittels eines flexiblen Endo- skops durchgeführt, wobei das Endoskop manuell in den zu prüfenden Innenraum des Werkstücks eingeführt werden muß. Ein solches, visuell-manuelles Kontrollverfahren ist nicht automatisierbar und sehr zeitaufwendig, so daß es in der Regel nicht möglich ist, bei den in der industriellen Produktion vorgegebenen Taktzeiten alle Hohlräume innerhalb des Werkstücks zu kontrollieren, so daß die Kontrolle sich auf eine stichprobenweise Überprüfung beschränken muß.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Kontrolle von Werkstücken mit mindestens einem Innenraum zu schaffen, welches einfach und rasch durchführbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Kontrolle von Werkstücken mit mindestens einem Innenraum gelöst, welches die folgenden Verfahrensschritte umfaßt: i

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Erzeugen einer Gasströmung im Innenraum des Werkstücks;

Erfassen eines durch die Gasströmung erzeugten Geräusches; .

Vergleich eines aus dem Geräusch abgeleiteten Meßwerts mit einem Sollwert.

Der erfindungsgemäßen Lösung liegt somit das Konzept zugrunde, eine akustische Kontrolle des Werkstücks durchzuführen, wobei eine Gasströmung auf eine solche Weise durch die zu kontrollierenden Hohlräume und Konturen des Werkstücks geführt wird, daß sich für jedes Werkstück und jede angeströmte Stelle ein spezifisches Geräuschmuster ergibt.

Das so erzeugte Geräuschmuster ist bei identischer Gaszufuhr und bei identischen Bauteilen (insbesondere bei ordnungsgemäßen Bauteilen ohne darin enthaltene Fremdkörper) im wesentlichen gleich. \

Eine Abweichung von dem Soll-Geräuschmuster signalisiert, daß in dem jeweils angeströmten Bereich des Werkstücks eine Abweichung von den Verhältnissen bei einem ordnungsgemäßen Werkstück vorliegt.

Ein Werkstück mit einem abweichenden Geräuschmuster wird als nicht ordnungsgemäß ausgeschleust und zur Überarbeitung in einen Nächarbeitsbereich gebracht. ,

In diesem Nacharbeitsbereich kann der in dem Werkstück enthaltene Fremdkörper beispielsweise mittels des bekannten visuell-manuellen Verfahrens entfernt werden. ! Die Lokalisierung des Fremdkörpers kann mittels des visuell-manuellen Verfahrens oder bereits, wie noch ausgeführt werden wird, durch das erfindungsgemäße akustische Verfahren erfolgen.

Das erfindungsgemäße Kontrollverfahren kann vollautomatisch durchgeführt werden. '

Darüber hinaus kann auch das Einbringen der zu kontrollierenden Werkstücke i in die Kontrollvorrichtung, in welcher das Verfahren durchgeführt wird, und das

Ausbringen der Werkstücke sowie das gegebenenfalls erfolgende Ausschleusen der als nicht ordnungsgemäß befundenen Werkstücke aus dem weiteren Bearbeitungsweg automatisiert werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere zum Feststellen von Restspänen in einem Werkstück nach spanender Bearbeitung und anschließender Reinigung des Werkstücks.

Das Gas, durch dessen Strömung das spezifische Geräusch erzeugt wird, kann durch eine Einlaßöffnung in den Innenraum des Werkstücks eintreten und an einer von der Einlaßöffnung verschiedenen Auslaßöffnung ausi dem Werkstück wieder austreten. j

Es kann jedoch auch vorgesehen sein, daß die Einlaß- und die' Auslaßöffnung miteinander identisch sind. Auf diese Weise kann das erfindungsgemäße Verfahren auch zur Kontrolle von Sacklöchern oder anderen Innenräumen, welche nur eine Zugangsöffnung aufweisen, in dem Werkstück verwendet werden.

Für die Erzeugung der Gasströmung kommt grundsätzlich jedes Gas oder Gasgemisch in Frage. Am einfachsten durchzuführen ist das Verfahren jedoch, wenn die erzeugte Gasströmung eine Luftströmung ist.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, daß zur Erzeugung der Gasströmung dem Innenraum ein Gas unter einem Überdruck von mindestens 50 mbar, vorzugsweise von mindestens 100 mbar, relativ zum Umgebungsdruck zugeführt wird.

Die Gasströmung wird vorteilhafterweise mittels eines Gebläses, insbesondere mittels eines Seitenkanalverdichters, erzeugt.

Alternativ oder ergänzend hierzu kann auch vorgesehen sein,|daß das Gas aus einem Druckgasspeicher, beispielsweise einer Pressluftflasche', oder aus einer bauseitigen Druckluftversorgung dem Innenraum des Werkstücks zugeführt wird. i

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß zur

Erzeugung der Gasströmung ein Gas einer Einlaßöffnung des Innenraums über eine Zuführleitung zugeführt wird.

Die Zuführleitung kann insbesondere mit einem sich zu der Einlaßöffnung hin erweiternden Auslaß versehen sein.

Um zu erreichen, daß beim Übergang des Gases aus der Zuführleitung in den Innenraum des Werkstücks möglichst geringe Verluste auftreten, ist vorteilhafter vorgesehen, daß die Zuführleitung mit einer Tülle versehen ist, welche ein elastisches Material umfaßt. Hierdurch ist gewährleistet, daß sich die Tülle i der die Einlaßöffnung umgebenden Außenfläche des Werkstücks anpassen und " i i

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so die Einlaßöffnung an dem Werkstück im wesentlichen gasdicht umschließen kann.

Das durch die Gasströmung erzeugte Geräusch wird mittels eines Schallsensors, vorzugsweise mittels eines Mikrophons oder eines Körperschallsensors, erfaßt. !

Unter einem Meßwert ist in dieser Beschreibung und den beigefügten Ansprü- i chen nicht nur ein Skalar, sondern auch ein ein- oder mehrdimensionales Meßwertefeld oder auch eine ein- oder mehrdimensionale kontinuierliche Funktion zu verstehen.

Insbesondere kann vorgesehen sein, daß als Meßwert ein Frequenzspektrum des Geräusches ermittelt wird.

Dieses Frequenzspektrum kann im hörbaren und/oder im nicht hörbaren Frequenzbereich (Infra- oder Ultraschall) liegen.

Als besonders günstig hat sich erwiesen, das Frequenzspektrum in einem Frequenzbereich, der zwischen 0 und ungefähr 22.000 Hertz liegt, zu ermitteln.

Auch unter einem Sollwert ist in dieser Beschreibung und den; beigefügten Ansprüchen nicht nur ein Skalar, sondern auch ein ein- oder mehrdimensionales Sollwertefeld oder auch eine ein- oder mehrdimensionale kontinuierliche Funktion zu verstehen.

Insbesondere kann vorgesehen sein, daß als Sollwert ein Frequenzspektrum ermittelt wird. ι Um den Einfluß des statistischen Rauschens zu vermindern, ist vorzugsweise vorgesehen, daß der Sollwert durch Mittelung über Messungen an einer Mehrzahl von ordnungsgemäßen Werkstücken ermittelt wird.

Alternativ oder ergänzend hierzu könnte auch vorgesehen sein, daß der Sollwert nicht durch Durchführung von Messungen an Werkstücken experimentell ermittelt ("geteacht") wird, sondern theoretisch berechnet wird.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, daß als Sollwert ein Soll-Frequenzspektrum und als Meßwert ein Meß-Frequenzspektrum ermittelt wird.

I i I

Insbesondere kann vorgesehen sein, daß ein Werkstück als nicht ordnungsgemäß verworfen wird, wenn die Abweichung zwischen dem Meß-Frequenzspektrum und dem Soll-Frequenzspektrum bei mindestens einer Frequenz größer ist als ein vorgegebener Toleranzwert.

Um den Einfluß statistischen Rauschens zu verringern, kann alternativ oder ergänzend hierzu vorgesehen sein, daß ein Werkstück als nicht ordnungsgemäß verworfen wird, wenn die Abweichung zwischen dem Meß-Frequenzspektrum und dem Soll-Frequenzspektrum über einen vorgegebenen Frequenzbereich hinweg größer ist als ein vorgegebener Toleranzwert.

Ferner kann vorgesehen sein, daß ein Werkstück als nicht ordnungsgemäß verworfen wird, wenn die mittlere Abweichung zwischen dem Meß-Frequenzspektrum und dem Soll-Frequenzspektrum über einen vorgegebene Frequenzbereich hinweg größer ist als ein vorgegebener Toleranzwert. . ' Um zu erreichen, daß die Gasströmung im Innenraum des Werkstücks besonders interessierende Bereiche des Werkstücks erfaßt, während andere Bereiche nicht oder in einem geringeren Maße durchströmt werden, kann vorgesehen sein, daß mindestens eine Auslaßöffnung des Werkstücks ,während des Erfassens des durch die Gasströmung erzeugten Geräusches abgedeckt wird. Auf diese Weise wird ein Ausströmen des Gases durch die betreffende Auslaßöffnung des Werkstücks verhindert, so daß das durch die Gasströmung er- zeugte Geräusch im wesentlichen durch Hohlräume des Werkstück erzeugt^' wird, welche an einer anderen Auslaßöffnung münden. !

Insbesondere kann vorgesehen sein, daß die Auslaßöffnung mittels eines relativ zu dem Werkstück bewegbaren Abdeckelements abgedeckt wird.

Dieses Abdeckelement kann insbesondere pneumatisch und/oder hydraulisch relativ zu dem Werkstück bewegt werden, was die Automatisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens ermöglicht.

Um eine gegebenenfalls vorhandene Abweichung vom Normalzustand des zu kontrollierenden Werkstücks besser lokalisieren zu können, ist bei einer bevor- zugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, daß das durch die Gasströmung erzeugte Geräusch sowohl bei abgedeckter Auslaßöffnung als auch bei nicht abgedeckter Auslaßöffnung erfaßt wird (im ersteren Fall kann vorgesehen sein, daß das Gas durch eine andere Auslaßöffnung des Werkstücks ausströmt) . Durch die Veränderung der Durchlässigkeit der Auslaßöffnung wird die Konfiguration der im Innenraum des Werkstücks erzeugten Gasströmung verändert, was dazu führt, daß bei jeder der unterschiedlichen Konfigurationen jeweils andere Bereiche des Innenraums des Werkstücks in besonderem Maße zu dem durch die Gasströmung erzeugten Geräuschmuster beitragen. Durch eine Veränderung der Konfiguration der Gasströmung können somit verschiedene Bereiche des Werkstück-Innenraums nacheinander auf Unregelmäßigkeiten, insbesondere Fremdkörper, geprüft werden und damit gegebenenfalls vorhandene Fremdkörper lokalisiert werden.

Insbesondere kann vorgesehen sein, daß mehrere abdeckbare Auslaßöffnungen vorhanden sind und daß mehrere Geräusch-Erfassungsschritte durchgeführt werden, wobei für jeden Geräusch-Erfassungsschritt eine andere Untermenge der abdeckbaren Auslaßöffnungen freigegeben wird.

Wird in diesem Falle bei einem der Geräusch-Erfassungsschritte eine signifikante Abweichung des Meßwerts von dem zugehörigen Sollwert festgestellt, so kann aus der bei dem betreffenden Geräusch-Erfassungsschritt vorhandenen Konfigurationen von Auslaßöffnungen der Bereich ermittelt werden, in welchem die Abweichung vom Normalzustand, insbesondere der Fremdkörper, angeordnet ist.

Die Information, um welchen Bereich es sich dabei handelt, kann an eine Steuereinheit übermittelt, auf einem Datenträger abgespeichert, auf einem Anzeigegerät ausgegeben und/oder am Werkstück selbst durch eine entsprechende Markierung des betreffenden Bereichs angegeben werden.

Bei der Nacharbeit an einem nicht ordnungsgemäßen Werkstück kann diese Information dann dazu verwendet werden, gezielt nur den nicht ordnungsgemäßen Teilbereich des Werkstücks zu untersuchen und/oder zu reinigen.

Eine besonders genaue Lokalisation einer festgestellten Unregelmäßigkeit ist dann möglich, wenn für jeden Geräusch-Erfassungsschritt genau eine der abdeckbaren Auslaßöffnungen freigegebenen wird. In diesem Fall wird das erzeugte Geräusch maßgeblich von dem an die freigegebene Auslaßöffnung angrenzenden Bereich des Innenraums des Werkstücks bestimmt. Ferner kann vorgesehen sein , daß an demselben Werkstück mehrere Geräusch-Erfassungsschritte hintereinander durchgeführt werden, um voneinander getrennte Innenräume des Werkstücks kontrollieren zu können.

Vorzugsweise wird in diesem Fall das Gas zu Erzeugung der Gasströmung dem Werkstück nacheinander über verschiedene Einlaßöffnungen zugeführt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die weitere Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Kontrolle von Werkstücken mit mindestens einem Innenraum zu schaffen, welche eine einfache und rasche Kontrolle der Werkstücke erlaubt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung zur Kontrolle von Werkstücken mit mindestens einem Innenraum gelöst, welche eine Gasströ- mungs-Erzeugungseinrichtung zum Erzeugen einer Gasströmung im Innenraum des Werkstücks, eine Geräusch-Erfassungseinrichtung zum Erfassen eines durch die Gasströmung erzeugten Geräusches und eine Verarbeitungseinrichtung umfaßt, die aus dem Geräusch einen Meßwert ableitet und den abgeleiteten Meßwert mit einem Sollwert vergleicht.

Insbesondere kann die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Steuereinheit umfassen, welche die verschiedenen Bestandteile der Kontrollvorrichtung ansteuert und so eine automatische Durchführung des Kontrollverfahrens mit der Kontrollvorrichtung ermöglicht.

Besondere Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 24 bis 31, deren Vorteile bereits vorstehend im Zusammenhang mit den besonderen Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert worden sind. Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen.

In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Kontrollvorrichtung und eines ordnungsgemäßen Werkstücks;

Fig. 2 ein Schaubild, welches ein durch Messung an einer Mehrzahl von ordnungsgemäßen Werkstücken gemitteltes Frequenzspektrum darstellt;

Fig.3 eine schematische Darstellung der Kontrollvorrichtung aus

Fig. 1 mit einem nicht ordnungsgemäßen Werkstück;

Fig. 4 ein Schaubild, welches das an einem nicht ordnungsgemäßen

Werkstück erhaltene Frequenzspektrum darstellt;

Fig. 5 ein Schaubild, welches das an einem ordnungsgemäßen Werkstück erhaltene Frequenzspektrum und das an einem nicht ordnungsgemäßen Werkstück erhaltene Frequenzspektrum darstellt;

Fig. 6 eine Kontrollvorrichtung, mit welcher mehrere Kanäle eines

Werkstücks kontrollierbar sind, in einem ersten Erfassungsschritt zur Kontrolle eines ersten Kanals des Werkstücks; Fig. 7 eine der Fig. 6 entsprechende Darstellung bei einem zweiten

Erfassungsschritt zur Überprüfung eines zweiten Kanals;

Fig. 8 eine der Fig. 6 entsprechende Darstellung bei einem dritten

Erfassungsschritt zur Überprüfung eines dritten Kanals; und i

Fig. 9 eine der Fig. 6 entsprechende Darstellung bei einem vierten

Erfassungsschritt zur Überprüfung eines vierten Kanals.

Gleiche oder funktional äquvivalente Elemente sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.

Eine in den Fig. 1 und 3 dargestellte, als Ganzes mit 100 bezeichnete Kontrollvorrichtung umfaßt ein Steuergerät 102, das über eine Signalleitung 104 mit einem Mikrophon 106 verbunden ist, sowie ein Gebläse 108, das über eine Zuführleitung 110 mit einer Tülle 112 verbunden ist.

Ein mittels der Kontrollvorrichtung 100 zu kontrollierendes Werkstück 114, welches einen als Kanal 116 ausgebildeten Innenraum 118 mit einer Einlaßöffnung 120 und einer Auslaßöffnung 122 aufweist, ist mittels geeigneter (nicht dargestellter) Transport- und/oder Handhabungsvorrichtungeή in die in Fig. 1 dargestellte Kontrollstellung bringbar, in welcher das Mikrophon 106 der Kontrollvorrichtung 100 auf der die Auslaßöffnung 122 aufweisenden Seite des Werkstücks 114 angeordnet und vorzugsweise zu der Auslaßöffnung 122 hin gerichtet ist.

Die die Zuführleitung 110 abschließende Tülle 112 ist mittels geeigneter (nicht dargestellter) Handhabungsvorrichtungen, die vorzugsweise von dem Steuergerät 102 gesteuert werden, so relativ zu dem Werkstück 114 bewegbar, daß die Tülle 112 abdichtend an der die Einlaßöffnung 120 aufweisenden Seite des Werkstücks 114 anliegt und dabei die Einlaßöffnung 120 so überdeckt, daß der Innenraum 118 über den Innenraum der Tülle 112 mit der Zuführleitung 110 verbunden ist.

Zu diesem Zweck ist die Zuführleitung 110 vorzugsweise flexibel ausgebildet.

Ferner umfaßt die Tülle 112 vorzugsweise ein elastisches Material, beispielsweise Gummi.

Der durchströmbare Querschnitt der Tülle 112 ist größer als der durchströmbare Querschnitt der Zuführleitung 110.

I

Nachdem die Tülle 112 an das Werkstück 114 herangefahren worden ist, wird mittels des Gebläses 108, welches beispielsweise als ein Seitenkanalverdichter ausgebildet sein kann, eine Luftströmung durch die Zuführleitung 110 und den daran angeschlossenen Kanal 116 des Werkstücks 114 erzeugt.

Die dem Innenraum 118 des Werkstücks 114 zugeführte Luft weist beispielsweise einen Überdruck von ungefähr 200 mbar gegenüber dem Atmosphärendruck auf.

Der Durchsatz der Luftströmung beträgt beispielsweise 800 m³/h.

Die Strömungsgeschwindigkeit in der Zuführleitung 110 beträgt beispielsweise 230 m/s.

Die so erzeugte Luftströmung durch den Kanal 116 erzeugt ein pfeifendes Geräusch, welches sich von der Auslaßöffnung 122 aus kugelwellenförmig ausbreitet - wie in Fig. 1 durch die Linien 124 angedeutet - und so das Mikrophon 106 erreicht.

In dem Mikrophon 106 werden die ankommenden akustischen Wellen in elektrische Schwingungen gewandelt, welche durch die Signalleitung 104 zu dem Steuergerät 102 übertragen und dort mittels eines A/D-Wandlers in digitale Daten umgewandelt werden.

I

Das so erzeugte zeitabhängige Signal wird in dem Steuergerät 102, welches beispielsweise als ein programmierbarer Mikrocomputer ausgebildet sein kann, durch eine Fouriertransformation, vorzugsweise eine Fast-Fourier-Transfor- mation (FFT), in ein Frequenzspektrum der in Fig. 2 dargestellten Art transformiert.

Wie aus Fig. 2 zu ersehen ist, werden vorzugsweise die Frequenzen im Bereich von 0 bis 22.000 Hertz, d.h. vorwiegend Frequenzen im für das menschliche Ohr hörbaren Bereich, erfaßt. ^'<

Beim Schaubild der Fig. 2 handelt es sich um eine doppelt-logjarithmische Darstellung, in welcher die relative Schallintensität in dB über der Frequenz in Hertz dargestellt ist.

Ist das zu kontrollierende Werkstück 114 ordnungsgemäß, d.h., enthält der Kanal 116 keinen Fremdkörper, so entspricht das durch die Messung und die anschließende Fourier-Transformation erhaltene Frequenzspektrum - bis auf ein statistisches Rauschen - dem in Fig. 2 dargestellten Soll-Frequenzspektrum 126.

Dieses Soll-Frequenzspektrum 126 wird dadurch erhalten, daß mittels der Kontrollvorrichtung 100 an einer Mehrzahl ordnungsgemäßer [Werkstücke 114 jeweils eine Mehrzahl von Frequenzspektren ermittelt wird und eine Mittelung über alle auf diese Weise erhaltenen Frequenzspektren durchgeführt wird, um das statistische Rauschen zu vermindern.

So wurde das in Fig. 2 dargestellte Soll-Frequenzspektrum 126 dadurch ermittelt, daß jeweils 10 Frequenzspektren durch Messung an sechs verschiedenen ordnungsgemäßen Werkstücken ermittelt wurden und anschließend über die 60 erhaltenen Frequenzspektren gemittelt wurde.

Das an dem zu kontrollierenden Werkstück 114 ermittelte Meß-Frequenzspek- trum wird mit dem Soll-Frequenzspektrum 126 verglichen.

Handelt es sich bei dem zu kontrollierenden Werkstück 114, wie in Fig. 1 dargestellt, um ein ordnungsgemäßes Werkstück, so beträgt diese mittlere Abweichung zwischen dem Meß-Frequenzspektrum und dem Soll-Frequenzspektrum 126 über den gesamten erfaßten Frequenzbereich im wesentlichen Null.

Das kontrollierte Werkstück 114 wird in diesem Fall von dem Steuergerät 102 als ordnungsgemäß für die Weiterbearbeitung freigegeben und aus der Kontrollvorrichtung 100 herausbewegt und einer Weiterbearbeitung zugeführt.

Handelt es sich bei dem kontrollierten Werkstück 114 jedoch um ein Werkstück, welches beispielsweise wegen des Vorhandenseins eines Fremdkörpers 128, beispielsweise eines Spans, in dem Kanal 116 ein nicht ordnungsgemäßes Werkstück ist (wie in Fig. 3 dargestellt), so zeigt das an diesem Werkstück 114 ermittelte Meß-Frequenzspektrum 130 zumindest in einem Teilbereich des erfaßten Frequenzbereichs signifikante Abweichungen von dem Soll-Frequenzspektrum 126. Aus Fig. 5, in welcher das Meß-Frequenzspektrum 130 eines nicht ordnungsgemäßen Werkstücks und das Soll-Frequenzspektrum 126 eines ordnungsgemäßen Werkstücks einander gegenübergestellt sind, ist zu ersehen, daß beide Frequenzspektren im Bereich von 0 bis ungefähr 16.000 Hertz zwar im wesentlichen miteinander übereinstimmen, im Bereich von ungefähr 16.000 Hertz bis ungefähr 21.000 Hertz das Meß-Frequenzspektrum 130 des nicht ordnungsgemäßen Werkstücks jedoch deutlich oberhalb des Soll-Frequenzspektrums 126 liegt.

Liegt die Abweichung des Meß-Frequenzspektrums 130 eines zu kontrollierenden Werkstücks 114 von dem Soll-Frequenzspektrum 126 in einem Frequenzbereich mit einer Ausdehnung von 1.000 Hertz oberhalb eines vorgegebenen Schwellenwerts, beispielsweise 3 dB, so wird das betreffende Werkstück 114 als nicht ordnungsgemäß verworfen.

In diesem Fall wird das kontrollierte Werkstück 114 aus der Kbntrollvorrich- tung 100 herausbewegt, aber nicht der Weiterbearbeitung zugeführt, sondern vielmehr ausgesondert und in einen Nacharbeitsbereich gebracht, in welchem eine manuelle Nachkontrolle und gegebenenfalls eine Entfernung des Fremdkörpers 128 aus dem Innenraum 118 des Werkstücks 114 durchgeführt wird.

Eine in den Fig. 6 bis 9 dargestellte zweite Ausführungsform einer Kontrollvorrichtung 100 unterscheidet sich von der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform dadurch, daß sie es ermöglicht, mehrere Kanäle eines zu kontrollierenden Werkstücks 114 nacheinander auf das Vorhandensein von Fremdkörpern zu kontrollieren und somit etwa in dem Werkstück 114 vorhandene Fremdkörper 128 zu lokalisieren. Die zweite Ausführungsform einer Kontrollvorrichtung 100 umfaßt ebenso wie die erste Ausführungsform ein mit einem Mikrophon 106 über eine Signalleitung 104 verbundenes Steuergerät 102 sowie ein mit einer Tülle 112 über eine Zuführleitung 110 verbundenes Gebläse 108.

Ferner umfaßt die Kontrollvorrichtung 100 mehrere, beispielsweise vier, über Steuerleitungen 132 mit dem Steuergerät 102 verbundene Pneumatikzylinder 134a bis 134d, in denen (nicht dargestellte) Kolben verschieblich geführt sind, welche über jeweils eine Stange 136 mit jeweils einer Abdeckplatte 138a bis 138d verbunden sind.

Mittels des jeweils zugeordneten Pneumatikzylinders 134a bis 134d ist jeder der Kolben zwischen einer ersten Endstellung, in welcher die jeweils zugeordnete Abdeckplatte 138a bis 138d eine der Auslaßöffnungen 122a bis 122d des Werkstücks 114 luftdicht abdeckt, und einer zweiten Endstellung, in welcher die jeweils zugeordnete Abdeckplatte 138a bis 138d die zugehörige Auslaßöffnung 122a bis 122d freigibt, verschiebbar.

Das zu kontrollierende Werkstück 114 weist in diesem Fall einen Hauptkanal 140, der in der in den Fig. 6 bis 9 dargestellten Kontrollstellung des Werkstücks 114 über die Einlaßöffnung 120 und die Tülle 112 mit der Zuführleitung 110 verbunden ist, und mehrere von dem Hauptkanal 140 abzweigende und an jeweils einer der Auslaßöffnungen 122a bis 122d mündende Nebenkanäle 142a bis 142d auf. ^:

Für die Durchführung des Kontrollvorgangs an dem zu kontrollierenden Werkstück 114 werden zunächst durch geeignete Steuerbefehle des Steuergeräts 102 die Kolben in sämtlichen Pneumatikzylindern 134a bis 134d in ihre erste Endsteliung gebracht, in welcher die zugehörige Abdeckplatte 138a bisl38d die jeweils zugeordnete Auslaßöffnung 122a bis 122d abdichtend überdeckt, so daß aus der betreffenden Auslaßöffnung keine Luft entweichen kann.

Das Gebläse 108 wird in Betrieb genommen, um dem zu kontrollierenden Werkstück 114 Luft unter einem Überdruck von ungefähr 200 mbar zuzuführen.

Anschließend wird in einem ersten Geräuscherfassungsschritt der Pneumatikzylinder 134a durch das Steuergerät 102 so betätigt, daß der Kolben in dem Pneumatikzylinder 134a in seine zweite Endstellung gefahren wird, in welcher die zugeordnete Abdeckplatte 138a die Auslaßöffnung 122a des Nebenkanals 142a frei gibt. Hierdurch kann die durch die Zuführleitung 110 zugeführte Luft durch den Hauptkanal 140 und den Nebenkanal 142a strömen und durch die Auslaßöffnung 122a entweichen.

Durch diese Strömung entsteht ein pfeifendes Geräusch, welches sich von der Auslaßöffnung 122a aus kugelwellenförmig ausbreitet und mittels des Mikrophons 106 in der bereits vorstehend erläuterten Weise erfaßt wird.

Das so erfaßte, dem Nebenkanal 142a zuzuordnende Geräusch wird in dem Steuergerät 102 digitalisiert und Fouriertransformiert, um ein dem Nebenkanal 142a zugeordnetes Meß-Frequenzspektrum zu erhalten, welches mit einem dem Nebenkanal 142a zugeordneten Soll-Frequenzspektrum verglichen wird.

In dem in Fig. 6 dargestellten Fall enthält der Nebenkanal 142a keinen Fremdkörper, so daß das in dem ersten Geräuscherfassungsschritt erhaltene Meß- Frequenzspektrum im wesentlichen mit dem Soll-Frequenzspektrum für den Nebenkanal 142a übereinstimmt. Nach Erfassung des durch die Luftströmung durch den Nebenkanal 142a erzeugten Geräuschs wird die Abdeckplatte 138a durch Betätigung des Pneumatikzylinders 134a wieder gegen das zu kontrollierende Werkstück 114 gefahren, um die Auslaßöffnung 122a des Nebenkanals 142a zu verschließen.

Anschließend wird ein zweiter Geräuscherfassungsschritt durchgeführt, welcher dem ersten Geräuscherfassungsschritt entspricht, mit der Ausnahme, daß statt der ersten Abdeckplatte 138a nunmehr durch Betätigung des Pneumatikzylinders 134b die zweite Abdeckplatte 138b von der Auslaßöffnung 122b des Nebenkanals 142b weg bewegt wird.

Dadurch entsteht eine Luftströmung durch den Hauptkanal 140 und den Nebenkanal 142b, durch welche ein pfeifendes Geräusch erzeugt wird, welches sich von der Auslaßöffnung 122b aus zu dem Mikrophon 106 hin ausbreitet und in der vorstehend bereits beschriebenen Weise erfaßt und weiter verarbeitet wird.

Da in dem Nebenkanal 142b in dem hier diskutierten Beispielfall ein Fremdkörper 128, beispielsweise ein Span, angeordnet ist, weicht das dem Nebenkanal 142b zugeordnete Meß-Frequenzspektrum von dem diesem Nebenkanal zugeordneten Soll-Frequenzspektrum in signifikanter Weise ab.

Der zweite Geräuscherfassungschritt wird durch Schließen der Auslaßöffnung 122b durch Heranfahren der Abdeckplatte 138b mittels Betätigung des Pneumatikzylinders 134b beendet.

Anschließend werden nacheinander ein dritter Geräuscherfassungsschritt, in welchem die Auslaßöffnung 122c geöffnet und ein dem Nebenkanal 142c zugeordnetes Meß-Frequenzspektrum ermittelt wird, und ein vierter Geräuscherfassungsschritt, in welchem die Auslaßöffnung 122d geöffnet und ein dem Nebenkanal 142d zugeordnetes Meß-Frequenzspektrum ermittelt wird, analog der für den ersten und den zweiten Geräuscherfassungsschritt beschriebenen Weise durchgeführt.

Da der Vergleich des Meß-Frequenzspektrums für den zweiten Nebenkanal 142b mit dem demselben Nebenkanal zugeordneten Soll-Frequenzspektrum eine signifikante Abweichung ergeben hat, wird das zu kontrollierende Werkstück 114 als nicht ordnungsgemäß ausgesondert und aus der Kontrollvorrichtung 100 in den Nacharbeitsbereich transportiert.

Das Steuergerät 102 übermittelt an eine (nicht dargestellte) Anzeigeeinheit die Mitteilung, daß der zweite Nebenkanal 142b nicht ordnungsgemäß ist. Die manuelle Nacharbeit, insbesondere die Suche nach einem Fremdkörper und die Entfernung desselben, kann sich daher auf diesen Nebenkanal des Werkstücks 114 beschränken.

Wäre ein Fremdkörper im Hauptkanal 140 des Werkstücks 114, beispielsweise in dem die Abzweigstellen des zweiten Nebenkanals 142b und des dritten Nebenkanals 142c verbindenden Abschnitt, angeordnet, so würden die Meß-Fre- quenzspektren mehrerer Nebenkanäle, beispielsweise des ersten Nebenkanals 142a und des zweiten Nebenkanals 142b, von den jeweils zugehörigen Soll- Frequenzspektren abweichen. In diesem Fall würde das Steuergerät 102 an die Anzeigeeinheit die Mitteilung übermitteln, daß mehrere Nebenkanäle, beispielsweise die Nebenkanäle 142a und 142b, nicht ordnungsgemäß sind.

Die nacharbeitende Person kann aus einer solchen Mitteilung schließen, daß entweder Fremdkörper sowohl im Nebenkanal 142a als auch im Nebenkanal 142b vorhanden sind, oder daß mindestens ein Fremdkörper in dem in Strömungsrichtung vor den beiden Nebenkanälen 142a, 142b liegenden Abschnitt des Hauptkanals 140 angeordnet ist.

Im übrigen stimmt die zweite Ausführungsform einer Kontrollvorrichtung 100 hinsichtlich Aufbau und Funktion mit der ersten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Kontrolle von Werkstücken (114) mit mindestens einem Innenraum (118), umfassend die folgenden Verfahrensschritte:

Erzeugen einer Gasströmung im Innenraum (118) des Werkstücks (114);

Erfassen eines durch die Gasströmung erzeugten Geräusches;

Vergleich eines aus dem Geräusch abgeleiteten Meßwerts mit einem Sollwert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erzeugte Gasströmung eine Luftströmung ist.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Innenraum (118) ein Gas unter einem Überdruck von mindestens 50 mbar, vorzugsweise von mindestens 100 mbar, zugeführt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasströmung mittels eines Gebläses (108) erzeugt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gas einer Einlaßöffnung (120) des Innenraums über eine Zuführleitung (110) zugeführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführleitung (110) mit einem sich zu der Einlaßöffnung (120) hin erweiternden Auslaß versehen ist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführleitung (110) mit einer Tülle (112) versehen ist, welche ein elastisches Material umfaßt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Geräusch mittels eines Mikrophons (106) oder eines Körperschallsensors erfaßt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Meßwert ein Frequenzspektrum des Geräusches ermittelt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Frequenzspektrum in einem Frequenzbereich, der zwischen 0 und ungefähr 22.000 Hertz liegt, ermittelt wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Sollwert ein Frequenzspektrum ermittelt wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwert durch Mittelung über Messungen an einer Mehrzahl von ordnungsgemäßen Werkstücken ermittelt wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß als Sollwert ein Soll-Frequenzspektrum und als Meßwert ein Meß- Frequenzspektrum ermittelt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein Werkstück (114) als nicht ordnungsgemäß verworfen wird, wenn die Abweichung zwischen dem Meß-Frequenzspektrum und dem Soll-Frequenzspektrum bei mindestens einer Frequenz größer ist als ein vorgegebener Toleranzwert.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß ein Werkstück (114) als nicht ordnungsgemäß verworfen wird, wenn die Abweichung zwischen dem Meß-Frequenzspektrum und dem Soll-Frequenzspektrum über einen vorgegebenen Frequenzbereich hinweg größer ist als ein vorgegebener Toleranzwert.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Auslaßöffnung (122a bis 122d) des Werkstücks (114) während des Erfassens des durch die Gasströmung erzeugten Geräusches abgedeckt wird.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßöffnung (122a bis 122d) mittels eines relativ zu dem Werkstück (114) bewegbaren Abdeckelements (138a bis 138d) abgedeckt wird.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Abdeckelement (138a bis 138d) pneumatisch und/oder hydraulisch relativ zu dem Werkstück (114) bewegt wird.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß das durch die Gasströmung erzeugte Geräusch sowohl bei abgedeckter Auslaßöffnung (122a bis 122d) als auch bei nicht abgedeckter Auslaßöffnung (122a bis 122d) erfaßt wird.

20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere abdeckbare Auslaßöffnungen (122a bis 122d) vorhanden sind und daß mehrere Geräusch-Erfassungsschritte durchgeführt werden, wobei für jeden Geräusch-Erfassungsschritt eine andere Untermenge der abdeckbaren Auslaßöffnungen (122a bis 122d) freigegeben wird.

21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß für jeden Geräusch-Erfassungsschritt genau eine der abdeckbaren Auslaßöffnungen (122a bis 122d) frei gegeben wird.

22. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß an demselben Werkstück (114) mehrere Geräusch-Erfassungsschritte hintereinander durchgeführt werden.

23. Vorrichtung zur Kontrolle von Werkstücken (114) mit mindestens einem Innenraum (118), umfassend

eine Gasströmungs-Erzeugungseinrichtung zum Erzeugen einer Gasströmung im Innenraum (118) des Werkstücks (114);

eine Geräusch-Erfassungseinrichtung zum Erfassen eines durch die Gasströmung erzeugten Geräusches; und

eine Verarbeitungseinrichtung, welche aus dem Geräusch einen Meßwert ableitet und den abgeleiteten Meßwert mit einem Sollwert vergleicht.

24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasströmungs-Erzeugungseinrichtung ein Gebläse (108) umfaßt.

25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasströmungs-Erzeugungseinrichtung eine Zuführleitung (110) zum Zuführen eines Gases zu einer Einlaßöffnung (120) des Innenraums (118) des Werkstücks (114) umfaßt.

26. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführleitung (110) mit einem sich zu der Einlaßöffnung (120) hin erweiternden Auslaß versehen ist.

27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführleitung (110) mit einer Tülle (112) versehen ist, welche ein elastisches Material umfaßt.

28. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Geräusch-Erfassungseinrichtung ein Mikrophon (106) oder einen Körperschallsensor umfaßt.

29. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (100) mindestens ein Abdeckelement (138a bis 138d) zum Abdecken mindestens einer Auslaßöffnung (122a bis 122d) des Werkstücks (114) umfaßt.

30. Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß das Abdeckelement (138a bis 138d) relativ zu dem Werkstück (114) bewegbar ist.

1. Vorrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (100) eine pneumatische und/oder hydraulische Bewegungseinrichtung zum Bewegen des Abdeckelements (138a bis 138d) relativ zu dem Werkstück (114) umfaßt.