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Dokumentenidentifikation DE202005021364U1 03.01.2008
Titel Prüfanlage zur zerstörungsfreien Prüfung eines Werkstücks
Anmelder intelligeNDT Systems & Services GmbH & Co KG, 91058 Erlangen, DE
Vertreter Mörtel, A., Dipl.-Phys. Dr.rer.nat., Pat.-Anw., 90491 Nürnberg
DE-Aktenzeichen 202005021364
Date of advertisement in the Patentblatt (Patent Gazette) 03.01.2008
Registration date 29.11.2007
Application date from patent application 03.09.2005
File number of patent application claimed 10 2005 041 971.2
IPC-Hauptklasse G01N 29/26(2006.01)A, F, I, 20070808, B, H, DE
IPC-Nebenklasse G01N 29/275(2006.01)A, L, I, 20070808, B, H, DE   

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf eine Prüfanlage zur zerstörungsfreien Prüfung, insbesondere zur Ultraschallprüfung eines Werkstückes.

Bei der Ultraschallprüfung von komplex aufgebauten und geformten, großvolumigen oder großflächigen Bauteilen oder Werkstücken werden Einrichtungen oder Prüfanlagen eingesetzt, die es ermöglichen unterschiedliche Werkstücke mit verschiedenen, an die jeweilige Prüfaufgabe angepassten Verfahren zu prüfen. Je nach Werkstück und Prüfaufgabe werden Impuls-Echo-Verfahren oder Durchschallungsverfahren eingesetzt. So ist es zum Erkennen von oberflächennahen Fehlern und zur Prüfung von Bauteilen aus sog. Sandwich-Material (wabenförmiger Kern mit dünnen Decklagen aus faserverstärktem Kunststoff) von Vorteil, anstelle einer bei der Ultraschallprüfung häufig verwendeten Impuls-Echo-Technik eine Durchschallungstechnik durchzuführen, bei der sich das Werkstück zwischen einem als Ultraschallsender dienenden Prüfkopf und einem als Ultraschallempfänger dienenden Prüfkopf befindet.

Bei der Ultraschallprüfung eines Werkstückes in Durchschallungstechnik werden die Prüfköpfe einander gegenüberliegend und koaxial ausgerichtet an gegenüberliegenden Seiten des Werkstückes akustisch angekoppelt. Dies geschieht entweder in Kontakt- oder in sogenannter Freistrahltechnik, bei der die Ultraschall-Prüfsignale zwischen den Prüfköpfen und dem Werkstück in einem freien Wasserstrahl oder über Luft übertragen werden. Eine solche Prüftechnik, die auch als Squirter-Technik bezeichnet wird, ist insbesondere für die Prüfung von komplex geformten und großflächigen Bauteilen vorgesehen, die nicht in einem Wasserbad eingetaucht geprüft werden können. Ein für die Squirter-Technik geeigneter Prüfkopf ist beispielsweise aus der EP 0 444 578 A2 bekannt.

Bei der Ultraschallprüfung in Durchschallungstechnik ist es erforderlich, dass die einander gegenüberliegenden Prüfköpfe stets koaxial zueinander ausgerichtet sind, wobei die Abweichung von der Koaxialität weniger als 1 mm betragen sollte. Um eine solche Koaxialität zu gewährleisten und auch Werkstücke mit komplexen Oberflächengeometrien prüfen zu können, werden zur Führung und Positionierung der Prüfköpfe mehrachsige Roboter oder roboterähnliche Mechaniken eingesetzt, die eine koordinierte Bewegung der Prüfköpfe mit einer Vielzahl von Freiheitsgraden ermöglichen.

Eine solche Prüfanlage zur Ultraschallprüfung eines in Längsrichtung ausgedehnten, komplex geformten Werkstückes in Durchschallungstechnik ist beispielsweise aus der EP 1 437 590 A2 bekannt. Bei dieser Prüfanlage tragen zwei mehrachsige Roboter am Ende eines Armes jeweils einen Prüfkopf und sind einander gegenüberstehend auf Konsolen angeordnet. Die Konsolen sind höhenverstellbar an den Stützen einer das Werkstück überspannenden Brücke angebracht, die in Längsrichtung auf Schienen verfahren werden kann. Breite und Höhe der Brücke legen die maximale Breite und Höhe des mit einer solchen Prüfanlage prüfbaren Werkstückes fest. Um mit einer solchen Prüfanlage auch große Werkstücke prüfen zu können, muss die Brücke einen großen Messraum überspannen. Um in diesem Fall eine hinreichende Stabilität zu gewährleisten, müssen die Brücke und entsprechend auch die zu ihrer Lagerung und Bewegung erforderlichen Komponenten (Schienen, Antriebe) entsprechend massiv und belastbar ausgeführt werden. Eine solche Portalkonstruktion ist deshalb aufwendig und wenig flexibel.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zu Grunde, eine Prüfanlage zur zerstörungsfreien Prüfung, insbesondere zur Ultraschallprüfung eines großflächigen und in Längsrichtung ausgedehnten Werkstückes anzugeben, mit der die vorstehend im Hinblick auf Portalkonstruktionen genannten Nachteile vermieden sind.

Die genannte Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst mit einer Prüfanlage mit den Merkmalen des Patentanspruches 1. Gemäß diesen Merkmalen enthält die Prüfanlage eine Halteeinrichtung zum Halten des Werkstückes an voneinander in einer Längsrichtung beabstandeten Stellen und einen ersten und einen zweiten Prüfkopf, die an einer ersten bzw. zweiten Positioniereinrichtung derart zustellbar angeordnet sind, dass erster und zweiter Prüfkopf in Prüfpositionen an einander gegenüberliegenden Seitenflächen des Werkstückes zustellbar sind, wobei die Positioniereinrichtung einander gegenüberliegend auf einem Wagen angeordnet sind, der unterhalb des Werkstückes auf einer Schiene in Längsrichtung relativ zum Werkstück verfahrbar ist.

Durch diese Maßnahme wird der mechanische Aufwand gegenüber herkömmlichen Portalkonstruktionen erheblich verringert. Ursache hierfür sind der niedrige Schwerpunkt und das Fehlen von hohen Brückenträgern, so dass Verwindungen und Verformungen der Tragmechanik für die Positioniereinrichtungen bereits mit einem geringen Einsatz an Material vermieden werden können. Durch die flache Bauweise ist darüber hinaus der Platzbedarf für die Prüfanlage signifikant reduziert, so dass diese auch in relativ niedrigen Werkhallen eingesetzt werden kann. Schienen und Prüfwagen stellen ein mechanisch einfaches System dar, so dass kostengünstig verschieden, an den jeweiligen Kundenwunsch angepasste Prüfanlagen erstellt werden können. Da außerdem die bewegten Massen gegenüber herkömmlichen Portalkonstruktionen erheblich verringert sind, lassen sich insbesondere in Durchschallungstechnik mit geringem technischen Aufwand hohe Prüfgeschwindigkeiten bei unverändert hoher Positioniergenauigkeit der in diesem Fall einander gegenüberliegend und koaxial auszurichtenden Prüfköpfe realisieren.

Wenn die Halteeinrichtung auf einer begehbaren Brücke angeordnet ist, unterhalb der der Wagen verfahrbar ist, ist das Einbringen des Werkstückes in die Halteeinrichtung durch das Bedienpersonal erleichtert.

Ein einfaches Abführen des beim Prüfen zur Oberfläche des Werkstückes hin austretenden Wassers wird erreicht, wenn die Brücke zugleich als Auffangwanne zum Auffangen von Wasser gestaltet ist.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Werkstück in der Halteeinrichtung drehbar um eine zur Längsrichtung parallele Drehachse gelagert. Auf diese Weise ist die Anzahl der bei komplex geformten Werkstücken durch die Positioniereinrichtungen erreichbaren Prüfpositionen erhöht.

Eine größere Flexibilität hinsichtlich der Prüfaufgaben wird außerdem erzielt, wenn zumindest eine der Positioniereinrichtungen quer zur Längsrichtung verschiebbar auf dem Wagen angeordnet ist, oder wenn zumindest eine der Positioniereinrichtung höhenverstellbar auf dem Wagen angeordnet ist.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind als Positioniereinrichtungen mehrachsige Roboter vorgesehen. Dadurch können auch an komplex geformten Bauteilen eine Vielzahl von Prüfpositionen angefahren werden.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Ausführungsbeispiele der Zeichnung verwiesen. Es zeigen:

1 eine Prüfanlage gemäß der Erfindung in einer schematischen Draufsicht von oben,

2 eine Draufsicht auf die Stirnseite der Prüfanlage,

3 eine alternative Ausführungsform, ebenfalls in einer schematischen Draufsicht von oben,

4 und 5 jeweils Ausführungsvarianten in einer Draufsicht auf die Stirnseite,

6 eine weitere Ausführungsform in einer schematischen Draufsicht von oben mit einer alternativen Gestaltung einer Halteeinrichtung für das Werkstück.

Gemäß 1 umfasst die Prüfanlage zur zerstörungsfreien Prüfung eines strichpunktiert eingezeichneten und in einer Längsrichtung x ausgedehnten Werkstückes 2 eine Halteeinrichtung 4, in der das Werkstück 2 an Auslegern 5 an voneinander in dieser Längsrichtung x beabstandeten Stellen gehaltert ist. Ein erster und ein zweiter Prüfkopf 6a bzw. b sind an einer ersten bzw. zweiten Positioniereinrichtung 8a bzw. b angeordnet. Mit diesen Positioniereinrichtungen 8a, b können die Prüfköpfe 6a, b an einander gegenüberliegenden Seitenflächen des Werkstückes 2 zugestellt werden. Im Ausführungsbeispiel sind als Positioniereinrichtungen 8a, b schematisch mehrachsige Roboter dargestellt, mit denen eine Prüfung komplexer Werkstücke 2 möglich ist. Bei den Prüfköpfen 6a, b kann es sich beispielsweise um Wirbelstromprüfköpfe oder Ultraschallprüfköpfe handeln. Im Falle einer Ultraschallprüfung kann diese sowohl in Impuls-Echo-Technik als auch in Durchschallungstechnik erfolgen. In diesem Fall müssen die Positioniereinrichtungen 8a, b die Prüfköpfe 6a, b an exakt gegenüberliegenden Stellen des Werkstückes 2 koaxial positionieren und die mit den Positioniereinrichtungen 8a, b durchgeführten Bewegungen der Prüfköpfe 6a, b müssen koordiniert erfolgen.

Erste und zweite Positioniereinrichtung 8a bzw. b sind einander gegenüberliegend am seitlichen Rand eines Wagens 10 angeordnet, der auf Schienen 12 unterhalb des Werkstückes 2 in Längsrichtung x relativ zu diesem Werkstück 2 verfahren werden kann, wie dies durch den Doppelpfeil 14 in der Figur angedeutet ist.

Die Halteeinrichtung 4 ist auf einer begehbaren Brücke 16 angeordnet, die sich mit Stützen 18 am Boden, auf dem die Schienen 12 verlegt sind, abstützt.

Der Wagen 10 besteht im wesentlichen aus einer rechteckigen Metallplatte, die in ihrem mittleren Bereich eine geringere Breite aufweist, so dass sich in Draufsicht eine knochenförmige Gestalt ergibt. Auf diese Weise kann der Wagen 10 möglichst nahe an das Ende der Brücke 16 herangefahren werden, wenn die Brücke 16 auf Stützen 18 abgestellt ist, die vom seitlichen Längsrand 17 beabstandet sind, oder wenn die Brücke 16 selbst einen hinreichenden seitlichen Abstand zu den Schienen 12 aufweist.

Anstelle aus einer massiven Platte kann der Wagen 10 auch aus einer Rahmenkonstruktion aufgebaut sein.

Die Brücke 16 dient zugleich als Auffangwanne zum Auffangen des beim Ankoppeln der Prüfköpfe 6a, b an die Oberfläche des Werkstückes erforderlichen und in der Umgebung der Prüfköpfe 6a, b austretenden Wassers.

2 ist zu entnehmen, dass das Werkstück 2 in der Halteeinrichtung 4 um eine parallel zur Längsrichtung x und senkrecht zur Zeichenebene orientierte Achse schwenkbar gelagert ist, um auch bei komplex geformten Werkstücken 2 schwer zugängliche Prüfpositionen leichter anfahren zu können. Im Beispiel der 2 ist außerdem angedeutet, dass die Positioniereinrichtungen 8a, b angepasst an die Werkstückgeometrie mit unterschiedlicher Bauhöhe auf dem Wagen 10 montiert werden können.

Im dargestellten Beispiel ist der Wagen 10 auf zwei im Boden einer Werkhalle verankerten Schienen 12 verfahrbar gelagert. Grundsätzlich ist es jedoch auch möglich, beispielsweise in der Mitte zwischen dem Schienenfahrzeug noch eine oder mehrere Stützschienen 24 vorzusehen, so dass sich der Wagen 10 auch bei einer leichteren Bauart oder großem Abstand der Schienen 12 nicht durchbiegt. Grundsätzlich kann der Wagen 10 auch in einer einzigen Schiene 12 seitlich geführt sein und auf der anderen Seite auf einem oder mehreren Rädern abrollen.

Im Ausführungsbeispiel gem. 3 ist veranschaulicht, dass bei der Prüfung schmaler Werkstücke ein Austausch der Halteeinrichtung 4 gemeinsam mit der Brücke 16 oder eine Demontage der Halteeinrichtung 4 und erneute Montage auf einer anderen, schmaleren Brücke 16 problemlos möglich ist. Im Beispiel der Figur ist außerdem vorgesehen, eine der Positioniereinrichtungen 8a, b, im Beispiel die Positioniereinrichtung 8b quer zur Längsrichtung x verschiebbar auf dem Wagen anzuordnen, um den durch die außermittige Anordnung der Halteeinrichtung 14 zwischen den Schienen 12 vergrößerten Abstand zwischen Werkstück 2 und Positioniereinrichtung 8b überbrücken zu können. Wenn beide Positioniereinrichtungen 8a, b quer zur Längsrichtung x verschiebbar auf dem Wagen 10 angeordnet sind, kann das Werkstück auch in der Mitte zwischen den Schienen 12 positioniert werden.

4 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Positioniereinrichtungen 8a, b höhenverstellbar auf dem Wagen angeordnet sind. Dies ist in der Figur durch Doppelpfeile 26 angedeutet.

Als Positioniereinrichtungen für die Prüfköpfe können auch anstelle von mehrarmigen Robotern Linearsysteme Verwendung finden, bei denen zumindest ein Teil der Zustellbewegung durch Linearbewegungen erfolgt, wie dies in 5 durch Doppelpfeile 28, 30 veranschaulicht ist.

Gemäß 6 ist die Halteeinrichtung 4 nicht auf einer Brücke sondern unmittelbar im Boden einer Werkhalle verankert, in dem auch eine Wanne zum Auffangen von Wasser integriert ist. In diesem Ausführungsbeispiel sind außerdem längere Ausleger 5 dargestellt, mit denen es möglich ist, den Wagen 10 bis unter die Ausleger 5, über den Rand des Werkstückes 2 hinaus zu verfahren.

Anstelle der in den 1 bis 6 jeweils zwei Positioniereinrichtungen 8a, b kann es für einfache Prüfaufgaben, beispielsweise bei der Ultraschallprüfung in Impuls-Echo-Technik, oder bei der Wirbelstromprüfung auch ausreichend sein, eine einzige Positioniereinrichtung 8a oder b einzusetzen.


Anspruch[de]
Prüfanlage zur zerstörungsfreien Prüfung, insbesondere zur Ultraschallprüfung eines Werkstückes (2), das in einer Längsrichtung (x) ausgedehnt ist, mit einer Halteeinrichtung (4) zum Halten des Werkstückes (2) an voneinander in Längsrichtung (x) beabstandeten Stellen, und mit einem ersten und einem zweiten Prüfkopf (6a, b), die an einer ersten bzw. an einer zweiten Positioniereinrichtung (8a, b) derart zustellbar angeordnet sind, dass erster und zweiter Prüfkopf (6a, b) in Prüfpositionen an einander gegenüberliegenden Seitenflächen des Werkstückes (2) zustellbar sind, wobei die erste und die zweite Positioniereinrichtung (8a, b) einander gegenüberliegend auf einem Wagen (10) angeordnet sind, der unterhalb des Werkstückes (2) auf einer Schiene (12) in Längsrichtung (x) relativ zum Werkstück (2) verfahrbar ist. Prüfanlage nach Anspruch 1, bei der die Halteeinrichtung (4) auf einer begehbaren Brücke (16) angeordnet ist, unterhalb der der Wagen (10) verfahrbar ist. Prüfanlage nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Brücke (16) als Auffangwanne zum Auffangen von Wasser gestaltet ist. Prüfanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Werkstück (2) in der Halteeinrichtung (4) drehbar um eine zur Längsrichtung (x) parallele Drehachse gelagert ist. Prüfanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der zumindest eine der Positioniereinrichtungen (8a, b) quer zur Längsrichtung (x) verschiebbar auf dem Wagen (10) angeordnet ist. Prüfanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der zumindest eine der Positioniereinrichtungen (8a, b) höhenverstellbar auf dem Wagen (10) angeordnet ist. Prüfanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der als Positioniereinrichtungen (8a, b) mehrachsige Roboter vorgesehen sind.






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