WO2000039574A1 - Method and device for the quality control of a work piece - Google Patents

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WO2000039574A1
WO2000039574A1 PCT/DE1999/004098 DE9904098W WO0039574A1 WO 2000039574 A1 WO2000039574 A1 WO 2000039574A1 DE 9904098 W DE9904098 W DE 9904098W WO 0039574 A1 WO0039574 A1 WO 0039574A1
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WO
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workpiece
vibration
pendulum
measured
spectral components
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PCT/DE1999/004098
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Volker Sauer
Fawzi Attia
Andreas Frede
Ronny Jahnke
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Robert Bosch Gmbh
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Publication date
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    • G01N2291/02872Pressure

Definitions

  • the invention relates to the non-destructive quality inspection of workpieces.
  • Ultrasound test methods are based on the reflection of ultrasound waves entering a workpiece from cracks or faults in the same. Although such methods are inherently highly sensitive to cracks hidden in the material, ultrasound reflections occur at any interface of a workpiece, which makes the evaluation of ultrasound reflection data that complicates and complexes on irregularly shaped or made of different materials.
  • eddy current methods in which eddy currents are generated in a material to be checked with the aid of a current-carrying coil and disturbances in the course of the current eddies induced by cracks in the material are detected by changing the impedance of the coil
  • leakage flux measuring methods in which from an agnetized workpiece externally displaced magnetic flux, the existence of a crack in the workpiece is only applicable to certain classes of materials.
  • a method and a device for quality inspection of a workpiece in particular for the detection of cracks or defects in a workpiece, are created, the fast and uncomplicated quality inspection of workpieces made of practically any solid materials allow.
  • the effort required to process the measurement signals obtained is low, in particular no complex image processing is required, and the processing effort is essentially independent of the complexity of the shape of the workpiece to be checked.
  • the temporal development of the oscillation amplitude or the frequency of the oscillation can preferably be used as the parameter of the oscillation to be measured.
  • the temporal development can in particular be characterized by the decay time of the oscillation.
  • an excited vibration will always include a plurality of spectral components.
  • frequency and temporal development of individual spectral components can be recorded or monitored.
  • the individual spectral components generally differ in their decay behavior and are influenced in different ways by possible errors in the workpiece. In general, higher-frequency components are more sensitive to errors of small extent than low-frequency ones.
  • the sensitivity of a given spectral component to a disturbance differs depending on whether it is located in the region of an antinode or node of the vibration mode of the workpiece belonging to this component.
  • the decay time of the oscillation and / or individual spectral components of the oscillation is preferably measured and the workpiece is found to be good if the decay time lies in a predetermined interval. This interval can be determined in advance on the basis of experimental parts known to be free of defects.
  • the workpiece is found to be bad if the decay time is within a second predetermined interval.
  • This interval need not be complementary to the first; if inadequately long or short decay times are measured, this is more an indication of a measurement error than of an actual defect in the workpiece being examined. In such a case, it is advisable to check the workpiece using another method. This can also be expedient if the measured value lies between the two predetermined intervals.
  • Measured decay times of the oscillation or of individual spectral components can be different for one and the same workpiece if the Vibration excitation occurs with different strengths. In order to achieve reproducible measurements, it is therefore important that the vibration is reproducibly excited, in particular by striking the workpiece with an object at a fixed speed.
  • a to some extent unavoidable spread of the excitation energy or - which is equivalent - the velocity can be compensated for by the normalization of measurement data, in particular vibration amplitudes, to the excitation energy or velocity.
  • This object is preferably a pendulum deflected with a fixed amplitude.
  • the excited vibration of the workpiece is preferably measured interferometrically.
  • a laser beam is divided into two partial beams, one of them on one Surface area of the workpiece is directed.
  • Laser light reflected from the workpiece is brought into interference with the other partial beam and the interference pattern is evaluated. In this way, the movement of the irradiated surface area of the workpiece can be measured with high accuracy, without the vibration behavior of the workpiece being influenced in any way.
  • the vibration is measured using sound waves emitted by the workpiece through air, for example with the aid of a microphone.
  • An arrangement for carrying out the method according to the invention comprises, in addition to devices for excitation and for measuring the vibration, an oscillatable bearing for the workpiece. Because this mounting is capable of oscillation itself, it is ensured that the vibration of the workpiece is not suppressed at any point, and that consequently errors can be detected in the same way at any point on the workpiece.
  • This storage expediently supports the workpiece at three points. This makes it stable Fixation of the workpiece with minimal restriction of its oscillation ability.
  • the bearing preferably comprises projections, for example in the manner of arms, columns or knobs, made of a rubber-elastic material which supports the workpiece.
  • a simple means of exciting the vibration of the workpiece is a pendulum.
  • a stop element should be provided which defines a maximum deflection of the pendulum.
  • the pendulum has an actuating lever which extends upward beyond the pendulum axis and which an operator can tilt to move the pendulum against the stop element and then release it so that the pendulum can hit the workpiece. After the pendulum has struck the workpiece, the operator can also hold it on the operating lever to prevent a second impact on the workpiece.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a first part of an arrangement for carrying out the method according to the invention, which comprises a device for exciting the vibration;
  • Figure 2 is a schematic representation of the arrangement for performing the method according to the invention including a device for measuring the vibration;
  • Figure 3 is a schematic representation of a variant of the arrangement of Figure 2;
  • FIG. 4 shows a graphical representation of results of a method according to a first embodiment of the invention.
  • Figure 5 is a graphical representation of the results of a method according to a second embodiment.
  • Figure 1 shows a side view of a device for exciting a vibration in a workpiece, which a first part of the arrangement for Implementation of the method according to the invention forms.
  • a base plate 3 On a base plate 3, three columns 2 made of, for example, silicone are mounted, which support a workpiece 1 to be tested, here a cam ring of a radial piston injection pump, at three points near its circumference.
  • the base plate 3 also carries an arm 4 which holds a pendulum 6 rotatable about an axis 5 perpendicular to the plane of the figure.
  • the pendulum comprises an impact body 8 which, in the position shown in solid lines in FIG. 1, just abuts the workpiece 1.
  • the impact body 8 is connected to the axis 5 by a flexible sheet 9, for example made of spring steel.
  • An operating lever 7 above the axis 5 is firmly connected to the sheet 9.
  • the pendulum By tilting the operating lever counterclockwise in FIG. 1, the pendulum reaches the position shown in broken lines in FIG. 1, in which its lower end abuts a stop element 10.
  • This stop element 10 defines the maximum possible deflection of the pendulum.
  • the pendulum can be released from this position and then strikes the workpiece 1 at a precisely defined, reproducible speed. This speed is selected so that it is not sufficient to overcome the static friction of the workpiece 1 on the columns 2 and this to be placed on the pillars slide. Thus, the workpiece 1 and the columns 2 are excited to oscillate with a precisely predetermined energy by the impact with the pendulum.
  • the pendulum After hitting the workpiece 1, the pendulum rebounds and is stopped by the operator before it can hit the workpiece 1 a second time. In this way, the vibration excited by the first impact with the pendulum can end undisturbed.
  • the position of the stop element 10 can be displaceable in order to be able to reproducibly set different pendulum deflections for different types of workpieces which differ, for example in terms of their weight.
  • the support of the workpiece can also be displaceable in order to avoid a second stop directly.
  • an electromagnetic coil can be mounted on the stop element 10, which can have different functions. On the one hand, it can be energized before the start of a measurement in order to hold the impact body 8 on the stop element 10 until the current is interrupted is and thus the pendulum is released to hit the workpiece 1. A short time later, the coil is expediently energized again so that it exerts a magnetic attraction on the pendulum 6 rebounding from the workpiece 1 and pulls it back to the stop element 10.
  • FIG. 2 shows the entire arrangement for carrying out the method, the device for exciting the vibration described with reference to FIG. 1 being shown schematically in a top view.
  • a continuous wave laser 11 for example a HeNe laser, emits a beam which is split into two partial beams at a partially reflecting mirror 12, one of which is reflected on a reflector 13, here a 90 ° prism, and finally reaches a sensor 18, and the second hits a lateral surface of the workpiece 1, which is arranged on the columns 2 (not visible in this figure) on the base plate 3.
  • the reflected beam is fanned out on the convex outer surface of the ring-shaped workpiece 1, part of the reflected light passes through an aperture 14 and returns to the partially reflecting mirror 12 and is reflected in the direction of the sensor 18.
  • a sensor 18, the light reflected by the workpiece 1 is superimposed with the beam reflected by the reflector 13.
  • the reflector 13 is positioned such that the optical path lengths of the two partial beams do not differ by more than the coherence length of the laser light, so that an interference pattern arises at the sensor 18.
  • the amount of light reflected back from the workpiece 1 to the sensor 18 can be maximized.
  • the interferometer arm, which contains the reflector 13 is temporarily blocked, which prevents the formation of an interference pattern on the sensor 18.
  • the measurement signal from the sensor 18 is then a direct measure of the amount of light reflected by the workpiece. This can be optimized, for example, by moving the base plate 3 perpendicular to the direction of the beam coming from the laser 11 or by tilting the base plate.
  • the evaluation electronics comprise, on the one hand, an oscilloscope 19, which directly displays brightness differences occurring at the sensor 18 and thus gives an operator an immediate impression of the course of the vibration excited in the workpiece 1.
  • Another essential component of the evaluation electronics is a computer 20, which receives digitized brightness values from the sensor 18 via an AD converter 21 and is programmed to convert them into instantaneous deflections of the workpiece and to calculate the decay behavior of the entire oscillation therefrom, or possibly also the oscillation break down into their individual spectral components and determine their frequencies and their temporal behavior. Since the vibration modes of the workpiece 1, which correspond to the individual spectral components, are coupled to one another, the temporal behavior of these individual components can be quite complex, for example, depending on the workpiece, beats between individual components can occur, the intensity of individual components can gradually increase after the workpiece 1 has been hit, since vibration energy is only gradually coupled into the corresponding vibration mode, etc.
  • Amplitudes and frequencies of the individual spectral components can be obtained in a simple manner using known processing techniques, such as the fast Fourier transformation, and from one Any deviations of the measured values from standard values previously determined on workpieces known to be error-free can easily be concluded that there is an error in workpiece 1.
  • a screen 22 connected to the computer 20 displays the results of the evaluation, for example as numerical values of the measured frequencies, decay times, etc. Of course, the screen 22 can also display a decision made by the computer 20 about the defectiveness or freedom from defects of the workpiece.
  • FIG. 3 shows a variant of the device in which the vibration of the workpiece 1 is not detected optically-interferometrically, but acoustically with the aid of a microphone 23.
  • the processing of the signal supplied by the microphone 23 is essentially the same as that of the signal supplied by the sensor 18 and is carried out using the same devices 19 to 22.
  • the acoustic examination of the workpiece can also accompany tending to be interferometric.
  • the two variants differ essentially in that the optical signal evaluated in the structure shown in FIG. 2 is obtained only from a locally limited area of the workpiece, while the acoustic signal is an “averaged” signal to which the entire workpiece contributes.
  • the stop 10 contains a magnetic coil, the triggering of the measuring device and the interruption of the current of this coil can take place with a common switch.
  • the computer 20 calculates the instantaneous deflection of the workpiece 1 from its rest position and the amplitude of the oscillation from the brightness values provided by the sensor 18.
  • the decay time is determined by continuously monitoring the amplitude. Previous measurements on the cam rings used here as a workpiece have shown that they normally have a decay time in a range around 800 ms. The computer is therefore instructed to assess a cam ring as correct when the measured decay time is between 600 and 1500 ms. Significantly larger deviations from the normal value are permitted upwards than downwards because a long decay time is generally regarded as an indication of a good, crack-free and trouble-free material structure. If a decay time of more than 1500 ms is measured, there is probably a measurement error. In such a case the measurement can be repeated from the beginning, or ' the cam ring in question is checked by another method.
  • the computer 20 decides that the cam ring is bad. A decay time shorter than 100 ms is in turn an indication of a lack of measurement.
  • the decay time is between 400 and 600 ms, the assessment is not completely certain. In such a case, a low-value workpiece could simply be discarded; for higher-quality workpieces, it can be economical to carry out a check beforehand using another method.
  • FIG. 4 shows a typical result of a check of a batch of 300 cam rings in the form of a diagram, on the axes of which the ordinal number of the respective cam ring or the measured decay time is plotted in ms.
  • the overwhelming majority of the cam rings have decay times that fall within a band between 600 and 1000 ms, which is shown hatched in the figure, and are therefore within the dashed interval of 600 to 1500 ms within which the cam rings are found to be in order.
  • Individual rings, represented by cross 30 in the diagram have decay times between 100 and 400 ms and are therefore sorted out as faulty.
  • FIG. 5 shows the results of a model examination on two different batches of cam rings, which differ in their dimensions.
  • the ordinal numbers of the cam rings are plotted on the axes of the diagram and their resonance frequency in Hz is plotted vertically.
  • the first batch corresponds to the area of the diagram designated I, the second to that designated II.
  • a group of defective cam rings is inserted in the section designated 31 in the first batch.
  • the measured value of each cam ring in this group is indicated by a circle in the diagram. It can be seen that the measured resonance frequencies of the defective cam rings vary widely and are usually below the typical resonance frequency of about 3750 Hz for the batch.
  • Outliers 32 in area I are due to individual defective cam rings or measurement errors.
  • a small group 33 of cam rings of the second batch is inserted into the batch, the resonance frequencies of which are significantly higher at approximately 4050 Hz.
  • the second batch also contains a group 34 of defective cam rings, the measured values of which, denoted by small circles, in comparison to the actual one Scatter the batch heavily and lie lower on average.

Abstract

The invention relates to a method for the quality control of a work piece (1). According to said method, said work piece (1) is incited to vibrate (8), at least one vibration-related parameter is measured (18) and the work piece is approved of if said parameter is within a predetermined range.

Description

VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR QUALITÄTSPRÜFUNG EINESMETHOD AND DEVICE FOR QUALITY CHECKING
WERKSTÜCKSWORKPIECE
Gebiet der ErfindungField of the Invention
Die Erfindung betrifft die zerstörungsfreie Qualitätsprüfung von Werkstücken.The invention relates to the non-destructive quality inspection of workpieces.
Stand der TechnikState of the art
Für die zerstörungsfreie Qualitätsprüfung von Werkstücken, genauer gesagt die Erfassung von äußerlich nicht sichtbaren Materialfehlern und innerlichen Materialdefekten in einem Werkstück ist eine Vielzahl unterschiedlicher Verfahren entwickelt worden.A large number of different processes have been developed for the non-destructive quality inspection of workpieces, more precisely the detection of externally invisible material defects and internal material defects in a workpiece.
So ist es zum Beispiel bekannt, Werkstücke mit Röntgen- beziehungsweise Gammastrahlen zu durchleuchten, um Materialfehler nachzuweisen. Fehler, die zu Inhomogenitäten der Strahlungsabsorption durch ein Werkstück führen, etwa Blasen, Lunker oder Fremdkörper, sind in auf diese Weise erhaltenen Bildern deutlich zu sehen. Risse in Materialien zu erkennen ist schwieriger, da das Vorhandensein eines Risses keine wesentlichen Auswirkungen auf die -Dicke des absorbierenden Materials des Werkstücks hat und deshalb im wesentlichen nur anhand von an Oberflächen des Risses gestreuter Strahlung erkennbar ist. Die Auswertung der erhaltenen Rönt- genbilder erfordert ein großes Maß an Erfahrung und ist schwierig zu automatisieren.For example, it is known to x-ray workpieces with x-rays or gamma rays in order to detect material defects. Errors that lead to inhomogeneities in the radiation absorption by a workpiece, such as bubbles, cavities or foreign bodies, can be clearly seen in the images obtained in this way. Detecting cracks in materials is more difficult because of the presence of a crack has no significant effects on the thickness of the absorbent material of the workpiece and can therefore only be recognized essentially by means of radiation scattered on surfaces of the crack. The evaluation of the X-ray images obtained requires a great deal of experience and is difficult to automate.
Ultraschall-Prüfverfahren basieren auf der Reflexi- on von in ein Werkstück eindringenden Ultraschall- wellen an Rissen beziehungsweise Störungen desselben. Solche Verfahren weisen zwar inhärent eine große Empfindlichkeit für im Material verborgene Risse auf, doch treten Ultraschallreflexionen an jeder beliebigen Grenzfläche eines Werkstücks auf, was die Auswertung von Ultraschall-Reflexionsdaten, die an unregelmäßig geformten oder aus unterschiedlichen Materialien bestehenden Werkstücken kompliziert und aufwendig macht .Ultrasound test methods are based on the reflection of ultrasound waves entering a workpiece from cracks or faults in the same. Although such methods are inherently highly sensitive to cracks hidden in the material, ultrasound reflections occur at any interface of a workpiece, which makes the evaluation of ultrasound reflection data that complicates and complexes on irregularly shaped or made of different materials.
Andere Verfahren, etwa Wirbelstromverfahren, bei denen mit Hilfe einer stromdurchflossenen Spule Wirbelströme in einem zu überprüfenden Material erzeugt werden und durch Risse im Material induzierte Störungen im Verlauf der Stromwirbel anhand von Änderung des Scheinwiderstands der Spule nachgewiesen werden, oder Streufluß-Meßverfahren, bei denen anhand von aus einem agnetisierten Werkstück nach außen verdrängtem magnetischen Fluß auf das Vorhandensein eines Risses im Werkstück geschlossen wird, sind nur auf bestimmte Klassen von Werkstoffen anwendbar .Other methods, such as eddy current methods, in which eddy currents are generated in a material to be checked with the aid of a current-carrying coil and disturbances in the course of the current eddies induced by cracks in the material are detected by changing the impedance of the coil, or leakage flux measuring methods, in which from an agnetized workpiece externally displaced magnetic flux, the existence of a crack in the workpiece is only applicable to certain classes of materials.
Aus DE 4316473 AI ist eine Vorrichtung bekannt, die aus einem Werkstück Körperschall ableitet, der beim Bohren des Werkstücks erzeugt wird. Der abgeleitete Körperschall kann in nicht weiter beschriebener Weise zur Überwachung der Bohrer hinsichtlich Schneidenverschleiß, Bruch etc. genutzt werden.From DE 4316473 AI a device is known which derives structure-borne noise from a workpiece which is generated when the workpiece is drilled. The derived structure-borne noise can be used in a manner not described further to monitor the drill for cutting edge wear, breakage, etc.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Mit der vorliegenden Erfindung, wie in den unabhängigen Ansprüchen definiert, werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Qualitätsprüfung eines Werkstücks, insbesondere zur Erfassung von Rissen oder Fehlern in einem Werkstück geschaffen, die ei- ne schnelle und unaufwendige Qualitätsprüfung von Werkstücken aus praktisch beliebigen festen Werkstoffen gestatten. Der zur Verarbeitung von gewonnenen Meßsignalen erforderliche Aufwand ist gering, insbesondere ist keinerlei aufwendige Bildverarbei- tung erforderlich, und der Verarbeitungsaufwand ist im wesentlichen unabhängig von der Komplexität der Gestalt des zu überprüfenden Werkstücks. Als zu messender Parameter der Schwingung kann vorzugsweise die zeitliche Entwicklung der Schwingungsamplitude oder die Frequenz der Schwingung herangezogen werden. Dabei kann die zeitliche Ent- wicklung insbesondere durch die Abklingzeit der Schwingung charakterisiert sein.With the present invention, as defined in the independent claims, a method and a device for quality inspection of a workpiece, in particular for the detection of cracks or defects in a workpiece, are created, the fast and uncomplicated quality inspection of workpieces made of practically any solid materials allow. The effort required to process the measurement signals obtained is low, in particular no complex image processing is required, and the processing effort is essentially independent of the complexity of the shape of the workpiece to be checked. The temporal development of the oscillation amplitude or the frequency of the oscillation can preferably be used as the parameter of the oscillation to be measured. The temporal development can in particular be characterized by the decay time of the oscillation.
Bei den meisten Gestalten von Werkstücken wird eine angeregte Schwingung immer eine Mehrzahl von Spek- tralkomponenten umfassen. In einem solchen Fall können Frequenz und zeitliche Entwicklung einzelner Spektralkomponenten erfaßt beziehungsweise überwacht werden. Die einzelnen Spektralkomponenten unterscheiden sich im allgemeinen in ihrem Abkling- verhalten und werden durch eventuell vorhandene Fehler im Werkstück in unterschiedlicher Weise beeinflußt. Dabei reagieren im allgemeinen höherfre- quente Komponenten empfindlicher auf Fehler geringer Ausdehnung als niederfrequente. Des weiteren ist die Empfindlichkeit einer gegebenen Spektralkomponente für eine Störung unterschiedlich, je nachdem, ob diese sich im Bereich eines Schwin- gungsbauches oder -knotens der zu dieser Komponente gehörenden Schwingungsmode des Werkstücks befindet. Durch Auswertung einer Mehrzahl von Spektralkomponenten mit unterschiedlicher Verteilung von Schwin- gungsbäuchen und -knoten läßt sich eine homogenere örtliche Verteilung der Nachweisempfindlichkeit für Defekte im Werkstück erreichen.In most workpiece designs, an excited vibration will always include a plurality of spectral components. In such a case, frequency and temporal development of individual spectral components can be recorded or monitored. The individual spectral components generally differ in their decay behavior and are influenced in different ways by possible errors in the workpiece. In general, higher-frequency components are more sensitive to errors of small extent than low-frequency ones. Furthermore, the sensitivity of a given spectral component to a disturbance differs depending on whether it is located in the region of an antinode or node of the vibration mode of the workpiece belonging to this component. By evaluating a plurality of spectral components with different distributions of antinodes and nodes, a more homogeneous one can be obtained achieve local distribution of detection sensitivity for defects in the workpiece.
Bevorzugtermaßen wird die Abklingzeit der Schwin- gung und/oder einzelner Spektralkomponenten der Schwingung gemessen und das Werkstück für gut befunden, wenn die Abklingzeit in einem vorgegebenen Intervall liegt. Dieses Intervall kann vorab anhand von als fehlerfrei bekannten Werkstücken experimen- teil festgelegt werden.The decay time of the oscillation and / or individual spectral components of the oscillation is preferably measured and the workpiece is found to be good if the decay time lies in a predetermined interval. This interval can be determined in advance on the basis of experimental parts known to be free of defects.
Im Gegenzug wird das Werkstück für schlecht befunden, wenn die Abklingzeit in einem zweiten vorgegebenen Intervall liegt.In return, the workpiece is found to be bad if the decay time is within a second predetermined interval.
Dieses Intervall muß nicht komplementär zum ersten sein; wenn nämlich unangemessen lange oder kurze Abklingzeiten gemessen werden, so ist dies eher ein Hinweis auf einen Meßfehler als auf einen tatsäch- liehen Defekt des untersuchten Werkstücks. In einem solchen Fall ist es zweckmäßig, das Werkstück mit einem anderen Verfahren zu überprüfen. Dies kann auch zweckmäßig sein, wenn der gemessene Wert zwischen den zwei vorgegebenen Intervallen liegt.This interval need not be complementary to the first; if inadequately long or short decay times are measured, this is more an indication of a measurement error than of an actual defect in the workpiece being examined. In such a case, it is advisable to check the workpiece using another method. This can also be expedient if the measured value lies between the two predetermined intervals.
Gemessene Abklingzeiten der Schwingung oder einzelner ihrer Spektralkomponenten können für ein und dasselbe Werkstück unterschiedlich sein, wenn die Schwingungsanregung mit unterschiedlicher Stärke erfolgt. Um zu reproduzierbaren Messungen zu gelangen, ist es deshalb wichtig, daß die Schwingung reproduzierbar, insbesondere durch Anschlagen des Werkstücks mit einem Gegenstand mit festgelegter Geschwindigkeit angeregt wird.Measured decay times of the oscillation or of individual spectral components can be different for one and the same workpiece if the Vibration excitation occurs with different strengths. In order to achieve reproducible measurements, it is therefore important that the vibration is reproducibly excited, in particular by striking the workpiece with an object at a fixed speed.
Eine in gewissem Umfang unvermeidliche Streuung der Anregungsenergie beziehungsweise - was gleichbedeu- tend ist - der Anschlaggeschwindigkeit kann durch eine Normierung von Meßdaten, insbesondere von Schwingungsamplituden, auf die Anregungsenergie beziehungsweise Anschlaggeschwindigkeit kompensiert werden.A to some extent unavoidable spread of the excitation energy or - which is equivalent - the velocity can be compensated for by the normalization of measurement data, in particular vibration amplitudes, to the excitation energy or velocity.
Dieser Gegenstand ist vorzugsweise ein mit einer festgelegten Amplitude ausgelenktes Pendel .This object is preferably a pendulum deflected with a fixed amplitude.
Nachdem das Pendel an das Werkstück gestoßen und davon abgeprallt ist, wird es zweckmaßigerweise angehalten, um zu vermeiden, daß es ein zweites Mal mit verminderter Energie dagegen stößt, während das Werkstück noch schwingt, und so die Messung stört.After the pendulum bumps into and bounces off the workpiece, it is convenient to stop to avoid bumping it a second time with reduced energy while the workpiece is still vibrating, thereby interfering with the measurement.
Vorzugsweise wird die angeregte Schwingung des Werkstücks interferometrisch gemessen. Zu diesem Zweck wird zum Beispiel ein Laserstrahl in zwei Teilstrahlen aufgeteilt, von denen einer auf einen Oberflächenbereich des Werkstücks gerichtet wird. Vom Werkstück reflektiertes Laserlicht wird mit dem anderen Teilstrahl zur Interferenz gebracht und das Interferenzmuster ausgewertet . Auf diese Weise kann die Bewegung des bestrahlten Oberflächenbereichs des Werkstücks mit hoher Genauigkeit vermessen werden, ohne daß das Schwingungsverhalten des Werkstücks in irgendeiner Weise beeinflußt wird.The excited vibration of the workpiece is preferably measured interferometrically. For this purpose, for example, a laser beam is divided into two partial beams, one of them on one Surface area of the workpiece is directed. Laser light reflected from the workpiece is brought into interference with the other partial beam and the interference pattern is evaluated. In this way, the movement of the irradiated surface area of the workpiece can be measured with high accuracy, without the vibration behavior of the workpiece being influenced in any way.
Als Alternative oder als Ergänzung kann ferner vorgesehen werden, daß die Schwingung anhand von vom Werkstück durch Luft ausgesendeten Schallwellen, zum Beispiel mit Hilfe eines Mikrofons, gemessen wird.As an alternative or as a supplement, it can also be provided that the vibration is measured using sound waves emitted by the workpiece through air, for example with the aid of a microphone.
Eine Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemä- ßen Verfahrens umfaßt neben Einrichtungen zum Anregen und zum Messen der Schwingung eine schwingfähige Lagerung für das Werkstück. Indem diese Lagerung selber schwingfähig ist, ist sichergestellt, daß die Schwingung des Werkstücks an keiner Stelle unterdrückt wird, und daß infolgedessen Fehler an jeder Stelle des Werkstücks in gleicher Weise nachgewiesen werden können.An arrangement for carrying out the method according to the invention comprises, in addition to devices for excitation and for measuring the vibration, an oscillatable bearing for the workpiece. Because this mounting is capable of oscillation itself, it is ensured that the vibration of the workpiece is not suppressed at any point, and that consequently errors can be detected in the same way at any point on the workpiece.
Diese Lagerung unterstützt zweckmäßigerweise das Werkstück an drei Punkten. Dadurch ist eine stabile Fixierung des Werkstücks bei minimaler Einschränkung seiner Schwingfähigkeit gegeben.This storage expediently supports the workpiece at three points. This makes it stable Fixation of the workpiece with minimal restriction of its oscillation ability.
Die Lagerung umfaßt vorzugsweise Vorsprünge, etwa in Art von Armen, Säulen oder Noppen, aus einem gummielastischen Material auf, die das Werkstück unterstütze .The bearing preferably comprises projections, for example in the manner of arms, columns or knobs, made of a rubber-elastic material which supports the workpiece.
Ein einfaches Mittel zum Anregen der Schwingung des Werkstücks ist ein Pendel. Um mit Hilfe des Pendels eine exakt reproduzierbare Anregung zu erzielen, sollte ein Anschlagelement vorgesehen sein, das eine maximale Auslenkung des Pendels festlegt. Bei einer einfachen Ausgestaltung der Anordnung hat das Pendel einen sich nach oben über die Pendelachse hinaus erstreckenden Betätigungshebel, den eine Bedienungsperson kippen kann, um das Pendel an das Anschlagelement zu bewegen, und dann loslassen kann, so daß das Pendel an das Werkstück stoßen kann. Nachdem das Pendel das Werkstück angestoßen hat, kann die Bedienungsperson es ferner an dem Betätigungshebel festhalten, um einen zweiten Stoß an das Werkstück zu verhindern.A simple means of exciting the vibration of the workpiece is a pendulum. In order to achieve an exactly reproducible excitation with the help of the pendulum, a stop element should be provided which defines a maximum deflection of the pendulum. In a simple configuration of the arrangement, the pendulum has an actuating lever which extends upward beyond the pendulum axis and which an operator can tilt to move the pendulum against the stop element and then release it so that the pendulum can hit the workpiece. After the pendulum has struck the workpiece, the operator can also hold it on the operating lever to prevent a second impact on the workpiece.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die Figuren. FigurenFurther features and advantages of the present invention result from the following description of an exemplary embodiment with reference to the figures. characters
Es zeigen:Show it:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines ersten Teils einer Anordnung zur Durchführung des erfin- dungεgemäßen Verfahrens, der eine Einrichtung zum Anregen der Schwingung umfaßt;FIG. 1 shows a schematic representation of a first part of an arrangement for carrying out the method according to the invention, which comprises a device for exciting the vibration;
Figur 2 eine schematische Darstellung der Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens einschließlich einer Einrichtung zum Messen der Schwingung;Figure 2 is a schematic representation of the arrangement for performing the method according to the invention including a device for measuring the vibration;
Figur 3 eine schematische Darstellung einer Variante der Anordnung aus Figur 2 ;Figure 3 is a schematic representation of a variant of the arrangement of Figure 2;
Figur 4 eine graphische Darstellung von Ergebnissen eines Verfahrens gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung; undFIG. 4 shows a graphical representation of results of a method according to a first embodiment of the invention; and
Figur 5 eine graphische Darstellung der Ergebnisse eines Verfahrens gemäß einer zweiten Ausgestaltung.Figure 5 is a graphical representation of the results of a method according to a second embodiment.
Figur 1 zeigt in einer Seitenansicht eine Einrichtung zum Anregen einer Schwingung in einem Werkstück, die einen ersten Teil der Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bildet. Auf einer Grundplatte 3 sind drei Säulen 2 aus zum Beispiel Silikon montiert, die ein zu prüfendes Werkstück 1, hier einen Nockenring einer Radialkol- beneinspritzpumpe, an drei Punkten in der Nähe seines Umfangs unterstützen. Die Grundplatte 3 trägt ferner einen Arm 4, der ein Pendel 6 um eine zur Ebene der Figur senkrechte Achse 5 drehbar hält . Das Pendel umfaßt einen Stoßkörper 8, der in der in Figur 1 durchgezogen dargestellten Position soeben an das Werkstück 1 anstößt. Der Stoßkörper 8 ist mit der Achse 5 durch ein flexibles Blatt 9, zum Beispiel aus Federstahl, verbunden. Ein Bedienhebel 7 oberhalb der Achse 5 ist mit dem Blatt 9 fest verbunden.Figure 1 shows a side view of a device for exciting a vibration in a workpiece, which a first part of the arrangement for Implementation of the method according to the invention forms. On a base plate 3, three columns 2 made of, for example, silicone are mounted, which support a workpiece 1 to be tested, here a cam ring of a radial piston injection pump, at three points near its circumference. The base plate 3 also carries an arm 4 which holds a pendulum 6 rotatable about an axis 5 perpendicular to the plane of the figure. The pendulum comprises an impact body 8 which, in the position shown in solid lines in FIG. 1, just abuts the workpiece 1. The impact body 8 is connected to the axis 5 by a flexible sheet 9, for example made of spring steel. An operating lever 7 above the axis 5 is firmly connected to the sheet 9.
Durch Kippen des Bedienhebels im Gegenuhrzeigersinn in Figur 1 erreicht das Pendel die in der Figur 1 gestrichelt dargestellte Position, in der sein un- teres Ende an ein Anschlagelement 10 stößt. Dieses Anschlagelement 10 definiert die maximal mögliche Auslenkung des Pendels. Aus dieser Position kann das Pendel losgelassen werden und stößt dann mit einer genau festgelegten, reproduzierbaren Ge- schwindigkeit an das Werkstück 1. Diese Geschwindigkeit ist so gewählt, daß sie nicht ausreicht, um die Haftreibung des Werkstücks 1 auf den Säulen 2 zu überwinden und dieses auf den Säulen zu ver- schieben. Somit werden durch das Anstoßen mit dem Pendel das Werkstück 1 und die Säulen 2 zu einer Schwingung mit einer genau vorgegebenen Energie angeregt .By tilting the operating lever counterclockwise in FIG. 1, the pendulum reaches the position shown in broken lines in FIG. 1, in which its lower end abuts a stop element 10. This stop element 10 defines the maximum possible deflection of the pendulum. The pendulum can be released from this position and then strikes the workpiece 1 at a precisely defined, reproducible speed. This speed is selected so that it is not sufficient to overcome the static friction of the workpiece 1 on the columns 2 and this to be placed on the pillars slide. Thus, the workpiece 1 and the columns 2 are excited to oscillate with a precisely predetermined energy by the impact with the pendulum.
Nach dem Anstoßen an das Werkstück 1 prallt das Pendel zurück und wird von der Bedienungsperson angehalten, noch bevor es ein zweites Mal auf das Werkstück 1 stoßen kann. So kann die durch den er- sten Stoß mit dem Pendel angeregte Schwingung ungestört ausklingen.After hitting the workpiece 1, the pendulum rebounds and is stopped by the operator before it can hit the workpiece 1 a second time. In this way, the vibration excited by the first impact with the pendulum can end undisturbed.
Die Position des Anschlagele ents 10 kann verschiebbar sein, um für unterschiedliche Arten von Werkstücken, die sich zum Beispiel hinsichtlich ihres Gewichts unterscheiden, verschiedene Pendelauslenkungen reproduzierbar einstellen zu können.The position of the stop element 10 can be displaceable in order to be able to reproducibly set different pendulum deflections for different types of workpieces which differ, for example in terms of their weight.
Auch die Auflage des Werkstücks kann verschiebbar sein, um direkt einen zweiten Anschlag zu vermeiden.The support of the workpiece can also be displaceable in order to avoid a second stop directly.
Einer Variante zufolge kann am Anschlagelement 10 eine elektromagnetische Spule montiert sein, die unterschiedliche Funktionen haben kann. So kann sie zum einen vor Beginn einer Messung unter Strom gesetzt werden, um den Stoßkörper 8 am Anschlagelement 10 festzuhalten, bis der Strom unterbrochen wird und somit das Pendel freikommt, um an das Werkstück 1 zu stoßen. Kurze Zeit später wird die Spule zweckmäßigerweise wieder unter Strom gesetzt, so daß sie eine magnetische Anziehungskraft auf das vom Werkstück 1 zurückprallende Pendel 6 ausübt und dieses zurück an das Anschlagelement 10 zieht.According to a variant, an electromagnetic coil can be mounted on the stop element 10, which can have different functions. On the one hand, it can be energized before the start of a measurement in order to hold the impact body 8 on the stop element 10 until the current is interrupted is and thus the pendulum is released to hit the workpiece 1. A short time later, the coil is expediently energized again so that it exerts a magnetic attraction on the pendulum 6 rebounding from the workpiece 1 and pulls it back to the stop element 10.
Figur 2 zeigt die gesamte Anordnung zur Durchführung des Verfahrens, wobei die mit Bezug auf Figur 1 beschriebene Einrichtung zum Anregen der Schwingung schematisch in Draufsicht gezeigt ist.FIG. 2 shows the entire arrangement for carrying out the method, the device for exciting the vibration described with reference to FIG. 1 being shown schematically in a top view.
Ein Dauerstrich-Laser 11, zum Beispiel ein HeNe- Laser, sendet einen Strahl aus, der an einem teil- reflektierenden Spiegel 12 in zwei Teilstrahlen aufgeteilt wird, von denen einer an einem Reflektor 13, hier einem 90° -Prisma, zurückgeworfen wird und schließlich einen Sensor 18 erreicht, und der zweite auf eine seitliche Oberfläche des Werkstücks 1 trifft, das auf den in dieser Figur nicht sichtbaren Säulen 2 auf der Grundplatte 3 angeordnet ist. An der konvexen Außenfläche des ringförmigen Werkstücks 1 wird der reflektierte Strahl aufgefächert, ein Teil des reflektierten Lichts durchquert eine Blende 14 und kehrt zurück zum teilreflektierenden Spiegel 12 und wird in Richtung auf den Sensor 18 reflektiert . A Sensor 18 wird das vom Werkstück 1 reflektierte Licht mit dem vom Reflektor 13 zurückgeworfenen Strahl überlagert. Der Reflektor 13 ist so positioniert, daß sich die optischen Weglängen der zwei Teilstrahlen um nicht mehr als die Kohärenzlänge des Laserlichts unterscheiden, so daß am Sensor 18 ein Interferenzmuster entsteht.A continuous wave laser 11, for example a HeNe laser, emits a beam which is split into two partial beams at a partially reflecting mirror 12, one of which is reflected on a reflector 13, here a 90 ° prism, and finally reaches a sensor 18, and the second hits a lateral surface of the workpiece 1, which is arranged on the columns 2 (not visible in this figure) on the base plate 3. The reflected beam is fanned out on the convex outer surface of the ring-shaped workpiece 1, part of the reflected light passes through an aperture 14 and returns to the partially reflecting mirror 12 and is reflected in the direction of the sensor 18. A sensor 18, the light reflected by the workpiece 1 is superimposed with the beam reflected by the reflector 13. The reflector 13 is positioned such that the optical path lengths of the two partial beams do not differ by more than the coherence length of the laser light, so that an interference pattern arises at the sensor 18.
Bevor die eigentliche Messung durchgeführt wird, kann die vom Werkstück 1 zum Sensor 18 zurückgeworfene Lichtmenge maximiert werden. Dazu wird der In- terferometerarm, der den Reflektor 13 enthält, zeitweilig blockiert, was die Entstehung eines Interferenzmusters am Sensor 18 verhindert. Das Meß- signal des Sensors 18 ist dann ein direktes Maß für die vom Werkstück reflektierte Lichtmenge . Diese kann zum Beispiel durch Verschieben der Grundplatte 3 senkrecht zur Richtung des vom Laser 11 kommenden Strahls oder durch Kippen der Grundplatte optimiert werden .Before the actual measurement is carried out, the amount of light reflected back from the workpiece 1 to the sensor 18 can be maximized. For this purpose, the interferometer arm, which contains the reflector 13, is temporarily blocked, which prevents the formation of an interference pattern on the sensor 18. The measurement signal from the sensor 18 is then a direct measure of the amount of light reflected by the workpiece. This can be optimized, for example, by moving the base plate 3 perpendicular to the direction of the beam coming from the laser 11 or by tilting the base plate.
Wenn das Werkstück 1 vom Stoßkörper 8 zu Schwingungen angeregt wird, so bewegt sich die Außenoberfläche des Werkstücks 1 in Richtung des Laserstrahls hin und zurück, was zu ständigen Veränderungen der optischen Weglänge in einem Arm des Interferometer- aufbaus führt, der durch die Spiegel 12, 15 und den Reflektor 13 gebildet ist. Diese Weglängenänderun- gen führen zu Verschiebungen des am Sensor 18 gebildeten Interferenzmusters, die vom Sensor erfaßt werden und von einer an diesen angeschlossenen Aus- werteelektronik verarbeitet werden.When the workpiece 1 is excited to vibrate by the impact body 8, the outer surface of the workpiece 1 moves back and forth in the direction of the laser beam, which leads to constant changes in the optical path length in an arm of the interferometer structure, which is caused by the mirror 12, 15 and the reflector 13 is formed. These path length changes conditions lead to shifts in the interference pattern formed on the sensor 18, which are detected by the sensor and processed by evaluation electronics connected to it.
Die Auswerteelektronik umfaßt zum einen ein Oszil- loskop 19, das am Sensor 18 auftretende Helligkeitsunterschiede direkt anzeigt und so einer Be- dienungsperson einen unmittelbaren Eindruck vom Verlauf der im Werkstück 1 angeregten Schwingung verschafft .The evaluation electronics comprise, on the one hand, an oscilloscope 19, which directly displays brightness differences occurring at the sensor 18 and thus gives an operator an immediate impression of the course of the vibration excited in the workpiece 1.
Weiterer wesentlicher Bestandteil der Auswerteelektronik ist ein Computer 20, der über einen AD- Wandler 21 digitalisierte Helligkeitswerte vom Sensor 18 empfängt und programmiert ist, diese in momentane Auslenkungen des Werkstücks umzurechnen und daraus das Abklingverhalten der gesamten Schwingung zu berechnen, oder gegebenenfalls auch die Schwin- gung in ihre einzelnen Spektralkomponenten zu zerlegen und deren Frequenzen sowie ihr zeitliches Verhalten zu ermitteln. Da die Schwingungsmoden des Werkstücks 1, die den einzelnen Spektralkomponenten entsprechen, untereinander gekoppelt sind, kann das zeitliche Verhalten dieser einzelnen Komponenten recht komplex sein, so können zum Beispiel je nach Werkstück Schwebungen zwischen einzelnen Komponenten auftreten, die Intensität einzelner Komponenten kann nach dem Anstoßen des Werkstücks 1 allmählich zunehmen, da Schwingungsenergie erst allmählich in die entsprechende Schwingungsmode eingekoppelt wird, etc. Amplituden und Frequenzen der einzelnen Spektralkomponenten können mit Hilfe bekannter Verarbeitungstechniken wie etwa der schnellen Fourier- Transformation auf einfache Weise gewonnen werden, und aus einem eventuellen Abweichen der gemessenen Werte von zuvor an bekanntermaßen fehlerfreien Werkstücken ermittelten Normwerten kann leicht auf einen Fehler im Werkstück 1 geschlossen werden. Ein an den Computer 20 angeschlossener Bildschirm 22 zeigt die Ergebnisse der Auswertung an, zum Beispiel als Zahlenwerte der gemessenen Frequenzen, Abklingzeiten etc. Selbstverständlich kann der Bildschirm 22 auch eine vom Computer 20 getroffene Entscheidung über die Fehlerhaftigkeit oder Fehlerfreiheit des Werkstücks anzeigen.Another essential component of the evaluation electronics is a computer 20, which receives digitized brightness values from the sensor 18 via an AD converter 21 and is programmed to convert them into instantaneous deflections of the workpiece and to calculate the decay behavior of the entire oscillation therefrom, or possibly also the oscillation break down into their individual spectral components and determine their frequencies and their temporal behavior. Since the vibration modes of the workpiece 1, which correspond to the individual spectral components, are coupled to one another, the temporal behavior of these individual components can be quite complex, for example, depending on the workpiece, beats between individual components can occur, the intensity of individual components can gradually increase after the workpiece 1 has been hit, since vibration energy is only gradually coupled into the corresponding vibration mode, etc. Amplitudes and frequencies of the individual spectral components can be obtained in a simple manner using known processing techniques, such as the fast Fourier transformation, and from one Any deviations of the measured values from standard values previously determined on workpieces known to be error-free can easily be concluded that there is an error in workpiece 1. A screen 22 connected to the computer 20 displays the results of the evaluation, for example as numerical values of the measured frequencies, decay times, etc. Of course, the screen 22 can also display a decision made by the computer 20 about the defectiveness or freedom from defects of the workpiece.
Figur 3 zeigt eine Variante der Vorrichtung, bei der die Schwingung des Werkstücks 1 nicht auf optisch-interferometrischem Wege, sondern akustisch mit Hilfe eines Mikrofons 23 erfaßt wird. Die Verarbeitung des vom Mikrofon 23 gelieferten Signals ist im wesentlichen die gleiche wie beim vom Sensor 18 gelieferten Signal und wird mit den gleichen Vorrichtungen 19 bis 22 durchgeführt. Die akustische Untersuchung des Werkstücks kann auch beglei- tend zur interferometrischen erfolgen. Dabei unterscheiden sich die beiden Varianten im wesentlichen dadurch, daß das im in Figur 2 gezeigten Aufbau ausgewertete optische Signal nur von einem örtlich begrenzten Bereich des Werkstücks gewonnen wird, während das akustische Signal ein „gemitteltes" Signal ist, zu dem das gesamte Werkstück beiträgt.FIG. 3 shows a variant of the device in which the vibration of the workpiece 1 is not detected optically-interferometrically, but acoustically with the aid of a microphone 23. The processing of the signal supplied by the microphone 23 is essentially the same as that of the signal supplied by the sensor 18 and is carried out using the same devices 19 to 22. The acoustic examination of the workpiece can also accompany tending to be interferometric. The two variants differ essentially in that the optical signal evaluated in the structure shown in FIG. 2 is obtained only from a locally limited area of the workpiece, while the acoustic signal is an “averaged” signal to which the entire workpiece contributes.
Es wird nun die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben. Eine Bedienungsperson plaziert ein zu überprüfendes Werkstück 1, hier einen Nockenring, auf den Silikonsäulen 2. Diese unterstützen den Ring an drei Punkten, so daß seine räumliche Lage festgelegt ist. Falls notwendig, ju- stiert die Bedienungsperson die Position der Grundplatte 3, um die Intensität des vom Werkstück 1 zum Sensor 18 reflektierten Lichts zu maximieren. Dann lenkt sie mit Hilfe des Hebels 7 das Pendel zum Anschlagelement 10 aus. Gleichzeitig mit dem Loslas- sen des Hebels triggert sie, zum Beispiel über einen Schalter, die Einrichtung zum Messen der Schwingung, die das Oszilloskop 19, den AD-Wandler 21 und den Computer 20 umfaßt. So ist der Computer 20 in der Lage, die Zeit zwischen dem Loslassen des Pendels und dem Einsetzen der Schwingung des Werkstücks 1 zu messen und, falls diese Zeit zu weit von einem erwarteten Wert abweicht, eine Warnung auszugeben, daß die Messung vermutlich untauglich ist .The implementation of the method according to the invention will now be described. An operator places a workpiece 1 to be checked, here a cam ring, on the silicone columns 2. These support the ring at three points, so that its spatial position is fixed. If necessary, the operator adjusts the position of the base plate 3 in order to maximize the intensity of the light reflected from the workpiece 1 to the sensor 18. Then she uses the lever 7 to deflect the pendulum towards the stop element 10. Simultaneously with the release of the lever, it triggers, for example via a switch, the device for measuring the vibration, which includes the oscilloscope 19, the AD converter 21 and the computer 20. Thus, the computer 20 is able to measure the time between releasing the pendulum and the vibration of the workpiece 1 and, if this time deviates too far from an expected value, a warning to output that the measurement is probably unsuitable.
Falls, wie oben als Abwandlung beschrieben, der An- schlag 10 eine Magnetspule enthält, kann das Triggern der Meßeinrichtung und das Unterbrechen des Stroms dieser Spule mit einem gemeinsamen Schalter erfolgen.If, as described above as a modification, the stop 10 contains a magnetic coil, the triggering of the measuring device and the interruption of the current of this coil can take place with a common switch.
Anschließend berechnet der Computer 20 aus den vom Sensor 18 gelieferten Helligkeitswerten die momentane Auslenkung des Werkstücks 1 aus seiner Ruheposition und daraus die Amplitude der Schwingung. Durch fortlaufende Überwachung der Amplitude wird die Abklingzeit ermittelt. Vorherige Messungen an den hier als Werkstück verwendeten Nockenringen haben ergeben, daß diese normalerweise eine Abklingzeit in einem Bereich um 800 ms aufweisen. Dem Computer wird deshalb vorgegeben, einen Nockenring dann als ordnungsgemäß zu bewerten, wenn die gemessene Abklingzeit zwischen 600 und 1500 ms liegt. Dabei werden nach oben wesentlich größere Abweichungen vom normalen Wert zugelassen als nach unten, weil eine lange Abklingzeit im allgemeinen als ein Hinweis auf eine gute, riß- und störungsfreie Materialstruktur angesehen wird. Falls eine Abklingzeit von mehr als 1500 ms gemessen wird, liegt vermutlich ein Meßfehler vor. In einem solchen Fall kann die Messung von Anfang an wiederholt werden, oder' der betreffende Nockenring wird nach einem anderen Verfahren überprüft .The computer 20 then calculates the instantaneous deflection of the workpiece 1 from its rest position and the amplitude of the oscillation from the brightness values provided by the sensor 18. The decay time is determined by continuously monitoring the amplitude. Previous measurements on the cam rings used here as a workpiece have shown that they normally have a decay time in a range around 800 ms. The computer is therefore instructed to assess a cam ring as correct when the measured decay time is between 600 and 1500 ms. Significantly larger deviations from the normal value are permitted upwards than downwards because a long decay time is generally regarded as an indication of a good, crack-free and trouble-free material structure. If a decay time of more than 1500 ms is measured, there is probably a measurement error. In such a case the measurement can be repeated from the beginning, or ' the cam ring in question is checked by another method.
Falls die Abklingzeit zwischen 100 und 400 ms liegt, entscheidet der Computer 20, daß der Nockenring schlecht ist. Eine kürzere Abklingzeit als 100 ms ist wiederum ein Hinweis auf einen Mangel der Messung.If the decay time is between 100 and 400 msec, the computer 20 decides that the cam ring is bad. A decay time shorter than 100 ms is in turn an indication of a lack of measurement.
Falls die Abklingzeit zwischen 400 und 600 ms liegt, ist die Beurteilung nicht völlig sicher. Ein geringwertiges Werkstück könnte in einem solchen Fall einfach verworfen werden, bei hδherwertigen kann es wirtschaftlich sein, vorher noch eine Überprüfung nach einem anderen Verfahren durchzuführen.If the decay time is between 400 and 600 ms, the assessment is not completely certain. In such a case, a low-value workpiece could simply be discarded; for higher-quality workpieces, it can be economical to carry out a check beforehand using another method.
Figur 4 zeigt ein typisches Ergebnis einer Überprüfung einer Charge von 300 Nockenringen in Form ei- nes Diagramms, an dessen Achsen die Ordnungszahl des jeweiligen Nockenrings beziehungsweise die gemessene Abklingzeit in ms aufgetragen ist. Die überwiegende Mehrheit der Nockenringe hat Abklingzeiten, die in ein in der Figur schraffiert darge- stelltes Band zwischen 600 und 1000 ms fallen, liegen also innerhalb des gestrichelt dargestellten Intervalls von 600 bis 1500 ms, innerhalb dessen die Nockenringe für in Ordnung befunden werden. Einzelne Ringe, im Diagramm durch Kreuzchen 30 dargestellt, haben Abklingzeiten zwischen 100 und 400 ms und werden somit als fehlerhaft aussortiert.FIG. 4 shows a typical result of a check of a batch of 300 cam rings in the form of a diagram, on the axes of which the ordinal number of the respective cam ring or the measured decay time is plotted in ms. The overwhelming majority of the cam rings have decay times that fall within a band between 600 and 1000 ms, which is shown hatched in the figure, and are therefore within the dashed interval of 600 to 1500 ms within which the cam rings are found to be in order. Individual rings, represented by cross 30 in the diagram, have decay times between 100 and 400 ms and are therefore sorted out as faulty.
Figur 5 zeigt die Ergebnisse einer Modelluntersuchung an zwei verschiedenen Chargen von Nockenringen, die sich in ihren Abmessungen unterscheiden. An den Achsen des Diagramms sind horizontal die Ordnungszahlen der Nockenringe und vertikal ihre Resonanzfrequenz in Hz aufgetragen. Die erste Charge entspricht dem mit I bezeichneten Bereich des Diagramms, die zweite dem mit II bezeichneten. In die erste Charge ist im mit 31 bezeichneten Abschnitt eine Gruppe von defekten Nockenringen ein- gefügt. Der Meßwert jedes Nockenrings dieser Gruppe ist durch einen Kreis im Diagramm bezeichnet. Man erkennt, daß die gemessenen Resonanzfrequenzen der defekten Nockenringe stark streuen und meist unterhalb der für die Charge typischen Resonanzfrequenz von ca. 3750 Hz liegen. Ausreißer 32 im Bereich I sind auf einzelne defekte Nockenringe beziehungsweise Meßfehler zurückzuführen. Außerdem ist in die Charge eine kleine Gruppe 33 von Nockenringen der zweiten Charge eingefügt, deren Resonanzfrequenzen signifikant höher bei ca. 4050 Hz liegen. Die zweite Charge enthält ebenfalls eine Gruppe 34 von defekten Nockenringen, deren Meßwerte, durch kleine Kreise bezeichnet, im Vergleich zur eigentlichen Charge stark streuen und im Mittel niedriger liegen.-FIG. 5 shows the results of a model examination on two different batches of cam rings, which differ in their dimensions. The ordinal numbers of the cam rings are plotted on the axes of the diagram and their resonance frequency in Hz is plotted vertically. The first batch corresponds to the area of the diagram designated I, the second to that designated II. A group of defective cam rings is inserted in the section designated 31 in the first batch. The measured value of each cam ring in this group is indicated by a circle in the diagram. It can be seen that the measured resonance frequencies of the defective cam rings vary widely and are usually below the typical resonance frequency of about 3750 Hz for the batch. Outliers 32 in area I are due to individual defective cam rings or measurement errors. In addition, a small group 33 of cam rings of the second batch is inserted into the batch, the resonance frequencies of which are significantly higher at approximately 4050 Hz. The second batch also contains a group 34 of defective cam rings, the measured values of which, denoted by small circles, in comparison to the actual one Scatter the batch heavily and lie lower on average.
Mit der vorliegenden Erfindung wird ein wenig auf- wendiges Verfahren zur Qualitätsprüfung von Werkstücken aus praktisch beliebigen festen Materialien geschaffen, bei dem die Auswertung der Meßergebnis- se einfach und zuverlässig ist und das gesamte Verfahren leicht automatisierbar und somit ohne Schwierigkeiten in eine automatische Fertigung der Werkstücke einbeziehbar ist. With the present invention, a less complex method for quality inspection of workpieces made of practically any solid materials is created, in which the evaluation of the measurement results is simple and reliable and the entire method can be automated easily and thus without difficulty in an automatic production of the workpieces can be included.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Qualitätsprüfung eines Werkstücks, bei welchem das Werkstück zu einer Schwingung angeregt, wenigstens ein Parameter der Schwingung ge- messen und das Werkstück für gut befunden wird, wenn der Parameter innerhalb eines vorgegebenen Rahmens liegt.1. Method for quality inspection of a workpiece, in which the workpiece is excited to oscillate, at least one parameter of the oscillation is measured and the workpiece is found to be good if the parameter is within a predetermined range.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die zeitliche Entwicklung der Schwingungsamplitude und/oder die2. The method of claim 1, wherein the temporal development of the vibration amplitude and / or
Frequenz der Schwingung als Parameter dient.Frequency of the vibration serves as a parameter.
3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Schwingung mehrere Spektralkomponenten aufweist und bei dem die Intensitätsverteilung auf unterschiedliche Spektralkomponenten der Schwingung, die zeitliche Entwicklung von Spektralkomponenten und/oder deren Frequenz als Parameter dient.3. The method according to claim 1, in which the oscillation has a plurality of spectral components and in which the intensity distribution over different spectral components of the oscillation, the temporal development of spectral components and / or their frequency serves as parameters.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem jeweils die Abklingzeit der Schwingung und/oder von Spektralkomponenten der Schwingung gemessen und das 994. The method of claim 1, 2 or 3, in which the decay time of the vibration and / or spectral components of the vibration is measured and the 99
Werkstück für gut befunden wird, wenn die Abklingzeit- in einem vorgegebenen Intervall liegt.Workpiece is found to be good if the cooldown is within a predetermined interval.
5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem das Werkstück für schlecht befunden wird, wenn die Abklingzeit in einem zweiten vorgegebenen Intervall liegt.5. The method of claim 4, wherein the workpiece is found to be bad if the decay time is in a second predetermined interval.
6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem das Werkstück einer Prüfung nach einem anderen Verfahren unterzo- gen wird, wenn die Abklingzeit außerhalb der zwei vorgegebenen Intervalle liegt.6. The method according to claim 5, in which the workpiece is subjected to a test according to another method if the decay time lies outside the two predetermined intervals.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Schwingung durch Stoßen des Werk- Stücks mit einem Gegenstand mit festgelegter Geschwindigkeit angeregt wird.7. The method according to any one of the preceding claims, wherein the vibration is excited by striking the workpiece with an object at a predetermined speed.
8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem der Gegenstand ein Pendel (6) ist, das mit einer festgeleg- ten Amplitude ausgelenkt und losgelassen wird.8. The method of claim 7, wherein the object is a pendulum (6) which is deflected with a fixed amplitude and released.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß gemessene Daten anhand der Anregungsenergie der Schwingung normiert werden. 9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that measured data are normalized using the excitation energy of the vibration.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,' bei dem die Schwingung interferometrisch gemessen wird.10. The method according to any one of the preceding claims, 'in which the vibration is measured interferometrically.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem die Schwingung anhand von vom Werkstück durch Luft ausgesendeten Schallwellen gemessen wird.11. The method according to any one of claims 1 to 9, wherein the vibration is measured on the basis of sound waves emitted by the workpiece through air.
12. Anordnung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit jeweils einer Einrichtung zum Anregen (4,5,6) beziehungsweise zum Messen (11-22; 23,19-22) der Schwingung und mit einer schwingfähigen Lagerung für das Werkstück.12. Arrangement for carrying out a method according to one of the preceding claims, each with a device for exciting (4,5,6) or for measuring (11-22; 23,19-22) of the vibration and with an oscillatable bearing for the workpiece .
13. Anordnung nach Anspruch 12, bei der die Lagerung das Werkstück an drei Punkten unterstützt.13. The arrangement according to claim 12, wherein the storage supports the workpiece at three points.
14. Anordnung nach Anspruch 12 oder 13 , bei der die Lagerung Vorsprünge (2) zum Unterstützen des Werkstücks aus einem gummielastischen Material aufweist .14. Arrangement according to claim 12 or 13, wherein the bearing has projections (2) for supporting the workpiece made of a rubber-elastic material.
15. Anordnung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, bei dem eine Einrichtung zum Anregen ein Pendel (6) zum Anstoßen des Werkstücks (1) ist und ein Anschlagelement (10) eine maximale Auslenkung des Pendels (6) festlegt. 15. Arrangement according to one of claims 12 to 14, wherein a device for excitation is a pendulum (6) for abutting the workpiece (1) and a stop element (10) defines a maximum deflection of the pendulum (6).
16. -Anordnung nach Anspruch 15, bei der das Pendel (6) einen sich nach oben über die Pendelachse (5) hinaus erstreckenden Betätigungshebel (7) hat.16. The arrangement as claimed in claim 15, in which the pendulum (6) has an actuating lever (7) which extends upward beyond the pendulum axis (5).
17. Anordnung nach einem der Ansprüche 12 bis 16, die einen Laser (11) zum Beleuchten des Werkstücks17. Arrangement according to one of claims 12 to 16, which has a laser (11) for illuminating the workpiece
(1) und einen Interferometeraufbau (12-15) umfaßt, wobei der Interferometeraufbau direkt vom Laser empfangenes Licht mit von einer Oberfläche des Werkstücks (1) reflektiertem Licht des Lasers (11) überlagert .(1) and an interferometer assembly (12-15), the interferometer assembly superimposing light received directly from the laser with light from the laser (11) reflected from a surface of the workpiece (1).
18. Anordnung nach einem der Ansprüche 12 bis 17, mit einem Mikrofon (23) zum Aufzeichnen von vom18. Arrangement according to one of claims 12 to 17, with a microphone (23) for recording from
Werkstück (1) durch Luft ausgesendetem Schall. Workpiece (1) sound emitted by air.
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