Basis aller Applikationen ist ein digitales Ultraschallprüfgerät mit integriertem Rechner, welches in der modernen Werkstoffprüfung mittlerweile eine Notwendigkeit darstellt, um qualitätssichernd, bedienerfreundlich und kostengünstig Werkstoffprüfungen mit Ultraschall durchzuführen.
Das Ultraschallgerät upi-50 bietet hierbei flexible Einsatzmöglichkeiten durch Nutzung eines integrierten Pentium-Mikroprozessors. So ist dem Ultraschallgerät zum Beispiel die Aufgabe übertragen, Bewegungssteuerungen für Ultraschallprüfköpfe und Bauteile, wie auch die Ultraschalldaten, Auswertung und Darstellung gleichzeitig auszuführen. Im wesentlichen übernimmt der Rechner die Aufgaben der Prüf- und Meßdatenaufnahme, sowie der Online-Darstellung und -Speicherung. Über Netzwerkverbund können jeweils 8-Kanal Ultraschallmodule miteinander verbunden und über einen Masterrechner mit einer Bewegungssteuerung zusammen kontrolliert werden.
Ausgenutzt wird die Vielfältigkeit des upi-50 in den Rohr- und Stabstahlprüfanlagen der Serie AS-280. Die Serie AS-280 ist entwickelt worden zur schnellen und hochempfindlichen Prüfung von großen, dickwandigen Rohren oder Stäben. Mit Hilfe von Servomotor-getriebenen Rollenböcken und einem Inspektionsroboter können Bauteile mit Längen bis zu 13 Metern und Durchmessern von 150 bis 1200 mm in Kontakttechnik mit einem Multiprüfkopfmanipulator geprüft werden. Die Prüfköpfe werden über eine Wasserspalt-Ankopplung kontaktiert. Es können hohe Empfindlichkeiten erreicht werden, sowohl für Oberflächenrisse, wie auch für interne Fehler im Material. Die Oberflächeninspektionsgeschwindigkeit kann bis zu 600 mm/s betragen.
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Bild 1Mehrkanal Ultraschallprüfanlage für volumetrisches Stangen- und Rohrmaterial
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Das in Bild 1 dargestellte System besteht aus mehreren Multiprüfkopfmanipulatoren, die für gleichzeitige senkrechte, sowie axiale und umfangsbezogene Winkelprüfung, als auch einer Wanddickenmessung genutzt werden. Alle Prüfköpfe werden individuell einzeln an die Oberfläche kontaktiert, so daß eine optimale Anpassung an die Kontur gewährleistet ist. Eigens für dickwandige Teile entwickelte Ultraschall-Kontaktprüfköpfe, die in automatischen Anlagen und rauher Umgebung eingesetzt werden können, bieten ein optimales Nutz-/ Störsignalverhältnis.
Eine neue ScanMaster-Servomotorsteuerung basierend auf Windows NT bietet beste Störsignalunterdrückung, präzise Bewegungsabläufe, hohe Wiederanfahrgenauigkeiten für alle Achsen und eine einfache, jedoch effektive Bedienermenüführung. Die Bedienstation kann entweder durch ein Schienensystem mit dem Manipulator parallel mitlaufen, oder aber stationär in einem 19"-Schrank untergebracht werden. Je nach Anwendungsfall werden dem Bediener während der Prüfung die wichtigsten Informationen auf dem Bildschirm angezeigt. Es sind Ultraschallsignale mehrerer Kanäle, bis zu 10 Achsen der Bewegungssteuerung, Online-bildgebende Ergebnisse, als auch Signalfelder für Fehlerstatistik und Überwachungsfunktionen darstellbar. Bei der produktionsbegleitenden Ultraschallprüfung werden übersichtliche Informationen über die Prüfergebnisse bevorzugt. Eine kompakte Information ist zum Beispiel die Linienscandarstellung, bei der die Anzeigen entlang eines Umfanges oder einer Bauteillänge farbig dargestellt werden. Dabei ist entscheidend über die Anlage den aktuellen Status der Achsenpositionierung, Prüfabläufe, sowie auch Ergebnisse schnellstens und mit besten Überblick zu erhalten. Dies gilt insbesondere für Prüfung von Blechen, Eisenbahnrädern, Schienen, Stabstählen, sowie Spiral- und Längsschweißnähten von Rohren.
Über eine Netzwerkschnittstelle können Informationen über den Auftrag, die Bauteile, die Ultraschallprüfparameter, sowie die Ergebnisse ausgetauscht werden.
Bei kleineren Stabstählen und Stangen mit einem Durchmesser von 10 bis 75 mm wird das Tauchtechnikverfahren bevorzugt. Die Prüfung erfolgt hierbei in einem doppelwandigen Wassertank. Die Prüfgeschwindigkeit beträgt bis zu 2000 mm/s, wobei das Prüfsystem Bestandteil der Fertigungsstraße ist. Für den Vorschub der Stange, bzw. des Stabes sorgt eine kundenseitige Förderanlage. Mit Hilfe einer flexiblen END/OR/NOR-Funktionstabelle können die Ultraschallsignale der einzelnen Blenden oder Kanäle für den Online-Fehlernachweis konfiguriert werden. Bis zu 22 Verknüpfungen beliebiger Art mit Verzögerungsgliedern und Haltfunktionen sind durch den Bediener frei einstellbar. Für die Fehlermarkierung auf dem Prüfling werden zwei von einander unabhängige Registrierschwellen genutzt. Es können aber auch über die Digitalausgänge Hupen oder Sortierer angesprochen werden. Für jeden Stangen- bzw. Stabstahldurchmesser kann eine eigene Ultraschall-Parametersetupdatei gespeichert werden. Die gewünschte Setupdatei wird entweder manuell vom Bediener geladen oder automatisch, bei Empfang eines Identifikationscodes vom Zentralrechner oder Strichcode eines Lesegerätes, gewählt. Das System erstellt ein Prüfprotokoll automatisch. Die nachgewiesenen Fehler werden mit Angabe der genauen Position der Fehlerlänge, der Amplitude und Laufzeit in einem Protokoll über einen Drucker ausgegeben. Mit Hilfe eines Berichterstellungsmoduls können auch kundenindividuelle, bzw. anwendungsspezifische Prüfberichte erstellt werden.
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Bild 2Eisenbahn-Radprüfstand, voll automatisiert in die Fertigungsstraße integriert
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Die ScanMaster Serien AS-220P und AS-220R dienen der Eisenbahnräder-, bzw. Eisenbahnradsatzprüfung (siehe Bild 2). Die Radprüfstände der Serie AS-200 sind voll computerisierte Ultraschallprüfsysteme, besitzen eine einfach zu handhabende Bedienerschnittstelle und sind an ein breites Spektrum von Radsatzgrößen und -formen anpaßbar. In Kontakttechnik mit Wasserankopplung, sowie einem Wasserzirkulations- und filtersystem erfolgt eine unterbrechungsfreie Ultraschallprüfung bei einem hohen Durchsatz im voll automatisierten, oder auch halb automatisierten Prüfmodus.
Diese Prüfstände werden sowohl in der Produktion zur Qualitätssicherung, wie auch bei der wiederkehrenden Prüfung aus sicherheitstechnischen Gründen eingesetzt. Dabei erfolgt eine Riß- und Volumenprüfung im Radkranz- und Laufflächenbereich, sowie Rißprüfung bei gummigefederten Rädern in der Grenzfläche Radreifen zum Gummikörper. In Wiederaufarbeitungswerkstätten werden die Räder eines Radsatzes paarweise geprüft, wobei Empfindlichkeitsschwankungen durch Materialunterschiede und Ankopplungsunterschiede von Radsatz zu Radsatz automatisch korrigiert werden.
;) Bild 3Prüfmanipulator Radsatzpüfung für die Anwendung in Wiederaufbesserungswerken
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Die Mehrfachprüfkopfhalter (siehe Bild 3) passen sich automatisch an die Raddurchmesser und Laufflächenformen an. Es erfolgt eine gleichzeitige Prüfung der Laufflächen, Spurkränze und Stahl-/Gummi-Interface Bereiche. Ein gleichmäßiger Kontakt wird dadurch sichergestellt, daß für jeden Prüfkopf ein eigener selbständig federnder und rostfreier Stahlbubbler mit Verschleißsohlen benutzt wird. Das Prüfsystem kann auf 32 Prüfkanäle aufgerüstet werden, wobei 4 Fehlererwartungsbereiche (optional bis zu 32) je Kanal individuell für jede Setup-Datei festgelegt werden können.
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Bild 4Ultraschallprüfung von widerstandsgeschweißten Punktschweißverbindungen in der Produktion |
Ein weiteres großes Anwendungsfeld ist die Ultraschallprüfung von Punktschweißverbindungen, die im wesentlichen in der Automobilindustrie vorkommen, jedoch mehr und mehr auch in anderen Bereichen, wie z.B. der Luftfahrtindustrie, der Küchengeräteindustrie, etc. eingesetzt werden.
Das Widerstandspunktschweißen ist das wichtigste Fügeverfahren in der Großserien-Produktion von Automobilkarosserien. Eine Vielzahl von Einflüssen bestimmt die Fertigungsqualität der Punktschweißungen. Sie unterliegen einem sehr hohen Qualitätsstandard. Aus diesem Grund ist eine systematische Überprüfung der erzeugten Punktschweiß-Verbindungen notwendig. In der Automobilindustrie wird im wesentlichen bisher die konventionelle Meißelprobe für die Überprüfung der Qualität von Punktschweißverbindungen eingesetzt. Durch den Einsatz eines Hammers und eines Meißels wird die Punktschweißung zerstört. Anhand des Bruchbildes wird ihre Qualität überprüft. Dabei dienen der Linsendurchmesser und das Bruchbild der Linse als Qualitätsmerkmal.
Diese Art der Untersuchung hat folgende Nachteile:
- Zerstörendes Prüfverfahren, Zerstörung oder Deformation des Prüflings
- Prüfzeiten relativ hoch
- Erhöhtes Arbeitsrisiko beim Zerstören des Prüflings (Meißelprobe)
In der Produktion wird die Meißelprobe im wesentlichen zum Auffinden von losen oder geklebten Schweißpunkten genutzt. Der zu prüfende Schweißpunkt wird gemeißelt, die dadurch gegebenenfalls aufgebörtelten Bleche werden im Falle eines Gut-Punktes durch Hammerschläge wieder zusammengefügt.
Kleine Schweißpunkte, Poren im Schweißgut, starke Klebungen oder zu dünne Schweißpunkte können dabei jedoch nicht detektiert werden, da die Meißelprobe in der Produktion mit geringerer Kraft als quasi "zerstörungsfreie Prüfung" durchgeführt wird.
Mit Hilfe der zerstörungsfreien Ultraschallprüfung von Punktschweißungen können die oben aufgeführten Nachteile der zerstörenden und "quasi zerstörungsfreien" Prüfung von Punktschweißungen mit Meißel vermieden bzw. reduziert werden.
Durch den Einsatz moderner digitaler Ultraschallprüfgeräte (siehe Bild 4) und spezieller Ultraschallprüfköpfe (Prüfköpfe mit einer Wasservorlaufstrecke, die durch eine anpassungsfähige Membrane abschließt) bietet die Ultraschallprüfung eine Ergänzung und oft eine echte Alternative zur Meißelprobe.
Durch die Nutzung von digitalen Ultraschallprüfgeräten ist eine lückenlose produktionsbegleitende Dokumentation der einzelnen Schweißpunkte durch Speicherung der Signalbilder und des Prüfergebnisses möglich.
Anhand des Ultraschallsignalbildes kann der geschulte Bediener die Qualität einer Punktschweißverbindung beurteilen. Das Prüfergebnis ist bei der Beurteilung der Ultraschall-Bildschirmanzeige mit dem bewaffneten Auge von der subjektiven Beurteilung des Prüfers und seiner Erfahrung sowie seines Ausbildungsstandes abhängig. Eine gute und qualifizierte Schulung des Mitarbeiters ist eine notwendige Voraussetzung für die richtige Ausführung der Arbeiten.
Um dem Ultraschallprüfer in der Produktion ein flexibles und anwenderfreundliches Ultraschallprüfgerät für Punktschweißverbindungen an die Hand zu geben, entwickelte die VOGT Werkstoffprüfsysteme GmbH, Burgwedel, zusammen mit der ScanMaster Systems (IRT) Ltd. ein bedienerfreundliches, speziell auf die effektive Punktschweißprüfung angepaßtes Ultraschallprüfgerät upi-50/sw.
;) Bild 5Windows NT-Bildschirmmaske für den Bediener des Prüfgerätes upi-50, ausgelegt als Punktschweiß-Ultraschallprüfgerät |
Die Bedienerfunktion und die Bildschirmoberfläche des Ultraschallprüfgerätes ist in Zusammenarbeit mit der Automobilindustrie für die Punktschweißsoftware auf maximalen Komfort für den Prüfer optimiert worden (siehe Bild 5).
Das Ultraschallprüfgerät für die Prüfung von Punktschweißungen besteht aus einer robusten, industrieerprobten Geräteausführung mit einfacher bedienerfreundlicher und praxisgerechter Bildschirm-Menüführung.
Der Bediener wird unterstützt durch äußerst wichtige, neuartige Gerätefunktionen wie Musterbildanzeige, parallel zum aktuellen Ultraschallsignal, Fernbedienung durch Meisterschalter mit wichtigen Bedienfunktionen (damit sich der Bediener frei am Prüfobjekt bewegen kann), automatische Bewertung von Anzeigen durch integrierte Mustererkennung, sowie automatische Signal-Haltfunktionen, nahezu unbegrenzte Speicherung von Musterpunkten, Ultraschalldateien, Prüfberichten und Setup-Parametern, Erstellung einer eindeutigen Datenstruktur für PKW-Bauteilgruppe-Bauteil-Schweißpunkt sowie der Prüfplanerstellung, bzw. -vorgabe für die produktionsbegleitende Qualitätssicherung und vieles mehr.
VOGT Werkstoffprüfsysteme GmbH 
Ehlbeek 15
30938 Burgwedel
Tel. 05139/89 52 60
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