檢查工件的方法和設備的製作方法
2023-10-10 01:09:09 6
專利名稱：檢查工件的方法和設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及檢查有至少一個內腔的工件的方法和設備。
這種檢查方法主要用於確定是否在工件內腔存在異物，隨後能將此異物從工件中去除。
背景技術：
已知的用於檢查工件中是否存在異物的方法中，藉助柔性的內窺鏡實施目視檢查，此時內窺鏡必須手工插入工件要檢驗的工件內腔中。這樣一種目視-手工檢查方法不能自動化而且非常費時，所以通常不可能在規定的工業生產時間周期內檢查工件內部的所有空腔，從而必須將這種檢查限於抽樣檢驗的方式。
發明內容
因此本發明的目的是創造一種用於檢查有至少一個內腔的工件的方法，它能簡單而快速地實施。
按本發明此目的通過一種用於檢查有至少一個內腔的工件的方法達到，此方法包括下列工藝步驟—在工件的內腔中造成一氣流；—檢測通過氣流產生的噪聲；—將由噪聲導出的測量值與一額定值比較。
因此按本發明的方案的基本思想是，實施工件的一種聲學檢查，其中，氣流以這樣的方式通過工件要檢查的空腔和輪廓流動，即，對每個工件和每個入流的部位產生一種特殊的噪聲模式。
如此產生的噪聲模式在氣體的供給一致和構件一致(尤其在其內部不含異物的合乎規定的構件)的情況下，基本上是相同的。
與額定的噪聲模式的差異信號比，信號表明在工件的相應氣流入流區域內存在著與在一個合乎規定的工件內的狀況的差異。
噪聲模式有差異的工件作為不合規定的工件被剔出並為了修理而置於修理區內。
在此修理區中，例如藉助已知的目視-手工方法除去包含在工件內的異物。
異物的定位可藉助目視-手工法或如已說明和後面還要敘述的那樣通過按本發明的聲學法進行。
按本發明的檢查方法可全自動化地實施。除此以外，將要檢查的工件置入在其中實施本方法的檢查設備中以及將工件取出和將認為不合規定的工件從繼續加工路徑中可能實施的剔出，這些也都可以自動化。
按本發明的方法特別適用於在工件切削加工和隨後的清洗後確定工件內是否存在殘餘切屑。
通過其流動產生特殊噪聲的氣流可以通過一個進口進入工件內腔中，以及在一個與進口不同的出口處從工件重新排出。
但也可以規定，進口與出口互相一致。以此方式按本發明的方法也可用於檢查盲孔或工件內的其他只有一個進口的內腔。
為了造成氣流，原則上可考慮用任何氣體或氣體混合物。
但是若所造成的氣流是空氣流，則此方法可以最簡單地實施。
在方法的一種優選的設計中規定，為了造成氣流，向內腔輸入相對於環境壓力的過壓至少為50mbar，優選至少100mbar的氣體。
氣流有利地藉助鼓風機，尤其藉助帶側通道的壓縮機產生。
與之不同或作為補充也可以規定，氣體從壓縮氣體貯氣罐，例如壓縮空氣瓶，或從廠房側旁(bauseitigen)的壓縮空氣供應系統供入工件內腔。
按本發明的一項優選的設計規定，為了造成氣流，將氣體通過一輸入管供給內腔的進口。
輸入管可尤其設一朝進口方向擴張的出口。
為了做到氣體從輸入管到工件內腔的過渡過程中出現儘可能小的損失，有利地規定輸入管設一管嘴，它包含一種彈性材料。由此保證管嘴與工件圍繞進口的外表面相配以及在工件上基本上氣密地圍繞著進口。
由氣流產生的噪聲藉助一聲傳感器，優選地藉助一話筒或固體聲傳感器檢測。
在本說明書和所附的權利要求中，測量值不僅理解為一種標量，而且指的是一種一維或多維的測量值場或一種一維或多維的連續函數。
尤其可以規定，確定噪聲的頻譜作為測量值。
此頻譜可以處於能聽到的和/或不能聽到的頻率範圍內(次聲或超聲)。
業已證明特別有利的是，確定在0與大約22000赫茲之間的頻率範圍內的頻譜。
在本說明書和所附的權利要求中，額定值也不僅理解為一種標量，而且指的是一種一維或多維的額定值場或一種一維或多維的連續函數。
尤其可以規定，確定一個頻譜作為額定值。
為了減小統計的幹擾噪聲(statistischen Rauschen)的影響，優選地規定，通過測量多個合乎規定的工件並取平均值確定額定值。
與之不同或作為補充也可以規定，額定值並非通過在工件上實施測量實驗確定(「geteacht」)，而是通過理論計算。
在按本發明的方法的一項優選的設計中規定，確定額定頻譜作為額定值以及確定測量頻譜作為測量值。
尤其可以規定，當測量頻譜與額定頻譜之間的差異在至少一個頻率大於給定的公差值時，工件作為不合規定的工件剔出。
為了減小統計的幹擾噪聲的影響，可與之不同或作為補充規定，當測量頻譜與額定頻譜之間的差異超過一個給定的頻率範圍大於給定的公差值時，工件作為不合規定的工件剔出。
此外還可以規定，當測量頻譜與額定頻譜之間的平均差異超過一個給定的頻率範圍大於給定的公差值時，工件作為不合規定的工件剔出。
為了做到氣流在工件內腔流過工件中特別關心的區域，而其他區域不流過或少量流過，可以規定，工件的至少一個出口在檢測通過氣流產生的噪聲期間被覆蓋。以此方式阻止氣體通過工件涉及的出口流出，所以由氣流造成的噪聲基本上是通過工件的那些匯入另一些出口之一的空腔產生的。
尤其可以規定，出口藉助一可相對於工件運動的蓋覆蓋。
蓋可以尤其氣動和/或液壓地相對於工件運動，從而使按本發明的方法可以自動化。
為了能更好地定位與要檢查的工件的標準狀態可能存在的偏差，在按本發明的方法的一項優選的設計中規定，通過氣流造成的噪聲不僅在出口加蓋時而且在出口不加蓋時檢測(在第一種情況下可以規定，氣體通過工件的另一個出口流出)。通過改變出口的流通性，改變在工件內腔造成的氣流的構型，其結果是，在每種不同的構型的情況下，總是工件內腔的另一些區域對於通過氣流產生的噪聲模式有特別大的貢獻。因此通過改變氣流的構型可以相繼檢驗工件內腔不同區域的不規則性，尤其是異物，並因而可以為可能存在的異物定位。
尤其可以規定，存在多個可覆蓋的出口；以及，實施多個噪聲檢測步驟，其中對每個噪聲檢測步驟釋放其它低於可覆蓋的出口數量之出口。
若在這種情況下在其中一個噪聲檢測步驟中確定測量值與相關額定值有顯著差異，則可以根據在此所涉及的噪聲檢測步驟存在的出口的構型，確定其中存在與標準狀態有差異的，尤其存在異物的區域。
在這裡，此涉及哪一個區域的信息可傳輸給一控制器、儲存在一數據載體中、在一顯示儀上顯示和/或在工件本身上通過對涉及的區域作相應的標記加以明示。
在修理此不合規定的工件時，此信息便可用於目標準確地只檢查和/或清理工件的這一不合規定的分區。
若對每個噪聲檢測步驟就釋放其中一個可覆蓋的出口，則可以特別準確地定位一個已被確定的不規則性。在這種情況下所產生的噪聲決定性地取決於工件內腔與所釋放的出口相鄰的區域。
此外可以規定，在同一個工件上先後實施多個噪聲檢測步驟，以便能檢查工件中彼此分開的內腔。
在這種情況下優選地將用於造成氣流的氣體先後通過不同的進口供給工件。
本發明的另一個目的是創造一種檢查具有至少一個內腔的工件的設備，它允許簡單和快速地檢查工件。
按本發明通過一種用於檢查有至少一個內腔的工件的設備達到，它包括一個氣流發生裝置用於在工件內腔造成一氣流；一個噪聲檢測裝置用於檢測通過氣流造成的噪聲；以及一個處理裝置，它根據噪聲導出測量值並將導出的測量值與額定值比較。
按本發明的設備尤其可包括一控制器、它控制檢查設備的不同組成部分，並因而能夠藉助檢查設備實施檢查方法的自動化。
按本發明的設備特別的設計是從屬權利要求24至31的內容，它們的優點已在上面結合按本發明的方法的特殊設計作了說明。
由下面對實施例的說明及其附圖給出本發明的其他特徵和優點。附圖中圖1檢查設備和一個合乎規定的工件的示意圖；圖2通過測量多個合乎規定的工件平均後的頻譜圖線；圖3圖1的檢查設備和一個不合規定的工件的示意圖；圖4在一個不合規定的工件上獲得的頻譜圖線；圖5在一個合乎規定的工件處獲得的頻譜圖線以及在一個不合規定的工件處獲得的頻譜圖線；圖6可檢查工件多個通道的檢查設備處於檢查工件第一個通道的第一個檢測步驟；圖7與圖6對應的視圖，表示處於檢查第二個通道的第二個檢測步驟；圖8與圖6對應的視圖，表示處於檢查第三個通道的第三個檢測步驟；圖9與圖6對應的視圖，表示處於檢查第四個通道的第四個檢測步驟。
具體實施例方式
相同的或功能等效的部分在所有的圖中用同一個符號表示。
在圖1和3中所示的其整體用100表示的檢查設備包括一個通過信號線104與話筒106連接的控制器102以及一臺通過輸入管110與管嘴112連接的鼓風機108。
一個要藉助此檢查設備100檢查的有一個設計成通道116並有進口120和出口122的內腔118的工件114，，可藉助適用的(圖中未表示)傳送和/或操縱設備置於圖1所示的檢查位置，在這裡檢查設備100的話筒106設在工件114有出口122的那一側並優選地對準出口122。
在輸入管110末端的管嘴112可藉助適用的(圖中未表示)優選地受控制器102控制的操縱設備相對於工件114運動，使此管嘴112密封地貼靠在工件114有進口120的那一側上，並與此同時覆蓋進口120，使內腔118經由管嘴112的內腔與輸入管110連接。
為此目的輸入管110優選設計為柔性的。
此外，管嘴112優選地包含一種彈性材料，例如橡膠。
管嘴112可流通的橫截面大於輸入管110可流通的橫截面。
當管嘴112移靠到工件114上後，藉助例如可設計為帶側通道的壓縮機的鼓風機108，產生一個通過輸入管110和工件114與之連接的通道116的空氣流。
輸入工件114內腔118的空氣例如有相對於大氣壓力約200mbar的過壓。
空氣流的流量例如為800m3/h。
在輸入管110中的流速例如為230m/s。
如此造成的通過通道116的氣流產生一種發出哨音的噪聲，如圖1中用一些線條124表示的那樣，噪聲從出口122出發呈球面波狀擴散併到達話筒106。
在話筒106內進入的聲波轉換成電振蕩並通過信號線104傳輸給控制器102，在那裡藉助一A/D轉換器轉換成數位化的數據參數。
如此造成的與時間有關的信號，在例如可設計為可編程微型電子計算機的控制器102內，通過傅立葉變換，優選地通過快速傅立葉變換(FFT)，變換成圖2所示類型的頻譜。
由圖2可見，優選地檢測在0至22000赫茲的範圍內的頻率，亦即主要檢測在人耳能聽到的範圍內的頻率。
圖2所示的曲線圖涉及一種雙對數曲線圖，其中表示了用dB表示的相對聲強隨用赫茲表示的頻率的變化關係。
若要檢查的工件114是合乎規定的，亦即通道116內沒有任何異物，則通過測量以及接著的傅立葉變換獲得的頻譜，除統計的幹擾噪聲外，與圖2中表示的額定頻譜126一致。
此額定頻譜126是這樣得到的，即藉助此檢查設備100對多個合乎規定的工件114分別確定多個頻譜並對所有以此方式獲得的頻譜取平均值，以便減小統計的幹擾噪聲。
例如圖2所示的額定頻譜126這樣確定通過對六個不同的合乎規定的工件各確定10個頻譜，接著將所獲得的60個頻譜求平均值。
在要檢查的工件114上確定的測量頻譜與此額定頻譜126比較。
若要檢查的工件114如圖1所示是一個合乎規定的工件，則在測量頻譜與額定頻譜126之間的平均差異沿全部檢測的頻率範圍基本上等於零。
在這種情況下，此經檢查的工件114為了繼續加工被控制器102作為合乎規定的工件釋放並從檢查設備100移出以及供給繼續加工裝置。
但是，若被檢查的工件114是一個例如由於在通道116內存在異物128，例如切屑，因而是不合規定的工件(如圖3所示)，則在此工件114上確定的測量頻譜130顯示出至少在檢測的頻率範圍的一個分區內與額定頻譜126有顯著的差別。
圖5中將一個不合規定的工件的測量頻譜130與一個合乎規定的工件的額定頻率126相互進行對比，由圖5可見，在0至約16000赫茲範圍內兩個頻譜基本上彼此一致，但在約16000赫茲至約21000赫茲的範圍內不合規定的工件的測量頻譜130明顯地處於額定頻譜126的上方。
若要檢查的工件114的測量頻譜130與額定頻譜126的差異在一個有1000赫茲區域的頻率範圍內超過給定的閾值，例如3db，則此所涉及的工件114作為不合規定的工件剔除。
在這種情況下此經檢查的工件114從檢查設備100移出，但不供給繼續加工裝置，確切地說是挑出並置入修理區，在那裡實施人工補查以及必要時從工件114的內腔118中去除異物128。
在圖6至9中表示的檢查設備100第二種實施形式與上面已說明的第一種實施形式的差別在於，它可以先後檢查一個要檢查的工件114中的多個通道是否存在著異物，並由此為在工件114內存在的異物128定位。
檢查設備100的第二種實施形式與第一種實施形式一樣，同樣包括一個通過信號線104與話筒106連接的控制器102以及一個通過輸入管110與管嘴112連接的鼓風機108。
此外，檢查設備100還包括多個，例如四個，通過控制線132與控制器102連接的氣動缸134a至134d，活塞(圖中未表示)在缸內移動，它們分別通過活塞杆136與一個蓋板138a至138d連接。
藉助於分別配設的氣動缸134a至134d，每一個活塞可在第一個終端位置與第二個終端位置之間移動，在第一個終端位置，各配屬的蓋板138a至138d氣密地覆蓋工件114的出口122a至122d，而在第二個終端位置各配屬的蓋板138a至138d釋放所屬的出口122a至122d。
要檢查的工件在這種情況下有一主通道140，在圖6至9所示的工件114的檢查位置下，主通道140通過進口120及管嘴112與輸入管110連接，以及有多個從主通道140分出並分別匯入出口122a至122d之一的副通道142a至142d。
為了對要檢查的工件114實施檢查過程，首先通過控制器102恰當的控制指令，將在全部氣動缸134a至134d內的活塞置於其第一個終端位置，此時所屬的蓋板138a至138d密封地覆蓋各相關的出口122a至122d，所以沒有空氣能從涉及的出口逸出。
接通鼓風機108，使之向要檢查的工件114供入過壓約200mbar的空氣。
接著，在第一個噪聲檢測步驟中氣動缸134a受控制器102操縱，將氣動缸134a內的活塞移動到其第二終端位置，此時配設的蓋板138a釋放副通道142a的出口122a。由此，通過輸入管110供給的空氣可通過主通道140和副通道142a流動，並經出口122a排出。
通過此流動產生發出哨音的噪聲，它從出口122a起呈球面波狀擴散，並藉助話筒106按已在上面說明的方式檢測。
如此檢測到的屬於副通道142a的噪聲在控制器102內數位化和進行傅立葉變換，以便獲得一個配屬於副通道142a的測量頻譜，這一頻譜與一個配屬於副通道142a的額定頻譜作比較。
在圖6所示的情況下，副通道142a中沒有異物，所以在第一個噪聲檢測步驟中獲得的測量頻譜與針對副通道142a的額定頻譜基本一致。
在檢測了通過流經副通道142a的氣流造成的噪聲後，通過操縱氣動缸134a將蓋板138a重新移向要檢查的工件114，以便關閉副通道142a的出口122a。
接著實施第二個噪聲檢測步驟，這一步驟相應於第一個噪聲檢測步驟，不同之處是現在取代第一蓋板138a通過操縱氣動缸134b將第二蓋板138b從副通道142b的出口122b移開。
由此形成通過主通道140和副通道142b的氣流，由於此氣流產生一種發出哨音的噪聲，它從出口122b出發朝話筒106方向擴散，以及按上面已說明的方式檢測和進一步處理。
因為在這裡所討論的作為舉例的情況下，在副通道142b內存在一異物128，例如切屑，所以屬於副通道142b的測量頻譜與配屬於此副通道的額定頻譜有明顯的差異。
第二個噪聲檢測步驟藉助於氣動缸134b的操縱，通過移近蓋板138b關閉出口122b結束。
接著，類似於針對第一和第二個噪聲檢測步驟說明的方式，相繼實施第三個噪聲檢測步驟和第四個噪聲檢測步驟，在第三個噪聲檢測步驟中，出口122c被打開以及確定屬於副通道142c的測量頻譜，而在第四個噪聲檢測步驟中打開出口122d並確定屬於副通道142d的測量頻譜。
因為比較第二副通道142b的測量頻譜與屬於同一個副通道的額定頻譜後得出明顯的差異，所以此要檢查的工件114作為不合規定的工件被剔出並從檢查設備100輸往修理區。
控制器102向顯示器(圖中未表示)傳遞信息，指出此第二副通道142b是不合規定的。因此手工修理，尤其尋找此異物和將其去除，可限於在工件114的這一副通道處進行。
若異物處於工件114的主通道140中，例如在連接第二副通道142b及第三副通道142c分叉點的區段內，則有多個副通道例如第一副通道142a和第二副通道142b的測量頻譜與各自所屬的額定頻譜發生差異。在這種情況下控制器102向顯示器傳遞信息，指出多個副通道，例如副通道142a和142b是不合規定的。
修理人員可根據這一信息推斷，或不僅在副通道142a而且在副通道142b內存在異物，或至少有一個異物存在於沿流動方向處於兩個副通道142a、142b之前的主通道140區段內。
除此之外，檢查設備100的第二種實施形式在結構及功能方面與第一種實施形式一致，在這方面可參見其前面的說明。
權利要求
1.檢查有至少一個內腔(118)的工件(114)的方法，包括下列工藝步驟—在工件(114)的內腔(118)中造成一氣流；—檢測通過氣流產生的噪聲；—將由噪聲導出的測量值與—額定值比較。
2.按照權利要求1所述的方法，其特徵為造成的氣流是空氣流。
3.按照權利要求1或2所述的方法，其特徵為向內腔(118)輸入過壓至少為50mbar優選至少100mbar的氣體。
4.按照權利要求1至3之一所述的方法，其特徵為氣流藉助鼓風機(108)產生。
5.按照權利要求1至4之一所述的方法，其特徵為氣體通過輸入管(110)供給內腔的進口(120)。
6.按照權利要求5所述的方法，其特徵為輸入管(110)設有一朝進口(120)方向擴張的出口。
7.按照權利要求5或6所述的方法，其特徵為輸入管(110)設有一管嘴(112)，它包含一種彈性材料。
8.按照權利要求1至7之一所述的方法，其特徵為噪聲藉助一話筒(106)或固體聲傳感器檢測。
9.按照權利要求1至8之一所述的方法，其特徵為確定噪聲的頻譜作為測量值。
10.按照權利要求9所述的方法，其特徵為確定在0與大約22000赫茲之間的頻率範圍內的頻譜。
11.按照權利要求1至10之一所述的方法，其特徵為確定一頻譜作為額定值。
12.按照權利要求1至11之一所述的方法，其特徵為通過測量多個合乎規定的工件並取平均值確定額定值。
13.按照權利要求1至12之一所述的方法，其特徵為確定額定頻譜作為額定值以及確定測量頻譜作為測量值。
14.按照權利要求13所述的方法，其特徵為當測量頻譜與額定頻譜之間的差異在至少一個頻率大於給定的公差值時，工件(114)作為不合規定的工件剔出。
15.按照權利要求13或14所述的方法，其特徵為當測量頻譜與額定頻譜之間的差異超過一個給定的頻率範圍大於給定的公差值時，工件(114)作為不合規定的工件剔出。
16.按照權利要求1至15之一所述的方法，其特徵為工件(114)的至少一個出口(122a至122d)在檢測通過氣流造成的噪聲期間被覆蓋。
17.按照權利要求16所述的方法，其特徵為出口(122a至122d)藉助一個可相對於工件(114)運動的蓋(138a至138d)覆蓋。
18.按照權利要求17所述的方法，其特徵為蓋(138a至138d)氣動和/或液壓地相對於工件(114)運動。
19.按照權利要求16至18之一所述的方法，其特徵為通過氣流造成的噪聲不僅在出口(122a至122d)被覆蓋時而且在出口(122a至122d)未覆蓋時檢測。
20.按照權利要求19所述的方法，其特徵為存在多個可覆蓋的出口(122a至122d)；以及，實施多個噪聲檢測步驟，其中對每個噪聲檢測步驟釋放其餘低於可覆蓋的出口(122a至122d)數量之出口。
21.按照權利要求20所述的方法，其特徵為對每個噪聲檢測步驟就釋放其中一個可覆蓋的出口(122a至122d)。
22.按照權利要求1至21之一所述的方法，其特徵為在同一個工件(114)上先後實施多個噪聲檢測步驟。
23.檢查有至少一個內腔(118)的工件(114)的設備，包括—一個氣流發生裝置用於在工件(114)內腔(118)中造成一氣流；—一個噪聲檢測裝置用於檢測通過氣流造成的噪聲；以及—一個處理裝置，它根據噪聲導出測量值並將導出的測量值與額定值比較。
24.按照權利要求23所述的設備，其特徵為氣流發生裝置包括一鼓風機(108)。
25.按照權利要求23或24所述的設備，其特徵為氣流發生裝置包括一輸入管(110)，用於將氣體供給工件(114)內腔(118)的進口(120)。
26.按照權利要求25所述的設備，其特徵為輸入管(110)設有一朝進口(120)方向擴張的出口。
27.按照權利要求25或26所述的設備，其特徵為輸入管(110)設有一管嘴(112)，它包含一種彈性材料。
28.按照權利要求23至27之一所述的設備，其特徵為噪聲檢測裝置包括一話筒(106)或固體聲傳感器。
29.按照權利要求23至28之一所述的設備，其特徵為設備(100)包括至少一個蓋(138a至138d)用於覆蓋工件(114)的至少一個出口(122a至122d)。
30.按照權利要求29所述的設備，其特徵為蓋(138a至138d)可相對於工件(114)運動。
31.按照權利要求30所述的設備，其特徵為設備(100)包括一氣動和/或液壓的運動裝置用於使蓋(138a至138d)相對於工件(114)運動。
全文摘要
本發明的目的是提供一種檢查有至少一個內腔的工件的方法，此方法可簡單而快速地實施。按本發明建議此方法包括下列工藝步驟在工件的內腔中造成一氣流；檢測通過氣流產生的噪聲；將由噪聲導出的測量值與一額定值比較。
文檔編號G01N29/48GK1520514SQ02803313
公開日2004年8月11日 申請日期2002年10月17日 優先權日2001年10月25日
發明者託馬斯·迪沃斯, 卡爾－海因茨·維勒, Ｒ虼摹の , 託馬斯 迪沃斯 申請人:杜爾埃庫克林有限公司