专利名称：检查工件的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及检查有至少一个内腔的工件的方法和设备。
这种检查方法主要用于确定是否在工件内腔存在异物，随后能将此异物从工件中去除。
背景技术：
已知的用于检查工件中是否存在异物的方法中，借助柔性的内窥镜实施目视检查，此时内窥镜必须手工插入工件要检验的工件内腔中。这样一种目视-手工检查方法不能自动化而且非常费时，所以通常不可能在规定的工业生产时间周期内检查工件内部的所有空腔，从而必须将这种检查限于抽样检验的方式。
发明内容
因此本发明的目的是创造一种用于检查有至少一个内腔的工件的方法，它能简单而快速地实施。
按本发明此目的通过一种用于检查有至少一个内腔的工件的方法达到，此方法包括下列工艺步骤—在工件的内腔中造成一气流；—检测通过气流产生的噪声；—将由噪声导出的测量值与一额定值比较。
因此按本发明的方案的基本思想是，实施工件的一种声学检查，其中，气流以这样的方式通过工件要检查的空腔和轮廓流动，即，对每个工件和每个入流的部位产生一种特殊的噪声模式。
如此产生的噪声模式在气体的供给一致和构件一致(尤其在其内部不含异物的合乎规定的构件)的情况下，基本上是相同的。
与额定的噪声模式的差异信号比，信号表明在工件的相应气流入流区域内存在着与在一个合乎规定的工件内的状况的差异。
噪声模式有差异的工件作为不合规定的工件被剔出并为了修理而置于修理区内。
在此修理区中，例如借助已知的目视-手工方法除去包含在工件内的异物。
异物的定位可借助目视-手工法或如已说明和后面还要叙述的那样通过按本发明的声学法进行。
按本发明的检查方法可全自动化地实施。除此以外，将要检查的工件置入在其中实施本方法的检查设备中以及将工件取出和将认为不合规定的工件从继续加工路径中可能实施的剔出，这些也都可以自动化。
按本发明的方法特别适用于在工件切削加工和随后的清洗后确定工件内是否存在残余切屑。
通过其流动产生特殊噪声的气流可以通过一个进口进入工件内腔中，以及在一个与进口不同的出口处从工件重新排出。
但也可以规定，进口与出口互相一致。以此方式按本发明的方法也可用于检查盲孔或工件内的其他只有一个进口的内腔。
为了造成气流，原则上可考虑用任何气体或气体混合物。
但是若所造成的气流是空气流，则此方法可以最简单地实施。
在方法的一种优选的设计中规定，为了造成气流，向内腔输入相对于环境压力的过压至少为50mbar，优选至少100mbar的气体。
气流有利地借助鼓风机，尤其借助带侧通道的压缩机产生。
与之不同或作为补充也可以规定，气体从压缩气体贮气罐，例如压缩空气瓶，或从厂房侧旁(bauseitigen)的压缩空气供应系统供入工件内腔。
按本发明的一项优选的设计规定，为了造成气流，将气体通过一输入管供给内腔的进口。
输入管可尤其设一朝进口方向扩张的出口。
为了做到气体从输入管到工件内腔的过渡过程中出现尽可能小的损失，有利地规定输入管设一管嘴，它包含一种弹性材料。由此保证管嘴与工件围绕进口的外表面相配以及在工件上基本上气密地围绕着进口。
由气流产生的噪声借助一声传感器，优选地借助一话筒或固体声传感器检测。
在本说明书和所附的权利要求中，测量值不仅理解为一种标量，而且指的是一种一维或多维的测量值场或一种一维或多维的连续函数。
尤其可以规定，确定噪声的频谱作为测量值。
此频谱可以处于能听到的和/或不能听到的频率范围内(次声或超声)。
业已证明特别有利的是，确定在0与大约22000赫兹之间的频率范围内的频谱。
在本说明书和所附的权利要求中，额定值也不仅理解为一种标量，而且指的是一种一维或多维的额定值场或一种一维或多维的连续函数。
尤其可以规定，确定一个频谱作为额定值。
为了减小统计的干扰噪声(statistischen Rauschen)的影响，优选地规定，通过测量多个合乎规定的工件并取平均值确定额定值。
与之不同或作为补充也可以规定，额定值并非通过在工件上实施测量实验确定(“geteacht”)，而是通过理论计算。
在按本发明的方法的一项优选的设计中规定，确定额定频谱作为额定值以及确定测量频谱作为测量值。
尤其可以规定，当测量频谱与额定频谱之间的差异在至少一个频率大于给定的公差值时，工件作为不合规定的工件剔出。
为了减小统计的干扰噪声的影响，可与之不同或作为补充规定，当测量频谱与额定频谱之间的差异超过一个给定的频率范围大于给定的公差值时，工件作为不合规定的工件剔出。
此外还可以规定，当测量频谱与额定频谱之间的平均差异超过一个给定的频率范围大于给定的公差值时，工件作为不合规定的工件剔出。
为了做到气流在工件内腔流过工件中特别关心的区域，而其他区域不流过或少量流过，可以规定，工件的至少一个出口在检测通过气流产生的噪声期间被覆盖。以此方式阻止气体通过工件涉及的出口流出，所以由气流造成的噪声基本上是通过工件的那些汇入另一些出口之一的空腔产生的。
尤其可以规定，出口借助一可相对于工件运动的盖覆盖。
盖可以尤其气动和/或液压地相对于工件运动，从而使按本发明的方法可以自动化。
为了能更好地定位与要检查的工件的标准状态可能存在的偏差，在按本发明的方法的一项优选的设计中规定，通过气流造成的噪声不仅在出口加盖时而且在出口不加盖时检测(在第一种情况下可以规定，气体通过工件的另一个出口流出)。通过改变出口的流通性，改变在工件内腔造成的气流的构型，其结果是，在每种不同的构型的情况下，总是工件内腔的另一些区域对于通过气流产生的噪声模式有特别大的贡献。因此通过改变气流的构型可以相继检验工件内腔不同区域的不规则性，尤其是异物，并因而可以为可能存在的异物定位。
尤其可以规定，存在多个可覆盖的出口；以及，实施多个噪声检测步骤，其中对每个噪声检测步骤释放其它低于可覆盖的出口数量之出口。
若在这种情况下在其中一个噪声检测步骤中确定测量值与相关额定值有显著差异，则可以根据在此所涉及的噪声检测步骤存在的出口的构型，确定其中存在与标准状态有差异的，尤其存在异物的区域。
在这里，此涉及哪一个区域的信息可传输给一控制器、储存在一数据载体中、在一显示仪上显示和/或在工件本身上通过对涉及的区域作相应的标记加以明示。
在修理此不合规定的工件时，此信息便可用于目标准确地只检查和/或清理工件的这一不合规定的分区。
若对每个噪声检测步骤就释放其中一个可覆盖的出口，则可以特别准确地定位一个已被确定的不规则性。在这种情况下所产生的噪声决定性地取决于工件内腔与所释放的出口相邻的区域。
此外可以规定，在同一个工件上先后实施多个噪声检测步骤，以便能检查工件中彼此分开的内腔。
在这种情况下优选地将用于造成气流的气体先后通过不同的进口供给工件。
本发明的另一个目的是创造一种检查具有至少一个内腔的工件的设备，它允许简单和快速地检查工件。
按本发明通过一种用于检查有至少一个内腔的工件的设备达到，它包括一个气流发生装置用于在工件内腔造成一气流；一个噪声检测装置用于检测通过气流造成的噪声；以及一个处理装置，它根据噪声导出测量值并将导出的测量值与额定值比较。
按本发明的设备尤其可包括一控制器、它控制检查设备的不同组成部分，并因而能够借助检查设备实施检查方法的自动化。
按本发明的设备特别的设计是从属权利要求24至31的内容，它们的优点已在上面结合按本发明的方法的特殊设计作了说明。
由下面对实施例的说明及其附图给出本发明的其他特征和优点。附图中图1检查设备和一个合乎规定的工件的示意图；图2通过测量多个合乎规定的工件平均后的频谱图线；图3图1的检查设备和一个不合规定的工件的示意图；图4在一个不合规定的工件上获得的频谱图线；图5在一个合乎规定的工件处获得的频谱图线以及在一个不合规定的工件处获得的频谱图线；图6可检查工件多个通道的检查设备处于检查工件第一个通道的第一个检测步骤；图7与图6对应的视图，表示处于检查第二个通道的第二个检测步骤；图8与图6对应的视图，表示处于检查第三个通道的第三个检测步骤；图9与图6对应的视图，表示处于检查第四个通道的第四个检测步骤。
具体实施例方式
相同的或功能等效的部分在所有的图中用同一个符号表示。
在图1和3中所示的其整体用100表示的检查设备包括一个通过信号线104与话筒106连接的控制器102以及一台通过输入管110与管嘴112连接的鼓风机108。
一个要借助此检查设备100检查的有一个设计成通道116并有进口120和出口122的内腔118的工件114，，可借助适用的(图中未表示)传送和/或操纵设备置于图1所示的检查位置，在这里检查设备100的话筒106设在工件114有出口122的那一侧并优选地对准出口122。
在输入管110末端的管嘴112可借助适用的(图中未表示)优选地受控制器102控制的操纵设备相对于工件114运动，使此管嘴112密封地贴靠在工件114有进口120的那一侧上，并与此同时覆盖进口120，使内腔118经由管嘴112的内腔与输入管110连接。
为此目的输入管110优选设计为柔性的。
此外，管嘴112优选地包含一种弹性材料，例如橡胶。
管嘴112可流通的横截面大于输入管110可流通的横截面。
当管嘴112移靠到工件114上后，借助例如可设计为带侧通道的压缩机的鼓风机108，产生一个通过输入管110和工件114与之连接的通道116的空气流。
输入工件114内腔118的空气例如有相对于大气压力约200mbar的过压。
空气流的流量例如为800m3/h。
在输入管110中的流速例如为230m/s。
如此造成的通过通道116的气流产生一种发出哨音的噪声，如图1中用一些线条124表示的那样，噪声从出口122出发呈球面波状扩散并到达话筒106。
在话筒106内进入的声波转换成电振荡并通过信号线104传输给控制器102，在那里借助一A/D转换器转换成数字化的数据参数。
如此造成的与时间有关的信号，在例如可设计为可编程微型电子计算机的控制器102内，通过傅里叶变换，优选地通过快速傅里叶变换(FFT)，变换成图2所示类型的频谱。
由图2可见，优选地检测在0至22000赫兹的范围内的频率，亦即主要检测在人耳能听到的范围内的频率。
图2所示的曲线图涉及一种双对数曲线图，其中表示了用dB表示的相对声强随用赫兹表示的频率的变化关系。
若要检查的工件114是合乎规定的，亦即通道116内没有任何异物，则通过测量以及接着的傅里叶变换获得的频谱，除统计的干扰噪声外，与图2中表示的额定频谱126一致。
此额定频谱126是这样得到的，即借助此检查设备100对多个合乎规定的工件114分别确定多个频谱并对所有以此方式获得的频谱取平均值，以便减小统计的干扰噪声。
例如图2所示的额定频谱126这样确定通过对六个不同的合乎规定的工件各确定10个频谱，接着将所获得的60个频谱求平均值。
在要检查的工件114上确定的测量频谱与此额定频谱126比较。
若要检查的工件114如图1所示是一个合乎规定的工件，则在测量频谱与额定频谱126之间的平均差异沿全部检测的频率范围基本上等于零。
在这种情况下，此经检查的工件114为了继续加工被控制器102作为合乎规定的工件释放并从检查设备100移出以及供给继续加工装置。
但是，若被检查的工件114是一个例如由于在通道116内存在异物128，例如切屑，因而是不合规定的工件(如图3所示)，则在此工件114上确定的测量频谱130显示出至少在检测的频率范围的一个分区内与额定频谱126有显著的差别。
图5中将一个不合规定的工件的测量频谱130与一个合乎规定的工件的额定频率126相互进行对比，由图5可见，在0至约16000赫兹范围内两个频谱基本上彼此一致，但在约16000赫兹至约21000赫兹的范围内不合规定的工件的测量频谱130明显地处于额定频谱126的上方。
若要检查的工件114的测量频谱130与额定频谱126的差异在一个有1000赫兹区域的频率范围内超过给定的阈值，例如3db，则此所涉及的工件114作为不合规定的工件剔除。
在这种情况下此经检查的工件114从检查设备100移出，但不供给继续加工装置，确切地说是挑出并置入修理区，在那里实施人工补查以及必要时从工件114的内腔118中去除异物128。
在图6至9中表示的检查设备100第二种实施形式与上面已说明的第一种实施形式的差别在于，它可以先后检查一个要检查的工件114中的多个通道是否存在着异物，并由此为在工件114内存在的异物128定位。
检查设备100的第二种实施形式与第一种实施形式一样，同样包括一个通过信号线104与话筒106连接的控制器102以及一个通过输入管110与管嘴112连接的鼓风机108。
此外，检查设备100还包括多个，例如四个，通过控制线132与控制器102连接的气动缸134a至134d，活塞(图中未表示)在缸内移动，它们分别通过活塞杆136与一个盖板138a至138d连接。
借助于分别配设的气动缸134a至134d，每一个活塞可在第一个终端位置与第二个终端位置之间移动，在第一个终端位置，各配属的盖板138a至138d气密地覆盖工件114的出口122a至122d，而在第二个终端位置各配属的盖板138a至138d释放所属的出口122a至122d。
要检查的工件在这种情况下有一主通道140，在图6至9所示的工件114的检查位置下，主通道140通过进口120及管嘴112与输入管110连接，以及有多个从主通道140分出并分别汇入出口122a至122d之一的副通道142a至142d。
为了对要检查的工件114实施检查过程，首先通过控制器102恰当的控制指令，将在全部气动缸134a至134d内的活塞置于其第一个终端位置，此时所属的盖板138a至138d密封地覆盖各相关的出口122a至122d，所以没有空气能从涉及的出口逸出。
接通鼓风机108，使之向要检查的工件114供入过压约200mbar的空气。
接着，在第一个噪声检测步骤中气动缸134a受控制器102操纵，将气动缸134a内的活塞移动到其第二终端位置，此时配设的盖板138a释放副通道142a的出口122a。由此，通过输入管110供给的空气可通过主通道140和副通道142a流动，并经出口122a排出。
通过此流动产生发出哨音的噪声，它从出口122a起呈球面波状扩散，并借助话筒106按已在上面说明的方式检测。
如此检测到的属于副通道142a的噪声在控制器102内数字化和进行傅里叶变换，以便获得一个配属于副通道142a的测量频谱，这一频谱与一个配属于副通道142a的额定频谱作比较。
在图6所示的情况下，副通道142a中没有异物，所以在第一个噪声检测步骤中获得的测量频谱与针对副通道142a的额定频谱基本一致。
在检测了通过流经副通道142a的气流造成的噪声后，通过操纵气动缸134a将盖板138a重新移向要检查的工件114，以便关闭副通道142a的出口122a。
接着实施第二个噪声检测步骤，这一步骤相应于第一个噪声检测步骤，不同之处是现在取代第一盖板138a通过操纵气动缸134b将第二盖板138b从副通道142b的出口122b移开。
由此形成通过主通道140和副通道142b的气流，由于此气流产生一种发出哨音的噪声，它从出口122b出发朝话筒106方向扩散，以及按上面已说明的方式检测和进一步处理。
因为在这里所讨论的作为举例的情况下，在副通道142b内存在一异物128，例如切屑，所以属于副通道142b的测量频谱与配属于此副通道的额定频谱有明显的差异。
第二个噪声检测步骤借助于气动缸134b的操纵，通过移近盖板138b关闭出口122b结束。
接着，类似于针对第一和第二个噪声检测步骤说明的方式，相继实施第三个噪声检测步骤和第四个噪声检测步骤，在第三个噪声检测步骤中，出口122c被打开以及确定属于副通道142c的测量频谱，而在第四个噪声检测步骤中打开出口122d并确定属于副通道142d的测量频谱。
因为比较第二副通道142b的测量频谱与属于同一个副通道的额定频谱后得出明显的差异，所以此要检查的工件114作为不合规定的工件被剔出并从检查设备100输往修理区。
控制器102向显示器(图中未表示)传递信息，指出此第二副通道142b是不合规定的。因此手工修理，尤其寻找此异物和将其去除，可限于在工件114的这一副通道处进行。
若异物处于工件114的主通道140中，例如在连接第二副通道142b及第三副通道142c分叉点的区段内，则有多个副通道例如第一副通道142a和第二副通道142b的测量频谱与各自所属的额定频谱发生差异。在这种情况下控制器102向显示器传递信息，指出多个副通道，例如副通道142a和142b是不合规定的。
修理人员可根据这一信息推断，或不仅在副通道142a而且在副通道142b内存在异物，或至少有一个异物存在于沿流动方向处于两个副通道142a、142b之前的主通道140区段内。
除此之外，检查设备100的第二种实施形式在结构及功能方面与第一种实施形式一致，在这方面可参见其前面的说明。
权利要求
1.检查有至少一个内腔(118)的工件(114)的方法，包括下列工艺步骤—在工件(114)的内腔(118)中造成一气流；—检测通过气流产生的噪声；—将由噪声导出的测量值与—额定值比较。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征为造成的气流是空气流。
3.按照权利要求1或2所述的方法，其特征为向内腔(118)输入过压至少为50mbar优选至少100mbar的气体。
4.按照权利要求1至3之一所述的方法，其特征为气流借助鼓风机(108)产生。
5.按照权利要求1至4之一所述的方法，其特征为气体通过输入管(110)供给内腔的进口(120)。
6.按照权利要求5所述的方法，其特征为输入管(110)设有一朝进口(120)方向扩张的出口。
7.按照权利要求5或6所述的方法，其特征为输入管(110)设有一管嘴(112)，它包含一种弹性材料。
8.按照权利要求1至7之一所述的方法，其特征为噪声借助一话筒(106)或固体声传感器检测。
9.按照权利要求1至8之一所述的方法，其特征为确定噪声的频谱作为测量值。
10.按照权利要求9所述的方法，其特征为确定在0与大约22000赫兹之间的频率范围内的频谱。
11.按照权利要求1至10之一所述的方法，其特征为确定一频谱作为额定值。
12.按照权利要求1至11之一所述的方法，其特征为通过测量多个合乎规定的工件并取平均值确定额定值。
13.按照权利要求1至12之一所述的方法，其特征为确定额定频谱作为额定值以及确定测量频谱作为测量值。
14.按照权利要求13所述的方法，其特征为当测量频谱与额定频谱之间的差异在至少一个频率大于给定的公差值时，工件(114)作为不合规定的工件剔出。
15.按照权利要求13或14所述的方法，其特征为当测量频谱与额定频谱之间的差异超过一个给定的频率范围大于给定的公差值时，工件(114)作为不合规定的工件剔出。
16.按照权利要求1至15之一所述的方法，其特征为工件(114)的至少一个出口(122a至122d)在检测通过气流造成的噪声期间被覆盖。
17.按照权利要求16所述的方法，其特征为出口(122a至122d)借助一个可相对于工件(114)运动的盖(138a至138d)覆盖。
18.按照权利要求17所述的方法，其特征为盖(138a至138d)气动和/或液压地相对于工件(114)运动。
19.按照权利要求16至18之一所述的方法，其特征为通过气流造成的噪声不仅在出口(122a至122d)被覆盖时而且在出口(122a至122d)未覆盖时检测。
20.按照权利要求19所述的方法，其特征为存在多个可覆盖的出口(122a至122d)；以及，实施多个噪声检测步骤，其中对每个噪声检测步骤释放其余低于可覆盖的出口(122a至122d)数量之出口。
21.按照权利要求20所述的方法，其特征为对每个噪声检测步骤就释放其中一个可覆盖的出口(122a至122d)。
22.按照权利要求1至21之一所述的方法，其特征为在同一个工件(114)上先后实施多个噪声检测步骤。
23.检查有至少一个内腔(118)的工件(114)的设备，包括—一个气流发生装置用于在工件(114)内腔(118)中造成一气流；—一个噪声检测装置用于检测通过气流造成的噪声；以及—一个处理装置，它根据噪声导出测量值并将导出的测量值与额定值比较。
24.按照权利要求23所述的设备，其特征为气流发生装置包括一鼓风机(108)。
25.按照权利要求23或24所述的设备，其特征为气流发生装置包括一输入管(110)，用于将气体供给工件(114)内腔(118)的进口(120)。
26.按照权利要求25所述的设备，其特征为输入管(110)设有一朝进口(120)方向扩张的出口。
27.按照权利要求25或26所述的设备，其特征为输入管(110)设有一管嘴(112)，它包含一种弹性材料。
28.按照权利要求23至27之一所述的设备，其特征为噪声检测装置包括一话筒(106)或固体声传感器。
29.按照权利要求23至28之一所述的设备，其特征为设备(100)包括至少一个盖(138a至138d)用于覆盖工件(114)的至少一个出口(122a至122d)。
30.按照权利要求29所述的设备，其特征为盖(138a至138d)可相对于工件(114)运动。
31.按照权利要求30所述的设备，其特征为设备(100)包括一气动和/或液压的运动装置用于使盖(138a至138d)相对于工件(114)运动。
全文摘要
本发明的目的是提供一种检查有至少一个内腔的工件的方法，此方法可简单而快速地实施。按本发明建议此方法包括下列工艺步骤在工件的内腔中造成一气流；检测通过气流产生的噪声；将由噪声导出的测量值与一额定值比较。
文档编号G01N29/48GK1520514SQ02803313
公开日2004年8月11日 申请日期2002年10月17日 优先权日2001年10月25日
发明者托马斯·迪沃斯, 卡尔－海因茨·维勒, Ｒ虼摹の , 托马斯 迪沃斯 申请人:杜尔埃库克林有限公司