Zerstörungsfreie Härtemessung

Für einen Hersteller von verschleißarmen Gussteilen wurde eine autark arbeitende Prüfstation entwickelt. Ein Industrieroboter greift dazu ein Gussteil aus einer Schüttung (bin picking) und transportiert dieses zu einer QASS µmagnetic Härteprüfeinrichtung. Anschließend wird das Gussteil optisch auf Gussfehler untersucht, verwogen und nach Gewicht wegsortiert.

In Kooperation mit einem Bandstahlhersteller wurde ein Härteprüfsystem entwickelt, das im Sekundenabstand kontinuierliche Härtemessungen an einem Stahlband durchführt, das mit einer Geschwindigkeit von bis zu 20m/min unter dem Sensor durchläuft. 

Das Messsystem arbeitet vollautomatisch im 24/7-Betrieb, verfügt über Hinderniserkennung und nutzt Methoden des maschinellen Lernens zur automatischen Kalibrierung auf neue Stahlsorten. Dadurch wird ein lückenloser Härteverlauf über mehrere Kilometer Bandlänge dokumentiert.

Beim Presshärten wird das warme Blech während eines Tiefziehprozesses durch Kühlkanäle im Tiefziehwerkzeug lokal schneller abgekühlt als an anderen Stellen. 

Auf diese Weise erreicht man insbesondere bei Karosserieteilen Härtegradienten. Um den Erfolg des Presshärteprozesses festzustellen, wird das 400°C heiße Material vermessen. Dazu wird die Kontaktzeit kurzgehalten und der Sensor aktiv mit Wasser gekühlt.

Walzen erfahren beim Walzen eine Kaltverfestigung. Daher ist es notwendig diese in regelmäßigen Abständen abzuschleifen, um die verfestigten Stellen zu entfernen. Der Endpunkt der Überarbeitung wird in der Regel über Erfahrungswerte und optische Begutachtung ermittelt. Dabei wird häufig mehr Material abgetragen als notwendig, um sicherzustellen, dass alle Fehlstellen beseitigt wurden. Teilweise kommen dabei Hilfsmittel wie das minimalinvasive Rückprallverfahren nach Leeb zum Einsatz, welche nur punktuelle Aussagen über die Härte der Walze liefern. 

Auch diese kleinsten Eindrücke müssen durch einen weiteren Schleifgang entfernt werden. Mit der 100% Härteüberwachung mittels Barkhausen-Rauschen entfällt das Abschleifen der Eindrücke und der Abtrag wird auf die reale Beschädigung beschränkt.

Schleifbrand ist eine thermische Schädigung der Bauteiloberfläche, die durch unsachgemäße Prozessführung entsteht. Der Wärmeeintrag führt lokal zu Eigenspannungsveränderungen, evtl. zu einer Härteabnahme und im ungünstigsten Fall zur Bildung einer Neuhärtezone aus nanokristallinem, glashartem Martensit an der Bauteiloberfläche. Schleifbrand, insbesondere wenn er nur schwach ausgeprägt ist, ist visuell schwer oder gar nicht erkennbar. Das klassische Verfahren zur Untersuchung von Bauteilen auf Schleifbrand ist das Nitalätzen. Dieses nasschemische Verfahren ist zeitaufwendig und arbeitet mit aggressiven Chemikalien wie Salpetersäure.

In enger Zusammenarbeit mit einem Hersteller von Planetengetrieben für Windkraftanlagen wurde ein robotergestütztes Verfahren entwickelt, um Hohlräder auf Schleifbrand zu untersuchen. Folgendes zeigt einen für diese Anwendung optimierten Sensor knapp über der Oberfläche einer Zahnflanke, die zeilenweise berührungslos abgefahren wird. 

Die Firma imq in Crimmitschau (Sachsen) stellt Nital-Ätzblöcke her, die dazu verwendet werden, die Güte von Nital-Ätzbädern zu bestimmen. Der etwa 60mm x 20mm x 8mm große Stahlblock enthält elf künstlich mit einem Laser eingebrachte Anlass- und Neuhärtezonen. Durch zeilenweises Abfahren des Blockes entstand das Bild:

Die in Segmenten induktiv gehärtete Welle, die in Abbildung 7 dargestellt ist, muss lagerichtig für die weitere Bearbeitung einer Maschine zugeführt werden. Die Vermessung der Welle entlang der Längsachse ergibt den Graphen, der in Abbildung 7 unten dargestellt ist. Mit dieser Information wird die Welle lagerichtig der Maschine zugeführt.