Bezdotykové ultrazvukové testování pomocí laseru a optického mikrofonu vylepšuje kontrolu bodových svarů a umožňuje její robotizaci. Princip je ovšem využitelný i pro kontrolu jiných výrobních procesů a odhalování vznikajících závad.
Dnešní výroba vysoce automatizovaná, jeden důležitý výrobní krok — odporové bodové svařování při výrobě karoserie — však doprovází zatím jen nepříliš efektivní kontrola kvality. Svar se tu vytváří průchodem elektrického proudu mezi elektrodami svařovacích kleští a pro posouzení jeho kvality je podstatný jeho průměr. Příliš malý průměr totiž ohrožuje celkovou pevnost součásti. Průměr svaru však není kontrolovatelný vizuálně, proto je jeho minimální hodnota pravidelně ověřována konvenčním ultrazvukem.
První patent na ultrazvukové testování byl udělen v roce 1942. Od té doby byly na jeho principu vyvíjeny rozmanité metody nedestruktivního testování materiálů. Nejběžnější z nich je založena na piezoelektrickém jevu a na jednostranné pulzní-echo metodě. Tato technika využívá sice velmi vysoké testovací frekvence, ale je náročná na čas a její automatizace je obtížná.
Pro nasazení robotu a tím i zefektivnění celého procesu kontroly vyvinula společnost Xarion Laser Acoustics z Vídně v úzké spolupráci s Porsche Leipzig inovativní testovací metodu založenou na optickém mikrofonu a laseru generujícím ultrazvuk. Laser je tady ideálním partnerem. Jeho krátký puls generuje širokopásmovou, ultrazvukovou vlnu přímo v materiálu. Po průchodu bodovým svarem optický mikrofon „slyší“ „do vzduchu“ vyzařovaný ultrazvuk bez kontaktu se svarem.
Optický mikrofon tu dosahuje frekvenčního pásma, které je nejméně dvacetkrát větší než u jakéhokoli jiného ultrazvukového senzoru. Tímto způsobem — bezkontaktní, akustickou a plně automatizovanou kontrolou kvality — lze detekovat i vady v submilimetrovém rozsahu.
Další možnosti využití technologie
Kromě nedestruktivního testování materiálů lze ultrazvuk využít i ke sledování průmyslových procesů. Vzduchem přenášený hluk výroby totiž může poskytnout i cenné informace o tom, zda je například opotřebeno ložisko stroje nebo zda proces svařování probíhá podle přání.
Aby bylo možné přesně odfiltrovat informace, které jsou důležité z komplexního šumu pozadí, je rozhodující právě vysokofrekvenční pásmo optického mikrofonu. Typický hluk stroje je obvykle omezen na ultrazvuk, který je blízký slyšení, až do 100 kHz. Procesní šum na druhé straně generuje akustické signály v rozsahu vyšších frekvencí několika set kHz. Optický mikrofon dokáže nahrávat celý frekvenční rozsah od několika Hz až po 1 MHz současně a monitorovat tak oba rozsahy odděleně od sebe.
Zatímco hluk stroje může například poskytnout informace o stavu ložisek, komponenty vysokofrekvenčního signálu se používají ke sledování samotného procesu. Lze je použít ke sledování polohy zaostření laseru při laserovém svařování nebo laserovém natavování v rámci aditivních technologií. Tímto způsobem je také spolehlivě detekován vznik trhlin.
Procesní zvuky různých strojů se podle tvrzení Ryana Sommerhubera, specialisty na monitorování procesů ve společnosti Xarion Laser Acoustics, nepřekrývají: „Procesní signály, které jsou pro nás důležité, s frekvencemi několika stovek kHz jsou vzduchem tlumeny natolik, že naše monitorování procesu je odolné vůči vzdálenějším zdrojům rušení.“
