CN113906292A - 工件检验方法和工件检验系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种工件检验方法，尤其是用于检验工件(5)的内部缺陷(6)、例如检验由纤维加强的塑料制成的工件(5)，所述工件检验方法具有以下步骤：用超声波(9、19)加载所述工件(5)；检测通过用超声波(9、19)加载工件(5)产生的超声波信号(10、20)；由所述超声波信号(10、20)产生所述工件(5)的超声波断层摄像图数据，本发明的特征在于，对所述工件(5)进行切削加工、尤其是铣削加工，并且用由此引起的超声波(9、19)加载所述工件(5)。此外，本发明涉及一种适合于此的工件检验系统。

Description

工件检验方法和工件检验系统

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的工件检验方法和一种根据权利要求15的前序部分所述的工件检验系统。

背景技术

在过去，基于超声波的方法在生产中主要用于监控切削过程或者普遍的加工过程以及机器和工具参数。例如，国际专利申请WO 2018/122119 A1描述一种根据固体声测量对工具机进行状态监控。美国专利申请US 4,118,139 A涉及一种根据超声波测量对工具的状态和破损进行监控，并且欧洲专利申请EP 3 281 741 A描述如下工具机，在所述工具机中在工具架中的超声波发生器同时用作传感器并且检测工具的谐振频率的改变作为工具对用超声波进行激励的应答。此外，在德国专利文献DE 36 27 796 C1中公开一种用于识别钻床或者铣床上的工具破损的固体声测量结构。在此，固体声传感器通过如下方式直接与工具耦联，即，冷却剂管路从传感器旁边引导经过，冷却液的自由射流从所述冷却剂管路的端部出来朝工具定向。

此外，为了在切削加工时观察工件，欧洲专利文献EP 2 587 230 B1公开：检测在加工期间形成的超声波振动并且将所检测的振动频谱提供给多维的数据分析，所述数据分析是用于评估工件加工的质量的基础。在这里，通过频率、时间和幅值轴撑开三个维度并且将在这方面被可视化的形态(Landschaft)与已知的样品形态进行比较，以便在加工之后评估工件的质量。

在对工件中的内部缺陷(所述内部缺陷不一定必须由于对工件的加工引起)的无损的工件检验中，目前除了X射线和热成像方法之外，越来越多地使用超声波断层摄像方法和系统。例如，在德国专利申请DE 10 2005 040 180 A1中提到将超声波断层摄像图用于可视化工件及其可能的缺陷，其中，将利用以自由射流结构型式的超声波传感器获得的测量值用作输入数据，所述超声波传感器安装在加工机上并且与相应的工件一起运动。

此外，在“Berichte aus der Produktionstechnik(生产技术报告)”系列中第6/2008卷中在Shaker出版社发表的论文“Ultraschalltomographie zur Inline-Werkstückprüfung auf

”中描述，如何在用超声波脉冲进行铣削加工之后利用设计为通用的HSK工具的以自由射流结构型式的超声波传感器来加载夹紧在铣床上的工件并且由回波响应来创建工件的超声波断层摄像图，所述超声波断层摄像图能识别工件的内部缺陷。

用于工件检验的另外的超声波断层摄像系统包括设置在工件上的超声波发射/接收器阵列，其中，从不同的发射器出发相继地对工件进行声穿透，其中，在其他接收器上记录的超声波响应用于产生超声波断层摄像图。

随后，这根据图1至7更详细地阐述。

图1A示出超声波发射器S如何发射作为波前示出的超声波U，其中，超声波接收器E接收由超声波U产生的超声波信号UA0，但是所述超声波信号能被在发射器与接收器之间的传播路径中的介质和情况影响。

这样的影响所接收的超声波信号的情况例如可以是工件中的内部缺陷，所述内部缺陷位于超声波信号的传播路径中。图2A示出这种状况。在这里，缺陷D位于发射器S与接收器E之间的传播路径中，在所述缺陷上超声波U被散射，从而到达接收器E上的超声波信号UA1具有比超声波信号UA0更小的幅值并且可能也具有其他改变的特性(如模转换或者频率偏移)以及附加的信号分量。

图1B和2B示出在传播路径中在没有缺陷的情况下(图1A)产生的信号UA0和在传播路径中具有缺陷的情况下(图2A)产生的UA1在时间上的不同的幅值变化曲线。

如果现在从穿过工件的足够不同的传播路径来记录超声波信号UA0至UAn，则借助于合适的反投影算法可以创建断层摄像图(即，工件的内部图像)，如应根据图3和4示出的那样。

图3大体上涉及在断层摄像(是超声波、磁共振或是核磁共振断层摄像)中需要的数据采集。为此，物体从多侧被透视、照射或甚至声穿透，其中，在此获得的图像示出物体在声穿透方向上的投影。

而图4涉及从所记录的投影中产生超声波断层摄像图，将所述投影划分为多个点或者体像素，其中，将一个投影与垂直于此的投影逐层地进行比较，从而可以将在一个投影中配置给一个点、像素或者体像素的信息与在另外的投影中配置给一行点、像素或者体像素的信息进行比较，从而最终能够求取配置有信息的点的三维位置。这借助于所谓的反投影算法或者借助于经滤波的反投影(在数学上看例如借助逆拉东变换)发生，其中，也使用其他的反向投影算法。

现在，图5和图6示出由四个发射接收器S1至S4组成的超声波传感器阵列在工件上的布置结构，所述工件具有内部缺陷D。在此，在图5中示出的状况下，发射器S4利用超声波U4对工件进行声穿透，其中，记录在相应的接收器S1、S2、S3上的超声波信号1、2、3并且由于缺陷D使超声波信号2可预期地具有不同于另外两个超声波信号1、3的另外的特性(例如较低的幅值)。而在图6中，发射器S3发射超声波U3，利用用所述超声波对工件进行声穿透，其中，检测在所属的接收器S1、S2和S4上的超声波信号1、2和4，并且在这里，超声波信号1可预期地具有不同于另外两个超声波信号2、4的另外的特性(例如较低的幅值)。如在图7中象征性地示出，借助于合适的反投影算法(所述反投影算法将用作投影的所记录的超声波应答进行叠加)创建工件的超声波断层摄像模型，所述模型包含缺陷的模型视图(modellhafteDarstellung，MD)。

发明内容

现有的超声波断层摄像方法在技术上是复杂的但基本上是有效的，而本发明的目的在于：提出一种工件检验方法和一种工件检验系统，利用所述工件检验方法和工件检验系统能够按照快速且成本有利的方式至少获得对于工件质量的最初依据。

该目的在工件检验方法方面利用权利要求1所述的特征实现，在工件检验系统方面利用权利要求15所述的特征实现。

根据本发明，提出一种工件检验方法，所述工件检验方法尤其是对于检验工件的内部缺陷是有利的并且完全特别的是与由纤维加强的塑料制成的工件相结合，在所述工件中，除了由于在纤维、尤其是碳纤维上的散射引起的声衰减之外，也由于基体的粘弹性的特性而存在声衰减和声速的方向依赖性。为此，利用超声波来加载工件，然后接着检测超声波信号作为工件对于利用超声波来加载工件的响应，并且由超声波信号产生工件的超声波断层摄像图数据。根据本发明，现在使用这样的超声波作为成为超声波断层摄像工件检验方法的基础的超声波，即，所述超声波由切削加工工件引起，其中，利用通过切削加工引起的超声波强制加载工件。

在此，作为切削加工尤其适合的是如下切削方法，在所述切削方法中，利用工具沿着预定的加工路径加工工件，所述加工路径相对于工件延伸尺寸本身具有一定的延伸，即，例如沿着工件内边缘或者工件外边缘来铣削确定的轮廓，其中，理论上，转动加工亦或不同的铣削加工(即，例如精加工或粗加工)可以是所提出的超声波断层摄像工件检验方法的出发点。

所述方法在一系列试验中被证实为特别有效的是，沿着尽可能恒定厚度的具有小的壁厚的工件或者工件区段、尤其是扁平构造的工件或者工件区段(亦即，例如在由碳纤维加强的塑料制成的板状的工件)进行铣削，以及尤其是在成为本方法的基础的铣削加工步骤中驶过的加工路径跟随完全或者至少大部分包围工件的外轮廓。

在此，本发明基于如下认知：如果在超声波的传播路段中存在内部缺陷，则可预期波传播的改变。但是，随着在切削加工工件时产生的超声波的传播的改变，能在传感器上检测的超声波信号也改变，所述超声波信号可以被解释为工件对利用超声波加载的响应。因为在缺陷的边界面上发生超声波的散射和部分反射并且因此此外发生幅值衰减。

在本发明的范围内，在此理论上可设想的是，在脉冲回波方法中借助于安装在工具上或者工具的夹头上的传感器来检测超声波信号作为工件对在切削加工工件期间连续产生的超声波的响应。

然而，如果直接在工件上量取超声波信号，则实现明显噪声更低并且在幅值高度方面更好的结果。对此虽然原则上适合不同的超声波传感器结构型式、例如自由射流传感器、以袖口结构型式的超声波传感器或者光学耦合的系统。然而，如果作为超声波传感器而使用接触式传感器结构型式的传感器(在检测超声波信号之前将所述传感器安装在工件上)，则获得特别简单的构造和因此获得在切削加工期间在工件检验方法的内嵌(Inline)使用方面的特别合适的构造。为此，可设想的是，在前面的方法步骤中，要检验的工件配置有参考标记或者甚至配置有用于放置传感器的相应的容纳部。

已经证实，尤其是如果在铣削加工期间驶过工件的完整的外轮廓，则在工件上安装唯一的传感器是足够的，其中，在通过在合适的位置上添加另外的传感器而驶过较短的加工路径的情况下，可以生成对于产生超声波断层摄像图足够数量的超声波响应。因此，在本发明的范围内，在工件上安装传感器阵列虽然没有被排除，但是有利的是，在具有仅一个传感器的结构的意义中和尤其是在铣削加工工件期间的使用方面能够被避免。

在这里可考虑的是，切削加工、尤其铣削加工的步骤有利地应该同时涉及在生产工件时的加工步骤，亦即，不涉及在单独的工件检验方法中的纯的参考加工步骤，而是涉及生产集成的步骤，所述生产集成步骤同时为在实际生产工件期间实施工件检验方法奠定基础。然而，可设想的是，在按照工件的最终尺寸进行真正的最终的铣削加工之前，在为了工件生产而准备将工件例如夹紧在铣削加工机上时，提前实施参考加工区段作为对于根据本发明的工件检验方法的起始点。

此外，在工件中生成的超声波信号的能良好分析质量的意义下，在此有利的是，进行对工件的声穿透(亦即从铣刀直至安装在工件上的传感器)，并且此外有利地也一同包括在切削加工期间超声波信号的从铣刀的正在改变的瞬时位置直至传感器的保持不变的位置的持续改变的传播路径，以用于处理超声波信号。

有利地，除了加工路径之外，工具进给、工具转数和/或工具几何结构和材料参数也能够被预定或者例如从工具机控制器中求取或者读取，正如工件参数(厚度、材料等)那样，并且为了处理超声波信号或生成超声波断层摄像图数据而被一同包括在内。甚至可设想的是，在工件上设置具有参考几何结构的区段，以用于成为工件检验的基础的铣削加工。

在此，由所述一个或者多个传感器检测的超声波信号可以被存储并且在后面的步骤中被处理为超声波断层摄像图数据。然而，在能快速分析的意义下有利的是，在切削加工或者铣削加工期间已经至少开始产生超声波断层摄像图数据或者甚至实时地或者具有小的时间延迟地产生超声波断层摄像图数据。

在此，超声波断层摄像图是通过超声波产生的工件内部的图，该图可以被包含在一定数量的文件或者数据流中并且可以将根据已知的成像规律构建的数据或者数据组显示在显示设备上、例如显示在切削机的操纵台的显示器上。

在根据本发明的方法的意义下，现在仅可以产生这种成为超声波断层摄像图基础的数据、超声波断层摄像图数据并且然后将其提供给工件内部缺陷的用机器或(部分)自动化地分析。但是自然也可设想的是，在检验超声波断层摄像图数据之前的成像步骤中将所产生的超声波断层摄像图数据可视化为超声波断层摄像图，然后，所述超声波断层摄像图对同样用机器亦或由人类进行的工件检验进行评估。在此，超声波断层摄像图可以在工件的存在于现今的计算机辅助的生产设备中的模型上例如以CAD或者CAM数据的形式成像。

在此，在实践中表明，利用根据本发明的方法不仅可以提供足够高数量的超声波信号来创建超声波断层摄像图或者成为断层摄像图基础的超声波断层摄像图数据，而且相反地，在加工或者铣削过程期间在所期望的内嵌数据处理方面甚至能够值得期待的且在要提供的计算容量方面也能够必要的是，限制数据洪流和/或在这种数据处理之前改进要处理的超声波信号或超声波响应，以便便利于并且因此加速超声波摄像断层图或超声波摄像断层图数据的创建。

为此目的，在将超声波信号处理为超声波断层摄像图数据之前，可以对超声波信号进行滤波(例如用合适的带通滤波器)，以便仅将如下频带引向处理：在所述频带中可期望合适的信号信息并且因此不仅过滤出背景噪声，而且也实施一定程度的数据缩减，缩减到最重要的方面。

在此，在加工不同的参考工件时表明，通过切削加工或铣削加工产生的频谱根据工件而可能也可以具有不同的优选频率、可能的谐振频率，在所述优选频率上，在继续进行的铣削加工的时间进程中，持续地或者几乎持续地产生具有如下信号强度的超声波，所述信号强度对于分析基于该频率的超声波的超声波信号是足够的。

有利地，频谱(在所述频谱之内检测超声波信号)、更确切地说超声波信号的频谱(由所述频谱产生超声波断层摄像图数据)被限制于相应的优选频率、可能具有在所述优选频率周围的窄的频带，以便因此在计算耗费相对简单的情况下借助数据缩减而达到高的分析速度。

例如根据在加工参数相同的情况下事先对结构相同的工件实施的铣削加工并且在检测在此形成的频谱的情况下能够求取或者从已经保存的经验值中读取哪些频率或者频带特别适合于在确定的工件上实施的根据本发明的方法，其中，也可设想的是，对于确定的工具、机器和工件，将经验值或数字指纹保存在数据库中并且然后由所述经验值或数字指纹来计算或者至少估计适合于超声波断层摄像的优选频率的相应的预期值。

然而有利地，在铣削加工(所述铣削加工引起超声波，由所述超声波产生超声波信号并且由此产生超声波摄像断层数据)期间、即内嵌在铣削加工步骤期间进行对频率或者频带的数量的确定，所述数量适合于由传感器检测的超声波信号的表现力。在此，在铣削加工期间可以检测分布在超声波谱上的不同频率和/或频带上的超声波信号的信号强度，于是，随着选择具有相对于平均信号强度提高的信号强度的一个或者多个频率和/或频带可以确定合适的频率和/或频带。

这种选择可以借助于自我学习的KI算法在铣削加工的过程中持续地适配于能利用当前的超声波信号实现的结果或者可预期的结果并且考虑到在加工过程中超声波谱的变化的确定趋势，其中，例如也可设想的是，仅隐藏用于超声波工件检验的铣削加工的开始阶段或者隐藏如下另外的加工阶段，在所述另外的加工阶段中例如在工具不与工件接触的情况下或者在工件或者诸如此类上具有突然的厚度变化或者底切的位置上实施进刀运动。

在传播路径长度已知的情况下例如可以相对准确地事先确定优选频率的超声波的幅值高度，在工具内部所述超声波在其从铣刀至传感器的传播路径上不碰到任何障碍物(即，内部缺陷或者钻孔或者诸如此类)。然后，可以将传播路径划分为相同长度的区段，在最简单的情况下，各区段在所选择的频率下分别配置有超声波响应的幅值的相同大小的部分。而如果在传播路径中存在缺陷，则幅值较小地形成，从而每个传播路径区段配置有幅值的较小的部分。

于是，在最简单的情况下，对于反投影或者超声波断层摄像数据的产生，仅必须将传播路径、同样地配置给所述传播路径的超声波信号(即，例如在优选频率的范围内所检测的超声波信号的幅值高度)相应地划分为相同大小的传播路径区段。然后，用合适的反投影算法可以将配置给所检测的不同超声波信号的不同传播路径的各个区段的幅值部分通过求和叠加，以便因此产生工件的内部图像(即，工件的超声波断层摄像图或者成为超声波断层摄像图基础的超声波断层摄像图数据)。

自然地也可设想的是，备选或附加于幅值高度，分析由于内部缺陷而可能改变的另外的信号特性、例如模态组成或者频率偏移。

同样可设想的是，例如根据工件在相应的传播路径区段中的声学特性，不是将传播路径划分为相同大小的传播路径区段，而是划分为较长和较短的传播路径区段。

至少对于根据本发明的工件检验方法的根本在于，在对工件的切削加工期间持续地检测：切削加工是否在工件中引起超声波，或者超声波信号是否到达传感器上并且哪个超声波信号到达传感器上和/或在那里持续地检测超声波信号。为此，必须首先相对于加工工具的瞬时位置或者瞬时加工位置(在所述瞬时加工位置上对工件进行瞬时加工)设置超声波信号。然后，可以将所检测的超声波信号配置给在工具与传感器之间的确定的信号传播路径。这可以借助于迭代的搜索算法进行，所述搜索算法由点云的连接逻辑来求取在两个所选择的点之间的最短间距。

在此，可以从机器控制器中或者保存在机器中的以机器坐标系的NC运动路径中读取所述工具位置并且将其转换到工件坐标系中，其中，借助已知的工具几何结构(所述工具几何结构同样可以从存储在机器侧的数据组中读取)能求取在工具的保存在机器坐标系中的零点坐标至在工件上的作用点(即，瞬时加工位置)之间的可能的位错。

有利地，在切削加工工件期间也持续地检测、求取和/或预留瞬时加工位置，在所述瞬时加工位置上工具在实际时刻作用在工件上。此外有利地，也可以持续地检测、求取和/或预留在切削加工的时间过程中改变的瞬时加工位置与固定的传感器位置之间的瞬时传播路径。同样地，可以持续地检测、求取和/或预留超声波信号从瞬时加工位置至传感器位置的传播时间。

在这里要考虑的是，所述信号传播路径不一定必须与工件中的在几何上最短的线相一致。更确切地说，这取决于在工件中的在瞬时加工位置与传感器位置之间的声学连接线的走向。特别是在工件的几何结构复杂的情况下，在工件中的声学连接线可能明显偏离于在几何上最短的连接线，但是例如可以通过搜索算法从工件的离散化的CAD/CAM数据确定。

在此，根据本发明的工件检验系统具有普遍被称作计算单元的实体，利用所述实体可以实现工件检验方法的能计算机辅助实现的方法步骤。在此，所述计算单元可以构成为独立的计算机或者计算机集群，在所述计算机或者计算机集群上运行相应的软件程序，以便检测从耦合的一个超声波传感器或者耦合的多个超声波传感器输入的超声波信号作为输入参量，其中，所述超声波信号通过在切削加工、尤其是铣削加工工件时在工件上引起的超声波形成并且以便由此产生工件的超声波断层摄像图数据。但是在此，所述计算单元也可以是机器集成的机器控制单元或者作为模块保存在外部的大型计算机上，所述模块用于在工具机的控制计算机中补充符合机器控制器的工件检验程序或者至少涉及计算密集的步骤。

本发明的重要的优点在于消除或者减少用于所加工的构件的位于下游的检验过程。根据所选择的生产过程，这些是巨大的成本部分，所述成本部分可以利用根据本发明的工件检验方法或者工件检验系统极其成本有利地且在没有时间上的额外耗费的情况下实现。而同时可以基于所选择的方案相对于超声波断层摄像的传统的方法在如下方面占优势，即能够实现更高的分辨率。

因为在了解加工工具的位置的情况下在切削加工工件期间通过利用加工工具的激励可以在高数量的瞬时加工位置上检测到超声波信号。在将N个传感器应用在工件上并且存在配置有超声波响应的M个瞬时加工位置的情况下，因此可以在M^N个声穿透方向上检测M^N个超声波信号并且将其用于产生超声波断层摄像图数据。而在借助在传感器阵列中的静态的声穿透进行的超声波断层摄像的传统的情况下，在存在N个传感器的情况下，仅能实现(N-1)^N个方向。因为M可以比N大得多，瞬时加工位置(可以检测所述瞬时加工位置的超声波信号)可以远远超过传感器的数量，所以通过根据本发明的工件检验方法或者工件检验系统基本上能够实现对内部缺陷的明显更清晰的近似。

在此，传播路径或声穿透方向分别沿着声学连接线前往传感器并且因此形成具有中心固定点的网格，反投影算法可以构建在所述中心固定点上。已经表明因此可以探测在cm²范围内的误差，这在航空领域内是与探测相关的通用的误差大小。但是，基于此原则上也能检测直至mm²范围内的更小的误差大小。

以对尺寸为1m x 1m的铝板以每秒0.1m的进给速度进行环绕的边缘加工和声速为3000米/秒为例，在对于最短的传播路径(0.5m)使用166μs的信号传播时间时，通过在板中部的仅一个传感器(N＝l)得出M＝240964个可检测的瞬时加工位置的计算潜力。由此得出240964¹个声穿透方向。在根据图5和6的传统的方案中，为此必须使用至少七个传感器或者发射-接收器，以便实现可比拟的分辨率。

此外，通过将加工过程本身用作用于超声波断层摄像的信号发射器，第一次实现对工件的实际上内嵌的(即，对机器切削加工期间为了对夹紧在所述机器上的工件进行切削加工而进行的)超声波断层摄像。

附图说明

借助附图应该更详细地阐述根据本发明的实施方式的工件检验方法和该方法与已知的超声波断层摄像工件检验方法的区别。图中：

图1A和2A示出原理图，该原理图示出在超声波激励相同的情况下根据在被声穿透的工件中是不存在还是存在内部缺陷而产生不同的超声波信号；

图1B和图2B示出在内部缺陷不存在或者存在的情况下利用相同的超声波激励产生的超声波信号；

图3和图4示出用于阐述在断层摄像中的数据采集和反投影的原理图；

图5至7阐述在已知的超声波断层摄像工件检验方法中的操作；

图8A和图9A以原理图示出在根据本发明的实施方式的工件检验方法期间的铣削加工的进程，其中，在不同的瞬时加工位置上检测超声波信号；

图8B和9B示出在根据图8A和9A的瞬时加工位置处检测的超声波信号；

图10A示出对反投影(即，在根据本发明的在图8A至图9B中示出的实施方式的工件检验方法中产生超声波断层数据)的说明；

图10B示出在本发明的备选的实施方式中在使用两个超声波传感器的情况下的反投影的说明；

图11示出借助在图8A至10A中原则上阐述的工件检验方法所检验的工件的CAD模型，所述CAD模型具有示出的声学连接线；以及

图12示出在实施根据图8A至10A的工件检验方法时所检测的超声波信号作为时间-频率图的示例。

具体实施方式

在开始已经探讨了与已知的超声波断层摄像工件检验方法相关的图1至7之后，现在开始参照与根据本发明的实施例的工件检验方法相关的图8至12。

图8A和9A示出在用铣刀7进行铣削加工期间在两个不同的时刻t1(图8A)和t2(图9A)的工件5。可看出，铣刀7在正在进行的铣削加工的过程中从在图8A中示出的时刻t1的瞬时加工位置P1直至在图9A中示出的时刻t2的瞬时加工位置P2沿着工件下边缘向右移动一段距离。

在时刻t1，铣削加工在此产生作为波前示出的超声波9，在时刻t2产生同样作为波前示出的超声波19，这两个超声波虽然不一定必须相同，但是由于铣刀7的不变的进给速度、转速和穿透深度而不应该显著地改变。然而，在铣削加工的过程中可能改变的是由安装在工件5上的超声波传感器8分别检测的超声波信号。在时间t1检测的超声波信号在此用附图标记10示出，在时间t2检测的超声波信号用附图标记20示出。此外，可看出包含在工件中的内部缺陷6，当铣刀7沿着下部的工件边缘从所述工件边缘旁边经过时所述内部缺陷到达信号传播路径中并且因此影响在超声波传感器8上持续检测的超声波信号。

图8B和9B示出在图8A中示出的瞬时加工位置中引起的信号10和在图8A中示出的瞬时加工位置中引起的信号20在时间上不同的幅值变化曲线。可看出在记录时间的大约三分之二之后(即，在与缺陷6的方位相对应的位置上)的偏差。

图10A示出如何利用反投影算法进行非均匀性的重建。现在，沿着在t1与t2之间的不同时刻被占用的信号传播路径，利用合适的反投影算法重叠地进行所配置的超声波应答的反投影，所述反投影算法引起对工件5的包含内部缺陷6的图示12在内的超声波断层摄像图13的创建。对于反投影算法，在此必须考虑信号传播路径的不同的角度位置或声穿透方向，在如在图3中示出的仅从四侧进行声穿透的变型中，所述不同的角度位置或声穿透方向现在在明显更窄的角度网栅的情况下导致传感器中心的网格而不是导致如在静态的断层摄像方法中那样的相同尺寸的体像素的网格。此外，在实际中的信号传播路径在大多数情况下不遵循在图10A中仅示例性示出地且为了解释目的而绘制的直线的走向11。

图10B示出在本发明的备选的实施方式中的反投影算法，在所述实施方式中，用于检测超声波信号的两个传感器设置在工件上的不同的位置上。在这里，信号配置给一方面在瞬时加工位置和第一超声波传感器之间以及另一方面在瞬时加工位置和第二超声波传感器之间的叠加的信号传播路径。因此，在叠加的传播路径上的双倍数量的信号可供用于实施反投影算法。由此，可以创建比在本发明的仅存在一个用于检测超声波信号的传感器的实施方式中还更精确的内部缺陷图像。

为此，参照图11，该图示出参考工件的CAD模型，在所述参考工件上可以实施根据本发明的所阐述的实施方式的工件检验方法。在此在CAD模型14中示出在三个时刻在传感器位置与三个瞬时加工位置之间的声学连接线11，所述声学连接线因此相应于在沿着在参考工件上在图中下方的边缘进行铣削加工期间的三个时刻上的信号传播路径。可看出，对于反投影，声学连接线的走向也可以具有决定性的影响并且因此应被一同包含在反投影算法中。可以将在图10中仅在原理上示出的超声波断层图置于CAD模型14上，从而能良好地识别出缺陷6或其图示12的位置。

最后，图12示出在实施工件检验方法时检测的超声波信号的时间-频率示图16。清楚地看出在大约500kHz以下范围内的优选频带17，在所述范围内在铣削加工的完整示出的时间变化曲线期间检测到强的信号，从而可以将对超声波应答的检测或者对超声波应答的进一步处理限制到这个范围上。

在不离开本发明的范围的情况下，对示出的和所阐述的工件检验方法的更改和变型是可能的。

根据本发明的工件检验方法尤其是适用于检验工件的内部缺陷。根据本发明的工件检验方法例如适用于检验由纤维加强的塑料制成的工件。在此有利的是，对工件铣削加工并且利用由此引起的超声波加载所述工件。

此外，在此有利的是，用一个唯一的或者两个优选压电的传感器检测工件的超声波信号。在此，所述传感器优选为接触式传感器并且在检测工件的超声波信号之前将其安装在工件上。

此外，在此有利的是，利用工具沿着预定的加工路线(即，沿着在工件周围延伸的外轮廓)和尤其是以预定的工具进给对工件进行切削加工。

此外有利地，给检测的每个超声波信号配置：一定数量的所属的瞬时加工位置和/或与在瞬时加工位置和传感器位置之间的所属的瞬时传播路径相对应的一定数量的位置值和/或与超声波在所属的瞬时加工位置上的所属的形成时间相对应的一定数量的时间值和/或与超声波从所属的瞬时加工位置至传感器位置的所属的传播时间相对应的一定数量的传播时间值。

此外在此有利地，为了根据配置给相应数量的位置值和/或相应数量的传播时间值的超声波信号而产生超声波断层摄像图数据，实施具有逆拉东(Radon)变换的反投影算法。

此外在此有利地，在实施反投影算法之前和在将位置值和/或传播时间值配置给超声波信号之前，将超声波和/或超声波信号过滤到一定数量的确定的频率或者频带上，并且仅对与所述数量的确定的频率相对应的或者处于所述数量的确定的频带内的超声波信号和/或仅对超声波信号的与所述数量的确定的频率相对应的部分或者处于所述数量的确定的频带内的部分进行检测和/或将其用于产生超声波断层摄像数据。

此外在此有利地，通过在铣削加工期间检测分布在超声波谱上的不同频率和/或频带的超声波信号的信号强度和通过选择具有相对于平均信号强度提高的信号强度的一个或者多个频率和/或频带来确定频率或者频带的适合于超声波信号的表现力的数量的。

此外在此有利地，在紧接着的成像步骤中，按照工件或工件区段的作为CAD/CAM数据存在或者创建的模型将产生的超声波断层摄像图数据可视化为超声波断层摄像图。

根据本发明的工件检验系统尤其是适用于检验工件的内部缺陷。根据本发明的工件检验系统例如适用于检验由纤维加强的塑料制成的工件。在此尤其是将计算单元集成到用于切削加工的机器中，优选集成到铣削加工机中。优选一个唯一的或者两个超声波传感器适合作为为了检测和输出输出参量而使用的超声波传感器的数量。所述一个或多个超声波传感器尤其是适用于安装在工件上的压电传感器并且优选是接触式传感器。所述计算单元尤其是设置用于将超声波信号作为输入参量接收，通过借助于对工件的铣削加工利用超声波来加载工件而引起所述输入参量。在此，所述计算单元尤其是设置用于实施根据权利要求7至14中任一项所述的方法步骤和/或尤其是设置用于控制用于切削加工的机器，尤其是用于对工件铣削加工以引起超声波和/或设置用于控制用于实施根据权利要求2、5或6中任一项所述的方法步骤的机器。

Claims (15)

1.工件检验方法，包括以下步骤：

利用超声波(9、19)加载工件(5)，

检测通过利用超声波(9、19)加载工件(5)而产生的超声波信号(10、20)，

由所述超声波信号(10、20)产生所述工件(5)的超声波断层摄像图数据，

其特征在于，

对工件(5)切削加工并且利用由此引起的超声波(9、19)来加载所述工件(5)。

2.根据权利要求1所述的工件检验方法，其特征在于，在使用切削加工的情况下制造所述工件(5)，利用所述切削加工引起超声波(9、19)，利用所述超声波来加载工件(5)。

3.根据权利要求1或2所述的工件检验方法，其特征在于，利用一定数量的传感器(8)来检测所述工件的超声波信号(10、20)。

4.根据权利要求3所述的工件检验方法，其特征在于，在检测所述工件(5)的超声波信号(10、20)之前将所述传感器(8)安装在工件(5)上。

5.根据上述权利要求中任一项所述的工件检验方法，其特征在于，利用工具(7)沿着预定的加工路径进行所述工件(5)的切削加工。

6.根据上述权利要求中任一项所述的工件检验方法，其特征在于，利用所述超声波(9、19)对所述工件(5)进行声穿透并且检测所述工件(5)的在超声波(9、19)沿着传播路径(11)穿过所述工件传播时形成的超声波信号(10、20)，所述传播路径(11)随着切削加工的进展而持续改变。

7.根据上述权利要求中任一项所述的工件检验方法，其特征在于，在所述切削加工期间已经完全地或者至少部分地产生所述超声波断层摄像图数据。

8.根据权利要求3至7中任一项所述的工件检验方法，其特征在于，在切削加工所述工件(5)期间，持续地检测、求取和/或预留：与瞬时加工位置(P1、P2)和/或与在所述瞬时加工位置(P1、P2)和传感器位置之间的瞬时传播路径(11)相对应的位置值，和/或与所述超声波(9、19)在所属的瞬时加工位置(P1、P2)上的形成时间相对应的时间值，和/或检测、求取和/或预留所述超声波(9、19)从所属的瞬时加工位置(P1、P2)至传感器位置的传播时间相对应的传播时间值。

9.根据权利要求8所述的工件检验方法，其特征在于，所检测的多个超声波信号(10、20)配置有：一定数量的所属的瞬时加工位置(P1、P2)和/或与在瞬时加工位置(P1、P2)和传感器位置之间的所属的瞬时传播路径(11)相对应的位置值，和/或与超声波(9、19)在所属的瞬时加工位置(P1、P2)上的所属的形成时间相对应的一定数量的时间值，和/或与超声波(9、19)从所属的瞬时加工位置(P1、P2)至传感器位置的所属的传播时间相对应的一定数量的传播时间值。

10.根据权利要求9所述的工件检验方法，其特征在于，为了产生所述超声波断层摄像图数据，根据配置给相应数量的位置值和/或相应数量的传播时间值的超声波信号(10、20)实施反投影算法。

11.根据权利要求10所述的工件检验方法，其特征在于，在实施反投影算法之前将所述超声波(9、19)和/或所述超声波信号(10、20)过滤到一定数量的确定的频率或者频带(17)上，并且仅对与所述数量的确定的频率相对应的或者处于所述数量的确定的频带内的超声波信号和/或仅对所述超声波信号(10、20)的与所述数量的确定的频率相对应的或者处于所述数量的确定的频带(17)内的部分进行检测和/或将其用于产生所述超声波断层摄像图数据。

12.根据权利要求11所述的工件检验方法，其特征在于，确定频率或频带(17)的适合于超声波信号的表现力的数量。

13.根据上述权利要求中任一项所述的工件检验方法，其特征在于，在随后的成像步骤中将所产生的超声波断层摄像图数据可视化为超声波断层摄像图(13)。

14.根据权利要求13所述的工件检验方法，其特征在于，随后针对所述工件(5)中的内部缺陷(6)对所述工件(5)的超声波断层摄像图数据和/或超声波断层摄像图(13)进行分析。

15.工件检验系统，具有：

分布式或者本地的计算单元，所述计算单元具有接口，所述接口用于接收通过一定数量的超声波传感器(8)检测和输出的输出参量作为输入参量，

其特征在于，

所述计算单元设置为，

用于接收超声波信号(10、20)作为输入参量，通过借助于切削加工利用超声波(9、19)加载所述工件(5)引起所述输入参量，并且所述输入参量通过所述数量的传感器检测并且作为输出参量输出，并且

用于由所述输入参量产生所述工件(5)的超声波断层摄像图数据。

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