DE10128131A1

DE10128131A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Materialprüfung und/oder Objektidentifizierung

Info

Publication number: DE10128131A1
Application number: DE2001128131
Authority: DE
Inventors: Lutz Berger; Peter Peyerl
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-06-09
Filing date: 2001-06-09
Publication date: 2002-12-12

Abstract

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfach durchführbares Verfahren und eine einfach herzustellende Anordnung zur Materialprüfung und/oder zur Objektidentifizierung anzugeben, bei denen einerseits auf eine exakte Positionierung von Prüfwellentransceiver und Prüfkörper verzichtet werden kann und andererseits eine einfache Auswertung der empfangenen Prüfwellen mittels Frequenzanalyse ermöglicht wird. DOLLAR A Erfindungsgemäß gelingt die Lösung der Aufgabe dadurch, dass bei dem von einem Prüfwellensender gesendete Wellen einen Prüfkörper durchdringen und/oder an diesem reflektiert werden, an einem periodisch bewegten Reflektor reflektiert werden, anschließend den Prüfkörper erneut durchlaufen und/an diesem reflektiert werden, von einem Prüfwellenempfänger empfangen und weiterverarbeitet werden und dass die Prüfwellen Mikrowellen sind. DOLLAR A Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Materialprüfung und/oder zur Objektidentifizierung, bei dem von einem Prüfwellensender gesendetete Wellen einen Prüfkörper durchdringen oder an diesem reflektiert werden, von einem Prüfwellenempfänger empfangen werden und weiterverarbeitet werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Materialprüfung und/oder zur Objektidentifizierung, bei dem von einem Prüfwellensender gesen dete Wellen einen Prüfkörper durchdringen oder an diesem reflektiert werden, von einem Prüfwellenempfänger empfangen werden und weiterverarbeitet werden.

Die Erfindung wird vorzugsweise zur berührungslosen Prüfung von Materialstruk turen und -dichten von Prüfkörpern sowie zur Objektidentifizierung angewendet, wobei eine Auswertung eines Dopplersignales mittels Frequenzanalyse erfolgt.

Im Stand der Technik sind verschiedene Verfahren und Vorrichtungen zur Materi alprüfung und/oder zur Objektidentifizierung, bei dem von einem Mikrowellensen der gesendete Wellen einen Prüfkörper durchdringen oder an diesem reflektiert werden, von einem Mikrowellenempfänger empfangen werden und weiterverarbei tet werden, bekannt.

Nach DE 24 61 168 B1 ist ein Meßverfahren zur Bestimmung der relativen Position eines Gegenstandes bekannt, bei dem der Abstand zwischen einer Antenne und einem Ziel als Resonator ein Hyperfrequenzresonator benützt wird, dessen Frequenz mit einer Referenzfrequenz, die der des Oszillators für einen vorgegebenen Abstand Antenne Ziel entspricht, verglichen wird, wobei das Ergeb nis des Vergleichs ein Maß für die Differenz zwischen dem tatsächlichen Abstand Antenne Ziel und dem vorgegebenen Abstand ist.

Nach DE 15 48 394 ist neben einer Anordnung ein Verfahren zur Messung mechanischer Schwingungen mit Hilfe eines Interferometers, das die mechanischen Schwingungen in Intensitätsschwankungen eines kohärenten Lichtstrahls umwan delt und nach Umwandlung dieser Intensitätsschwankungen in elektrische Signale Frequenz, Amplitude und Verlauf der mechanischen Schwingungen durch Auswertung der elektrischen Signale bestimmt werden, bei dem durch gleichförmi ges Bewegen des den Umweg des einen Teilstrahls bestimmenden Spiegels des Interferometers zu der sich ändernden Frequenz der Intensitätsschwankungen eine konstante Frequenz addiert wird.

Nach DE 33 06 957 A1 ist ein Vibrationsmesser, der einen UHF-Generator enthält, dessen Energie über ein Antennensystem auf einen Prüfkörper einfällt und, von diesem reflektiert, über das Antennensystem auf einen Detektor einfällt, auf welchen auch die Energie von hochfrequenten Bezugsschwingungen auftritt, wobei ein elliptischer Spiegel angeordnet ist, in dessen einem Brennpunkt der Prüfkörper liegt und in dessen zweitem Brennpunkt ein den Spiegel bestrahlender Bestrahler liegt.

Nachteilig bei allen bekannten Verfahren und Vorrichtungen zur Materialprüfung ist, dass bei Verwendung eines Dauerstrichradars entweder der Prüfkörper oder der Mikrowellentransceiver exakt positioniert und reproduzierbar bewegt werden müssen, was einen aufwendigen Messaufbau erforderlich macht oder aber dass ein frequenz- oder pulsmodulierter Mikrowellensender verwendet werden muss, was ebenfalls einen erheblichen technischen Aufwand des Mess- und Prüfaufbaus zur Folge hat.

Nachteilig bei allen bekannten Verfahren und Vorrichtungen zur Objektidentifizie rung ist ebenfalls, dass der zu identifizierende Prüfkörper exakt positioniert und entweder der Mikrowellentransceiver oder der Prüfkörper definiert bewegt werden müssen, was ebenfalls einen erheblichen technischen Aufwand des Mess- und Prüfaufbaus zur Folge hat.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfach durchführbares Verfahren und eine einfach herzustellende Anordnung zur Materialprüfung und/oder zur Objektidentifizierung anzugeben, bei denen einerseits auf eine exakte Positionie rung von Prüfwellentransceiver und Prüfkörper verzichtet werden kann und andererseits eine einfache Auswertung der empfangenen Prüfwellen mittels Frequenzanalyse ermöglicht wird.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit den in den Ansprüchen 1 und 6 angegebe nen Merkmalen gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung weist eine Reihe von Vorteilen auf. Durch die Verwendung eines periodisch bewegten Reflektors zur Reflexion von Prüfwellen, die einen Prüfkör per durchdringen oder an diesem reflektiert werden und durch die Positionierung des Prüfkörpers entweder zwischen dem Prüfwellentransceiver und dem periodisch bewegten Reflektor oder in gemeinsamen Schnittpunkten und -flächen der gesendeten und reflektierten Prüfwellen wird einerseits ermöglicht, dass weder der Prüfkörper selbst noch der Prüfwellentransceiver bewegt werden müssen; andererseits können sowohl der Prüfwellentransceiver als auch der Prüfkörper relativ ungenau positioniert werden. Somit wird die Auswertung der Prüfinforma tion ermöglicht, die im Frequenzspektrum an einem Dopplerausgang des Prüfwel lentransceivers enthalten ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.

Dazu zeigen

Fig. 1 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung mit einer Lochscheibe als rotierenden Reflektor,

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung mit einer Schwingungsmembran als Reflektor und

Fig. 3 eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung mit einem PC-Lüfter als rotierenden Reflektor.

Die in Fig. 1 gezeigte erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung mit einer Lochscheibe als rotierenden Reflektor 2 dient der Prüfung von Material strukturen und -dichten. Ein zu untersuchender Prüfkörper 4 befindet sich zwischen einem Mikrowellentransceiver 1, der einen Mikrowellensender 1.1 und einen Mikrowellenempfänger 1.1 beinhaltet, und einer Lochscheibe als rotierenden Reflektor 2.1. Der Mikrowellentransceiver 1 verwendet in Abhängigkeit von der zu untersuchenden Materialstruktur Frequenzen zwischen 5 Ghz und 1000 Ghz.

Bekanntermaßen enthält das aus Sende- und Empfangssignal gemischte Dopplersi gnal in seinem Frequenzspektrum die Prüfinformation, die computergestützt ausgewertet werden kann. Die von Mikrowellentransceiver 1 ausgesendeten Mikrowellen durchdringen als Dauerstrichradar einen Bereich hoher Dichte 4.1 und einen Bereich geringer Dichte 4.2 des Prüfkörpers 4, werden an einer rotie renden Lochscheibe, die als rotierender Reflektor 2.1 fungiert, reflektiert, durch dringen jeweils an gleicher Stelle erneut die Bereiche 4.1 und 4.2 des Prüfkörpers 4 und werden vom Mikrowellentransceiver 1 empfangen. Die Lochscheibe wird dabei von einem Motor 3 mit einer definierten Drehzahl angetrieben. Der Prüfkör per 4 und der Mikrowellentransceiver 1 selbst müssen nicht bewegt werden. Durch die Verwendung des rotierenden Reflektors 2.1 wird erreicht, dass sowohl die Positionierungen des Mikrowellentransceivers 1 als auch die des Prüfkörpers 4 relativ ungenau sein können, weil die Charakteristik des Frequenzspektrums in weiten Grenzen positionsunabhängig ist; somit ergibt sich ein einfacher Prüfaufbau.

Der rotierende Reflektor 2.1 weist in Folge der angeordneten Löcher segment weise unterschiedliche Reflexionseigenschaften auf und hat die Aufgabe, die einfallenden Mikrowellen mit einer niederfrequenten, möglichst oberwellenreichen, aber zeitlich stabilen Schwingung zu überlagern und verlustarm zu reflektieren.

Die in Fig. 2 dargestellte zweite Ausführungsform der Erfindung dient einer Objektidentifikation und Materialprüfung. Dazu befinden sich auf Spritzwerkzeu gen 6 angeordnete Einlegeteile 7, deren Vollständigkeit untersucht werden soll, in gemeinsamen Schnittpunkten bzw. -flächen der vom Mikrowellentransceiver 1 ausgesendeten und der vom periodisch bewegten Reflektor 2 reflektierten Wellen. Als periodisch bewegter Reflektor 2 wird hier eine von einem Vibrator 5 erregte Schwingungsmembran 2.2 verwendet. Der Mikrowellentransceiver 1 verwendet in Abhängigkeit von der gewünschten Objektauflösung Frequenzen zwischen 5 Ghz und 1000 Ghz. Das aus Sende- und Empfangssignal gemischte Dopplersignal enthält ebenfalls in seinem Frequenzspektrum die Prüfinformation.

Die ausgesendeten Mikrowellen werden als Dauerstrichradar von den am Spritz werkzeug 6 angeordneten Einlegeteilen 7 zur Schwingungsmembran 2.2 reflektiert und von dort abermals über die am Spritzwerkzeug 6 angeordneten Einlegeteile 7 zurück zum Mikrowellentransceiver 1 reflektiert. Auch hier sind durch die Dynamik der Schwingungsmembran 2.2 Bewegungen des Mikrowellentranscei vers 1 oder des Prüfobjektes überflüssig. Auch die Positionierungen des Prüfob jektes ist weitgehend unkritisch, da die charakteristische Reflexion des Prüfobjektes und damit die Informationen über die geometrische Konfiguration desselben im Frequenzspektrum erhalten bleiben.

Fig. 3 zeigt eine dritte Ausführungsform der Erfindung, bei der als rotierender Reflektor 2.1 ein PC-Lüfter 8 verwendet wird. Wie unter Fig. 2 beschrieben, werden vom Mikrowellentransceiver 1 ausgesendete Mikrowellen an Einlegeteilen 7, die auf einer Arbeitsplatte angeordnet sind, zu dem sich drehenden Rotor des PC-Lüfters 8 reflektiert, vom Rotor des PC-Lüfters 8 zum Prüfobjekt 7, 9 zurück reflektiert und vom Prüfobjekt 7, 9 zum Mikrowellentransceiver 1 reflektiert. Die dargestellte Anordnung dient der Identifikation der Einlegeteile 7 auf der Arbeits platte 9, die aus Kunststoff oder Metall besteht.

Darüber hinaus können periodisch bewegte Reflektoren 2 bei einer Vielzahl von bisher bekannten technologischen Verfahren vorteilhaft eingesetzt werden. Ein solcher Einsatz ist insbesondere sinnvoll bei Untersuchungen von Maschinen oder Werkstücken auf Qualitätsparameter, wie beispielsweise Maßhaltigkeit, Positio nierung und Vollständigkeit; bei Objektidentifikationen in der Automatisierungs technik; bei Werkzeugüberwachungen an Bohrern, Gewindebohrern, Fräsern, Drehmeiseln, Schleifscheiben und analogen Werkzeugen zur Kontrolle des Schär fegrades und Bruchkontrolle; bei Verpackungskontrollen auf Richtigkeit und Vollständigkeit der verpackten Erzeugnisse; bei Rauhigkeitsprüfung von Oberflä chen; bei Schwingungs- und Vibrationsprüfungen von rotierenden Maschinen und vibrierenden Anlagen; bei Feuchtemessungen von Materialien mit Restfeuchtegraden wie beispielsweise Papier, Pappe oder Baumaterialien wie Beton und Ziegel; bei Füllstandsmessungen oder bei Identifikationssystemen von Personen.

Außerdem können vibrierende Membranstrukturen verwendet werden, die den Vorteil bieten, dass ein niederfrequenter Oszillator, der diese Vibration erzeugt, im Sinne eines leicht auswertbaren Zeitsignales am Dopplerausgang des Mikrowellen transceivers moduliert werden kann. Dadurch können bei Prüfprozessen in laufen der Produktion Zeitsignale den Materialdurchfluß vorteilhaft untersuchen.

Als periodisch bewegte Reflektoren können verschiedenartige, vorzugsweise mechanische Schwingungserzeuger oder Vibratoren verwendet werden. Insbeson dere sind metallene rotierende Scheiben oder Vielecke, die Bohrungen, Schlitze oder andere Durchbrüche, Reliefs (beispielsweise Lüfterrotorblätter) oder rauhe Oberflächen haben vorteilhaft. Die geometrischen Abmessungen dieser Maschi nenelemente sollten mit der Frequenz des Mikrowellentransceivers dahingehend korrespondieren, dass sie eine möglichst oberwellenreiche und verlustarme Refle xion der Mikrowellen bewirken. Im allgemeinen wird mit steigender Sendefre quenz des Mikrowellentransceivers und steigendem Oberwellenanteil auch die Auflösung und Erkennung kleiner Molekularstrukturen und die Dichteänderungen der Materialprüfstücke größer.

BEZUGSZEICHENLISTE

1

Prüfwellentransceiver

1.1

Prüfwellensender

1.2

Prüfwellenempfänger

2

periodisch bewegter Reflektor

2.1

Rotierender Reflektor

2.1

Schwingungsmembran

3

Motor

4

Prüfkörper

4.1

Bereich hoher Dichte

4.2

Bereich geringer Dichte

5

Vibrator

6

Spritzwerkzeug

7

Einlegeteile

8

PC-Lüfter

9

Arbeitsplatte

Claims

1. Verfahren für Materialprüfung und/oder Objektidentifizierung, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem von einem Prüfwellensender (1.1) gesendete Wellen einen Prüfkörper (4) durchdringen und/oder an diesem reflektiert werden, an einem periodisch bewegtem Reflektor (2) reflektiert werden, anschließend den Prüfkörper (4) erneut durchlaufen und/oder an diesem reflektiert werden, von einem Prüfwellenempfänger (1.2) empfangen und weiterverarbeitet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ausschließlich Prüfwellen weiterverarbeitet werden, die am Prüfkörper (4) reflektiert worden sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Prüfwellen weiter verarbeitet werden, die den Prüfkörper (4) durchdrungen haben.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, dass Prüfwellen mit einer zeitabschnittsweise konstanten Phasenverschiebung weiterverarbeitet werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass Prüfwellen mit einer periodisch modulierten Phasenverschiebung weiterverarbeitet werden.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfwellen Mikrowellen sind.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfwellen Schallwellen oder Infrarotwellen sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass als periodisch bewegter Reflektor (2) eine mittels eines Vibrators (5) angeregte Schwingungs membran (2.2) angeordnet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass als periodisch bewegter Reflektor (2) ein rotierender Reflektor (2.1) mit zumindest segment weise unterschiedlichen Reflexionseigenschaften angeordnet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass als rotierender Reflektor (2.1) ein PC-Lüfter (8) angeordnet ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Prüfwel lensender (1.1) und der Prüfwellenempfänger (1.2) in einem Prüfwellentransceiver (1) angeordnet sind.