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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Beurteilung eines Kontrollkörpers, welcher einem Farb-Eindring-Verfahren aussetzbar ist oder ausgesetzt war, sowie ein Verfahren zur Beurteilung eines derartigen Kontrollkörpers.
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Die Druckschrift
US 2007/0097360 A1 betrifft ein System zur Diagnose oder Parametrisierung einer Anlage zur Erkennung von zur Oberfläche von Teilen hin freiliegenden Defekten mittels des Farb-Eindring-Verfahrens.
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Da unter anderem in der Automobil- und der Flugzeugindustrie zunehmend neue und insbesondere nicht-magnetische Werkstoffe zum Einsatz kommen, gewinnt das Farb-Eindring-Verfahren unter den nicht zerstörenden Werkstoff-Prüfverfahren immer mehr an Bedeutung. Dies resultiert daraus, dass nicht-magnetische Werkstoffe, wie beispielsweise Aluminium oder auch keramische bzw. Kohlefaserverbund-Werkstoffe nicht mit dem weit verbreiteten magnetischen Testverfahren (Magnetic Particle Inspection) auf ihre Fehlerfreiheit hin untersucht werden können.
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Beim Farb-Eindring-Verfahren wird in einem ersten Schritt ein kriechfähiges Eindringmittel, welches durch eine Bestrahlung mit UV-Licht zur Fluoreszenz angeregt werden kann, auf die Oberfläche des zu prüfenden Werkstücks aufgebracht. Das Aufbringen des Eindringmittels erfolgt im Allgemeinen durch Aufsprühen oder auch durch Eintauchen des Werkstücks in ein Eindringmittel-Bad.
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Nach dem Aufbringen des Eindringmittels lässt man dasselbe für eine vorbestimmte Verweilzeit in Materialdefekte, welche zur Oberfläche hin geöffnet sind, hineinkriechen, wobei dieser Vorgang durch Adhäsion und Kapillareffekte bestimmt ist. Nach der vorbestimmten Verweilzeit wird das Werkstück einem Waschvorgang unterzogen, welcher bezüglich seiner Randbedingungen wie Dauer, Wasserdruck und Wassertemperatur exakt definiert ist, um ein übermäßiges Auswaschen des Eindringmittels zu verhindern.
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Nach einem Trocknen der gereinigten Oberfläche durch eine Warmluftzufuhr beginnt der Vorgang des so genannten „Ausblutens” (englischer Fachbegriff: bleed out). Während dieses Vorgangs kriecht das Eindringmittel, welches in den zur Oberfläche hin geöffneten Fehlern (also zum Beispiel in Poren oder Rissen) war, auf die Oberfläche des zu prüfenden Werkstücks zurück. Oftmals wird zur Optimierung des Vorgangs ein Entwickler auf die Oberfläche des zu prüfenden Werkstücks aufgebracht, um diesen Vorgang zu unterstützen. Der Entwickler kann beispielsweise ein feinkörniges Pulver oder eine Lösung, die beim Trocknen pulverförmige Rückstände hinterlässt, sein. Das Eindringmittel diffundiert dabei in den Entwickler hinein. Nach einer gewissen Zeitspanne, welche wiederum exakt definiert ist, werden die Oberflächenfehler bzw. Defekte unter Verwendung einer UV-Lichtquelle detektiert.
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Um nachweisen zu können, dass die Prozessparameter des Farb-Eindring-Verfahrens optimal gewählt sind und Fehler in Werkstücken auch sicher detektiert werden können, wird in regelmäßigen Abständen ein Kontrollkörper, welcher künstliche Fehler, wie beispielsweise Risse in Sternform oder ähnliche, künstlich aufgebrachte zu detektierende Oberflächenschäden aufweist, demselben Prozess unterzogen, dem auch die zu testenden Werkstücke unterzogen werden. Dieser Kontrollkörper wird dann von einem Techniker bzw. Prüfer, welcher gleichzeitig auch mit der Durchführung der Qualitätsprüfung der Werkstücke beauftragt sein kann, unter UV-Licht begutachtet. Sind die künstlichen Fehler deutlich zu sehen, so wird dies vom Prüfer in einem Buch manuell protokolliert. Sind diese nicht deutlich genug zu sehen, so müssen die Prozessparameter des Farb-Eindring-Verfahrens entsprechend angepasst werden. Auch dies wird vom Prüfer (wiederum manuell) protokolliert.
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Neben der Tatsache, dass bei der Auswertung bzw. der Beurteilung des Kontrollkörpers damit ein gewisser „menschlicher Faktor” in die Beurteilung einfließt, d. h. insbesondere, dass verschiedene Prüfer die Intensitätsverhältnisse unterschiedlich beurteilen mögen, bedeutet auch das manuelle Protokollieren der Vorgänge einen nicht unerheblichen Zeit- und somit Kostenaufwand. Oftmals verlangt auch der Käufer der geprüften Werkstücke eine Dokumentation des Prüfvorgangs, sodass nochmals zusätzliche Kosten entstehen, da eine Version der Protokolle für den Kunden bereitgestellt werden muss.
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Daraus ergibt es sich als Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Beurteilung eines Kontrollkörpers, welcher einem Farb-Eindring-Verfahren aussetzbar ist bzw. ausgesetzt war, anzugeben, bei welcher eine objektive Beurteilung des Kontrollkörpers stattfindet und welche den Arbeitsaufwand des Prüfers reduziert. Ferner ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Beurteilung eines derartigen Kontrollkörpers anzugeben, welches ebenfalls sicherstellt, dass der Zustand des Kontrollkörpers objektiv beurteilt wird, wobei gleichzeitig die Arbeitsbelastung des entsprechenden Prüfers verringert werden soll und die Beurteilung prüferunabhängig dokumentierbar wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung zur Beurteilung eines Kontrollkörpers, welcher einem Farb-Eindring-Verfahren aussetzbar ist oder ausgesetzt war, gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Der verfahrenstechnische Aspekt der Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Beurteilung eines Kontrollkörpers für ein Farb-Eindring-Verfahren gemäß Patentanspruch 11 gelöst.
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Weitere Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten. Die Erfindung wird im Folgenden mit Bezug auf die Zeichnungen anhand von bevorzugten Ausführungsformen beispielhaft beschrieben.
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Die Zeichnungen zeigen in:
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1 eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Schnitt-Ansicht;
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2 eine schematische Darstellung der bevorzugten Ausführungsform gemäß 1 in einer Draufsicht von vorne; und
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3 ein Flussdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Wie aus 1 ersichtlich ist, umfasst eine Vorrichtung 1 zur Beurteilung eines Kontrollkörpers 2, welcher einem Farb-Eindring-Verfahren aussetzbar ist oder ausgesetzt war und wenigstens einen zur Oberfläche des Kontrollkörpers 2 hin offenen künstlichen Fehler in Form einer Vertiefung aufweist, unter anderem eine Bildaufnahmevorrichtung in Form einer CCD-Kamera 3, welche ein Objektiv 4 aufweist. Die CCD-Kamera 3 einschließlich Objektiv 4 dient zur Erzeugung eines Bildes von wenigstens Teilen des Kontrollkörpers 2, welche wenigstens Teile des wenigstens einen künstlichen Fehlers umfassen. In der bevorzugten Ausführungsform weist der Kontrollkörper 2 fünf sternförmige Vertiefungen mit unterschiedlicher Linienbreite auf, wobei die gesamten fünf sternförmigen Fehler durch die CCD-Kamera 3, welche eine USB-Schnittstelle aufweist, erfasst werden.
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Zur Erzeugung des Bildes des Kontrollkörpers 2 wird selbiger auf einem Einlegeschieber 5 positioniert, welcher zur Aufnahme des Kontrollkörpers 2 schubladenartig aus der Vorrichtung 1 herausgezogen und danach wieder in diese hineingeschoben werden kann. Für einen positionsfesten Halt auf dem Einlegeschieber sorgt eine an diesem angeordnete Aussparung 6, in welche der Kontrollkörper 2 eingelegt wird. Die Aussparung 6 ist derart bemessen, dass der Kontrollkörper 2 in sie eingelegt werden kann und gleichzeitig positionsfest gehalten wird. Zur Bildaufnahme wird der Kontrollkörper 2 durch eine Beleuchtungseinrichtung 7, welche in der bevorzugten Ausführungsform aus ringförmig angeordneten UV-Leuchtdioden besteht, beleuchtet. Alternativ hierzu sind selbstverständlich weitere Beleuchtungseinrichtungen in Form beispielsweise einer ringförmig angeordneten UV-Leuchte bzw. in Form von Quecksilber- bzw. Xenon-Dampf-Lampen denkbar. Auch ist eine ringförmige Anordnung nicht unbedingt notwendig, jedoch stellt die ringförmige Anordnung der Beleuchtungsvorrichtung 7 um den der CCD-Kamera 3 zugeordneten Bereich des Objektivs 4 herum sicher, dass keine Blenderscheinungen (Gegenlicht, Streulicht etc.) bei der Bilderzeugung auftreten können.
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Zur Beurteilung des Zustandes des Kontrollkörpers 2 weist die Vorrichtung 1 eine Bildauswertungsvorrichtung auf, welche das von der CCD-Kamera 3 erzeugte Bild auswertet. In der bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 umfasst die Bildauswertungsvorrichtung eine Bildvergleichsvorrichtung 8, welche das von der Bildaufnahmevorrichtung 3 erzeugte Bild mit einem Referenzbild vergleicht. Zusätzlich oder alternativ zu der Bildvergleichsvorrichtung 8 kann die Bildauswertungsvorrichtung eine Linienfolgevorrichtung umfassen, welche das von der Bildaufnahmevorrichtung erzeugte Bild mittels eines Linienfolge-Algorithmus auswertet. Auch weitere Bestandteile der Bildauswertungsvorrichtung, welche beispielsweise auf einem Klassifizierungs-Algorithmus oder anderen bildauswertenden Methoden beruhen, sind denkbar.
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Anstelle der CCD-Kamera, welche eine Farbkamera oder auch eine Schwarz-Weiß-Kamera sein kann, kommen auch eine Interlaced-Kamera, eine Progressive-Scan-Kamera, eine CMOS-Kamera (welche ausgeprägte Kontraste verarbeiten kann) oder auch eine Digital-Kamera in Frage. Anstelle der USB-Schnittstelle können die Kamera so wie die Bildauswertungsvorrichtung auch eine IEEE- oder eine RS232- oder auch eine serielle oder eine parallel Schnittstelle sowie eine Netzwerk-Schnittstelle oder eine drahtlose Schnittstelle aufweisen. Eine Einbindung der CCD-Kamera 3 kann beispielsweise auch über eine Grabber-Vorrichtung (Grabber-Karte) oder über eine Fire-Wire-Schnittstelle erfolgen.
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Um eine möglichst Platz sparende Anordnung gewährleisten zu können, weist die Vorrichtung weiterhin einen Umlenkspiegel 9 auf, welcher das Abbild des waagerecht positionierten Kontrollkörpers in das ebenfalls waagerecht positionierte Objektiv 4 der CCD-Kamera 3 ablenkt. Dadurch ist eine platzsparende Anordnung sowohl des Kontrollkörpers 2 als auch der CCD-Kamera 3 gewährleistet.
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Die Bildvergleichsvorrichtung 8 weist einen Referenzbildspeicher 10 auf, in welchem wenigstens ein Referenzbild gespeichert werden kann, welches der Bildvergleichsvorrichtung 8 als Vergleichsbild dient. Ferner weist die Vorrichtung 1 eine Protokollvorrichtung 11 zum Protokollieren der von der Bildaufnahmevorrichtung 8 erzeugten Bilder und der von der Bildauswertungsvorrichtung erzeugten Auswertungen auf, sodass ein Protokoll über den Betrieb der Vorrichtung 1 jederzeit abrufbar ist.
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Es bleibt an dieser Stelle anzumerken, dass die Vorrichtung 1 zur automatischen Auswertung des Kontrollkörpers 2 ausgebildet ist, wobei in der beschriebenen bevorzugten Ausführungsform die Vorrichtung 1 weiterhin tragbar (Tragegriff 12) ausgebildet ist, sodass sie von einem Prüfstand, an welchem ein Farb-Eindring-Verfahren ausgeübt wird zum nächsten Prüfstand, an welchem ein solches Verfahren ausgeübt wird, getragen werden kann.
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Ein erfindungsgemäßes Beurteilungs-Verfahren zur Beurteilung eines Kontrollkörpers 2 für ein Farb-Eindring-Verfahren stellt sich wie folgt dar (vgl. hierzu auch das Flussdiagramm in 3):
In einem ersten Schritt (a) wird das Farb-Eindring-Verfahren an dem Kontrollkörper 2 durchgeführt. Dies heißt, dass der Kontrollkörper 2 mit zu testenden Werkstücken das Farb-Eindring-Verfahren durchläuft. Nach dem Farb-Eindring-Verfahren wird nach einer Anwahl des Kontrollkörper-Typs mittels einer an der Vorderseite der Vorrichtung 1 angebrachten Tastatur 13 und einem Einlegen des Kontrollkörpers 2 in den Einlegeschieber 5 dann (nach einer manuellen Freigabe mittels der Tastatur 13) in einem Schritt (b) mittels der CCD-Kamera 3 ein Bild von wenigstens einem Teil des Kontrollkörpers 2 mit wenigstens einem Teil des wenigstens einen künstlichen Fehlers erzeugt. In der vorliegenden Ausführungsform wird der gesamte Bereich mit den fünf sternförmigen Vertiefungen von der CCD-Kamera 3 erfasst. In einem weiteren Schritt (c) wird dann das von der CCD-Kamera 3 erzeugte Bild mittels einer Bildauswertungsvorrichtung ausgewertet, welche in Abhängigkeit von der Auswertung eine Information liefert, die eine Aussage über den Zustand des Kontrollkörpers repräsentiert.
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In der bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst der Schritt (c) einen Vergleich des von der CCD-Kamera 3 erzeugten Bildes mit einem Referenzbild durch die Bildvergleichsvorrichtung 8. Das Referenzbild ist in der bevorzugten Ausführungsform ein Bild desselben Ausschnittes eines Kontrollkörpers desselben Typs, dessen Zustand beurteilt werden soll, welcher ein optimales Fehler-Detektions-Ergebnis aufweist. Das heißt, es wird mit einem Bild verglichen, in welchem die künstlichen Fehler durch das vorher angewandte Farb-Eindring-Verfahren optimal angezeigt werden. Dies ist in der bevorzugten Ausführungsform dann der Fall, wenn die fünf an dem Kontrollkörper angeordneten Sterne unter UV-Licht optimal erkennbar sind.
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Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass neben einem Bildvergleich auch jegliche andere Bildauswertung in Frage kommt. Insbesondere sind Verfahren denkbar, welche auf Basis eines Linien-Folge-Algorithmus bzw. auf einem Klassifizierungs-Algorithmus beruhen.
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Wird von der Bildauswertungsvorrichtung eine Information geliefert, dass der Kontrollkörper 2 einen ausreichenden Zustand besitzt, um das Farb-Eindring-Verfahren an den Werkstücken mit unveränderten Parametern fortzusetzen, so leuchtet an der Vorderseite (vgl. 2) eine (in der bevorzugten Ausführungsform grüne) Lampe 14 auf, welche signalisiert, dass alles in Ordnung (IO) ist. Ist das Ergebnis als nicht zufrieden stellend eingestuft, so leuchtet eine rote Lampe 15 auf, welche signalisiert, dass die Parameter beim Farb-Eindring-Verfahren geändert bzw. optimiert werden müssen (NIO).
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In der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nicht nur nach Durchführung des Farb-Eindring-Verfahrens an dem Kontrollkörper 2 ein Bild von diesem erzeugt, sondern auch vor der Durchführung des Farb-Eindring-Verfahrens (Schritt (0)). Es handelt sich dabei um denselben Ausschnitt des Kontrollkörpers 2, welcher später nach Durchlaufen des Farb-Eindring-Verfahrens abgelichtet wird. Dazu wird der gesäuberte Kontrollkörper 2 wieder mittels des Einlegeschiebers in die Vorrichtung 1 eingebracht und dann nach einer manuellen Freigabe über die Tastatur 13 durch die CCD-Kamera 3 fotografiert.
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Nach der Erzeugung des Bildes vom Kontrollkörper 2 durch die CCD-Kamera 3 wird das Bild durch die Bildauswertungsvorrichtung in Form der Bildvergleichsvorrichtung 8 ausgewertet (Schritt (0')), um so den Sauberkeitsgrad des Kontrollkörpers 2 zu bestimmen. Dadurch wird sichergestellt, dass keine Reste des Eindringmittels am Kontrollkörper 2 vorhanden sind, bevor dieser dem Farb-Eindring-Verfahren unterworfen wird. Ist der Sauberkeitsgrad in einem vorbestimmten Gütebereich, so wird durch die grüne Lampe 14 signalisiert, dass der Kontrollkörper nunmehr dem Farb-Eindring-Verfahren unterzogen werden kann, während im gegenteiligen Falle die rote Lampe 15 signalisiert, dass der Kontrollkörper 2 gereinigt werden muss. Nach einer Reinigung muss dieser dann erneut den Schritten (0) und (0') unterzogen werden.
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In der bevorzugten Ausführungsform umfasst auch der Schritt der Auswertung des Bildes vor dem Durchlaufen des Farb-Eindring-Verfahrens einen Vergleich des von der Bildaufnahmevorrichtung bzw. CCD-Kamera 3 erzeugten Bildes mit dem Referenzbild durch die Bildvergleichsvorrichtung 8. Auch bei diesem Vorgang wird mit dem Referenzbild, welches optimal ausgebildete fünf Sterne zeigt, verglichen. Bei der Überprüfung des Sauberkeitsgrades des Kontrollkörpers 2 basiert das Entscheidungskriterium demnach auf dem Grad der Abweichung der beiden Bilder, während die Entscheidung über den Zustand des Kontrollkörpers 2 nach Durchlaufen des Farb-Eindring-Verfahrens auf Basis einer möglichst hohen Übereinstimmung getroffen wird. Denkbar wäre auch, alternativ hierzu als Referenzbild das Bild eines sauberen Kontrollkörpers 2 oder aber auch zwei Referenzbilder (beispielsweise das eines sauberen und das eines mit einer bestmöglichen Anzeige versehenen Kontrollkörpers 2) zu verwenden. Ebenso ist die Verwendung einer noch höheren Anzahl von Referenzbildern denkbar, wobei in einem solchen Fall beispielsweise verglichen werden kann, welchem durch ein Referenzbild definierten Zustand der Kontrollkörper 2 am nächsten kommt. Das bzw. die Referenzbilder sind in der bevorzugten Ausführungsform in der Bildvergleichsvorrichtung hinterlegt bzw. gespeichert.
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Instruktionen an den Prüfer, sowie die Ergebnisse der Auswertungen, (welche auch durch die Lampen 14, 15 signalisiert werden), werden (zusätzlich) in Klartext auf einem Display 16 (vgl. 2) dargestellt.
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Sämtliche Bilder sowie sämtliche Prüfungs- bzw. Beurteilungsergebnisse werden letztendlich in der Protokollvorrichtung 11 festgehalten bzw. gespeichert. Diese Protokollvorrichtung ist in der bevorzugten Ausführungsform ein Speicher, welcher mit einem Computernetzwerk verbindbar ist. Ferner ist der Speicher auch mit einem portablen oder einem feststehenden Drucker verbindbar, sodass die Protokolle ausgedruckt werden können oder nach Bedarf auch in elektronischer Form weitergereicht werden können.
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Obwohl die Erfindung anhand von Ausführungsformen mit fester Merkmalskombination beschrieben wird, umfasst sie jedoch auch die denkbaren weiteren vorteilhaften Kombinationen, die sich insbesondere aber nicht erschöpfend durch die Unteransprüche ergeben. Sämtliche in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale werden als Erfindung wesentlich beansprucht, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.
