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Die Erfindung betrifft eine Räderprüfanlage zum Auffinden von Fehlern in einem zu prüfenden Rad und des Weiteren ein Verfahren zum Prüfen eines Rades, um dann diese Fehler aufzufinden.
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Aus dem Stand der Technik ist eine Räderprüfung bekannt, wobei ein zu prüfendes Rad in eine Anlage eingefördert wird und anschließend drei Prüfbereiche des Rades abgefahren werden (Nabe, Speichen, Felgenbett). Von einer Strahlungsquelle ausgehend wird das Rad durchstrahlt und auf einem Detektor abgebildet. Es werden einzelne, definierte mechanische Prüfpositionen des Rades angefahren, so dass die Abbildungen einen geringen Überlappungsbereichsbereich aufweisen. Bei kleinen Rädern sind ca. 16 mechanische Prüfpositionen, bei großen Rädern mehr als 30 mechanische Prüfpositionen notwendig, um das gesamte Rad „aufzunehmen”.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Räderprüfanlage und ein dazugehöriges Verfahren bereitzustellen, womit die Anzahl der mechanischen Prüfpositionen verringert wird und die Räderprüfung wesentlich beschleunigt wird, d. h. der Durchsatz wesentlich erhöht wird.
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Diese Aufgabe wird durch den unabhängigen Vorrichtungsanspruch und den unabhängigen Verfahrensanspruch der Anmeldung gelöst. Die abhängigen Ansprüche zeigen vorteilhafte Ausgestaltungen zur Lösung der Aufgabe.
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Die erfindungsgemäße Räderprüfanlage (1) zum Auffinden von Fehlern in einem zu prüfenden Rad (2) umfasst eine Strahlungsquelle (3) zur Erzeugung eines Strahlenbündels (31), einen ersten Detektor (41) und mindestens einen zweiten Detektor (42), wobei das zu prüfende Rad (2) zwischen den Detektoren (41, 42) und der Strahlungsquelle (3) angeordnet ist.
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Die Räder, welche die mit der Räderprüfanlage durchzuführende Prüfung durchlaufen, bestehen bevorzugt aus einem Guss/Spritzguss (einer Legierung). Dieser Guss wird in eine Form gegeben, um damit das gewünschte Design zu erreichen. Bei diesem Gießvorgang können Fehler, wie beispielsweise Luftblasen oder Schrumpfungs-Lunker im zu prüfenden Rad auftreten. Die eingeschlossenen Fehler, also Luftbläschen oder Lunker, können zur Schwächung der Stabilität des zu prüfenden Rades bei statischer oder dynamischer Belastung führen und in Extremfällen zum Bruch führen. Es handelt sich folglich bei den zu detektierenden Fehlern bevorzugt um Einschlüsse im Gussobjekt (Rad).
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Unter einem zu prüfenden Rad versteht man bevorzugt eine Felge mit Speichen und einer Nabe, besonders bevorzugt ein produktionsfrisches Rad, welches die Gußkokille soeben verlassen hat. Die zu prüfenden Räder sind beispielsweise Fahrzeugräder (also PKW-Räder, Motorrad-Räder, LKW-Räder, Nutzfahrzeugräder usw.). Um die oben genannten Fehler an einem zu prüfenden Rad feststellen zu können, kommt die erfindungsgemäße Räderprüfanlage zum Einsatz.
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Unter dieser Räderprüfanlage versteht man eine Anlage zum Auffinden von Materialfehlern in einem zu prüfenden Rad mit Hilfe von elektromagnetischer Strahlung, z. B. Röntgenstrahlung. Die Räderprüfanlage untersucht aus einer oder mehreren Perspektiven das zu prüfende Rad. Bevorzugt durchleuchtet die Räderprüfanlage das zu prüfende Rad, um dadurch die von außen unsichtbaren Fehler auf mindestens einem Detektor abzubilden. Bevorzugt nutzt die Räderprüfanlage eine Röntgenaufnahme- und -auswertetechnik (z. B. automatische Fehlererkennung am Röntgenbild), um die Fehler in dem zu prüfenden Rad zu detektieren.
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Damit die Räderprüfanlage eine Prüfung des zu prüfenden Rades durchführen kann, umfasst die Räderprüfanlage eine Strahlungsquelle zur Erzeugung eines Strahlenbündels. Die Strahlungsquelle generiert ein Strahlenbündel elektromagnetischer Strahlung, welches bevorzugt das zu prüfende Rad durchtritt und dadurch ein Bild auf mindestens einem Detektor abbildet. Die Strahlungsquelle ist dabei bevorzugt eine Punktquelle (also ein Brennfleck), welche einen Strahlenfächer als Strahlenbündel aussendet. Die Strahlungsquelle ist bevorzugt als Röntgenröhre ausgestaltet. Denkbar ist auch, dass die Strahlungsquelle ein Strahlenbündel in Form eines Zylindersektors, eines Kegels (mit Kreis- oder Ellipsengrundfläche) oder einer Pyramide aussendet.
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Die Öffnungswinkel des Strahlenkegels bzw. der -pyramide werden mit dem Winkel α und dem Winkel β angegeben, der Zylindersektor weist nur den Öffnungswinkel α auf. Bevorzugt lassen sich die Öffnungswinkel der Strahlungsquelle durch eine Blende einstellen, bzw. lassen sich die Öffnungswinkel durch Aktoren verändern, welche an die Blende gekoppelt sind. Der Öffnungswinkel α ist bevorzugt kleiner als der Öffnungswinkel β. Dadurch lässt sich eine nahezu rechteckige Bestrahlungsfläche (in 2D betrachtet) erreichen, welche zur optimalen Bestrahlung der Fläche vorteilhaft ist, welche die beweglichen zueinander verschiebbaren Detektoren beschreiben. Bevorzugt ist die Bestrahlungsfläche immer größer als die kombinierte, addierte Fläche der beiden Detektoren zusammen. Bevorzugt ist die Bestrahlungsfläche des Strahlenfächers mindestens so breit wie zwei nebeneinander angeordnete Detektoren. Bevorzugt ist die Bestrahlungsfläche so hoch wie mindestens die Höhe eines Detektors. Als Bestrahlungsfläche wird die Fläche angesehen, welche der Strahlenfächer (Strahlenbündel) auf einer Ebene abbildet, wobei diese imaginäre Ebene den Abstand Strahlungsquelle-Detektoren aufweist. Der Öffnungswinkel α bestimmt bei einem konstanten Abstand von Strahlungsquelle zu den Detektoren die Höhe Bestrahlungsfläche, der Öffnungswinkel β die Breite. Der Öffnungswinkel α beträgt bevorzugt zwischen 15 und 35 Grad, besonders bevorzugt zwischen 20 und 30 Grad, besonders bevorzugt 25 Grad.
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Der Öffnungswinkel β beträgt bevorzugt zwischen 30 und 50 Grad, besonders bevorzugt zwischen 35 und 45 Grad, besonders bevorzugt ca. 40 Grad.
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Die Röntgenstrahlen des Strahlenbündels propagieren bevorzugt durch das zu prüfende Rad hindurch, besonders bevorzugt bis zu dem ersten Detektor, bzw. dem zweiten Detektor. Der erste Detektor und der zweite Detektor befinden sich bevorzugt in dem Strahlengang des Strahlenbündels (bei einer punktuellen Strahlenquelle). Das Strahlenbündel der Strahlungsquelle ist bevorzugt ein Strahlenkegel. Der erste Detektor und der zweite Detektor sind bevorzugt so angeordnet, dass sie einen möglichst großen Bereich des Strahlenverlaufs abfangen. Der erste Detektor und der zweite Detektor befinden sich bevorzugt in allen Positionen (versetzt zueinander, nebeneinander, gekippt zueinander usw.) immer im Strahlenbündel, d. h. im Strahlenverlauf der Strahlungsquelle. Der Abstand der Detektoren zur Strahlungsquelle wird mit dem Buchstaben r angegeben. Bevorzugt ist der Abstand r eine Längenangabe für einen Radius (Kreismittelpunkt Strahlungsquelle), wenn die Detektoren auf einem Bogenstück angeordnet sind.
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Unter einem erfindungsgemäßen ersten Detektor oder einem zweiten Detektor versteht man eine Fläche, auf welcher Teile des Strahlenbündels der Strahlungsquelle auftreffen und ein Bild des abzubildenden Objektes (in diesem Fall des zu prüfenden Rads) abgebildet wird (oder teilweise abgebildet wird). Der Detektor ist bevorzugt ein photosensibler Chip, d. h. strahlungsempfindlicher Chip. Z. B. ist ein Detektor ein digitaler Flächendetektor (DDA – Digital Detector Array) oder Röntgen-Bildverstärker. Die Detektoren wandeln die optische Information, d. h. die auftreffende Strahlung der Strahlungsquelle bevorzugt in digitale Daten um. Bevorzugt werden aus den digitalen Daten die Materialfehler ermittelt. Der erste Detektor bzw. der zweite Detektor nimmt während eines Aufnahmevorgangs der Räderprüfanlage eine fixe Position gegenüber der Strahlungsquelle ein. Bevorzugt ist der erste Detektor bzw. der zweite Detektor gegenüber der Strahlungsquelle verfahrbar. Der erste Detektor bildet mit dem zweiten Detektor bevorzugt eine Ebene. Besonders bevorzugt schließen die Detektoren einen Winkel ein. Dies ist insbesondere der Fall, wenn die beiden Detektoren nebeneinander angeordnet sind. Bevorzugt schließen der erste Detektor und der zweite Detektor einen, besonders bevorzugt zusätzlichen Winkel ein. Dies ist insbesondere der Fall, wenn die beiden Detektoren eine zueinander versetzte Stellung eingenommen haben. Bevorzugt sind der erste Detektor und der zweite Detektor an einem Positioniersystem angeordnet, bevorzugt über Detektorenhalter.
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In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Räder-Prüfanlage (1) zusätzlich ein Positioniersystem (5) und mit dem Positioniersystem (5) ist der erste Detektor (41) relativ gegenüber dem zweiten Detektor (42) verschiebbar.
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Unter dem Positioniersystem versteht man eine Einrichtung, durch welche sich der erste Detektor und der zweite Detektor bezüglich der Strahlungsquelle zueinander positionieren lassen. Das Positioniersystem legt bevorzugt die Abstände der genannten Elemente zueinander und/oder die Winkel dieser Elemente zueinander und/oder die Ausrichtung dieser Elemente zueinander fest. Das Positioniersystem ist zum Beispiel ein Element oder eine Kombination von Elementen aus der Gruppe: C-förmiger Haltebogen/-arm, Haltering/-zylinder, Schwenkarme, Führungsschienen, Verfahrschlitten, verfahrbare Halterungen. Bevorzugt lässt sich das Positioniersystem translatorisch und/oder rotatorisch gegenüber dem zu prüfenden Rad ausrichten und/oder umgekehrt. Die translatorische bzw. rotatorische Positionierung des Positioniersystems (erster Detektor, zweiter Detektor) ist unabhängig vom Fördersystem des zu prüfenden Rades bzw. dessen Ausrichtungssystems. Die Strahlungsquelle ist in Bezug auf die Detektoren bevorzugt ortsfest. Das Positioniersystem ordnet den ersten Detektor und den zweiten Detektor bevorzugt immer so an, dass sich zwischen den Detektoren und der Strahlungsquelle das zu prüfende Rad befindet und besonders bevorzugt mindestens ein Strahl des Strahlenbündels orthogonal auf die jeweilige Detektorfläche auftrifft. Damit befindet sich die Strahlungsquelle im Schnittpunkt der Flächennormalen der beiden Detektoren, wobei eine Flächennormale bevorzugt durch den Mittelpunkt der jeweiligen Detektorfläche, besonders bevorzugt durch den Mittelpunkt der Außenkante der jeweiligen Detektorfläche verläuft.
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Der erste Detektor und der zweite Detektor sind relativ zueinander (z. B. durch einen oder mehrere Aktoren des Positioniersystems) verschiebbar, wobei bevorzugt ein Detektor verschiebbar und der andere feststehend ist, besonders bevorzugt beide verschiebbar sind. Der erste Detektor und der zweite Detektor sind bevorzugt eine rechteckige ebene Fläche, besonders bevorzugt eine gekrümmte Fläche. Über die vorhandenen Aktoren des Positioniersystems ist bevorzugt der Abstand, besonders bevorzugt damit einhergehend auch der Winkel zwischen dem ersten Detektor und dem zweiten Detektor zueinander veränderbar.
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Bevorzugt sind der erste Detektor und der zweite Detektor bei der Prüfung der Nabe bzw. bei der Prüfung der Speichen nebeneinander angeordnet. Bevorzugt wird auf den einen Detektor eine Speiche bzw. ein Bereich von Speichen abgebildet und auf den anderen Detektor eine andere Speiche bzw. ein anderer Bereich von Speichen. Im Fall der Nabenprüfung werden bevorzugt jeweils unterschiedliche Bereiche der Nabe auf die zwei Detektoren abgebildet. Eine Detektorkante eines Detektors und eine Detektorkante des anderen Detektors bilden bevorzugt ein benachbartes Kantenpaar parallel liegender, benachbarter Kanten. Zwei weitere Kantenpaare, jeweils bestehend aus einer Kante des einen Detektors und einer Kante des anderen Detektors, stehen bevorzugt jeweils auf gleicher Höhe. Bevorzugt bilden die Detektoren dabei zusammen eine rechteckige ebene Fläche, unter Umständen mit einer Lücke zwischen den Detektorkanten des benachbarten Kantenpaares. Besonders bevorzugt bilden die Detektoren eine rechteckige geknickte Fläche mit einem Knick an den beiden sich am nähesten liegenden Detektorkanten. Durch den Knick schließen die beiden Detektorflächen einen Winkel ein, der gewährleistet, dass jeder Detektor zumindest in einem Punkt orthogonal zu einem Strahl des Strahlenbündels steht.
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Bevorzugt sind der erste Detektor und der zweite Detektor gegeneinander versetzt angeordnet (Rautenanordnung, „Eck auf Eck”), wenn das Felgenbett des zu prüfenden Rades geprüft wird. Dabei bilden bevorzugt ein Eckbereich des einen Detektors und ein Eckbereich des anderen Detektors ein benachbartes Eckpaar und andere Eckbereiche sind voneinander weiter entfernt. Bevorzugt bildet ein kleiner Überlappungsbereich der beiden Detektoren eine rechteckige, bevorzugt ebene, besonders bevorzugt geknickte Fläche, unter Umständen mit einer Lücke zwischen den Detektoren. Der Knick wiederum bewirkt eine orthogonale Orientierung der Detektoren zum Strahlenbündel (siehe auch voriger Absatz).
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Der Vorteil von einem ersten Detektor und einem zweiten Detektor, die bevorzugt gegeneinander verschiebbar sind, ist, dass trotz kleiner und kostengünstiger Detektorfläche der einzelnen Detektoren ein großer Bereich des Rades pro mechanischer Prüfposition aufnehmbar ist. Des Weiteren ist durch die Verwendung zweier Detektoren die zu verarbeitende Datenmenge parallel und damit schneller verarbeitbar. Durch die geschickte Anordnung der beiden Detektoren (d. h. erster Detektor zu zweiter Detektor) bevorzugt durch das Positioniersystem ist eine bevorzugt variable Positionierung der Detektoren zum Rad für verschiedene Aufnahmen erreichbar, die die Anzahl der mechanischen Prüfpositionen und die Anzahl der Durchstrahlungen für ein zu prüfendes Rad reduziert. Durch die Verschiebung der Detektoren zueinander beim Anfahren von verschiedenen Aufnahmebereichen eines zu prüfenden Rades ist die Positionierung der Detektoren für bestimmte Prüfbereiche (z. B. Nabe, Speiche oder Felge) anpassbar. Durch diese Erfindung wird der Räderdurchsatz der Räderprüfanlage erheblich gegenüber dem Stand der Technik erhöht. Die Durchsatzzeit verringert sich gegenüber bekannten Systemen um bis zu der Hälfte.
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Das Positioniersystem umfasst bevorzugt einen Rahmen, an welchem die beiden Detektoren angeordnet sind. Bevorzugt ist mindestens ein Detektor bezüglich des Rahmens verfahrbar angeordnet. Bevorzugt ist die Röntgenquelle, d. h. die Strahlungsquelle zusätzlich fest auf dem Rahmen des Positioniersystems befestigt und im Strahlengang zwischen der Strahlungsquelle und den Detektoren ist Raum für das Rad. Bevorzugt ist der Rahmen ein C-Arm.
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In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Positioniersystem (5) ein Bogenstück (6).
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Das Bogenstück bildet bevorzugt einen Teil des Rahmens des Positioniersystems oder ist an diesem befestigt und bevorzugt nimmt es den ersten Detektor und den zweiten Detektor auf, wobei mindestens ein Detektor entlang der Krümmung des Bogenstücks verfahrbar ist. Das Bogenstück ist bevorzugt ein Kreisbogenstück und/oder ein C-Bogenstück. Das Bogenstück ist bevorzugt gekrümmt, d. h. ist bevorzugt ein Teil einer Kugelmantelfläche oder ein Teil einer Zylindermantelfläche oder ein Teil einer Ellipsenmantelfläche usw. Bevorzugt wird der Krümmungsradius durch den Abstand Strahlungsquelle-Bogenstück festgelegt. Der Kreismittelpunkt ist dabei die Strahlungsquelle.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Bogenstück (6) eine Zylindermantelfläche (61) auf.
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An dem Bogenstück des Positioniersystems sind der erste Detektor und der zweite Detektor so angeordnet, dass diese entlang des Kreisbogens der Zylindermantelfläche verschiebbar sind. Die Detektoren werden bevorzugt jeweils entlang eines Kreisbogens verschoben. In der Ausgangsstellung ist der erste Detektor auf gleicher Höhe mit dem zweiten Detektor. In dieser Stellung liegen der erste Detektor und der zweite Detektor entweder in einer Ebene, d. h. der erste Detektor und der zweite Detektor sind nicht zueinander abgewinkelt. Bevorzugt schließen sie aber einen Winkel ein, so dass die Detektoroberfläche jedes Detektors möglichst bzw. annähernd orthogonal zum Strahlenweg ist. In dieser Stellung werden von der Räderprüfanlage die Nabe und die Speichen geröntgt. Dabei wird das zu prüfende Rad so positioniert, dass auf jeden Detektor bevorzugt eine Speiche zentral abbildbar ist. Röntgenstrahlen, die durch den Leerraum zwischen Speichen strahlen und keine Abbildungsinformation liefern, strahlen dann bevorzugt durch eine Lücke zwischen den Detektoren und werden von keinem Detektor erfasst. Verfahren der erste Detektor und der zweite Detektor zueinander auf dem Kreisbogen des Bogenstücks, werden die beiden Detektoren zueinander versetzt. Bei dieser Versetzung bleibt jedoch bevorzugt ein Überlappbereich erhalten. Bei dem Verfahren bzw. Versetzen der beiden Detektoren zueinander kommt es zu einer Anstellung der beiden Detektoren zueinander, d. h. es bildet sich ein (sofern die Detektoren schon in der Nebeneinanderstellung zueinander abgewinkelt waren zusätzlicher) Winkel der beiden Detektorenflächen zueinander.
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Durch die einfache und/oder doppelte Anwinkelung der beiden Detektorenflächen zueinander in der versetzten Stellung und die bevorzugt vorhandene einfache Anwinkelung in der Nebeneinanderstellung kann ein größtmöglicher Bereich des Strahlenbündels abgefangen werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Bogenstück (6) mindestens eine Führung (62) auf und einer oder beide der Detektoren (41, 42) ist oder sind in mindestens einer der vorhandenen Führungen (62) verschiebbar.
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Unter einer Führung im Sinne dieser Erfindung versteht man eine Aufnahme für einen Detektor in dem Bogenstück. Eine Führung begrenzt die Verfahrweise eines Detektors auf eine Kurve entlang der Krümmung des Bogenstücks bzw. definiert die Bahn, entlang welcher ein Detektor verfahrbar ist. Bevorzugt sind beide Detektoren in einer gemeinsamen Führung aufgenommen. Sie weisen dann bevorzugt abgewinkelte oder schräge Halterungen auf, die jeweils an einem Ende in der Führung laufen und an dem anderen Ende einen Detektor halten. Alternativ ist jeder Detektor in einer separaten Führung aufgenommen: eine erste Führung für den ersten Detektor und eine zweite Führung für den zweiten Detektor.
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Bevorzugt ist die erste Führung parallel zur zweiten Führung angeordnet. Die erste Führung verläuft bevorzugt entlang des Bogenstücks. Der Abstand zwischen dem ersten Detektor und dem zweiten Detektor ist aufgrund der parallelen Anordnung der ersten und der zweiten Führung auch hier bevorzugt konstant. Sind die Detektoren versetzt zueinander (d. h. entlang der parallel laufenden Führungen verschoben), wird bevorzugt ein Überlappbereich der Detektoren eingestellt, so dass sichergestellt ist, dass die gesamte Felgenbettbreite (von Felgenhorn zu Felgenhorn) ohne eine Lücke in der Mitte der Felgenbettbreite von den Detektoren erfasst wird. Bei der versetzten Stellung der Detektoren, d. h. bei der Felgenbettprüfung, sind die Detektoren so zueinander versetzt, dass ein Überlappbereich von bevorzugt ca. einem Zehntel der Gesamtfläche der beiden Detektoren verbleibt. Als Überlappbereich wird die Fläche angesehen, die von der summierten Breite der Detektoren mit der Überschneidungshöhe der beiden Detektoren gebildet wird.
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In einer bevorzugten Ausführungsform verlaufen die vorhandenen Führungen (62) auf einem Kreisbogen.
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Die Verstellung der Detektoren in der Führung bzw. den Führungen des Bogenstücks erfolgt in einer bevorzugten Ausführungsform über einen oder mehrere Aktoren. Ein Aktor ist zum Beispiel ein Schrittmotor, bevorzugt mit mechanischem Getriebe und/oder Seilzug, das die Drehbewebung des Motors in eine lineare Bewegung umsetzt.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Räderprüfanlage eine Recheneinheit (8), welche je nach Lage des zu prüfenden Rades (2) in der Räderprüfanlage (1) die vorhandenen Aktoren (81) ansteuert. Bevorzugt werden so die Detektoren entsprechend zueinander positioniert.
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Mit der Räderprüfanlage werden von jedem zu prüfenden Rad mehrere Aufnahmen aus mehreren Positionen gemacht. Jede Aufnahme ist eine digitalisierte Abbildung des zu prüfenden Rades, aufgenommen durch die Detektoren.
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Die Recheneinheit ist bevorzugt dazu eingerichtet, die digitalisierten Informationen (digitalisierten Abbildungen) der Detektoren aufzunehmen und zu verarbeiten. Die Position, in welcher sich das Rad gerade befindet (Position einer Felgenbettprüfung, Nabenprüfung oder Speichenprüfung), erhält die Recheneinheit bevorzugt von der speicherprogrammierten Steuerung (SPS) der Prüfanlage. Wenn das zu prüfende Rad in der Felgenbettprüfposition ist, erkennt dies die Recheneinheit aufgrund der durch die SPS zur Verfügung gestellten Informationen und steuert die vorhandenen Aktoren so an, dass die Detektoren in die versetzte Stellung verfahren werden (Rautenstellung). Die versetzte Stellung ist die Stellung mit einem schmalen Überlappbereich. Wenn die Felge in der Strahlenschutzkabine sich in Speichenprüfausrichtung oder Nabenprüfausrichtung befindet, erkennt dies die Recheneinheit über die SPS und verfährt die Detektoren in die Stellung „nebeneinander”. Bevorzugt ist die SPS in der Recheneinheit integriert.
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Die Aufgabe der Erfindung wird weiterhin gelöst durch ein Verfahren zum Prüfen eines Rades (2) mit einer Räder-Prüfanlage (1) nach Anspruch 1, umfassend die Schritte:
- – Positionieren des ersten Detektors (41) und des zweiten Detektors (42) bezüglich der Strahlungsquelle (3);
- – Verfahren des zu prüfenden Rades (2) in mindestens eine mechanische Prüfposition des zu prüfenden Rades (2), in welcher auf die positionierten Detektoren (41, 42) Teilbereiche des zu prüfenden Rades (2) als Abbildungen abbildbar sind,
- – Erstellen und Aufnehmen eines Abbilds auf jeden Detektor (41, 42) in mindestens einer mechanischen Prüfposition.
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Das Positionieren der Detektoren ist zum Beispiel ein Befestigen der Detektoren an Detektorenhaltern innerhalb des Prüfraums. Bevorzugt erfolgt das Positionieren durch ein Positioniersystem. Durch das Positionieren nehmen die Detektoren eine bestimmte Orientierung und einen bestimmten Abstand zueinander und bezüglich der Strahlungsquelle ein. Bevorzugt wird dann in dem erfindungsgemäßen Verfahren ein zu prüfendes Rad in einen Prüfraum einer Räderprüfanlage (beispielsweise eine Strahlenschutzkabine) eingefördert.
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Das Verfahren des prüfenden Rades erfolgt bevorzugt über Greifer. Nach dem Einfördern über ein Förderband wird das Rad bevorzugt von Greifern aufgenommen und bezüglich der Detektoren und der Strahlungsquelle in Position gebracht.
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Eine mechanische Prüfposition ist bevorzugt eine bestimmte Orientierung des Rades an einem bestimmten Ort innerhalb des Prüfraums bezüglich der Detektoren und der Strahlungsquelle. Von einer mechanischen Prüfposition zu einer anderen wird das Rad bevorzugt durch eine Drehung um einen bestimmten Winkel, bevorzugt um die Radachse, verfahren. Bevorzugt findet zwischen manchen mechanischen Prüfpositionen eine Drehung um eine radiale Achse des Rads statt, insbesondere beim Wechsel von Prüfpositionen der Nabe zu denen der Speichen und weiter zu denen des Felgenbetts.
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Ein Teilbereich des zu prüfenden Rades ist bevorzugt ein Teilbereich der Nabe, der Speichen oder des Felgenbettes (z. B. eine Speiche oder eine halbe Breite und/oder ein bestimmter Sektor des Felgenbettes) und/oder ein Bereich des Rades, der im Abbild einen bestimmten Fehler (z. B.) Lunker aufweist.
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Eine Abbildung ist bevorzugt ein 2D-Bild der durch das Rad transmittierten und auf einen Detektor auftreffenden Strahlen der Strahlungsquelle. Sie ist z. B. ein Röntgenbild.
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Das Erstellen und Aufnehmen erfolgt bevorzugt durch Aktivieren der Strahlungsquelle und paralleles Detektieren der transmittierten Strahlen mit beiden Detektoren. Auf diese Weise wird mit nur einer Aktivierung der Röntgenquelle in einer mechanischen Prüfposition bestenfalls die doppelte Bildinformation erzeugt.
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Bevorzugt werden die Detektoren mit Berücksichtigung der dann möglichen mechanischen Prüfpositionen in eine vorteilhafte Position zueinander positioniert, z. B. fest positioniert. Zum Beispiel wird eine Anordnung der Detektoren gewählt, die insbesondere für die Speichen günstig ist (beide Detektoren befinden sich nebeneinander). Diese wird dann auch für die Felgenbett-Prüfung genutzt, und das Rad wird bezüglich der Detektoren dann so positioniert, dass auf beide nebeneinanderstehenden Detektoren z. B. hauptsächlich ein Bereich der oberen Hälfte des Felgenbettes abgebildet wird. Im Vergleich zur Prüfung mit nur einem Detektor wird so annähernd bzw. im Idealfall der doppelte Umfang des Felgenbettes in einer mechanischen Prüfposition auf die Detektoren abgebildet. Von einer mechanischen Prüfposition zur nächsten wird dann im Vergleich zur Prüfung mit einem Detektor eine Drehung um annähernd bzw. im Idealfall den doppelten Winkel um die Radachse durchgeführt. Danach wird bevorzugt hauptsächlich ein Bereich der unteren Hälfte des Felgenbettes in einer mechanischen Prüfposition auf beide Detektoren abgebildet und das Rad wird um den doppelten Winkel (im Vergleich zur Prüfung mit einem Detektor) von einer mechanischen Prüfposition zur nächsten verdreht.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens zum Prüfen eines Rades (2) überlappen sich die Abbildungen in mindestens einer der mechanischen Prüfpositionen, in die verfahren wird, gegenseitig nicht oder um weniger als 50% einer Abbildung.
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Bevorzugt überlappen sich Abbildungen, wenn sie einen identischen Teilbereich des Rades aufweisen, der sowohl in einem, als auch in dem anderen Abbild bevorzugt aus einer annähernd gleichen Perspektive sichtbar ist. Bevorzugt wird das Maß der Überlappung durch die Fläche der gemeinsamen Teilbereiche in der Abbildung bezogen auf die Gesamtfläche der Abbildung in Prozent ermittelt. Ein gegenseitiges Überlappen von weniger als X% bedeutet bevorzugt, dass in keiner der Abbildungen, die aus mindestens einer der mechanischen Prüfpositionen stammen, ein gemeinsamer Bereich von X% oder mehr sichtbar ist. X% ist bevorzugt einer der Werte 50%, 40%, 30%, 20%, 10%, 5%, wobei es umso vorteilhafter ist, je kleiner der Wert ist. Je weniger sich die Abbildungen überlappen, desto weniger mechanische Prüfpositionen werden benötigt, um das ganze Rad einmal komplett zu prüfen. Bevorzugt werden möglichst viele mechanische Prüfpositionen angefahren, in denen sich die Abbildungen nur wenig überlappen. Bevorzugt werden mechanische Prüfpositionen angefahren, so dass sich alle Abbildungen aller mechanischen Prüfpositionen in Summe minimal überlappen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens zum Prüfen eines Rades (2) umfasst das Positionieren einen oder beide der folgenden Schritte:
- – Positionieren eines ersten Detektors (41) neben einen zweiten Detektor (42) zur Prüfung von Nabe und/oder Speichen und/oder Felgenbett des Rades (2);
- – Positionieren des ersten Detektors (41) in eine versetzte Position gegenüber dem zweiten Detektor (42) zur Prüfung des Felgenbettes des Rades (2).
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Beispielsweise wird durch Greifer im Prüfraum das Rad so ausgerichtet, dass die Sichtfläche des Rades (Blick auf die Speichen) parallel zu den nebeneinander gestellten Detektoren liegt. Bevorzugt sind die nebeneinander angeordneten Detektoren so ausgerichtet, dass die Schnittgerade zwischen den beiden Detektorflächen in einem Raum zwischen zwei Radspeichen liegt. In mehreren Positionen des axial rotierenden Rades werden Aufnahmen der Speichen und Nabe gemacht.
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In einem weiteren Schritt wird das Positionierungssystem so verfahren, dass die Felgenbettfläche in Richtung Detektoren gerichtet ist. Nun verfahren die Detektoren in die versetzte Stellung zueinander. Dadurch kann die komplette Höhe des Felgenbetts bzw. die Breite der Felge durch die Eck auf Eck stehenden Flächen der Detektoren abgedeckt werden. Durch eine Rotation der Felge und mehrere Aufnahmen wird die Felge geprüft.
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Die Detektorflächen schließen in der Nebeneinanderstellung bevorzugt einen, in der versetzten Stellung bevorzugt zwei Winkel ein, so dass sie jeweils möglichst senkrecht bezüglich des Strahlenbündels ausgerichtet sind. Durch die Detektoren lässt sich ein Öffnungswinkel von mindestens 40° des Strahlenbündels der Strahlungsquelle abdecken.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes finden sich in der Figurenbeschreibung. Die Figuren zeigen beispielhaft:
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1: eine Stellung mit nebeneinander angeordneten Detektoren zur Speichen- und Nabenprüfung;
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2: eine Stellung mit versetzt angeordneten Detektoren zur Prüfung des Felgenbetts;
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3: nochmals eine Radprüfanlage mit versetzt angeordneten Detektoren zur Felgenbettprüfung in verschiedenen Schnitten und mit Detektorenhaltern, die leicht neben der Mitte des jeweiligen Detektors angreifen, und mit einer Führung;
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4: nochmals eine Radprüfanlage mit Detektoren in Nebeneinanderstellung zur Speichenprüfung, dargestellt in verschiedenen Schnitten, wobei zusätzlich ein Aktor und eine Recheneinheit vorhanden sind.
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1a zeigt eine Vogelperspektive auf ein zu prüfendes Rad 2 in einer Prüfkammer der Räderprüfanlage 1. Wenn das Rad 2 in die Prüfkammer der Räderprüfanlage 1 eingefördert wird, geschieht dies meist auf Förderbändern. Beim Einfördern des Rades in die Prüfkammer der Räderprüfanlage 1 liegt das Rad 2 auf dem inneren Felgenrand. Das heißt, dass die Speichenseite mit der Nabe nach oben gerichtet ist. Über dem Rad 2 sind der erste Detektor 41 und der zweite Detektor 42 an dem Bogenstück 6 des Positioniersystems 5 angeordnet. Der strahlungssensitive Bereich eines Detektors ist hier durch ein kleines Rechteck innerhalb der durch einen Detektor 41, 42 aufgespannten Ebene angedeutet.
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Die Strahlungsquelle 3 ist in der Regel unterhalb des Rads 2 angeordnet. Der Strahlungswinkel α beträgt ca. 25 Grad, der Strahlungswinkel β ca. 40 Grad. Der erste Detektor 41 ist neben dem zweiten Detektor 42 angeordnet und verdeckt in der Draufsicht (siehe 1b), d. h. bei der Sicht auf die Speichen, zwei Speichen. Die Ansicht, wie die Detektoren 41 und 42 über dem Felgenkranz angeordnet sind, wird in der 1b gezeigt. In der 1b liegt ein rein geometrischer Überlappungsbereich 7 der nebeneinander angeordneten Detektoren 41 und 42 bei ca. 90%. Die Detektoren werden so ausgerichtet, dass möglichst viele Speichen 2.1 komplett erfasst werden. Das können z. B. zwei oder vier Speichen 2.1 sein, je nach Rad-Geometrie und Detektorengröße. Daher ist auch ein anderer oder auch gar kein rein geometrischer Überlappbereich möglich, denn dieser ergibt sich aufgrund der Rad-Geometrie. Hier gezeichnet ist eine Stellung der Detektoren 41, 42 mit rein geometrischem Überlapp 7. Da das Rad 2 von einer mechanischen Prüfposition zur nächsten jedoch in diesem gezeichneten Fall um vier Speichen 2.1 weitergedreht wird, entstehen keine sich überlappenden Abbildungen von einer einzelnen Speiche 2.1 und daher wird in der Nebeneinanderstellung der Detektoren 41, 42 nur von einem rein geometrischen Überlappbereich 7 gesprochen. Wenn aufgrund der Rad-Geometrie nur eine Speiche 2.1 auf einem Detektor 41, 42 abgebildet werden kann, wird das Rad 2 erfindungsgemäß um mindestens zwei Speichen 2.1 weitergedreht. Im Stand der Technik erfolgt dies nur um mindestens eine Speiche. Bei dem gezeichneten Speichenabstand (Zwischenraum 2.2 zwischen zwei Speichen) und der Detektorgröße, wo zwei Speichen 2.1 auf je einem Detektor 41, 42 abgebildet werden können, würde im Stand der Technik mit einem Detektor eine Drehung des Rads 2 um nur zwei Speichen zur nächsten Prüfposition stattfinden, d. h. um zwei Speichen weniger als durch die neue Erfindung möglich ist. Von nebeneinander angeordneten Detektoren 41, 42 spricht man bevorzugt, wenn der rein geometrische Überlappbereich 7 mindestens 50% der addierten Detektorenfläche ausmacht und/oder auf jeden Detektor zwei verschiedene Speichenbereiche abbildbar sind (z. B. je Detektor eine andere Speiche 2.1, oder je Detektor ein anderes Speichenpaar, oder auf einem Detektor drei benachbarte Speichen 2.1, auf dem anderen Detektor drei andere benachbarte Speichen 2.1 usw.). Die Anzahl der auf einem Detektor abgebildeten Speichen 2.1 ist abhängig von dem Abstand der Speichen 2.1 zueinander und der Detektorgröße.
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Die 1c zeigt die seitliche Ansicht des ersten Detektors 41 und des zweiten Detektors 42, wie diese an dem Bogenstück 6 der Räderprüfanlage angeordnet sind. Aus dieser seitlichen Perspektive sieht man den Kreisbogen des Bogenstücks 6, der durch den Radius r zur Strahlungsquelle 3 definiert wird.
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2a zeigt die dreidimensionale Ansicht eines Rades 2 bei der Prüfung des Felgenbetts. Hier wurde entweder das Rad 2 gegenüber der Darstellung der 1 gedreht oder das Positioniersystem 5 hat das Bogenstück 6 mit dem ersten Detektor 41 und dem zweiten Detektor 42 gegenüber der Felge 2 so ausgerichtet, dass die Detektoren nun seitlich vom Felgenbett angeordnet sind.
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In dieser Stellung sind die Detektoren 41 und 42, wie in 2b gezeigt wird, gegeneinander verschoben bzw. versetzt. Die Detektorenflächen bilden einen relativ kleinen Überlappbereich 7. Dieser Überlappbereich 7 macht ca. 10% der Gesamtfläche der beiden Detektoren 41 und 42 zusammen aus. Das Rad 2 wird dann um seine Achse von einer mechanischen Prüfposition zur nächsten gedreht, so dass auf den einen Detektor 41 die eine (in der Zeichnung obere) Hälfte der Felgen(bett)breite und auf den anderen Detektor 42 die andere (in der Zeichnung untere) Hälfte der Felgenbreite nach einer Umdrehung des Rades 2 komplett abgebildet wurde. Es ergibt sich aus dem Überlappbereich 7 auch ein Überlapp in den Abbildungen des Felgenbettes, so dass in dem hier gezeigten Fall auf den Detektor 41 auch ein kleiner Bereich der unteren Felgenbreite abgebildet wird und auf den Detektor 42 ein kleiner Bereich der oberen Felgenbreite, so dass Materialfehler in Felgenbettmitte nicht nur teilweise erfasst werden. Im Gegensatz zum Stand der Technik stehen so bereits nach einer Umdrehung des Rades 2 (anstatt nach zwei Umdrehungen), die Abbildungen der kompletten Felgenbreite zur Verfügung.
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Die Röhre 3 ist gegenüber dem Zentralpunkt beider Detektoren 41, 42 fixiert (z. B. mit einem C-Bogen). Der Zentralpunkt ergibt sich durch den Schnittpunkt der Diagonalen der beiden jeweils außen liegenden Ecken beider Detektoren. Bei der Speichenprüfung liegen die Detektoren nebeneinander (siehe 1), so dass jeweils eine Speiche bzw. ein separater Speichenbereich von einem Detektor 41 bzw. 42 aufgenommen wird. Daher werden nur halb so viele Drehpositionen des Rads 2 benötigt, um alle Speichen einmal abzubilden. Bei der Felgenbett-Prüfung ist ein Detektor 41 bzw. 42 aufgrund der Felgenbreite (Abstand der beiden Felgenhörner) nicht in der Lage, bei einer 360° Drehung das ganze Felgenbett zu erfassen; daher werden die Detektoren 41, 42, wie in 2b gezeigt, von einander weg bewegt, bis nur ein kleiner Überlappbereich 7 verbleibt; dieser ist notwendig, damit das ganze Felgenbett vollständig geprüft wird. Die Röhre 3 ist in Bezug auf den Zentralpunkt der beiden Detektoren 41, 42 bevorzugt nicht variabel. Die beiden Detektoren 41, 42 sind bevorzugt nur in einer Richtung verschiebbar mit einer Verschiebung bevorzugt auf einer Kreisbahn (in 2b von oben nach unten).
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In 2c wird gezeigt, wie der erste Detektor 41 und der zweite Detektor 42 auf dem Bogenstück 6 verfahren wurden. Durch die Krümmung, d. h. den Kreisbogen des Bogenstücks 6, werden der erste Detektor 41 und der zweite Detektor 42 gegeneinander angewinkelt. Der Winkel Gamma beträgt ca. 160 Grad. Dadurch wird die Fläche der aufnehmbaren Strahlung vergrößert und insbesondere steht der Detektor mit der Oberfläche senkrecht zum Strahlenweg.
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3 zeigt nochmals eine Radprüfanlage 1 mit versetzt angeordneten Detektoren 41, 42 zur Felgenbettprüfung in verschiedenen Schnitten und mit Detektorenhaltern 43, die leicht neben der vertikalen Mitte des jeweiligen Detektors 41, 42 angreifen, und mit einer Führung 62. Die Drehachse des Rads 2 ist durch eine Strichpunktlinie angedeutet. Das Bogenstück 6 weist eine gewisse Breite auf, so dass zumindest am Innenradius eine Zylindermantelfläche 61 vorhanden ist (siehe 3b). In dieser ist die eine Führungsschiene 62 als Führung 62 eingelassen. Die Detektorenhalter 43 sind vertikal verschiebbar in dieser Führungsschiene 62 gelagert. In 3c wird der Knick bzw. Winkel sichtbar, welchen die Detektoren 41, 42 zusätzlich zu dem Winkel einschließen, der in 3a zwischen den Detektoren 41, 42 sichtbar ist. Damit ist ein möglichst orthogonales Auftreffen des Strahlenbündels auf den jeweiligen Detektor 41 bzw. 42 möglich. Durch die leicht unmittig bezüglich der Dimension des Detektors 41 bzw. 42 in Verfahrrichtung am Detektor 41 bzw. 42 angreifenden Detektorenhalter 43 ist ein exaktes Nebeneinanderfahren von Detektoren 41, 42 möglich, die jeweils eine Detektorfläche aufweisen, die zum Außenrand des Detektors 41 bzw. 42 an allen Seiten gleiche Abstände aufweist.
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4 zeigt nochmals eine Radprüfanlage
1 mit Detektoren
41,
42 in Nebeneinanderstellung zur Speichenprüfung, dargestellt in verschiedenen Schnitten, wobei ein Aktor
81 und eine Recheneinheit
8 vorhanden sind. Der Aktor
81 ist in diesem Beispiel ein Schrittmotor, der ein Kettengetriebe innerhalb des Bogestücks
6 antreibt. Damit werden die Detektoren
41,
42 mit einem Aktor
81 auseinander (in die vesetzte Stellung, siehe
3) und wieder zusammen, in die Nebeneinander-Stellung (wie gezeigt) gefahren. Die Recheneinheit
8 steuert die Verschiebung der Detektoren
41,
42 in Abhängigkeit der Prüfprozesssteuerung.
| 1 | Räderprüfanlage |
| 2 | Rad |
| 2.1 | Speiche |
| 2.2 | Zwischenraum zwischen zwei Speichen |
| 3 | Strahlungsquelle |
| 5 | Positioniersystem |
| 6 | Bogenstück |
| 7 | Überlappbereich |
| 8 | Recheneinheit |
| 31 | Strahlenbündel |
| 41 | Erster Detektor |
| 42 | Zweiter Detektor |
| 43 | Detektorenhalter |
| 61 | Zylindermantelfläche |
| 62 | Führung |
| 81 | Aktor |
