DE102012104563A1

DE102012104563A1 - System und Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung

Info

Publication number: DE102012104563A1
Application number: DE102012104563A
Authority: DE
Inventors: Ingo Stuke; Andreas Beyer; Lothar Horn; Holger Lux; Michael Wuestenbecker
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2011-05-26
Filing date: 2012-05-25
Publication date: 2012-11-29
Also published as: US20120303333A1

Abstract

Zerstörungsfreie Prüf- und Untersuchungssysteme und -verfahren erzeugen Modelle und andere Darstellungen eines Teils. Diese Modelle können verwendet werden, um eine Analyse, wie beispielsweise eine Defekterkennung und -kategorisierung, durchzuführen. Die vorliegende Offenbarung identifiziert in einestimmte Stellen an dem Teil für die Analyse identifiziert. Diese Stellen entsprechen Regionen eines Referenzmodells, das eine Darstellung des Teils aufweisen kann, die ein computergestütztes Konstruktionspaket (CAD-Paket) erzeugen kann. Das Verfahren sieht vor, dass Testparameter der Region zugewiesen oder zugeordnet werden, um die Ausführung der relevanten Teileanalyseprotokolle zu leiten und anzuweisen. In einem Beispiel identifizieren die Testparameter Kriterien für einen oder mehrere Typen von Defekten, die an dem Teil vorgefunden werden können.

Description

HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
Der hierin offenbarte Gegenstand betrifft die zerstörungsfreie Prüfung und insbesondere Systeme und Verfahren, die zur Defekterkennung in Fertigungsumgebungen verwendbar sind.
Eine zerstörungsfreie Überprüfung kann durch Prüfsysteme vorgenommen werden, die eine Ausrüstung einsetzen können, um das Innere von Teilen zu inspizieren. Diese Ausrüstung umfasst Computertomographie(CT)-Scanner, Ultraschallscanner, Röntgenscanner und Magnetresonanz-Prüfscanner (MR-Prüfscanner). Andere Prüfsysteme können Koordinatenmessmaschinen einsetzen, die Berührungssonden und berührungslose Sonden (z. B. Lasersonden) verwenden, um die Außenflächen des Teils zu vermessen. Viele dieser Ausrüstungsgegenstände erzeugen dreidimensionale Modelle des Teils. Diese Modelle sind Darstellungen des Teils und ermöglichen eine visuelle Inspektion und Analyse des Teils ohne die Notwendigkeit, die strukturelle Integrität des inspizierten Teils zu zerstören.
Viele Prüfsysteme erfordern es, dass ein Endbenutzer Regionen des Teilmodells für eine Analyse identifiziert. Der Endbenutzer findet häufig diese Regionen auf einer Fertigungszeichnung, die die Dimensionen und andere Aspekte der Teilegeometrie, die verwendet werden, um das Teil zu konstruieren, einzeln aufführt. Zusätzlich zu den Dimensionen kann der Teileentwickler zum Beispiel Stellen an den Teilen, an denen Defekte auftreten können, bestimmen.
Für Fertigungsumgebungen, die Teile in großer Anzahl erzeugen und die eine weite Vielfalt unterschiedlicher Teile erzeugen können, sind Qualitätskontrollprozesse, die eine zerstörungsfreie Prüfung umfassen, wichtig. Jedoch müssen derartige Umgebungen häufig kritische Termine hinsichtlich Zeit und Menge einhalten, die sehr wenig Spielraum für Fehler und Verzögerung zulassen. Somit ist, obwohl eine Genauigkeit der Qualitätskontrolle für einen Erfolg notwendig ist, eine Straffung der verschiedenen Produktionsprozesse, einschließlich des Qualitätskontrollprozesses, erforderlich, um den Durchsatz zu verbessern, Kosten zu senken sowie um eine Kundenzufriedenheit aufrechtzuerhalten.
Die vorstehende Beschreibung ist lediglich für allgemeine Hintergrundinformationen vorgesehen und soll nicht als eine Hilfe bei der Bestimmung des Umfangs des beanspruchten Gegenstands verwendet werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Offenbarung zeigt Verbesserungen der Fertigungsumgebungen auf, wobei sie den Schwerpunkt in manchen Ausführungsformen auf Systeme und Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung setzt. Beispielhafte Ausführungsformen reduzieren die Notwendigkeit eines Endbenutzereingriffs, indem sie die Verwendung dreidimensionaler Modelle ermöglichen, die der Teileentwickler erzeugt. Die Systeme und Verfahren können Informationen integrieren, die diese Modelle liefern, um eine Analyse von Teilen zu erleichtern, und können schließlich die Genauigkeit und den Durchsatz der Fertigungsumgebung, in der nachstehende Ausführungsformen der Systeme und Verfahren angewandt werden, verbessern.
In einer Ausführungsform weist ein zerstörungsfreies Prüfsystem eine Scannvorrichtung, die konfiguriert ist, um ein Teilemodell zu erzeugen, und eine Steuereinheit auf, die mit der Scannvorrichtung gekoppelt ist. Die Steuereinheit ist betriebsfähig konfiguriert, um eine Teileanalyse durchzuführen, die Bereiche des Teilemodells mit Regionen eines Referenzmodells des Teils vergleicht um festzustellen, ob in dem Teil interessierende Merkmale vorhanden sind. Die Teileanalyse nutzt Testparameter, die den Regionen zugewiesen sind und die das interessierende Merkmal kennzeichnen. In einem Beispiel weist das Referenzmodell eine Darstellung einer computergestützten Konstruktion (CAD) des Teils auf.
In einer anderen Ausführungsform weist ein Verfahren, das in einem zerstörungsfreien Prüfsystem implementiert ist, einen Schritt zur Erzeugung eines Referenzmodells von einem Teil auf, wobei das Referenzmodell eine Region aufweist, in der ein interessierendes Merkmal an dem Teil vorgefunden werden kann. Das Verfahren weist ferner Schritte zur Zuweisung eines Testparameters zu der Region, zum Empfang eines Teilemodells von dem Teil und zur Lokalisierung eines Abschnitts des Teilemodells, der der Region entspricht. Das Verfahren weist ferner einen Schritt zur Verwendung des Testparameters zur Feststellung, ob das interessierende Merkmal in dem Abschnitt des Teilemodells vorhanden ist, auf.
In einer noch weiteren Ausführungsform weist ein Verfahren zum zerstörungsfreien Prüfen ein Bereitstellen eines Konstruktionsmodells auf, das eine Region umfasst, die einer Stelle an einem ersten Teil entspricht, an der ein interessierendes Merkmal gefunden werden kann. Das Verfahren weist ferner ein Zuordnen des Konstruktionsmodells zu einem Referenzmodell des ersten Teils und Umwandeln der Region in eine Volumeneinheit auf. Das Verfahren weist ferner ein Zuweisen von Testparametern zu der Volumeneinheit, Empfangen eines Teilemodells von dem ersten Teil und Ausführen einer Teileanalyse auf, die Bereiche des Teilemodells, die der Volumeneinheit entsprechen, mit den Testparametern vergleicht, um festzustellen, ob das interessierende Merkmal in dem ersten Teil vorhanden ist. In einem Beispiel weisen das Referenzmodell und das Teilemodell dreidimensionale Darstellungen des ersten Teils auf.
Diese Kurzbeschreibung der Erfindung soll lediglich eine kurze Übersicht über den hierin offenbarten Gegenstand gemäß einer oder mehreren anschaulichen Ausführungsformen liefern und dient nicht als ein Leitfaden zur Interpretation der Ansprüche oder zur Definition oder Beschränkung des Umfangs der Erfindung, der lediglich durch die beigefügten Ansprüche definiert ist. Diese Kurzbeschreibung ist dazu vorgesehen, eine anschauliche Auswahl von Konzepten in einer vereinfachten Form einzuführen, die nachstehend in der detaillierten Beschreibung weiter erläutert sind. Diese Kurzbeschreibung soll nicht die Hauptmerkmale oder die wesentlichen Merkmale des beanspruchten Gegenstandes identifizieren, noch soll sie als eine Hilfe bei der Bestimmung des Umfangs des beanspruchten Gegenstandes verwendet werden. Der beanspruchte Gegenstand ist nicht auf Realisierungen beschränkt, die irgendeinen oder alle Nachteile lösen, die im Zusammenhang mit dem Hintergrund erwähnt sind.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Damit die Art und Weise der Merkmale der Erfindung verstanden werden kann, kann eine detaillierte Beschreibung der Erfindung unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsformen gegeben sein, von denen einige in den beigefügten Zeichnungen veranschaulicht sind. Es ist jedoch zu beachten, dass die Zeichnungen lediglich bestimmte Ausführungsformen dieser Erfindung veranschaulichen und folglich nicht als den Umfang beschränkend angesehen werden sollten, weil der Umfang der Erfindung weitere gleich wirksame Ausführungsformen umfasst. Die Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu, wobei der Schwerpunkt allgemein auf der Veranschaulichung der Merkmale bestimmter Ausführungsformen der Erfindung gelegt wurde. In den Zeichnungen werden gleiche Bezugszeichen verwendet, um gleiche Teile überall in den verschiedenen Ansichten zu bezeichnen. Somit kann für ein weiteres Verständnis der Erfindung auf die folgende detaillierte Beschreibung Bezug genommen werden, die in Verbindung mit den Zeichnungen zu lesen ist, in denen zeigen:
1 ein Beispiel eines Teils, das einer zerstörungsfreien Prüfung unterworfen werden kann;
2 ein Beispiel eines Referenzmodells eines Teils, wie beispielsweise des Teils nach 1; und
3 ein Analysemodell, das zur Lokalisierung von Defekten in einem Teil, wie beispielsweise dem Teil nach 1, nützlich ist;
4 ein Flussdiagramm einer beispielhaften Ausführungsform eines Verfahrens zur Lokalisierung von Defekten in einem Teilemodell;
5 ein Flussdiagramm einer weiteren beispielhaften Ausführungsform eines Verfahrens zur Lokalisierung von Defekten in einem Teilemodell;
6 eine beispielhaften Ausführungsform eines zerstörungsfreien Prüfsystems, das die Verfahren gemäß den 4 und 5 implementieren kann; und
7 eine beispielhafte Ausführungsform eines automatisierten Inspektionssystems, das ein zerstörungsfreies Prüfsystem, wie beispielsweise das zerstörungsfreie Prüfsystem nach 6, aufweist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
1 zeigt ein Beispiel eines inspizierten Teils 100 (auch „ein Teil 100”), das von vielfältigen Fertigungsprozessen (z. B. Gießen, Formen, Schmieden, Schweißen, Umformen, maschinelles Bearbeiten, etc.) herrühren kann. Das Teil 100 kann zerstörungsfreien Prüfmethoden unterworfen werden, die verschiedene Bildgebungstechnologien verwenden können, zu denen Computertomographie(CT)-Scanner, Röntgen-Bildgebungseinrichtungen, Magnetresonanz-Bildgebungseinrichtungen („MR”-Bildgebungseinrichtungen), Ultraschallscanner und dergleichen gehören. Eine derartige Technologie kann ein Teilemodell von dem Teil 100 erzeugen, das das Innere des Teils 100 zeigt, das normalerweise vor der Sicht verborgen bleibt. Diese Einrichtung ermöglicht einem Endbenutzer, bestimmte Inspektions- und Analyseaufgaben ohne die Notwendigkeit, die strukturelle Integrität des Teils 100 zu opfern, durchzuführen.
2 veranschaulicht ein Beispiel eines Teilemodells 200, das das Teil nach 1 repräsentieren kann und aus der vorstehend identifizierten zerstörungsfreien Prüfung resultieren kann. Das Teilemodell 200 weist ein interessierendes Merkmal 202, wie beispielsweise einen Defekt oder eine andere Anomalität, auf, der bzw. die als Folge des Fertigungsprozesses oder durch Implementierung und Verwendung auftritt. Die Defekte können innere und äußere Defekte sein. Beispiele für Defekte umfassen Materialdefekte, z. B. Einschlüsse und Porosität, und Fertigungsdefekte, die der Fertigungsprozess und/oder die Anwendung, in der das Teil implementiert ist, hervorrufen können. Fertigungsdefekte umfassen einen Riss, ein Kriechen und eine Korrosion, die alle gegenüber einer Sicht verborgen sein können und in dem Teil Fehler hervorrufen oder erzeugen können. Während die nachstehende Beschreibung den Schwerpunkt auf Defekte legen kann, die für das Teil intern sind, sind die nachstehenden Systeme und Verfahren außerdem in gleicher Weise auf diejenigen Defekte anwendbar, die auf der Oberfläche des Teils 100 auftreten.
Die vorliegende Offenbarung beschreibt nachstehend verschiedene Systeme und Verfahren, die das Teilemodell 200 analysieren, um die Gegenwart und/oder das Fehlen des interessierenden Merkmals 202 zu identifizieren. Um die Verarbeitungszeit und andere Facetten der Analyse zu beschleunigen, wird ein Referenzmodell verwendet, um die Analyse auf Stellen des Teilemodells 200 zu konzentrieren, an denen die interessierenden Merkmale 202 wahrscheinlich vorzufinden sind. In einer Ausführungsform weist das Referenzmodell (auch „Konstruktionsmodell”) eine Darstellung des Teils auf, die ein Endbenutzer auf einem computergestützten Konstruktionspaket (CAD-Paket) erzeugen kann. Ausgaben (z. B. die Modelle), die die Bildgebungstechnologie erzeugt, können in gleicher Weise als das Referenzmodell dienen, wie dies auf ein oder mehrere nachstehende Beispiele anwendbar ist.
Das Referenzmodell kann Regionen enthalten, in denen Defekte oder andere Anomalien wahrscheinlich an dem Teil vorzufinden sind. In einem Beispiel ermöglichen Konfigurationen dem Endbenutzer, diese Regionen beispielsweise während des Konstruktionsstadiums und/oder zu Begin einer Inspektionsprozedur zu bestimmen. In anderen Beispielen kann das System automatisch die Regionen als Teil von z. B. ausführbaren Instruktionen bestimmen, die das System implementiert, um die Prüfprozedur durchzuführen.
3 zeigt eine nützliche Darstellung, um die Analyse eines Teils (z. B. des Teils 100) unter Verwendung des Teilemodells und des Referenzmodells zu beschreiben. 3 zeigt ein Analysemodell 300, das der Gegenstand der Analyse ist um festzustellen, ob Merkmale, wie beispielsweise die interessierenden Merkmale, in dem Teilemodell vorhanden sind. Das Analysemodell 300 enthält ein Teilemodel 302 und ein Referenzmodell 304. In dem vorliegenden Beispiel weist das Teilemodell 302 ein interessierendes Merkmal 306 auf, und das Referenzmodell 304 weist eine Region 308 auf. Die Region 308 nimmt die Form einer Volumeneinheit 310 ein, die das interessierende Merkmal 306 umgibt.
Um das Analysemodell 300 zu erstellen, wird das Teilemodell 302 mit dem Referenzmodel 304 ausgerichtet. Dieser Schritt positioniert die Region 308 in der Nähe einer Stelle an dem Teilemodell 302, wo das interessierende Merkmal 306 gefunden werden kann. In einer Ausführungsform schlagen die Erfinder vor, nur diejenigen Abschnitte des Analysemodells 300 zu analysieren, die im Inneren der Volumeneinheit 310 vorgefunden werden. Die Abschnitte des Analysemodells 300, die nicht in der Region 308 vorgefunden werden, können gänzlich vernachlässigt werden.
Das Analysemodell kann die Kombination mehrerer Modelle aufweisen, wie 3 veranschaulicht und die vorliegende Offenbarung vorstehend beschreibt. In einem weiteren Beispiel kann das Analysemodell lediglich das Referenzmodell in Verbindung mit oder gesondert von einem anderen Modell, das die Erfinder hier vorsehen, aufweisen. D. h., eine Kombination des Referenzmodells mit z. B. dem Teilemodell kann nicht benötigt werden, wenn z. B. für die Teileanalyse nützliche Informationen dem Referenzmodell zugewiesen oder zugeordnet sind.
4 und 5 veranschaulichen Flussdiagramme beispielhafter Ausführungsformen eines Verfahrens 400 (4) und eines Verfahrens 500 (5), die für eine Analyse eines Teilemodells als ein Teil eines zerstörungsfreien Prüfprotokolls verwendbar sind. Ausführungsformen dieser Verfahren können die Form von ausführbaren Instruktionen einnehmen, die bestimmte Elemente (z. B. einen CT-Scanner) eines Prüfsystems zum Arbeiten veranlassen. Diese Instruktionen können sich auf bestimmen maschinenlesbaren Medien und/oder Computerprogrammprodukten, wie beispielsweise, jedoch nicht darauf beschränkt, einem elektronischen, magnetischen, optischen, elektromagnetischen, Infrarot- oder Halbleitersystem, einer entsprechenden Vorrichtung oder einem entsprechenden Gerät oder irgendeiner geeigneten Kombination von diesen, befinden.
In 4 enthält das beispielhafte Verfahren 400 im Block 402 ein Erzeugen eines Referenzmodells und im Block 404 ein Zuweisen eines Testparameters zu einer Region des Referenzmodells. Das Verfahren 400 enthält ferner im Block 406 ein Empfangen eines Teilemodells, im Block 408 ein Lokalisieren eines Abschnitts des Teilemodells und im Block 410 ein Verwenden des Testparameters um festzustellen, ob ein interessierendes Merkmal vorhanden ist.
Wie die Offenbarung oben erwähnt, kann das Referenzmodell die Regionen für eine Analyse enthalten. Diese Regionen können sich in der Nähe von Merkmalen des Teils, wie beispielsweise Ausrundungen, Löchern, Bohrungen, dünnen Wänden und dergleichen, befinden. Allgemein können diese Bereiche für verschiedene Defekte anfällig sein, so dass die Regionen folglich das Ausmaß identifizieren können, in dem diese Defekte sich in Bezug auf das Merkmal ausbilden können. Die Erfinder erwähnen, dass Verfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung dem Endbenutzer die Möglichkeit bieten, die Regionen innerhalb des Referenzmodells zu bestimmen. Zum Beispiel kann der Endbenutzer das Referenzmodell über eine grafische Benutzeroberfläche („GUI”) oder ein anderes interaktives Werkzeug betrachten. Die GUI kann verschiedene Werkzeugleisten, Symbole und andere wählbare Hilfsmittel bereitstellen, die die Auswahl und Integration der Region in das Modell erleichtern. Außerdem können diese Modelle, obwohl der Benutzer nur Abschnitte des Referenzmodells identifizieren kann, auch die Bestimmung des gesamten Referenzmodells, wie erwünscht, ermöglichen.
Die Testparameter können z. B. bestimmte numerische Werte enthalten, die charakteristische Eigenschaften der Merkmale definieren und/oder beschreiben. Verschiedene Algorithmen (z. B. ein Defekterkennungsalgorithmus) können diese Werte während der Daten- und Bildverarbeitung nutzen, die als ein Teil der Analyse des Teilemodells stattfindet. Fachleute mit Kenntnissen in der relevanten analytischen Technik werden die Art und Funktionsweise dieser Algorithmen sowie den Umfang der Testparameter, die die vorliegende Offenbarung hierin in Erwägung zieht, verstehen. In einer Ausführungsform können die Testparameter bestimmte Klassifikationen und Regeln enthalten, von denen aus das Verfahren 400 das interessierende Merkmal und in einem Beispiel die Art des in dem Teilemodell vorhandenen Defektes identifizieren kann.
Eine Bestimmung der Region in dem Referenzmodell kann ebenfalls eine Zuweisung der Testparameter zu dieser enthalten. Zum Beispiel kann der Endbenutzer eine Region in dem Referenzmodell lokalisieren, die sich in der Nähe eines Merkmals (z. B. einer Ausrundung) befindet, wo Defekte wahrscheinlich auftreten. Das Referenzmodell kann eine hinreichende Größe, Gestalt und Konfiguration aufweisen, um einen Abschnitt des Teils rings um das Merkmal zu umfassen. Außerdem kann der Endbenutzer dieser Region Testparameter zuweisen, die nützlich sind, um den Defekt (z. B. einen Spannungsriss, den ein Kühlen einer Form hervorruft) zu identifizieren, der an dem Merkmal am häufigsten vorgefunden wird. Die Testparameter können allgemein, d. h. identifizierende Kriterien, die nur nach einem Defekt suchen, oder speziell sein, d. h. identifizierende Kriterien, die nach einem Defekt mit speziellen Dimensionen (z. B. Länge, Breite, Tiefe, etc.) suchen.
Das Verfahren 400 kann ferner die Schritte zur Ausrichtung oder Registrierung des Teilemodells und des Referenzmodells zueinander enthalten, was eine richtige Positionierung der Regionen an dem Teilemodell unterstützt. Wie in 3 oben veranschaulicht, sollte, wenn das Teilemodell (z. B. das Teilemodell 302) und das Referenzmodell (z. B. das Referenzmodell 304) einander überlagert sind, die Region (z. B. die Region 308) relativ zu dem Merkmal (z. B. dem Merkmal 306) des Teils, dem die Regionen zugewiesen sind, lokalisiert sein. Eine Ausrichtung kann bestimmte Aspekte des Teilemodells und des Referenzmodells, wie beispielsweise Koordinatensysteme und eine andere Geometrie, die eine gemeinsame Referenz zwischen dem Teilemodell und dem Referenzmodell liefern kann, verwenden. In einem Beispiel kann das Verfahren 400 dem Endbenutzer die Möglichkeit bieten, das Teilemodell und das Referenzmodell z. B. durch Ziehen eines der Modelle in Bezug auf das andere auf der GUI und/oder durch Auswahl bestimmter gemeinsamer Referenzpunkte in jedem der Modelle auf der GUI auszurichten.
Zusätzlich zu der Detektion des interessierenden Merkmals kann das Verfahren 400 bestimmte sekundäre Operationen für eine weitere Analyse des Teils enthalten. Die sekundären Operationen enthalten einen Schritt zum Vergleich der Dimensionen des Teilemodells und des Referenzmodells. Weitere Operationen können weitere analytische Werkzeuge, wie beispielsweise für physikalische Eigenschaften (z. B. Masse, Volumen, etc.) und Materialeigenschaften (z. B. Zusammensetzung), bieten. Die unterschiedlichen Werkzeuge können entsprechend der Art der Scannvorrichtung und/oder des Prüfsystems, auf dem das Verfahren 400 eingesetzt wird, ausgewählt werden. Zum Beispiel kann das Prüfsystem zusätzlich zu einem CT-Scanner ein Massenspektrometer oder eine andere Vorrichtung enthalten, die die Materialzusammensetzung des Teils identifizieren kann.
Das beispielhafte Verfahren 500 nach 5 enthält im Block 502 ein Bereitstellen eines Konstruktionsmodells eines Teils und im Block 504 ein Ausrichten des Konstruktionsmodells mit einem Scannmodell. Das Verfahren 500 weist ferner im Block 506 ein Umwandeln einer Region des Konstruktionsmodells zu einer Volumeneinheit, im Block 508 ein Zuweisen von Testparametern zu der Volumeneinheit und im Block 510 ein Empfangen eines Teilemodells des Teils auf. Das Verfahren 500 weist ferner im Block 512 ein Ausführen eines Teileanalyseprotokolls auf, das Bereiche des Teilemodells, die der Volumeneineinheit entsprechen, mit den Testparametern vergleichen kann, um festzustellen, ob interessierende Merkmale vorhanden sind. Das Verfahren 500 kann ferner im Block 514 ein Erzeugen des Konstruktionsmodells in einem computergestützten Konstruktionspaket (CAD-Paket) und im Block 516 ein Feststellen, ob weitere Teile analysiert werden sollen, aufweisen. Falls dies der Fall ist, fährt das Verfahren 500 anschließend mit Block 510 fort, um ein weiteres Teilemodell zu empfangen. Falls keine weiteren Teil analysiert werden sollen, kann das Verfahren 500 anschließend im Block 518 ein Durchführen einer sekundären Operation enthalten, die einen Schritt zur Identifikation von Dimensionsunterschieden und anderen Anomalitäten, z. B. zwischen dem Teilemodell und dem Referenzmodell, enthalten kann. Ebenfalls kann das Verfahren 500 in einer anderen Ausführungsform mit den sekundären Operationen fortfahren, bevor es das Teilemodell für das nächste Teil empfängt.
Ein Teileentwickler kann das Konstruktionsmodell als ein Teil des Konstruktionsprozesses generieren. Dieses Modell kann von einem CAD-Paket (z. B. Pro-Engineer^® und Auto-Cad^®) stammen. Das Konstruktionsmodell und das Teilemodell können ebenso durch Scannen einer Stichrobe des Teils, wie beispielsweise eines Teils von einem Fertigungslauf, erzeugt werden. Die CAD-Pakete können ausführbare Instruktionen (z. B. Software) enthalten, die eine Auswahl der Regionen ermöglichen, in denen eine Analyse stattfinden soll, und das Paket kann in einigen Beispielen eine Zuweisung der Testparameter zu diesen Regionen ermöglichen. In einem Beispiel können die ausführbaren Instruktionen, die das Verfahren 500 anweisen, hinreichend Werkzeuge für den Teileentwickler und/oder einen anderen Endbenutzer bereitstellen, um das Konstruktionsmodell zu erzeugen sowie um die Regionen und Testparameter zu identifizieren. In einem weiteren Beispiel wird das Konstruktionsmodell aus dem CAD-Paket exportiert, um dem Endbenutzer zu ermöglichen, über eine Schnittstelle auf das Modell zuzugreifen, um so die Regionen und die Testparameter zu identifizieren.
Das Scannmodell kann eine Darstellung des Teils, die die Scannvorrichtung erzeugt, aufweisen. Das Scannmodell kann in einem Beispiel die Basis für die Analyse jedes Teils bilden, das auf z. B. einer Fertigungsstraße vorgefunden wird. Zum Beispiel kann ein Endbenutzer einen Scann eines Teils initiieren, bevor er die restlichen Schritte des Verfahrens 500 (und/oder eine Analyse und Kontrolle der Teile, die die spezielle Fertigungsserie oder -charge ausmachen, zur Verwendung bei der Qualitätskontrollauswahl) initiiert. Das Verfahren 500 kann anschließend das resultierende Scannmodell auf das Konstruktionsmodell abstimmen, die Volumeneinheiten bilden und die Testparameter zuweisen.
Ausführungsformen der Verfahren (z. B. des Verfahrens 400 und des Verfahrens 500) können an Modellen (z. B. dem Konstruktionsmodell, dem Scannmodell und dem Teilemodell) arbeiten, die Volumenmodelle sind oder in anderen Worten Merkmale des Teils in drei Dimensionen zeigen. Für diesen Zweck sind CAD-Pakete bekannt. Ferner wird verstanden, dass Scannvorrichtungen, wie beispielsweise CT-Scanner, Modelle mit einer Höhe, Breite und Tiefe erzeugen. In einer Ausführungsform kann das Verfahren 500 Konstruktionsmodelle berücksichtigen, die lediglich zwei Dimensionen aufweisen. Diese zweidimensionalen Modelle können üblich sein, wenn Darstellungen des Teils verwendet werden, die Fertigungsausdrucken und -zeichnungen zugeordnet sind. Während Computerprogramme einen Austausch dieser Darstellungen ermöglichen, kann den Modellen selbst eine Dimension (z. B. Tiefe) fehlen, die gewöhnlich in dreidimensionalen Darstellungen des Teils vorgefunden wird. In jedem Fall kann eine Ausführungsform des Verfahrens 500 die Region(en) des zweidimensionalen Konstruktionsmodells identifizieren und eine Volumeneinheit ausgehend von der Region erzeugen. Diese Einrichtung kann ausführbare Instruktionen erfordern, um die dreidimensionale Volumeneinheit aus einer zweidimensionalen Region zu erzeugen. Zum Beispiel könnte die Region, die einem zweidimensionalen Modell zugeordnet ist, quadratisch sein, und die Volumeneinheit könnte kubisch sein. Die Volumeneinheit ermöglicht eine Analyse des Teils (und des Teilemodells), um weitere charakteristische Eigenschaften zu identifizieren, die mit dem interessierenden Merkmal im Zusammenhang stehen.
Ausführungsformen des Verfahrens 500 (und des Verfahrens 400) können für eine Implementierung in verschiedenen Fertigungsumgebungen geeignet sein. Zum Beispiel erzeugen Großserien- und Massenfertigungsprozesse, wie beispielsweise Gießen und Formen, häufig große Mengen der gleichen oder ähnlichen Teile. In einer Ausführungsform kann eine Implementierung dieser Verfahren es erfordern, dass das Verfahren weiterhin funktioniert, um nachfolgende Teile auszuwerten. Wie die Erläuterung nachstehend zeigt, können Beispiele derartiger Umgebungen eine Scannvorrichtung (z. B. einen CT-Scanner) in eine automatisch eingerichtete Fertigungsstraße integrieren.
6 veranschaulicht eine beispielhafte Ausführungsform eines Prüfsystems 600, das für eine zerstörungsfreie Prüfung und Inspektion in verschiedenen Fertigungsumgebungen (z. B. Gießen, Formen, Schweißen, etc.) verwendet werden kann. Ausführungsformen des Prüfsystems 600 können eine Scannvorrichtung 602, wie beispielsweise einen Computertomographie(CT)-Scanner, eine Datenspeichervorrichtung 604 und ein Netzwerk 606 aufweisen, das die Scannvorrichtung 602 und die Datenspeichervorrichtung 604 kommunikationsmäßig miteinander verbindet. In einer Ausführungsform kann die Scannvorrichtung 602 ein Modell 608 erzeugen, das z. B. für das Teil nach 1 repräsentativ ist. Das Modell 608 weist ein interessierendes Merkmal 610, wie beispielsweise einen oder mehrere der Defekte, die die Offenbarung hierin in Erwägung zieht, auf. Das Modell 608 weist ferner eine Region 612 mit einer Geometrie 614 auf, die wenigstens einen Abschnitt des interessierenden Merkmals 610 umfassen kann. In dem vorliegenden Beispiel ist die Geometrie diejenige eines rechteckigen Volumens, wobei jedoch die Geometrie vielfältige Konfigurationen einnehmen kann.
Das Prüfsystem 600 kann über das Netzwerk 606 kommunizieren oder die Daten übertragen. Eine Kommunikation kann drahtgebunden, drahtlos oder mittels anderer in der Technik bekannter Einrichtungen erfolgen. Die Erfinder sehen in gleicher Weise vor, dass Cloud-Computing (Rechnerwolke) und cloud-basierte (wolkenbasierte) Datenverarbeitung passende Datenübertragungs-, Speicherungs- und Wiedergewinnungsoptionen zur Implementierung in Verbindung mit dem Prüfsystem 600 bereitstellen können. In einem Beispiel kann die Datenübertragung Download- und Upload-Funktionen ermöglichen, die eine Bewegung von Daten zwischen der Scannvorrichtung 602 und entfernt angeordneten Servern und/oder Datenbanken, die die Datenspeichervorrichtung 604 bilden, unterstützen. Durch Konzentration der Analyse auf spezielle Regionen des Teilemodells, wie oben erläutert, kann das Prüfsystem 600 die Verarbeitungszeitdauer verbessern und somit den Durchsatz steigern, wenn das Prüfsystem 600 in Anwendungen zur Großserienfertigung eingesetzt wird.
7 zeigt Details eines Beispiels einer derartigen Fertigungsanwendung, die eine weitere beispielhafte Ausführungsform eines automatisierten Inspektionssystems 700 anwendet. Während gleiche Bezugszeichen verwendet werden, um gleiche Elemente zwischen dem Prüfsystem 600 (6) und dem Inspektionssystem 700 (7) zu identifizieren, sind einige Elemente der Klarheit wegen und zur Schwerpunktlegung bei der Erläuterung, die nachstehend folgt, entfernt worden. Das Inspektionssystem 700 weist eine Scannvorrichtung 702 auf. Jedoch sind die Datenspeichervorrichtung und das Netzwerk nicht veranschaulicht, wobei sie aber auf das Inspektionssystem 700 in der Weise, in der diese Offenbarung sie oben beschreibt, anwendbar sind.
Das Inspektionssystem 700 weist ferner eine Fördervorrichtung 716 und eine Steuereinheit 718 auf, die eine oder mehrere von der Scannvorrichtung 702 und der Fördervorrichtung 716 steuert. Auf der Fördervorrichtung 716 sind verschiedene inspizierte Teile 720, wie beispielsweise geformte oder gegossene Teile, angeordnet, die die Fertigungseinrichtung in Massen erzeugen kann. Das Inspektionssystem 700 weist ferner einen Roboter 722 und eine oder mehrere Arbeitsstationen 724, wie beispielsweise Computermonitore und -anzeigen, auf.
Die Fördervorrichtung 716 kann ein Fördersystem oder eine andere Konfiguration von Komponenten aufweisen, die die inspizierten Teile 720 in die Scannvorrichtung 702 hinein und durch diese transportieren können. Diese Systeme können bei vorliegender Fertigungsinfrastruktur, die als ein Teil einer Produktions- oder Fertigungsstraße vorgefunden wird, integriert sein. Diese Konfiguration ermöglicht die fortgesetzte oder im Wesentlichen kontinuierliche Erzeugung von Daten in Form von z. B. Scannvolumina, die für eine Qualitätskontrolle nützlich sind.
Die Kontrolleinheit 718 kann verschiedene Rechenvorrichtungen, wie beispielsweise Mikrokontroller, Daten- und Mikroprozessoren und dergleichen, aufweisen. Diese Vorrichtungen können Signale zu der Scannvorrichtung 702, der Fördervorrichtung 716 und dem Roboter 722 liefern. Diese Signale können den Betrieb koordinieren und in einem Beispiel die Erfassung von Daten von dem Scannvolumen ermöglichen. Während die Steuereinheit 718 Analysewerkzeuge (z. B. Software und Hardware) bereitstellen kann, können die Arbeitsstationen 724 in ähnlicher Weise das Inspektionssystem 700 mit relevanter Funktionskapazität ausstatten, um die Daten und Informationen, die die Scannvorrichtung 702 liefert, zu überwachen und zu analysieren. In einer Ausführungsform können die Arbeitsstationen 724 Anzeigen, wie beispielsweise LCD-Anzeigen, enthalten, die dem Endbenutzer ermöglichen, mit dem Prüfsystem sowie den Daten, die das Prüfsystem erfasst, zu interagieren.
Angesichts des Vorstehenden schlagen die Erfinder Konfigurationen und Methodiken vor, die den Durchsatz für Prüfsysteme, die z. B. einen CT-Scanner anwenden, verbessern können. Die Verfahren können interessierende Merkmale in Teilen, wie beispielsweise Defekte identifizieren, die nicht notwendigerweise durch visuelle Kontrollmethoden identifiziert werden würden.
Diese schriftliche Beschreibung verwendet Beispiele, um die Erfindung, einschließlich der besten Ausführungsart, zu offenbaren und auch um jeden Fachmann auf dem Gebiet zu befähigen, die Erfindung umzusetzen, wozu die Schaffung und Verwendung jeglicher Vorrichtungen oder Systeme und die Durchführung jeglicher enthaltener Verfahren gehören. Der patentierbare Umfang der Erfindung ist durch die Ansprüche definiert und kann weitere Beispiele enthalten, die Fachleuten auf dem Gebiet einfallen. Derartige weitere Beispiele sollen in dem Umfang der Ansprüche enthalten sein, wenn sie strukturelle Elemente aufweisen, die sich von dem Wortsinn der Ansprüche nicht unterscheiden, oder wenn sie äquivalente strukturelle Elemente mit gegenüber dem Wortsinn der Ansprüche unwesentlichen Unterschieden enthalten.
Zerstörungsfreie Prüf- und Untersuchungssysteme und -verfahren erzeugen Modelle und andere Darstellungen eines Teils. Diese Modelle können verwendet werden, um eine Analyse, wie beispielsweise eine Defekterkennung und -kategorisierung, durchzuführen. Die vorliegende Offenbarung identifiziert in einer Ausführungsform ein Verfahren und System, das bestimmte Stellen an dem Teil für die Analyse identifiziert. Diese Stellen entsprechen Regionen eines Referenzmodells, das eine Darstellung des Teils aufweisen kann, die ein computergestütztes Konstruktionspaket (CAD-Paket) erzeugen kann. Das Verfahren sieht vor, dass Testparameter der Region zugewiesen oder zugeordnet werden, um die Ausführung der relevanten Teileanalyseprotokolle zu leiten und anzuweisen. In einem Beispiel identifizieren die Testparameter Kriterien für einen oder mehrere Typen von Defekten, die an dem Teil vorgefunden werden können.
Bezugszeichenliste

100: Teil
200: Teilemodell
202: interessierendes Merkmal
300: Analysemodell
301: Teilemodell
304: Referenzmodell
306: interessierendes Merkmal
308: Region
310: Volumeneinheit
400: Verfahren
402: Block
404: Block
406: Block
408: Block
410: Block
500: Verfahren
502: Block
504: Block
506: Block
508: Block
510: Block
512: Block
514: Block
516: Block
518: Block
600: Prüfsystem
602: Scannvorrichtung
604: Datenspeichervorrichtung
606: Netzwerk
608: Modell
610: interessierendes Merkmal
612: Region
614: Geometrie
700: Inspektionssystem
702: Scannvorrichtung
716: Fördervorrichtung
718: Steuereinheit
720: inspizierte Teile
722: Roboter
724: Arbeitsstationen

Claims

Prüfsystem (600) zur Analyse eines Teils (100), wobei das Prüfsystem (600) aufweist: eine Scannvorrichtung (602), die konfiguriert ist, um ein Teilemodell (302) zu erzeugen; und eine Steuereinheit (718), die mit der Scannvorrichtung (602) verbindbar ist, wobei die Steuereinheit (718) funktionsfähig konfiguriert ist, um eine Teileanalyse durchzuführen; die Bereiche des Teilemodells (302) mit Regionen (308) eines Referenzmodells (304) des Teils (100) vergleicht, um festzustellen, ob interessierende Merkmale (306) in dem Teil vorhanden sind, wobei die Teileanalyse Testparameter verwendet, die den Regionen (308) zugewiesen sind und die für die interessierenden Merkmale (306) kennzeichnend sind, und wobei das Referenzmodell (304) eine computergestützte Konstruktions(CAD)-Darstellung des Teils (100) aufweist.
Prüfsystem (600) nach Anspruch 1, wobei die Testparameter der computergestützten Konstruktions(CAD)-Darstellung zugewiesen sind.
Prüfsystem (600) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit (718) in der Scannvorrichtung (602) integriert ist.
Verfahren (400), das in einem zerstörungsfreien Prüfsystem implementiert ist, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Erzeugen (402) eines Referenzmodell (304) eines Teils (100), wobei das Referenzmodell (304) eine Region (308) aufweist, in der ein interessierendes Merkmal (306) an dem Teil vorgefunden werden kann; Zuweisen (404) eines Testparameters zu der Region (308); Empfangen (406) eines Teilemodells (302) des Teils (100); Lokalisieren (408) eines Abschnitts des Teilemodells (302), der der Region (308) entspricht; und Verwenden (410) des Testparameters, um festzustellen, ob das interessierende Merkmal (306) in dem Abschnitt des Teilemodells (302) vorhanden ist.
Verfahren (400) nach Anspruch 4, das ferner den Schritt der Ausrichtung des Teilemodells (302) mit dem Referenzmodell (304) aufweist.
Verfahren (400) nach Anspruch 4 oder 5, wobei das Referenzmodell (302) eine computergestützte Konstruktions(CAD)-Darstellung des Teils (100) aufweist.
Verfahren (400) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei die Region (308) eine Volumeneinheit des Teilemodells (302) identifiziert.
Verfahren (400) nach einem der Ansprüche 4 bis 7, das ferner den Schritt des Vergleichs von Dimensionen des Teilemodells (302) und des Referenzmodells (304) aufweist.
Verfahren (400) nach einem der Ansprüche 4 bis 8, das ferner den Schritt des Scannens des Teils (100) mit einer Scannvorrichtung (602), um das Referenzmodell (304) zu erzeugen, aufweist.
Verfahren (400) nach Anspruch 9, wobei die Scannvorrichtung (602) einen Computertomographie(CT)-Scanner aufweist.