DE102012216003A1

DE102012216003A1 - Flexible Untersuchung von Bauteilen mittels Röntgenstrahlung

Info

Publication number: DE102012216003A1
Application number: DE201210216003
Authority: DE
Inventors: Andres Sommer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2012-09-10
Filing date: 2012-09-10
Publication date: 2014-03-13
Also published as: WO2014037171A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, eine Vorrichtung und ein Computerprogramm zur Untersuchung von Gegenständen mittels Strahlung. Dabei werden Gegenstände auf einem Transportband (1) zu einer Strahlenquelle (4) zwecks Untersuchung mit durch die Strahlenquelle (4) emittierter Strahlung befördert. Einem Gegenstand (2) ist ein eine Identifikationsinformation umfassendes Identifikationselement (3) zugeordnet, welches auf dem Transportband (1) mit dem Gegenstand (2) mitbefördert wird. Die Identifikationsinformation umfasst eine Information zur Identifikation einer Eigenschaft des Gegenstands (2). Die Identifikationsinformation wird dann mit Hilfe einer Detektionsvorrichtung (4, 5) ermittelt. Schließlich wird ein mit Hilfe der Strahlenquelle (4) erzeugtes, auf den Gegenstand bezogenes Untersuchungsergebnis mithilfe eines bekannten Zusammenhangs zwischen Strahlenquelle (4) und Detektionsvorrichtung (4, 5) und mithilfe der Identifikationsinformation der Eigenschaft des Gegenstands (2) zugeordnet. Eine flexible Zuordnung zwischen aufgenommenen Bildern und untersuchtem Bauteil wird somit ermöglicht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Untersuchung von Gegenständen mittels Strahlung.
Untersuchungen mittels Röntgenstrahlen haben traditionell ihre Hauptanwendung im Bereich der Medizintechnik. Jüngere Entwicklungen zielen darauf hin, mehr und mehr die Röntgentechnik auch für die Untersuchung von Werkstücken und Bauteilen einzusetzen. Die Verbesserungen in der Röntgentechnologie erlauben dabei einen immer effizienter werdenden Workflow bei der Bauteilprüfung. Eine Verkürzung der Zeitintervalle für die Untersuchung einzelner Bauteile bzw. Werkstücke erfordert entsprechende Anpassungen des Gesamtvorgangs.
Für die röntgentechnische Untersuchung von Bauteilen gibt es – wie beim medizinischen Einsatz – die Alternativen, sich auf ein Röntgenbild zu beschränken oder eine Serie von Röntgenbildern aus unterschiedlichen Richtungen für eine dreidimensionale Rekonstruktion anzufertigen. Insbesondere Werkstoffuntersuchungen für eine dreidimensionale Bildrekonstruktion erfordern derzeit in der Regel noch relativ lange Zeiträume (1 bis 4 Stunden pro Untersuchung). Diese langen Untersuchungszeiten können mit modernen Röntgengeräten, z.B. Computertomographen, ganz erheblich reduziert werden (Untersuchungsintervalle im Bereich von Minuten). Apparaturen für derartige Untersuchungen mit einem hohen Durchsatz können z.B. eine Geometrie aufweisen, die für Gepäckuntersuchungen vorgeschlagenen Systemen ähnlich ist. So offenbart die US 7 492 860 B2 z.B. ein Laufband, mittels welchem Gepäckstücke durch ein CT-Gerät transportiert werden. Bei diesem System wird die Position des Laufbandes während des Scanprozesses überwacht. Dies wird vor allem im Hinblick auf Situationen vorgeschlagen, in denen das Laufband angehalten werden muss. Derartige Situationen sind gerade bei Gepäckuntersuchungen nicht unwahrscheinlich, beispielsweise wenn einer Auffälligkeit durch das Überwachungspersonal nachgegangen werden soll. Die Überwachung der Laufbahnposition erlaubt nach solchen Unterbrechungen die Wiederaufnahme des Gepäckscans, ohne dass die unterbrechungsbedingte Diskontinuität für die Rekonstruktion von CT-Bildern Schwierigkeiten ergeben würde. Die in der zitierten Schrift beschriebene Positionsüberwachung erlaubt sozusagen die richtige Auswahl der Röntgendaten für deren Zusammensetzung bei der Rekonstruktion, selbst wenn das Laufband während der Untersuchung angehalten wurde.
Vergleichbare Untersuchungssysteme mit Laufband bzw. Transportband für Materialtests sollten höheren Anforderungen genügen. Insbesondere kann bei der Materialuntersuchung die Röntgenuntersuchung nur Teil eines ausgedehnten automatisierten Systems zur Fertigung oder Bearbeitung von Werkstücken sein. Im Gegensatz zur Gepäckuntersuchung wird nicht notwendigerweise an Ort und Stelle von Überwachungspersonal das Untersuchungsergebnis begutachtet und ggf. genauer inspiziert. Bei einem räumlich ausgedehnten automatisierten System kann das Ergebnis der Untersuchung an ganz anderer Stelle des Ablaufes eine Rolle spielen. Beispielsweise ist eine derartige Konstellation gegeben, wenn eine Reihe von Untersuchungen durchgeführt werden, die das Werkstück in Summe passieren muss, um für den Einsatz geeignet sein. In einem derartigen System würde die Auslese einer Komponente sinnvoller Weise erst nach Durchführung aller Untersuchungen erfolgen. D.h. insbesondere, dass zu diesem Zeitpunkt die Untersuchungsergebnisse für eine etwaige Bewertung an einer von dem Untersuchungsort entfernten Stelle vorliegen müssen, um dort für eine Entscheidung herangezogen zu werden. Hierfür ist wünschenswert, eine flexible Zuordnung von Untersuchungsergebnis und Werkstück zu haben, die über die reine Förder- bzw. Transportbandposition hinausgeht.
Die Erfindung hat zur Aufgabe, eine flexible Zuordnung von Werkstücken und Untersuchungsergebnissen bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Untersuchung von Gegenständen mittels Strahlung, die durch die Ansprüche 1 bzw. 15 gegeben sind. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß wird ein Transportband dazu verwendet, Gegenstände bzw. Objekte (z.B. Werkstücke oder Bauteile) zu einer Strahlenquelle zu befördern bzw. zu transportieren, um sie mittels durch die Strahlenquelle emittierter Strahlung zu untersuchen. Diese Strahlenquelle ist beispielsweise ein Röntgenstrahler und kann für eine 3D-Rekonstruktion beispielsweise auch durch ein Computertomographiegerät, eine Multiemitterröntgenröhre oder durch eine Mehrzahl von aus unterschiedlichen Richtungen strahlenden Röhren realisiert sein. Die Strahlenquelle ist vorzugsweise in der Bewegungsrichtung des Transportbandes stationär, kann aber evtl. auch als in diese Richtung bewegliche (und evtl. während des Scans eines Gegenstands in diese Richtung bewegte) Quelle (z.B. Roboterlösung für Bildrekonstruktion in drei Dimensionen) realisiert sein.
Für eine flexible Zuordnung wird einem zu untersuchenden Gegenstand ein Identifikationselement zugeordnet. Dieses Identifikationselement enthält eine Identifikationsinformation zur Identifikation zumindest einer Eigenschaft des Gegenstands, welche ermittelt werden kann und z.B. dem Gegenstand oder einem Typ von Gegenständen eindeutig zugeordnet ist. Die Identifikationsinformation kann beispielsweise in einer Seriennummer oder in einem Barcode bestehen. Das Identifikationselement wird auf dem Transportband mit dem dadurch zu identifizierenden Gegenstand mitbefördert bzw. mittransportiert. Diese Mitbeförderung kann im Zuge einer Anordnung des Identifikationselements an, auf, in oder in definiertem Abstand zu dem Gegenstand realisiert sein. Das Identifikationselement kann bereits bei der Herstellung des Bauteils (z.B. Guß) aufgebracht worden sein. In einer anderen Ausgestaltung sind Gegenstand und Identifikationselement auf einem gemeinsamen Träger positioniert, in einem anderen ist nur der Gegenstand auf dem Träger (z.B. Werkstückträger) positioniert und das Identifikationselement ist fest mit dem Träger verbunden oder in den Träger integriert.
Das Identifikationselement wird mittels einer Detektionsvorrichtung detektiert. Diese Detektion besteht beispielsweise in dem Auslesen bzw. Extrahieren der dadurch das Identifikationselement umfassten Identifikationsinformation. D.h., dass die Detektionsvorrichtung dafür ausgestaltet ist, die Identifikationsinformation zu ermitteln. Die Detektionsvorrichtung operiert beispielsweise mittels elektromagnetischer Strahlung in einem definierten Frequenzbereich. In dieser Ausgestaltung ist das Identifikationselement mit einem mittels elektromagnetischer Strahlung in dem definierten Frequenzbereich detektierbaren Material gebildet. Dieser Frequenzbereich ist beispielsweise der Bereich von Röntgenstrahlen, Licht bzw. optischen Frequenzen, Radarfrequenzen oder elektromagnetischer Strahlung im Terra-Hz-Bereich.
Schließlich wird ein mit Hilfe der Strahlenquelle erzeugtes, auf den Gegenstand bezogenes Untersuchungsergebnis (z.B. Röntgenaufnahme oder aus Röntgenaufnahmen rekonstruiertes Bild des Bauteils) der Eigenschaft des Gegenstands zugeordnet. Für diese Zuordnung werden ein bekannter Zusammenhang zwischen Strahlenquelle und Detektionsvorrichtung und die Identifikationsinformation verwendet. Die Eigenschaft des Gegenstandes besteht beispielsweise in dessen Identität oder Position. Der bekannte Zusammenhang zwischen Strahlenquelle und Detektionsvorrichtung kann darin bestehen, dass die beiden Vorrichtungselemente miteinander identisch sind, d.h. dass mittels der Strahlenquelle auch das Identifikationselement detektiert und die Identifikationsinformation ermittelt wird. In einer anderen Ausgestaltung ist die Detektionsvorrichtung separat von der Strahlenquelle angeordnet. In diesem Fall kann beispielsweise über die Positionen bzw. den Abstand zwischen Strahlenquelle und Detektionsvorrichtung die Eigenschaft des Gegenstandes mit dem Untersuchungsergebnis korreliert werden.
Die Erfindung erlaubt eine flexible Identifizierung bzw. Zuordnung von Untersuchungsergebnissen mittels Strahlung untersuchter Gegenstände. Beispielsweise kann ein Untersuchungsergebnis zusammen mit einer entsprechend gewonnenen Identifikationsinformation abgespeichert werden und so flexibel verarbeitet werden. Eine Zuordnung von einer Information zum Gegenstand ist zudem reproduzierbar und immer im weiteren Fertigungsprozess wieder herstellbar bzw. wieder verwendbar. Die Erfindung beinhaltet auch eine Vorrichtung zur Untersuchung von Gegenständen mittels Strahlung, welche ein Transportband, eine Detektiervorrichtung und eine Recheneinheit umfasst. Diese Vorrichtung ist beispielsweise dafür ausgestaltet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.
Gemäß einer Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes ist kein Transportband für Gegenstände vorgesehen, und der zu untersuchende Gegenstand ist stationär an einem Untersuchungsort angeordnet. Bei dieser Ausgestaltung ist die Strahlenquelle und ggfl. die Detektionsvorrichtung für eine Bewegung relativ zum Untersuchungsort ausgestaltet. Z.B. könnten die Strahlenquelle und ggfl. die Detektionsvorrichtung auf einer Transportvorrichtung montiert sein, die ein Überstreichen bzw. Scannen von einem Untersuchungsort oder einem Untersuchungsbereich erlaubt.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Figuren näher dargestellt. Es zeigen
1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Vorgehens,
2 eine alternative Ausführungsform mit anderer Positionierung des Identifikationselements,
3 eine weitere Ausführungsform mit einem im Werkstückträger integrierten Identifikationselement,
4 eine Ausführungsform mit separater Auslesung einer Identifikationsinformation.
In 1 ist ein Werkstückträger 6, auf welchem ein Bauteil 2 angeordnet ist, an zwei Positionen auf einen Transportband gezeigt. Der Werkstückträger 6 mit dem Bauteil 2 wird mittels des Transportbandes 1 durch eine Röntgenstrahlmessvorrichtung 4 transportiert. Die beiden gezeigten Positionen von Werkstückträger 6 und Bauteil 2 entsprechen Positionen vor bzw. nach der Untersuchung mit Röntgenstrahlen, d.h. zwei Positionen zu unterschiedlichen Zeitpunkten. Mittels der Röntgenanlage 4 (beispielsweise Computertomographiegerät) wird das Bauteil 2 untersucht, um Bauteilfehler, z.B. Lunker, aufzuspüren. Dies ist im Bild oben rechts angedeutet; auf Grundlage der von Röntgenaufnahmen wird ein dreidimensionales Bild von dem Bauteil rekonstruiert (beispielsweise mittels iterativen Verfahren oder einem exakten Rekonstruktionsverfahren wie z.B. Filtered-Back-Projection bzw. FBP). In diesem rekonstruierten Bild sind Bauteilfehler 7 erkennbar. Erfindungsgemäß ist ein Identifikationselement 3 vorgesehen, dass in dieser Ausgestaltung an dem Bauteil 2 angebracht ist. Dieses Identifikationselement 2 ist im rekonstruierten Bild in dieser Variante enthalten, so dass das rekonstruierte Bild dem Bauteil 2 eindeutig zugeordnet werden kann.
2 zeigt eine andere Ausgestaltung, bei der das Identifikationselement 3 auf dem Bauteil 2 angeordnet ist. In 3 ist das Identifikationselement 3 in den Werkstückträger 6 integriert. Bei der Rekonstruktion wird der Werkstücksträger selber ebenfalls rekonstruiert, wobei auch das Identifikationselement dadurch im rekonstruierten Bild erscheint. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass das rekonstruierte Identifikationselement sich besser vom rekonstruierten Bauteilbild abhebt. Im Gegensatz zu den beiden vorher dargestellten Ausführungsbeispielen sollte bei diesem aber kein Wechsel des Werkstückträgers 6 stattfinden und bei einer Entfernung des Bauteils 3 vom Werkstückträger 6 während oder nach dem Arbeitsprozess festgehalten werden, auf welchem Werkstückträger das Bauteil transportiert worden ist, um danach die Zuordnung des Bildes zum Bauteil weiter zu gewährleisten. D.h. hier hätte man eine Zuordnungskette von dem rekonstruierten Bild über den durch das Identifikationselement identifizierbaren Werkstückträger zu dem Bauteil, d.h. die Zuordnung zwischen Werkstückträger und Bauteil sollte bekannt sein.
Im Bild 4 ist eine weitere Ausgestaltung dargestellt. Hier ist eine Lesestation 5 der Röntgenapparatur 4 vorangestellt. Diese Lesestation 5 liest eine im Identifikationselement 3 enthaltene Information aus, durch welche das Bauteil 2 identifiziert wird. Die ausgelesene Information kann beispielsweise auch den Bauteiltyp identifizieren und zur Festlegung von Scan- bzw. Steuerparametern 8 zur Steuerung z.B. der Röntgenapparatur 4 verwendet werden. Ein einfaches Beispiel für eine derartige Steuerung ist die Abfrage, ob für den Bauteiltyp überhaupt eine Röntgenuntersuchung durchgeführt werden soll. Es kann auch sein, dass eine Steuerinformation 8 nur dann geschickt wird, wenn eine Röntgenuntersuchung erforderlich ist.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere können andere Untersuchungsgeräte als ein Computertomographiegerät verwendet werden. Aus der Röntgentechnik wäre beispielsweise an eine Vielzahl von aus unterschiedlichen Richtungen strahlende Röntgenröhre zu denken, die ebenfalls eine 3D-Rekonstruktion erlauben. Ein sogenanntes Multiemitter-Röntgensystem ist eine weitere Lösung, d.h. ein System, das mittels räumlich verteilten Emittern eine für eine 3D-Rekonstruktion erforderlich Vielzahl von Aufnahmen generiert. Daneben läst sich eine ausgelesene Identifikationsinformation zu Bauteil bzw. Bauteiltyp in vielfacher Weise zur Steuerung von Prozessen verwenden. Viele dieser Ausgestaltungen sind ohne weiteres offenbar und sollen vom Schutzbereich umfasst werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 7492860 B2 [0003]

Claims

Verfahren zur Untersuchung von Gegenständen mittels Strahlung, bei dem – Gegenstände auf einem Transportband (1) zu einer Strahlenquelle (4) zwecks Untersuchung mit durch die Strahlenquelle (4) emittierter Strahlung befördert werden, – einem Gegenstand (2) ein eine Identifikationsinformation umfassendes Identifikationselement (3) zugeordnet ist, welches auf dem Transportband (1) mit dem Gegenstand (2) mitbefördert wird, – die Identifikationsinformation eine Information zur Identifikation einer Eigenschaft des Gegenstands (2) umfasst, – die Identifikationsinformation mit Hilfe einer Detektionsvorrichtung (4, 5) ermittelt wird, und – ein mit Hilfe der Strahlenquelle (4) erzeugtes, auf den Gegenstand bezogenes Untersuchungsergebnis mithilfe eines bekannten Zusammenhangs zwischen Strahlenquelle (4) und Detektionsvorrichtung (4, 5) und mithilfe der Identifikationsinformation der Eigenschaft des Gegenstands (2) zugeordnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mitbeförderung des Identifikationselements (3) durch Anordnung des Identifikationselements (3) an, auf, in oder in definierten Abstand zu dem Gegenstand (2) realisiert ist.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass – Gegenstand (2) und Identifikationselement (3) mittels eines gemeinsamen Trägers (6) befördert werden.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Identifikationselement (3) fest mit dem Träger (6) verbunden oder in dem Träger (6) integriert ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Identifikationsinformation dem Gegenstand (2) oder einem Typs von Gegenständen eindeutig zugeordnet ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – die Detektionsvorrichtung (4, 5) für eine Detektion des Identifikationselement (3) mittels elektromagnetischer Strahlung in einem definierten Frequenzbereich ausgestaltet ist, und – das Identifikationselement (3) mit einem mittels elektromagnetischer Strahlung in einem definierten Frequenzbereich detektierbaren Material gebildet ist.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Frequenzbereich im Bereich von Röntgenstrahlen, optischen Frequenzen, Radarfrequenzen oder Thz-Frequenzen befindet. (RFID)
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Identifikationsinformation eine Seriennummer oder ein Barcode ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Identifikationselement (3) mit einem RFID-Etikett gebildet ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – die Identifikationsinformation durch die Form des Identifikationselements (3) festgelegt ist, und – diese Form mittels der Detektionsvorrichtung (4, 5) abbildbar ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusammenhang zwischen Strahlenquelle (4) und Detektionsvorrichtung (4, 5), darin besteht, dass die Detektionsvorrichtung (4, 5) mittels der Strahlenquelle (4) realisiert ist, oder beide in einem bekannten Abstand zueinander angeordnet sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlenquelle (4) eine Röntgenquelle ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Eigenschaft des Gegenstandes (2) dessen Identität oder Position ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung eines den Gegenstand (2) betreffenden Untersuchungs- oder Bearbeitungsschrittes nach Maßgabe der Identifikationsinformation vorgenommen wird (z.B. vorbeileiten)
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – kein Transportband (1) für Gegenstände vorgesehen ist, – der Gegenstand (2) stationär an einem Untersuchungsort angeordnet ist, und – die Strahlenquelle (4) relativ zum Untersuchungsort bewegt wird.
Vorrichtung zur Untersuchung von Gegenständen mittels Strahlung, mit – einem Transportband (1) zur Beförderung von Gegenständen zu einer Strahlenquelle (4) zwecks Untersuchung mit durch die Strahlenquelle (4) emittierter Strahlung, – einer Detektionsvorrichtung (4, 5) zur Detektion eines einem Gegenstand (2) zugeordneten und mit ihm auf dem Transportband (1) mitbeförderten Identifikationselements und – einer Recheneinheit, die für die Zuordnung eines mit Hilfe der Strahlenquelle (4) erzeugten, auf den Gegenstand (2) bezogenen Untersuchungsergebnis zu zumindest einer Eigenschaft des Gegenstands (2) mithilfe eines bekannten Zusammenhangs zwischen Strahlenquelle (4) und Detektionsvorrichtung (4, 5) und der Identifikationsinformation ausgestaltet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung für dir Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 15 ausgestaltet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ein Computertomographiegerät zur Untersuchung des Gegenstands (2) umfasst.