DE102013210192A1

DE102013210192A1 - Vorrichtung und Verfahren zur automatischen Röntgenprüfung eines sich in Bewegung befindenden Prüfobjekts

Info

Publication number: DE102013210192A1
Application number: DE102013210192.9A
Authority: DE
Inventors: Thomas Wenzel; Thomas Stocker; Markus Eberhorn
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2013-04-02
Filing date: 2013-05-31
Publication date: 2014-10-02
Also published as: WO2014161903A1; EP2981812A1

Abstract

Eine Vorrichtung (100) zur automatischen Röntgenprüfung eines sich in Bewegung befindenden Prüfobjekts (120) mit einer eine Röntgenquelle (110) und einen Flächendetektor (130) aufweisenden Röntgenanordnung (105) umfasst eine Manipulationseinrichtung (150) zum Bewegen des Prüfobjekts (120) relativ zu der Röntgenanordnung (105) in eine Prüfposition YP zwischen der Röntgenquelle (110) und dem Röntgendetektor (130), wobei das Prüfobjekt (120) bei Durchlaufen der Prüfposition YP eine Relativgeschwindigkeit zu der Röntgenanordnung (105) aufweist, wobei folgende Beziehung bezüglich der Relativgeschwindigkeit vB erfüllt ist: tint·vB ≤ effektive Pixelgröße2 oder falls die für die Applikation geforderte Ortsauflösung niedriger ist als die effektive Pixelgröße: tint·vB ≤ Sollortsauflösung2 mit einer Bildaufnahmezeitdauer tint, einer Relativgeschwindigkeit vB und einer effektiven Pixelgröße oder einer Soll-Ortsauflösung, die auf dem Verhältnis zwischen dem Quelle-Detektor-Abstand von Röntgenquelle zu dem Flächendetektor und dem Quelle-Prüfobjekt-Abstand von der Röntgenquelle zu dem Prüfobjekt basiert, eine Verarbeitungseinrichtung (160) zum Erfassen einer Röntgenaufnahme des sich mit der Relativgeschwindigkeit vB bewegenden Prüfobjekts (120) an der Prüfposition (Y2) mittels des Flächendetektors (130) und eine Auswerteeinrichtung (170) zum automatischen Auswerten der Röntgenaufnahme des Prüfobjekts (120) hinsichtlich eines Material- oder Beschaffenheitsmerkmals mittels einer Bildverarbeitungseinrichtung.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur automatischen Röntgenprüfung eines sich in Bewegung befindenden Prüfobjekts mit einer Röntgenanordnung, die eine Röntgenquelle und einen Flächendetektor aufweist, und mit einer automatischen Bildverarbeitungseinrichtung.
Die Röntgenprüfung wird auf dem Gebiet der zerstörungsfreien Materialprüfung weitverbreitet eingesetzt. So hat sich die Röntgenprüfung beispielsweise als Standard in der Serienprüfung von Leichtmetallgussteilen durchgesetzt und wird von den Automobilherstellern großflächig gefordert. Bei der Röntgenprüfung wird mittels einer Röntgenanordnung die Wechselwirkung zwischen der erzeugten Röntgenstrahlung und der Materie bzw. dem Material des Prüfobjekts (Prüfkörpers) erfasst. Bei üblichen Röntgenanordnungen wird von einer Röntgenquelle, d. h. einer Röntgenröhre, als Strahlungsquelle Röntgenstrahlung in Form eines Kegelstrahls ausgehend von einem Brennfleck (Fokus) der Röntgenröhre abgestrahlt, durchdringt das Prüfobjekt und fällt auf einen Röntgendetektor. Entsprechend dem Prinzip der Röntgenprüfung trifft Röntgenstrahlung auf Materie in Form des Materials des Prüfobjekts, wobei je nach Material- und Objektbeschaffenheit, z. B. Materialdichte und Durchstrahlungslängen, ein unterschiedlich großer Anteil der Strahlung von dem Material des Prüfobjekts absorbiert wird. Ein Röntgenbild entsteht nun aus der Detektion und Visualisierung nicht absorbierter Röntgenstrahlung.
So wird die Röntgenprüfung beispielsweise auch in der Qualitätssicherung von Bauteilen, wie z. B. Leichtmetallgussteilen, verwendet, die beispielsweise im Fahrzeugbau eingesetzt werden. Mit der Röntgenprüfung sollen „Ungänzen” und/oder andere Defekte, z. B. Herstellungsfehler, aufgefunden werden. Röntgenprüfungen bzw. Röntgenuntersuchungen werden somit insbesondere bei sicherheitsrelevanten Bauteilen, wie z. B. bei Fahrwerkselementen, tragenden Verbindungen, Leichtmetallräder und bei vielen weiteren Leichtmetallgussteilen, eingesetzt. Das Leichtmetallgussteil wird zur Überprüfung in eine Strahlenschutzkabine mit einer dem Gußteil entsprechenden Manipulationseinrichtung eingebracht und zwischen Röntgenröhre und röntgenempfindlichem Flächendetektor positioniert und durchstrahlt. Auf Basis des Röntgenbildes, das in der Prüfposition aufgenommen wurde, wird eine Prüfentscheidung „Bauteil in Ordnung” oder „Ausschuss” getroffen.
Je nach Aufgabenstellen wird das zu überprüfende Gußteil in einer oder auch mehreren Prüfpositionen durchstrahlt, die entweder durch eine Bewegung des Prüfobjekts, der bildgebenden Komponenten (Strahler und Detektor) oder durch eine Kombination von beiden eingestellt wird. Auf Basis der Röntgenbilder, die in den einzelnen Prüfpositionen aufgenommen wurden, soll möglichst das gesamte Volumen des Prüfobjekts untersucht werden, um die Prüfentscheidung „Bauteil in Ordnung” oder „Ausschuss” zu treffen.
Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht nun darin, ein verbessertes Konzept zur automatischen Röntgenprüfung eines Prüfobjekts zu schaffen, um aufeinanderfolgende Röntgenprüfungen an einer Vielzahl von zugeführten Prüfobjekten sowohl zuverlässig als auch möglichst zeit- und kosteneffektiv durchzuführen.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zur automatischen Röntgenprüfung eines sich in Bewegung befindenden Prüfobjekts gemäß Anspruch 1 und durch ein Verfahren zur automatischen Röntgenprüfung eines sich in Bewegung befindenden Prüfobjekts gemäß Anspruch 20 gelöst.
Der Kerngedanke der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, eine automatische Röntgenprüfung an einem sich in Bewegung befindenden Prüfobjekt bzw. Prüfkörper mit einer Röntgenanordnung, die eine Röntgenquelle und einen Flächendetektor aufweist, und mit einer automatischen Bildverarbeitungseinrichtung, durchzuführen, wobei die folgenden Vorgaben und Randbedingungen angewendet werden. Bei der automatischen Prüfung wird die Prüfentscheidung durch ein Bildverarbeitungssystem getroffen. Vorteilhaft ist die im Vergleich zum menschlichen Prüfer hohe Reproduzierbarkeit der Prüfergebnisse auch hinsichtlich der quantitativen Auswertungen.
Um eine Beschleunigung der automatischen Röntgenprüfung zu erreichen und um die Problematik, wie sie durch den üblichen Stop-and-Go-Betrieb bei der automatischen Röntgenprüfung entstehen, zu umgehen, wird also eine automatische Röntgenprüfung in der Bewegung vorgeschlagen. Dies bedeutet, dass die Bewegung des Prüfobjekts und/oder der bildgebenden Komponenten in Form der Röntgenanordnung von einer Prüfposition zur anderen für die Röntgenbildaufnahme nicht unterbrochen wird, sondern kontinuierlich durchfahren wird. Um die Bewegungsunschärfe zu begrenzen, wird die Belichtungszeit nun soweit verkürzt, dass folgende Relation 1 sichergestellt ist: t_int·v_B ≤ effektive Pixelgröße / 2 mit ”t_int” der Bildaufnahmezeit, ”v_B” der Relativgeschwindigkeit Bauteil zu Zentralstrahl der Durchleuchtung (während der Durchleuchtung) und der ”effektiven Pixelgröße”, d. h. der Pixelgröße des Detektorsystems unter Berücksichtigung der (geometriebedingten) Vergrößerung. Durch Einhaltung der obigen Relation 1 wird dem Nyquist-Theorem Rechnung getragen, so dass die Bewegungsunschärfe im Vergleich zur Ortsauflösung des Röntgenbildes vernachlässigbar ist.
Falls nun die von der jeweiligen Applikation geforderte Ortsauflösung (Soll-Ortsauflösung) niedriger ist als die effektive Pixelgröße, ist zur Einhaltung der vorgegebenen bzw. tolerierbaren Bewegungsunschärfe basierend auf der vorgegebenen Soll-Ortsauflösung folgende Relation 2 einzuhalten: t_int·v_B ≤ Sollortsauflösung / 2 mit ”t_int” der Bildaufnahmezeitdauer, ”v_B” der Relativgeschwindigkeit Bauteil zu Zentralstrahl der Durchleuchtung (während der Durchleuchtung) und der geforderten Ortsauflösung. Durch Einhaltung dieser weiteren Relation 2 wird der vorgegebenen Ortsauflösung (Soll-Ortsauflösung) Rechnung getragen, so dass die resultierende Bewegungsunschärfe im Vergleich zur Ortsauflösung des Röntgenbildes noch vernachlässigbar bzw. tolerierbar ist.
Ausführungsbeispiele ermöglichen somit, dass die automatische Röntgenprüfung in der Bewegung durchführbar ist, wobei auf einen kompletten Stopp der Bewegung (d. h. des Prüflings bzw. der bildgebenden Komponenten) verzichtet werden kann und gleichzeitig die Belichtungszeitdauer verkürzt wird, um eine Bewegungsunschärfe zu eliminieren bzw. zumindest auf ein tolerierbares Maß zu reduzieren. Dies wird gemäß Ausführungsbeispielen beispielsweise erreicht, indem Hochleistungsröntgenquellen für die automatische Prüfung in der Bewegung eingesetzt werden, (relativ) kurze Röntgenpulse zur Verhinderung von Bewegungsunschärfen bei der automatischen Röntgenprüfung in der Bewegung erzeugt werden, und ferner das Bewegungsgeschwindigkeitsprofil des Prüfobjekts während des Prüfablaufes verändert wird, um zum Zeitpunkt der Bildaufnahme die obige Relation 1 oder 2 erfüllen zu können.
Im Vorliegenden wird nun anhand des vorliegenden Stands der Technik auf Probleme herkömmlicher Materialprüfungsanordnungen unter Verwendung von Röntgengeräten eingegangen, wobei ferner die Erkenntnisse und Schlussfolgerungen der Erfinder unter Berücksichtigung der der vorliegenden Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe herausgestellt werden.
Bei der bisherigen automatischen Röntgenprüfung wird die Prüfentscheidung durch ein Bildverarbeitungssystem getroffen. Die Auswertung basiert dabei auf Standbildern, die von dem Prüfobjekt aufgenommen werden. Das Prüfobjekt (Bauteil) wird zur Aufnahme des Bildes in eine Position gebracht und verharrt dort während der Bildaufnahmezeit (Integrationszeit), um Bewegungsunschärfen zu vermeiden, wie sie bei dem Einsatz von Flächen- oder Matrixdetektoren entstehen würden. Diese würden eine automatische Bewertung einschränken und sogar unmöglich machen. Die Notwendigkeit eines vollständigen Stopps während der Bildaufnahme ist durch die hohen Anforderungen an das Signal-zu-Rausch-Verhältnis (SNR) zu erklären.
Dieser Stop-and-Go-Betrieb, wie er auch bezeichnet wird, birgt eine Reihe von Nachteilen. Zum einen bedeutet die Unterbrechung der Verfahrbewegung einen Zeitverlust, der dem Wunsch nach einer möglichst kurzen Prüfzeitdauer immer entgegensteht. Außerdem erzeugen das ständige Beschleunigungen und Abbremsen des Prüflings hohe Lasten in der Mechanik, wie z. B. an einem Roboter, der das Bauteil positioniert. Der Verschleiß der mechanischen Komponenten ist höher als bei einer kontinuierlichen Fahrt (Transportbewegung). Darüber hinaus ist auch der Energieeinsatz erhöht. Kritisch sind zudem die Vibrationen zu sehen, die durch den gesamten Beschleunigungsprozess sowohl bei positiven als auch negative Beschleunigungen entstehen. Das Prüfobjekt wird daher in Schwingungen versetzt, die sich als Unschärfe im Röntgenbild niederschlagen und damit die Aussagefähigkeit der Röntgenaufnahme beeinträchtigen.
Dem wird durch eine Wartezeit zwischen Beendigung des Abbremsvorgangs und dem Beginn der Bildaufnahmezeit entgegengewirkt. Dies hat wiederum negative Folgen für die Prüfzeit. Alternativ kann durch eine steifere Auslegung der Manipulationseinrichtung den auftretenden Vibrationen entgegengewirkt werden. Dies erhöht aber wiederum die Kosten und benötigt eventuell mehr Bauraum für die Prüfanordnung.
Um nun die Nachteile, wie sie durch einen Stop-and-Go-Betrieb bei einer automatischen Röntgenprüfung gemäß dem Stand der Technik entstehen, möglichst zu umgehen, sollte eine Realisierung der automatischen Röntgenprüfung in der Bewegung, d. h. bei einem sich bewegenden Prüfobjekt, ermöglicht werden. Dies bedeutet nun allerdings, dass die Bewegung des Bauteils und/oder der bildgebenden Komponenten bei Erreichen der Prüfposition des Prüfobjekts oder, bei mehreren Prüfpositionen, von einer Prüfposition zur nächsten für die Bildaufnahme nicht unterbrochen wird, sondern kontinuierlich durchfahren wird. Dabei wird auch eine Relativgeschwindigkeit zwischen dem Prüfobjekt (Bauteil) und den bildgebenden Komponenten (Röntgenanordnung) beibehalten. Um nun eine Bewegungsunschärfe in der resultierenden Röntgenaufnahme, die mittels eines Flächen- oder Matrixdetektors erfasst und automatisch von einer Auswerteeinrichtung bzw. Bildverarbeitungseinrichtung ausgewertet wird, zu begrenzen bzw. zu minimieren, werden Belichtungszeiten bei einer solchen automatischen Röntgenprüfung eingesetzt, die dem sogenannten „Nyquist-Theorem” unter Berücksichtigung der Bildaufnahmezeit, der Relativgeschwindigkeit des Prüfobjekts (Bauteil oder Prüfkörper) zu dem Zentralstrahl der Durchleuchtung und der effektiven Pixelgröße, d. h. der Pixelgröße des Detektorsystems unter Berücksichtigung der (geometrischen) Vergrößerung, genügen.
Durch Einhaltung der Relation 1 mit ”t_int”, ”v_B” und der ”effektiven Pixelgröße” wird das Nyquist-Theorem eingehalten, so dass erreicht werden kann, dass die Bewegungsunschärfe im Vergleich zur Ortsauflösung des Röntgenbildes vernachlässigbar ist. Aus der obigen Beziehung (Relation 1) wird nun deutlich, dass bei einem Detektorsystem mit einer vorgegebenen Pixelgröße und einer vorgegebenen Vergrößerung (basierend auf dem Detektor-Prüfobjekt-Abstand) für eine in der Praxis ausreichend hohe Bewegungsgeschwindigkeit (im folgenden Relativgeschwindigkeit v_B) des Prüfobjekts bei Durchlaufen bzw. Durchfahren der Prüfposition ausreichend kurze Belichtungszeiten der Röntgenanordnung erforderlich sind. Um nun bei kurzen Belichtungszeiten ein ausreichendes Signal-zu-Rausch-Verhältnis (SNR) in der resultierenden Röntgenaufnahme zu erhalten, können erfindungsgemäß Hochleistungsquellen für die automatische Röntgenprüfung eingesetzt werden, um eine resultierende effektive Röhrenleistung (bei einer vergleichbaren Brennfleckgröße und Energie wie ein Standard-Industriestrahler für typische automatische Röntgenprüfungen) mit Bildaufnahmezeitdauern im Millisekundenbereich zu erreichen, ohne dass eine nachteilige Veränderung des Signal-zu-Rausch-Verhältnisses in der resultierenden Röntgenaufnahme erhalten wird. Diesbezüglich wird auf die lineare Abhängigkeit zwischen der Dosisleistung P_B (Bildaufnahmeleistung) einer Röntgenquelle bzw. Röntgenröhre und dem resultierenden Signal-zu-Rausch-Verhältnis hingewiesen. Um die Bildaufnahmezeitdauer möglichst gering zu halten, ist es auch möglich, möglichst empfindliche Detektoren bzw. eine Kombination aus Hochleistungsquellen und hoch-empfindlichen Detektoren einzusetzen.
Die Reduzierung der Bildaufnahmezeit hat einen weiteren positiven Effekt hinsichtlich der resultierenden Effizienz des Röntgendetektors dahin gehend, dass die im Allgemeinen in Röntgendetektoren verbauten Szintillatoren aufgrund der erreichbaren, niedrigen Bildaufnahmezeit deutlich verringerten Nachleuchteffekten ausgesetzt sind, so dass eine solche Reduktion z. B. des Nachleuchtens von Szintillatoren (die beispielsweise CsJ-Materialien aufweisen) detektorseitig zu einer weiteren Reduktion der Bildaufnahmezeit führen kann.
Die Verringerung der Bildaufnahmezeitdauer, die auch als Integrationszeitdauer bezeichnet wird, ermöglicht ferner die Umsetzung einer automatischen Röntgenprüfung unter Verwendung eines Flächen- oder Matrixdetektors und einer automatischen Bildauswertung der Röntgenaufnahme, bei dem das Prüfobjekt in einer kontinuierlichen Bewegung beibehalten wird, im Gegensatz zur bisherigen Realisierung von Prüfvorgängen mit einem notwendigen Stop-and-Go-Ablauf. Im Unterschied zu dem Ablauf bei der manuellen Prüfung bleibt die punktuelle und positionsabhängige Bildaufnahme des automatischen Ablaufes erhalten.
Erfindungsgemäß wird nun die Steuerung des Manipulationssystems so durchgeführt, dass die im Vorfeld (vorab) festgelegten Prüfpositionen des Prüfobjekts im Raum, d. h. hinsichtlich Ort und Orientierung, nacheinander so angefahren werden, dass zum Zeitpunkt des Durchlaufens der Sollpositionen, d. h. Prüfpositionen bzw. Röntgenaufnahmepositionen, die vorher festgelegte Orientierung des Prüfobjekts relativ zu der der Röntgenanordnung zwischen Röntgenquelle und Röntgendetektor eingehalten ist und ferner ein Auslösen der Röntgenbildaufnahme erfolgt, während sich das Prüfobjekt mit einer Relativgeschwindigkeit zu der Röntgenanordnung an der Prüfposition vorbei weiterbewegt.
Dabei wird nun die Relativgeschwindigkeit zum Zeitpunkt der Bildaufnahme in Korrelation zu den Anforderungen der Prüfaufgaben Bezug nehmend auf die zu erreichende Auflösung eingestellt, d. h. maximiert, um eine minimale Prüfzeitdauer pro Prüfobjekt zu erhalten, wobei ferner die resultierende Auflösung eine ausreichend zuverlässige Auswertung der Röntgenaufnahme hinsichtlich eines Material- oder Beschaffenheitsmerkmals sicherstellt.
Durch die erfindungsgemäß vorgegebene (maximale) Relativgeschwindigkeit des Prüfobjekts zu der Röntgenanordnung zur Erfüllung des Nyquist-Theorems (Relation 1) oder der geforderten Ortauflösung (Soll-Ortsauflösung – Relation 2) entsteht zwar trotz der großen Reduktion der Aufnahmezeitdauer durch die kontinuierliche Bewegung prinzipbedingt eine gewisse aber letztendlich tolerierbare Unschärfe, die aufgabenspezifisch limitiert werden kann.
Gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung wird zunächst die maximal zulässige Relativgeschwindigkeit v_B während der Bildaufnahme abhängig von der effektiven Pixelgröße bzw. Soll-Ortsauflösung und der erforderlichen Aufnahmezeitdauer festgelegt. Diese Geschwindigkeit kann somit als maximal zulässige Geschwindigkeit dienen, mit der sich ein in Bewegung befindliches Prüfobjekt die Prüfposition durchlaufen kann.
Somit können gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung beispielsweise mehrere Bewegungsgeschwindigkeiten des Prüfobjekts eingesetzt werden, um den „Prüfzeitgewinn” pro Prüfobjekt zu optimieren.
Aus diesem Grund können von dem Handhabungs- bzw. Manipulationssystem mehrere Geschwindigkeiten eingesetzt werden. Die Relativgeschwindigkeit v_B gibt dabei die Geschwindigkeit an, mit der die Prüfposition bzw. die individuellen Prüfpositionen durchlaufen werden können. Diese Geschwindigkeit ist, wie bereits oben angegeben, abhängig von der Belichtungszeitdauer bzw. der zur Verfügung stehenden Röhrenleistung und der effektiven Pixelgröße des Flächendetektors. Für einen möglichst hohen Prüfzeitgewinn sollte sich das Prüfobjekt während der Bildaufnahmezeitdauer möglichst schnell bei Durchlaufen der Prüfposition bewegen, wobei aber maximal eine Strecke, die einer halben, effektiven Pixelkantenlänge (unter Berücksichtigung der geometriebedingten Vergrößerung) oder einer halben Soll-Ortsauflösung (falls die von der Applikation geforderte Ortsauflösung niedriger ist als die effektive Pixelgröße) entspricht, zurückgelegt werden sollte.
Ferner sollte das Prüfobjekt zu der jeweiligen Aufnahmeposition mit einer möglichst hohen Verfahrgeschwindigkeit v_A (Zwischengeschwindigkeit) bewegt werden. Bezüglich der Verfahrgeschwindigkeit v_A ist nun dahingehend eine Abwägung zu treffen, dass diese einerseits möglichst hoch eingestellt werden sollte, aber andererseits ein Aufschwingen des Prüfobjekts oder des Manipulationssystems das zulässige Maß nicht überschreiten sollte. Das zulässige Maß, d. h. die maximale Schwingungsamplitude des Prüfobjekts oder des Manipulationssystems, ist applikationsspezifisch und liegt im Bereich etwa einer effektiven Pixelgröße oder der Soll-Ortsauflösung.
Durch die Kombination von zumindest zwei Bewegungsgeschwindigkeiten für das Prüfobjekt und dem Verzicht auf einen vollständigen Stillstand (d. h. einen kompletten Stopp) in der Prüfposition können zahlreiche Vorteile erreicht werden. So kann die Gesamtprüfzeit pro Prüfobjekt deutlich verkürzt werden. Ferner kann die Verfahrgeschwindigkeit v_A zwischen den Prüfpositionen maximiert werden. Ferner können verringerte Beschleunigungs- und Bremsrampen im Geschwindigkeitsprofil durch das Manipulationssystem erreicht werden, wodurch Vibrationen an dem Prüfobjekt minimiert werden, der Energieaufwand an der Antriebstechnik des Manipulationssystems verringert wird, ferner der Verschleiß der Antriebstechnik verringert wird, und ferner weitere Möglichkeiten bzw. Freiheitsgrade zur Optimierung der Auslegung des Manipulationssystems bereitgestellt und genutzt werden können.
Gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung werden beispielsweise Hochleistungsröntgenquellen für die Röntgenanordnung verwendet, bei denen ein Betrieb realisiert werden kann, bei dem kurze Pulse (z. B. mit einer Pulslänge im Bereich von 1–10 ms) erzeugt werden können, und die sicherstellen können, dass die erforderliche Röntgenleistung zum Zeitpunkt der Röntgenaufnahme erreicht ist. Zwischen zwei Prüfpositionen kann dann die Röntgenleistung (stark) reduziert oder komplett auf Null heruntergefahren werden. Damit wird sichergestellt, dass der Wärmehaushalt der Röntgenröhre ausgeglichen ist, und somit im Wesentlichen eine beliebige Anzahl aufeinanderfolgender, zeitlich beabstandeter Erfassungsvorgänge von Röntgenaufnahmen durchgeführt werden kann.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Prinzipdarstellung einer Vorrichtung zur automatischen Röntgenprüfung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2 eine Prinzipdarstellung des Zusammenhangs zwischen der Relativgeschwindigkeit von Prüfkörper zu Röntgenanordnung und der Röntgenleistung über der Zeitachse gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
3 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Durchführung einer automatischen Röntgenprüfung eines sich in Bewegung befindenden Prüfobjekts gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Bevor nachfolgend Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung im Detail anhand der Zeichnungen näher erläutert werden, wird darauf hingewiesen, dass identische, funktionsgleiche oder gleichwirkende Elemente, Objekte und/oder Strukturen in den unterschiedlichen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind, so dass die in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen dargestellte Beschreibung dieser Elemente untereinander austauschbar ist bzw. aufeinander angewendet werden kann.
1 zeigt eine Prinzipdarstellung einer Vorrichtung 100 zur automatischen Röntgenprüfung eines sich in Bewegung befindenden Prüfobjekts 120 mit einer Röntgenanordnung 105. Die Prüfvorrichtung 100 weist beispielsweise eine Röntgenröhre 110 und einen für Röntgenstrahlung 112 empfindlichen Flächendetektor 130, z. B. in Form eines Flachbilddetektors bzw. flächigen Röntgendetektors auf, der auch als Flächen- oder Matrixdetektor bezeichnet wird. Die von der Röntgenstrahlungsquelle 110 austretende Röntgenstrahlung 112 durchstrahlt bzw. durchdringt das Prüfobjekt 120 und trifft auf den röntgenempfindlichen Flächendetektor 130.
Bei Transmission bzw. Durchgang der Röntgenstrahlung 112 durch das Prüfobjekt bzw. den Prüfkörper 112 entsteht eine einzelne Röntgenaufnahme, d. h. eine Mess-Durchstrahlungsaufnahme. In 1 weist die Röntgenaufnahme eine Projektion zumindest eines Abschnitts des Prüfobjekts 120 auf, wobei die Röntgenaufnahme (Durchstrahlungsaufnahme bzw. Projektion) dadurch entsteht, dass die von der Röntgenstrahlungsquelle 110 austretenden Röntgenstrahlen 112 nach Durchgang durch das Prüfobjekt 120 auf die zweidimensionale Oberfläche 132 des röntgenempfindlichen Flächendetektors 130 abgebildet werden. Der röntgenempfindliche Flächendetektor 130 ist beispielsweise als ein Festkörperflächendetektor bei einer Konusstrahl-Röntgenquelle ausgebildet. Die Röntgenprüfungsvorrichtung 100 weist ferner eine Manipulationseinrichtung 150 zum Bewegen des Prüfobjekts 120 relativ zu der Röntgenanordnung 105 in eine Prüfposition Y_P zwischen der Röntgenquelle 110 und dem Röntgendetektor 130 auf, wobei das Prüfobjekt 120 bei Durchlaufen der Prüfposition Y_P eine Relativgeschwindigkeit v_B zu der Röntgenanordnung aufweist, die folgende Beziehung (Relation 1) erfüllt: t_int·v_Bauteil ≤ effektive Pixelgröße / 2
Mit einer Bildaufnahmezeitdauer t_int, einer Relativgeschwindigkeit v_B und einer effektiven Pixelgröße, die auf dem Verhältnis zwischen dem Quelle-Detektor-Abstand X₁ von der Röntgenquelle 110 zu dem Flächendetektor 130 und dem Quelle-Prüfobjekt-Abstand X₂ von der Röntgenquelle 110 zu dem Prüfobjekt 120 basiert.
Eine Bewegung (Relativbewegung) des Prüfobjekts 120 relativ zu der Röntgenanordnung 105 z. B. in eine Prüfposition Y_P zwischen der Röntgenquelle 110 und dem Röntgendetektor 130 kann einen geradlinigen Bewegungsverlauf oder eine gekrümmten Bewegungsverlauf (Kurvenverlauf) umfassen. Zusätzlich kann eine Auslenkung, ein Kippen oder ein Drehung (in x-, y- und/oder z-Richtung) des Prüfobjekts 120 relativ zu der Röntgenanordnung 105 vorgenommen werden.
Bezüglich der effektiven Pixelgröße wird darauf hingewiesen, dass bei der Angabe der effektiven Pixelgröße des Detektorsystems die anordnungsbedingte (d. h. geometriebasierte) Vergrößerung zu berücksichtigen ist. Die Vergrößerung basiert dabei auf dem Verhältnis zwischen dem Abstand x₁ von Röntgenquelle 110 zu dem Flächendetektor 130 (d. h. dem Quelle-Detektor-Abstand x₁) und dem Abstand x₂ der Röntgenquelle 110 zu dem Prüfkörper 120 (Quelle-Prüfkörper-Abstand x₂). So gilt für die Vergrößerung V_pix~x₁/(x₁ – x₂). Befindet sich beispielsweise das Messobjekt (d. h. der Prüfkörper) in der Mitte zwischen Röntgenquelle und Flächendetektor wird eine (geometrische) Vergrößerung mit dem Wert 2 erhalten, da x₂ = ½x₁. Der Wert für die Vergrößerung wird (bei gleichem Quelle-Detektor-Abstand x₁) umso kleiner, je näher sich der Prüfkörper 120 während der Röntgenaufnahme an dem Flächendetektor 130 befindet, und wird umso größer, je näher sich der Prüfkörper 120 während der Röntgenaufnahme an der Röntgenquelle 130 befindet.
Ferner kann bei einer automatischen Röntgenprüfung eines sich in Bewegung befindenden Prüfobjekts der Fall auftreten, dass die erforderliche bzw. noch tolerierbare Ortsauflösung (Soll-Ortsauflösung) etwaiger Ungänzen und/oder anderer Defekte in Form von Einschlüssen, Materialveränderungen etc. in dem Prüfobjekt niedriger ist als die effektive Pixelgröße. Die geforderte Ortsauflösung oder tolerierbare Unschärfe kann beispielsweise für unterschiedliche Prüfobjekte bzw. Arten von Prüfobjekten entsprechend vorgegebenen Normen bzw. Prüfklassen unterschiedlich vorgebeben sein. Falls nun die von der jeweiligen Applikation geforderte Ortsauflösung niedriger ist als die effektive Pixelgröße, ist zur Einhaltung der vorgegebenen bzw. tolerierbaren Bewegungsunschärfe basierend auf der vorgegebenen Soll-Ortsauflösung folgende Beziehung (Relation 2) einzuhalten: t_int·v_B ≤ Sollortsauflösung / 2 mit ”t_int” der Bildaufnahmezeitdauer, ”v_B” der Relativgeschwindigkeit Bauteil zu Zentralstrahl der Durchleuchtung (während der Durchleuchtung) und der Soll-Ortsauflösung. Durch Einhaltung dieser weiteren Relation 2 wird der vorgegebenen Ortsauflösung (Soll-Ortsauflösung) Rechnung getragen, so dass die resultierende Bewegungsunschärfe im Vergleich zur Ortsauflösung des Röntgenbildes noch vernachlässigbar bzw. tolerierbar ist.
Bezüglich der obigen Relationen 1 und 2 ist zu beachten, dass die linke Seite der jeweiligen Relation die während der Bildaufnahmezeitdauer mit der Relativgeschwindigkeit zurückgelegte Wegstrecke des Bauteils darstellt, während die rechte Seite im Verhältnis dazu den halben Wert der effektiven Pixelgröße bzw. der Soll-Ortsauflösung angibt.
Sollen beispielsweise Herstellungsdefekte in einer Größenordnung von x₀ in dem zu untersuchenden Bauteil aufgelöst werden können, sollte sich das zu untersuchende Bauteil bzw. der zu untersuchende Abschnitt des Bauteils während der Bildaufnahmezeitdauer mit der Relativgeschwindigkeit nur um eine Wegstrecke bewegen, die kleiner oder gleich der halben geforderten Ortsauflösung ist, d. h. höchstens um x₀/2.
Die obige Relation 1 gibt also die basierend auf dem Auflösungsvermögen der Röntgenanordnung erreichbare Relativgeschwindigkeit zwischen dem zu untersuchenden Prüfobjekt und der Röntgenanordnung an, während die Relation 2 die maximale Relativgeschwindigkeit zwischen zu untersuchendem Bauteil und Röntgenanordnung basierend auf einer Soll-Ortsauflösung, z. B. basierend auf einer spezifischen Prüfklasse bzw. Prüfnorm, angibt, falls die in diesem Fall geforderte Ortsauflösung niedriger ist als die effektive Pixelgröße. In diesem Fall (Relation 2) könnte also die Röntgenanordnung eigentlich eine höhere Ortsauflösung bereitstellen.
Die Manipulationseinrichtung 150 ist beispielsweise ferner ausgebildet, um das Prüfobjekt 120 um eine Rotationsachse 140 z. B. um einen Winkel Δα in die jeweilige Prüfposition zu drehen. Die Rotationsachse 140 kann dabei von der Manipulationseinrichtung 150 bezüglich des angegebenen x-y-z-Koordinatensystems beliebig gewählt werden, um beispielsweise das Prüfobjekt 120 in eine vorgegebene Prüfposition Y_P hinsichtlich Ort und Orientierung oder nacheinander in eine Mehrzahl von unterschiedlichen Prüfpositionen zu bringen, wobei an der jeweiligen Prüfposition bei Durchlaufen derselben eine Röntgenaufnahme erstellt wird. Die Prüfvorrichtung 110 weist ferner eine Verarbeitungseinrichtung 160 zum Erfassen einer Röntgenaufnahme des sich mit der Relativgeschwindigkeit v_B bewegenden Prüfobjekts 120 an der Prüfposition mittels des Flächendetektors 130 auf. Ferner ist eine Auswerteeinrichtung 170 zum automatischen Auswerten der Röntgenaufnahme des Prüfobjekts 120 hinsichtlich eines Material- oder Beschaffenheitsmerkmals mittels einer Bildverarbeitungseinrichtung, z. B. einer Bildverarbeitungssoftware, vorgesehen.
Im Allgemeinen ist darauf zu achten, dass bei der Durchstrahlungsaufnahme entweder der vollständige Prüfkörper oder zumindest der zu untersuchende Abschnitt des Prüfkörpers auf dem Flächendetektor 130 der Röntgenanordnung 105 abgebildet wird.
Die Auswerteeinrichtung 170 ist ausgebildet, um basierend auf der erstellten Röntgenaufnahme des Prüfobjekts 120 ein Prüfergebnis zu ermitteln, wobei ein positives Prüfergebnis anzeigt, dass ein Prüfobjekt die Prüfanforderungen erfüllt, und wobei ein negatives Prüfergebnis anzeigt, dass das Prüfobjekt die Prüfanforderungen nicht erfüllt. Ein negatives Prüfergebnis wird daher angezeigt, wenn die Auswerteeinrichtung ermittelt, dass das Prüfobjekt 120 nicht mehr tolerierbare Materialdefekte und/oder Formdefekte (Ungänzen), d. h. einen Grenzwert überschreitende Abweichungen von einem Sollzustand, aufweist.
Wie in 1 ferner dargestellt ist, weist die Vorrichtung 100 zur automatischen Röntgenprüfung ferner (optional) eine Transporteinrichtung 180 zum Transportieren des Prüfobjekts von einer Ausgangsposition Y₀ zu einer Übergabeposition Y₁ auf, an der z. B. eine Übergabe des Prüfobjekts an die Manipulationseinrichtung 150 erfolgt. Die Ausgangsposition Y₀ kann beispielsweise eine Lagerposition des Prüfobjekts 120 sein. Darüber hinaus sollte beachtet werden, dass die Transporteinrichtung 180 auch Teil der Manipulationseinrichtung 150 sein kann, wie dies durch die gestrichelte Umrandung in 1 dargestellt ist. Somit kann auch die Manipulationseinrichtung 150 das Prüfobjekt 120 direkt von der Ausgangsposition Y₀ zu der Prüfposition Y_P bewegen, wobei dann beispielsweise als Übergabeposition die Position des Prüfobjekts 120 angesehen wird, die das jeweilige Prüfobjekt 120 erreicht hat, wenn dasselbe als nächstes Prüfobjekt zur automatischen Röntgenüberprüfung der Röntgenanordnung 105 zugeführt wird, d. h. sobald die Röntgenprüfung des vorangehenden Prüfobjekts abgeschlossen ist.
Somit ist die Manipulationseinrichtung 150 ausgebildet, um das Prüfobjekt 120 entweder von der Ausgangsposition Y₀ oder von der Übergabeposition Y₁ zu der Prüfposition Y_P zu bewegen. So können sich beispielsweise eine Vielzahl von zu untersuchenden Prüfobjekten 120 auf einer Transporteinrichtung, z. B. einem Förderband, befinden, wobei die Manipulationseinrichtung 150 nacheinander die zu untersuchenden Prüfobjekte 120 in die jeweilige(n) Prüfposition(en) bewegt. Nach Durchlaufen der jeweiligen Prüfposition(en) kann die Manipulationseinrichtung 150 die Prüfobjekte wieder an die Transporteinrichtung 180 übergeben oder auch die Prüfobjekte 120 in einer Ablageposition ablegen. Die Transporteinrichtung 180 ist somit ausgebildet, das Prüfobjekt 120 mit einer Transportgeschwindigkeit v_T bis zu der Übergabeposition Y₁ zu transportieren, wobei die Manipulationseinrichtung 150 ausgebildet ist, das Prüfobjekt 120 mit der Relativgeschwindigkeit v_B an der jeweiligen Prüfposition bzw. den jeweiligen Prüfpositionen vorbei zu transportieren.
Die Manipulationseinrichtung 150 bewegt das Prüfobjekt bis kurz vor der jeweiligen Aufnahmeposition und nach Durchlaufen der Aufnahmeposition mit einer möglichst hohen Verfahrgeschwindigkeit v_A. Wenn das zu untersuchende Prüfobjekt 120 an mehreren Prüfpositionen durchstrahlt wird, ist die Manipulationseinrichtung 150 ausgebildet, das Prüfobjekt auch zwischen den jeweiligen Aufnahmepositionen mit der Verfahrgeschwindigkeit v_A (Zwischengeschwindigkeit) zu bewegen. Da die Verfahrgeschwindigkeit v_A i. A. höher als die Relativgeschwindigkeit v_B ist und die Transportgeschwindigkeit v_T i. A. höher als die Verfahrgeschwindigkeit v_A ist, weist das Geschwindigkeitsprofil bei den Übergängen zwischen den unterschiedlichen Bewegungsgeschwindigkeiten sog. Beschleunigungs- und Bremsrampen auf (vgl. 2).
Die Manipulationseinrichtung 150 kann nun ausgebildet sein, um das Prüfobjekt 120 so zu bewegen, dass das Prüfobjekt 120 die Prüfposition Y_P in einer Richtung senkrecht zur Richtung des Zentralstrahls der Durchleuchtung (x-Richtung in 1) in der Röntgenanordnung 105 durchläuft.
Die Röntgenanordnung weist beispielsweise als Röntgenquelle einen Hochleistungsstrahler auf. Typische Röhrenleistungen liegen beispielsweise derzeit bei bis zu 100 kW. Die Röntgenanordnung weist beispielsweise eine Röntgenblitzröhre auf, und ist ausgebildet, um Röntgenpulse beispielsweise mit einer Pulslänge t_Puls von 0,1 bis 10 ms (oder 1 bis 5 ms) zu emittieren. Wenn beispielsweise Röntgenanordnungen zukünftig mit noch leitungsstärkeren Röntgenquellen verfügbar sein werden, ist entsprechend eine weitere Reduzierung der Pulslängen (d. h. der Belichtungszeiten) denkbar. In diesem Zusammenhang wird auf die lineare Abhängigkeit zwischen Strahlendosis und erforderlicher Belichtungszeit hingewiesen, wobei eine umso höhere Strahlungsdosis eine umso niedrigere, erforderliche Belichtungszeit bewirkt.
Um eine effiziente und schnelle Röntgenprüfung mit der im Vorhergehenden beschriebenen Röntgenanordnung sicher zu stellen, wird also die Bewegungsgeschwindigkeit, mit der das Prüfobjekt 120 die Prüfposition Y_B durchfährt, deutlich größer Null sein. Gleiches gilt für die Bewegungsgeschwindigkeit v_A zwischen zwei Prüfpositionen.
Um nun ein hinreichend gutes Bildmaterial bei (relativ) kurzen Belichtungszeiten erzeugen zu können und weiterhin ein ausreichend hohes Signal-zu-Rausch-Verhältnis (SNR) zu erhalten, um eine automatische Auswertung der Röntgenaufnahme zu ermöglichen, werden Röntgenquellen 110 eingesetzt, die eine relativ hohe Leistung zur Verfügung stellen. Da die Abgabe der Strahlungsleistung ist i. A. nur kurzzeitig nötig ist, werden Hochleistungs-Röntgenquellen eingesetzt, die beispielsweise in der Lage sind, über 100 kW an Spitzenleistung zu erzeugen. Diese Spitzenleistung kann aber allerdings i. A. nur für wenige Sekunden oder Sekundenbruchteile von den Röntgenquellen bereitgestellt werden.
In diesem Zusammenhang wird ferner auf den möglichen Einsatz von sog. Blitzröhren als Röntgenquelle 110 hingewiesen, die auch über die Möglichkeit verfügen, in sehr kurzen Impulsen hohe Leistungen abzugeben. Diese Blitzröhren benötigen allerdings auch Ruhezeiten zwischen Pulsen aus Gründen des Wärme- und Energiehaushalts.
Für die automatische Röntgenprüfung ist also der der Einsatz der oben genannten Strahlquellen unter Berücksichtigung eines innovativen Prüfablaufes mit einem Geschwindigkeitsprofil für die Bewegung des Prüfobjekts 120 möglich, wie dies im Nachfolgenden noch detailliert anhand von 2 erläutert wird.
Unter Verwendung eines Hochleistungsstrahlers, der bei gleicher Brennfleckgröße und Energie wie ein Standard-Industriestrahler eine Leistung zur Bildaufnahme von 60 kW erreicht (dies entspricht einem Normwert einer Drehanodenquelle aus dem medizinischen Bereich), ergibt sich die Möglichkeit, die Bildaufnahmezeit z. B. innerhalb von 4 ms durchzuführen, ohne dass ein zu niedriges SNR zu erwarten ist. In diesem Zusammenhang wird auf die lineare Abhängigkeit zwischen Strahlendosis und SNR hingewiesen.
Mit der niedrigen Bildaufnahmezeitdauer kann zusätzlich die Effizienz des Röntgendetektors 130 erhöht werden. Aktuell stehen beispielsweise Szinitillatoren zur Verfügung, die durch eine spezielle Dotierung eine Optimierung der emittierten Wellenlänge des sichtbaren Lichts und damit eine genaue Anpassung an die lichtempfindliche Sensorik ermöglichen. Auch der Ersatz von z. B. Cäsiumjodid (CsJ) als Ersatz für das weitverbreitete Gadoliniumoxysulfit (GOS) erhöht die Effizienz des Detektorsystems. Durch den Einsatz von CsJ ergibt beispielsweise ein Nachleuchten, das aber durch die Vorgehensweise der Verwendung von Röntgenimpulsen kompensiert werden kann, wie dies in nachfolgend noch näher erläutert wird. Durch die Maßnahmen auf der Detektorseite ist somit eine weitere Reduktion der Bildaufnahmezeit zur erwarten. Abgeschätzt wird hier ein zusätzlicher Faktor von ca. 2–5, so dass Bildaufnahmezeiten von ca. 1 ms (z. B. 0,1–3 ms) durchaus erreichbar sind.
Wie in 1 dargestellt ist, weist die Vorrichtung 100 zur automatischen Röntgenprüfung ferner (optional) eine Steuerungseinrichtung 190 auf. Die Steuerungseinrichtung 190 ist ausgebildet, um die Manipulationseinrichtung 150 anzusteuern, um das Prüfobjekt 120 in die Prüfposition Y_P zu bringen, und um die Röntgenquelle 120 anzusteuern, um bei Erreichen der Prüfposition die Röntgenquelle 110 zur Erzeugung der Röntgenstrahlung und zum Auslösen der Bildaufnahme zu triggern. Die Steuerungseinrichtung 190 kann ferner die Manipulationseinrichtung 150 und die Röntgenanordnung 105 so anzusteuern, dass eine Mehrzahl von festgelegten Prüfpositionen mit der Relativgeschwindigkeit v_B durchfahren werden und bei Erreichen der jeweiligen Prüfposition eine Röntgenaufnahme des Prüfobjekts 120 ausgelöst wird.
Die Steuerungseinrichtung 190 kann ferner die Manipulationseinrichtung 150 ansteuern, um das Prüfobjekt an der Übergabeposition von der Transporteinrichtung 180 zu übernehmen. Die Steuerungseinrichtung 190 kann auch die Verarbeitungseinrichtung 160 zum Auslesen des Flächendetektors und zum Erstellen der Röntgenaufnahme aktivieren (triggern), wenn sich das Prüfobjekt 120 in der Prüfposition Y_P befindet. Die Steuerungseinrichtung 190 kann ferner die Manipulationseinrichtung (150) oder eine weitere Handhabungseinrichtung ansteuern, um bei Vorliegen eines negativen Prüfergebnisses ein „defektes” Prüfobjekt auszusortieren.
Die in der 1 dargestellten Doppelpfeile geben an, dass jeweils auch eine bidirektionale Datenkommunikation zwischen den unterschiedlichen Anordnungen und Systemen möglich ist. Ferner wird darauf hingewiesen, dass die Verarbeitungseinrichtung 160, die Auswerteeinrichtung 170 und die Steuerungseinrichtung 190 bzw. deren Funktionen auch in einer Prozesseinheit zusammengefasst sein können.
Im Folgenden wird nun anhand der in 1 dargestellten Komponenten der Vorrichtung 100 zur automatischen Prüfung und anhand der in 2 dargestellten Prinzipdarstellung des Zusammenhangs zwischen der Bewegungsgeschwindigkeit v₁₂₀ und der Röntgenleistung P über der Zeitachse t die Funktionsweise und das Zusammenwirken der einzelnen Komponenten der Vorrichtung 100 zur automatischen Röntgenprüfung beschrieben.
Die Reduktion der Bildaufnahmezeit t_int durch eine gepulste Bereitstellung einer hohen Strahlungsleistung durch die Röntgenquelle 110 der Röntgenanordnung 105 ermöglicht die Realisierung einer kontinuierlichen Bewegung des Prüfablaufes, d. h. eine automatische Röntgenprüfung eines sich in Bewegung befindenden Prüfobjekts 120 mit einer Röntgenanordnung 105, die eine Röntgenquelle und einen Flächendetektor aufweist, und mit einer automatischen Bildauswertung.
Gemäß Ausführungsbeispielen wird somit eine punktuelle und positionsabhängige Bildaufnahme des automatischen Ablaufes der Röntgenprüfung erhalten, wobei die Steuerungseinrichtung 190 nun beispielsweise die Aufgabe besitzt, des Manipulationssystems 150 so anzusteuern, dass die im Vorfeld festgelegten Positionen Y_B des Prüflings 120 im Raum (d. h. bezüglich Ort und Orientierung) nacheinander so anzufahren, dass zum Zeitpunkt des Durchlaufens der Sollpositionen (Prüfpositionen) die vorher festgelegte Orientierung eingehalten ist und ein Auslösen der Bildaufnahme erfolgt.
Zu beachten ist, dass die Geschwindigkeit zum Zeitpunkt der Bildaufnahme in Korrelation zu den Anforderungen der Prüfaufgaben in Bezug auf die zu erreichende Auflösung steht. Trotz der großen Reduktion der Aufnahmezeitdauer kann durch die kontinuierliche Bewegung des Prüfobjekts Prinzip bedingt eine Unschärfe entstehen, die aufgabenspezifisch zu limitieren ist.
Legt man rein beispielhaft die Randbedingungen gemäß gegenwärtig typischen Werten zu Grunde, mit einer Pixelgröße des Flächendetektors 130 oder Soll-Ortsauflösung von ca. 400 μm und einer maximal zulässigen Bewegungstrecke von ca. 200 μm (entspricht der halben Pixelgröße) des Prüfobjekts während der Belichtungszeitdauer von ca. 1 ms, so beträgt die maximal zulässige Geschwindigkeit während der Bildaufnahme ca. 200 mm/s für diese Anwendung. Dies könnte als maximal zulässige Geschwindigkeit der Bewegung des Prüfobjekts 120 zwischen den Aufnahmepositionen eine Einschränkung darstellen, die den Prüfzeitgewinn begrenzt. Aus diesem Grund können mehrere Geschwindigkeiten eingesetzt werden:

• Verfahrgeschwindigkeit A (v_A): Verfahren des Prüflings 120 zwischen zwei Aufnahmepositionen. Dies kann mit der maximal möglichen Geschwindigkeit ablaufen, bei der noch sichergestellt werden kann, dass ein Aufschwingen des Prüfkörpers 120 oder Manipulationssystems 150 das zulässige Maß nicht überschreitet. Das zulässige Maß (maximale Schwingungsamplitude) ist applikationsspezifisch und liegt im Bereich von ca. einer Pixelgröße unter Berücksichtigung der Vergrößerung.
• Relativgeschwindigkeit B (v_B): Die Geschwindigkeit, mit der die individuellen Prüfpositionen durchlaufen werden kann, ist abhängig von der Belichtungszeit und der zur Verfügung stehenden Röhrenleistung. Diese Geschwindigkeit wird in der Regel geringer als Geschwindigkeit v_A sein, um Unscharfen bei der Bildaufnahme zu vermeiden. Während der Bildaufnahmezeit kann sich der Prüfling so schnell wie möglich bewegen, darf aber maximal eine Strecke, die einer halben Pixelkantenlänge (incl. Vergrößerung) entspricht, zurücklegen (siehe obiges Beispiel).
• Transportgeschwindigkeit C (v_T – optional): Die Geschwindigkeit, mit der das Prüfobjekt 120 bis zu einer (optionalen) Übergabeposition transportiert wird, an der das Prüfobjekt 120 von der Manipulationseinrichtung 150 übernommen wird.

Da die Verfahrgeschwindigkeit v_A i. A. höher als die Relativgeschwindigkeit v_B ist und die Transportgeschwindigkeit v_T i. A. höher als die Verfahrgeschwindigkeit v_A, ist, weist das Geschwindigkeitsprofil bei den Übergängen zwischen den unterschiedlichen Bewegungsgeschwindigkeiten sog. Beschleunigungs- und Bremsrampen auf (vgl. 2).
Die Steuerungseinrichtung 190 kann ferner ein Geschwindigkeitsprofil der Bewegung des Prüfobjekts 120 durch Ansteuern der Manipulationseinrichtung 150 einstellen, dass das Prüfobjekt 120 zwischen aufeinanderfolgenden Prüfpositionen mit einer Verfahrgeschwindigkeit v_A bewegt wird, die um den Faktor „a” höher ist als die Relativgeschwindigkeit v_B, wobei gilt v_A = av_B mit z. B. 1 < a ≤ 3 (oder 1,5 ≤ a ≤ 2,5; oder 1,8 ≤ a ≤ 2,2; oder a ≈ 2).
Die Steuerungseinrichtung 190 kann ferner ein Geschwindigkeitsprofil der Bewegung des Prüfobjekts 120 durch die Transporteinrichtung 180 und die Manipulationseinrichtung 150 einstellen, wobei die Transportgeschwindigkeit v_T um den Faktor b größer als die Verfahrgeschwindigkeit v_A ist, wobei gilt v_T = bv_B; z. B. mit 1 ≤ b ≤ 3 (oder 1,5 ≤ b ≤ 2,5).
Durch die Kombination von mehreren Geschwindigkeiten und dem Verzicht auf den kompletten Stopp in der Prüfposition können mehrere Ziele erreicht werden, wie z. B. eine Verkürzung der Prüfzeit, eine Maximierung der Verfahrgeschwindigkeit zwischen den Prüfpositionen, und eine Verringerung der Beschleunigung- und Bremsrampen. Dadurch werden Vibrationen auf dem Bauteil minimiert. Der Energieaufwand in der Antriebstechnik wird verringert. Der Verschleiß der Antriebstechnik kann verringert werden. Somit wird eine Möglichkeit zur Optimierung der Auslegung des Manipulationssystems 150 geschaffen.
Durch den Einsatz von Hochleistungsquellen als Röntgenquellen 110 kann ein Betrieb realisiert werden, bei dem kurze Pulse von Röntgenstrahlung erzeugt werden, die sicherstellen, dass die volle (zur Bildaufnahme erforderliche) Leistung zum Zeitpunkt der Röntgenaufnahme erreicht ist. Zwischen zwei Prüfpositionen kann die Leistung reduziert oder komplett auf Null heruntergefahren werden. Damit wird sichergestellt, dass der Wärmehaushalt der Röhre ausgeglichen ist. Geht man von einem Puls-Pause-Verhältnis von 1:50 aus, was bei Applikationen aus der Materialprüfung (z. B. Gussteileprüfung) als typisch angesehen werden kann (z. B. mit 10 ms Pulslänge, 500 ms Verfahrzeit bis zur nächsten Prüfposition), dann ergibt sich eine mittlere Leistung P von ca. 1 kW (ausgehend von einer Leistung während des Pulses von 100 kW), was deutlich unter den maximal zulässigen Wärmekapazitäten bzw. möglichen Kühlleistungen dieser Quellentechnik liegt. Nach Angaben verschiedener Hersteller betragen diese ca. 5 kW.
Die Steuerungseinrichtung 190 somit die Relativgeschwindigkeit v_B so einstellen, dass aufeinanderfolgende Röntgenpulse im Durchschnitt ein Puls-Pause-Verhältnis von 1:N aufweisen, wobei gilt 10 ≤ N ≤ 100 (oder 25 ≤ N ≤ 75 oder N = 50).
Die Röntgenanordnung weist beispielsweise als Röntgenquelle einen Hochleistungsstrahler bzw. eine Röntgenblitzröhre auf, und ist ausgebildet, um Röntgenpulse beispielsweise mit einer Pulslänge t_Puls von 0,1 bis 10 ms (oder 1 bis 5 ms) zu emittieren.
Die 2 zeigt den zeitlichen Verlauf sowohl der Röhrenleistung als auch den der Geschwindigkeit des Manipulationseinrichtung und deren Abhängigkeit. So zeigt 2 beispielhaft das Geschwindigkeitsprofil mit der Verfahrgeschwindigkeit v_A, der Relativgeschwindigkeit v_B, und der Transportgeschwindigkeit v_T. Ferner sind die Geschindigkeitsübergänge zwischen den unterschiedlichen Bewegungsgeschwindigkeiten als sog. Beschleunigungs- und Bremsrampen angegeben. So gibt z. B. die Dauer einer Beschleunigungs- oder Bremsrampe als die Zeitdauer t₁ (z. B. mit t₁ < 1 ms) angegeben. Die Zeitdauer t₂ gibt an, wie lange sich das Prüfobjekt 120 von der Manipulationseinrichtung 150 mit der Relativgeschwindigkeit v_B bewegt wird. Die Zeitdauer t₃ gibt den zeitlichen Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Prüfvorgängen bzw. Röntgenaufnahmen an. Die Röntgenpulse weisen beispielsweise eine Pulslänge t_Puls von 0,1 bis 10 ms (oder 1 bis 5 ms) auf, wobei die Zeitdauer t₂ so gewählt ist, dass die Pulslänge t_Puls etwa den 0.2 bis 0,6-fachen (oder etwa den 0,4-fachen) Wert der Zeitdauer t₂ annimmt.
Durch die relativ kurzen Schaltzeiten und Zeitkonstanten obliegt es der Steuerung 190 des Manipulationssystems 150, die Röntgenröhre 110 und den Detektor 130 beispielsweise durch Triggersignale anzusteuern. Beispielsweise kurz vor Erreichen der Prüfposition wird die Röntgenquelle hochgefahren werden, damit sie zum Zeitpunkt des Erreichens der Sollposition die Sollwerte (kV und mA) erreicht hat. Ist die Prüfposition erreicht, ist die Bildaufnahme am Detektor 130 auszulösen. Dies kann wiederrum durch ein Triggersignal von der Steuerungseinrichtung 190 erfolgen.
Durch das kurzzeitige und punktgenaue Einschalten der Strahlung wird der Einfluss des Nachleuchteffekts bei einer Verwendung eines CsJ-Szintillators minimiert, wie dies im vorgehenden beschrieben wurde. Da zwischen den Prüfpositionen keine Röntgenstrahlung vorhanden ist, kann sich das Restsignal (Nachleuchten) im Szintillator weitestgehend abbauen. Dies ist einen weiteren wesentlichen Vorteil im Vergleich des Einsatzes unter Dauerstrahlern.
Gemäß den im vorhergehenden beschriebenen Ausführungsbeispielen wird einerseits eine automatische Röntgenprüfung unter Verwendung eines Flächen- oder Rasterdetektors in der Bewegung und dem damit verbundenen Verzicht auf einen kompletten Stopp der Bewegung (von Prüfobjekt und/oder bildgebenden Komponenten) bei gleichzeitiger Verkürzung der Belichtungszeit ermöglicht, wobei eine eventuell resultierende Bewegungsunschärfe vermieden bzw. eliminiert werden kann, so dass eine aussagekräftige automatische Röntgenprüfung eines sich in Bewegung befindenden Prüfobjekts durchgeführt werden kann. So wird das Geschwindigkeitsprofil während des Prüfablaufs so verändert, um zum Zeitpunkt der Bildaufnahme unter Berücksichtigung der Bildaufnahmezeit, der Relativgeschwindigkeit zwischen Bauteil und Röntgenanordnung und der effektiven Pixelgröße, d. h. der Pixelgröße des Detektorsystems unter Berücksichtigung der Vergrößerung, das sog. Nyquist-Theorem erfüllen zu können.
So können sog. Hochleistungsröntgenquellen für die automatische Röntgenprüfung in der Bewegung eingesetzt werden, wodurch die Bildaufnahmezeit reduziert werden kann, ohne eine Verschlechterung bzw. Veränderung des Signal-zu-Rausch-Verhaltens zu erhalten. Ferner können Röntgenanordnungen in Form von sog. Blitzröhren eingesetzt werden, um Röntgenpulse zu erzeugen, um etwaige Bewegungsunschärfen bei der automatischen Röntgenprüfung in der Bewegung zu verhindern oder zumindest zu vermindern.
Gemäß Ausführungsbeispielen ist es ferner möglich, dass die Bildaufnahme an mehreren Prüfpositionen des Prüfkörpers mittels mehrerer Röntgenanordnungen vorgenommen wird. Sind zum Beispiel mehrere (zumindest zwei oder drei, etc.) unterschiedliche Prüfpositionen für ein Prüfobjekt vorgesehen, bei denen Röntgenaufnahmen von unterschiedlichen Abschnitten des Prüfobjekts und/oder Röntgenaufnahmen in unterschiedlichen Durchstrahlungsrichtungen des Prüfobjekts zu erstellen sind, kann eine entsprechende Anzahl von Röntgenanordnungen vorgesehen sein, um die jeweiligen Röntgenaufnahmen zu erstellen. Die Manipulationseinrichtung ist dann beispielsweise vorgesehen, um das Prüfobjekt zu den unterschiedlichen Prüfpositionen zu befördern und gegebenenfalls die vorgegebenen Ausrichtungen des Prüfobjekts relativ zu der jeweiligen Röntgenanordnung bei Durchlaufen der Prüfposition(en) vorzunehmen.
Die Relativgeschwindigkeit v_B gibt dabei wieder die Bewegungsgeschwindigkeit des Prüfobjekts an, mit der die Prüfposition bzw. die individuellen Prüfpositionen durchlaufen werden können. Wenn das zu untersuchende Prüfobjekt an mehreren Prüfpositionen durchstrahlt wird, ist die Manipulationseinrichtung ausgebildet, das Prüfobjekt auch zwischen den jeweiligen Aufnahmepositionen mit der Verfahrgeschwindigkeit v_A (Zwischengeschwindigkeit) zu bewegen.
Somit kann auch bei Einsatz einer Mehrzahl von Röntgenanordnungen für unterschiedliche Prüfpositionen bei der Vorrichtung 100 zur automatischen Röntgenprüfung das in 2 dargestellte Geschwindigkeitsprofil erhalten werden.
Im Folgenden werden nun anhand von 3 Ausführungsbeispiele des Verfahrens 300 zur automatischen Röntgenprüfung eines sich in Bewegung befindenden Prüfobjekts mit einer eine Röntgenquelle und einen Flächendetektor aufweisenden Röntgenanordnung beschrieben.
Bei dem Verfahren 300 zur automatischen Röntgenprüfung eines sich in Bewegung befindenden Prüfobjekts mit einer eine Röntgenquelle und einen Flächendetektor aufweisenden Röntgenanordnung wird bei Schritt 310 das Prüfobjekt relativ zu der Röntgenanordnung in eine Prüfposition zwischen der Röntgenquelle und dem Röntgendetektor bewegt, wobei das Prüfobjekt eine Relativgeschwindigkeit v_B zu der Röntgenanordnung bei Durchlaufen der Prüfposition aufweist, wobei folgende Beziehung (Relation 1) erfüllt wird: t_int·v_B ≤ effektive Pixelgröße / 2 oder falls für die Applikation geforderte Soll-Ortsauflösung niedriger ist als die effektive Pixelgröße (Relation 2): t_int·v_B ≤ Sollortsauflösung / 2 mit einer Bildaufnahmezeitdauer t_INT, einer Relativgeschwindigkeit v_B und einer effektiven Pixelgröße bzw. einer Soll-Ortsauflösung, die auf dem Verhältnis zwischen dem Quelle-Detektor-Abstand von Röntgenquelle zu dem Flächendetektor und dem Quelle-Prüfobjekt-Abstand von der Röntgenquelle zu dem Prüfobjekt basiert.
Bei Schritt 320 wird eine Röntgenaufnahme des sich mit der Relativgeschwindigkeit v_B bewegenden Prüfobjekts an der Prüfposition mittels des Flächendetektors erfasst. Daraufhin wird bei Schritt 330 die Röntgenaufnahme des Prüfobjekts hinsichtlich eines Material- oder Beschaffenheitsmerkmals mittels einer Bildverarbeitungseinrichtung automatisch ausgewertet.
Bei einem weiteren Schritt wird ein Prüfergebnis basierend auf der Röntgenaufnahme des Prüfobjekts ermittelt, wobei durch ein positives Prüfergebnis angezeigt wird, dass die Prüfanforderungen von dem Prüfobjekt erfüllt werden, und wobei durch ein negatives Prüfergebnis angezeigt wird, dass die Prüfanforderungen von dem Prüfobjekt nicht erfüllt werden. Bei einem weiteren Schritt wird mittels einer Steuerungseinrichtung die Manipulationseinrichtung angesteuert, um das Prüfobjekt in die Prüfposition zu bringen, und die Röntgenquelle angesteuert, um bei Erreichen der Prüfposition die Röntgenquelle zur Erzeugung der Röntgenstrahlung und zum Auslösen der Bildaufnahme zu aktivieren. Bei einem weiteren Schritt wird der Flächendetektor ausgelesen und die Röntgenaufnahme mittels der Verarbeitungseinrichtung erstellt.
Bei einem weiteren Schritt wird eine Mehrzahl von festgelegten Prüfpositionen mit der Relativgeschwindigkeit v_B durchfahren und eine Röntgenaufnahme des Prüfobjekts jeweils bei Erreichen der jeweiligen Prüfposition eine Röntgenaufnahme ausgelöst. Bei einem weiteren Schritt wird die Manipulationseinrichtung und die Röntgenanordnung angesteuert, so dass eine Mehrzahl von festgelegten Prüfpositionen mit der Relativgeschwindigkeit v_B angefahren werden, wobei bei Erreichen der jeweiligen Prüfposition eine Röntgenaufnahme des Prüfobjekts ausgelöst wird. Bei einem weiteren Schritt wird ein die Prüfanforderungen nicht erfüllenden Prüfobjekt mittels der Manipulationseinrichtung oder einer weiteren Handhabungseinrichtung bei Vorliegen eines negativen Prüfergebnisses aussortiert.
Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang einer Vorrichtung zur automatischen Röntgenprüfung eines sich in Bewegung befindenden Prüfobjekts mit einer eine Röntgenquelle und einen Flächendetektor aufweisenden Röntgenanordnung und mit einer automatischen Bildverarbeitungseinrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens zur automatischen Röntgenprüfung darstellen, so dass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschritts zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrensschritt beschrieben wurden auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar. Einige oder alle Verfahrensschritte können auch durch einen Hardware-Apparat (oder unter Verwendung eines Hardware-Apparats), wie z. B. einem Mikroprozessor, einem programmierbaren Computer oder eine elektronische Schaltung ausgeführt werden. Bei einigen Ausführungsbeispielen können einige oder mehrere der wichtigen Verfahrensschritte durch einen solchen Apparat ausgeführt werden.
Je nach bestimmtem Implementierungsaufwand können Ausführungsbeispiele der Erfindung in Hardware oder in Software implementiert sein. Die Implementierung kann unter Verwendung eines digitalen Speichermediums, beispielsweise einer Blu-ray Disc, einer CD, eines ROM, eines PROM, eines EPROM, eines EEPROM oder eines FLASH-Speichers, einer Festplatte oder eines anderen magnetischen oder optischen Speichers durchgeführt werden, auf dem elektronisch lesbare Steuersignale gespeichert sind, die mit einem programmierbaren Computersystem derart zusammenwirken können oder zusammenwirken, dass das jeweilige Verfahren durchgeführt wird. Deshalb kann das digitale Speichermedium computerlesbar sein.
Manche Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung umfassen also einen Datenträger, der elektronisch lesbare Steuersignale aufweist, die in der Lage sind, mit einem programmierbaren Computersystem derart zusammenzuwirken, dass eines der hierin beschriebenen Verfahren durchgeführt wird.
Allgemein können Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung als Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode implementiert sein, wobei der Programmcode dahin gehend wirksam ist, eines der Verfahren durchzuführen, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Computer abläuft. Der Programmcode kann beispielsweise auch auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert sein. Andere Ausführungsbeispiele umfassen das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren, wobei das Computerprogramm auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist.
Mit anderen Worten ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens somit ein Computerprogramm, das einen Programmcode zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufweist, wenn das Computerprogramm auf einem Computer abläuft.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Verfahren ist somit ein Datenträger (oder ein digitales Speichermedium oder ein computerlesbares Medium), auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufgezeichnet ist. Ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist somit ein Datenstrom oder eine Sequenz von Signalen, der bzw. die das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren darstellt bzw. darstellen. Der Datenstrom oder die Sequenz von Signalen kann bzw. können beispielsweise dahin gehend konfiguriert sein, über eine Datenkommunikationsverbindung, beispielsweise über das Internet, transferiert zu werden.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst eine Verarbeitungseinrichtung, beispielsweise einen Computer oder ein programmierbares Logikbauelement, die dahin gehend konfiguriert oder angepasst ist, eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst einen Computer, auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren installiert ist.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung umfasst eine Vorrichtung oder ein System, die bzw. das ausgelegt ist, um ein Computerprogramm zur Durchführung zumindest eines der hierin beschriebenen Verfahren zu einem Empfänger zu übertragen. Die Übertragung kann beispielsweise elektronisch oder optisch erfolgen. Der Empfänger kann beispielsweise ein Computer, ein Mobilgerät, ein Speichergerät oder eine ähnliche Vorrichtung sein. Die Vorrichtung oder das System kann beispielsweise einen Datei-Server zur Übertragung des Computerprogramms zu dem Empfänger umfassen.
Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein programmierbares Logikbauelement (beispielsweise ein feldprogrammierbares Gatterarray, ein FPGA) dazu verwendet werden, manche oder alle Funktionalitäten der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein feldprogrammierbares Gatterarray mit einem Mikroprozessor zusammenwirken, um eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Allgemein werden die Verfahren bei einigen Ausführungsbeispielen seitens einer beliebigen Hardwarevorrichtung durchgeführt. Diese kann eine universell einsetzbare Hardware wie ein Computerprozessor (CPU) sein oder für das Verfahren spezifische Hardware, wie beispielsweise ein ASIC.
Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, beschränkt sei.

Claims

Vorrichtung (100) zur automatischen Röntgenprüfung eines sich in Bewegung befindenden Prüfobjekts (120) mit einer eine Röntgenquelle (110) und einen Flächendetektor (130) aufweisenden Röntgenanordnung (105), mit folgenden Schritten: einer Manipulationseinrichtung (150) zum Bewegen des Prüfobjekts (120) relativ zu der Röntgenanordnung (105) in eine Prüfposition (Y₂) zwischen der Röntgenquelle (110) und dem Röntgendetektor (130), wobei das Prüfobjekt (120) bei Durchlaufen der Prüfposition (Y₂) eine Relativgeschwindigkeit v_B zu der Röntgenanordnung (105) aufweist, wobei folgende Beziehung bezüglich der Relativgeschwindigkeit v_B erfüllt ist: t_int·v_B ≤ effektive Pixelgröße / 2 oder falls eine Soll-Ortsauflösung niedriger ist als die effektive Pixelgröße: t_int·v_B ≤ Sollortsauflösung / 2 mit einer Bildaufnahmezeitdauer t_INT, einer Relativgeschwindigkeit v_B, einer effektiven Pixelgröße oder einer Soll-Ortsauflösung, die auf dem Verhältnis zwischen dem Quelle-Detektor-Abstand von Röntgenquelle zu dem Flächendetektor und dem Quelle-Prüfobjekt-Abstand von der Röntgenquelle zu dem Prüfobjekt basiert; einer Verarbeitungseinrichtung (160) zum Erfassen einer Röntgenaufnahme des sich mit der Relativgeschwindigkeit v_B bewegenden Prüfobjekts (120) an der Prüfposition (Y₂) mittels des Flächendetektors (130); und einer Auswerteeinrichtung (170) zum automatischen Auswerten der Röntgenaufnahme des Prüfobjekts (120) hinsichtlich eines Material- oder Beschaffenheitsmerkmals mittels einer Bildverarbeitungseinrichtung.
Vorrichtung nach Anspruch 1, die ferner eine Transporteinrichtung (180) zum Transportieren des Prüfobjekts (120) von einer Ausgangsposition (Y₀) zu einer Übergabeposition (Y₁) an die Manipulationseinrichtung (150) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Transporteinrichtung (180) Teil der Manipulationseinrichtung (150) ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei die Manipulationseinrichtung (150) ausgebildet ist, um das Prüfobjekt (120) an der Übergabeposition (Y₁) von der Transporteinrichtung (180) zu übernehmen und zu der Prüfposition (Y₂) zu bewegen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Manipulationseinrichtung (150) ausgebildet ist, das Prüfobjekt (120) nach Durchlaufen der Prüfposition (Y₂) wieder an die Transporteinrichtung (180) zu übergeben oder in einer Ablageposition (Y₃) abzulegen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei die Transporteinrichtung (180) ausgebildet ist, das Prüfobjekt (120) mit einer Transportgeschwindigkeit v_T bis zu der Übergabeposition (Y₁) zu transportieren, und wobei die Manipulationseinrichtung (150) ausgebildet ist, das Prüfobjekt (120) mit der Relativgeschwindigkeit v_B an der Prüfposition (Y₂) vorbei zu transportieren.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Auswerteeinrichtung (170) ausgebildet ist, um basierend auf der Röntgenaufnahme des Prüfobjekts (120) ein Prüfergebnis zu ermitteln, wobei ein positives Prüfergebnis anzeigt, dass das Prüfobjekt die Prüfanforderungen erfüllt, und wobei ein negatives Prüfergebnis anzeigt, dass das Prüfobjekt die Prüfanforderungen nicht erfüllt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Röntgenanordnung (105) eine Röntgenblitzröhre (112) aufweist und ausgebildet ist, um Röntgenpulse mit einer Pulslänge von 0,1 bis 60 ms oder 1 bis 5 ms zu emittieren.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit einer Steuerungseinrichtung (190), die ausgebildet ist, um die Manipulationseinrichtung (150) anzusteuern, um das Prüfobjekt (120) in die Prüfposition (Y₂) zu bringen, und um die Röntgenquelle (110) anzusteuern, um bei Erreichen der Prüfposition (Y₂) die Röntgenquelle (110) zur Erzeugung der Röntgenstrahlung und zum Auslösen der Bildaufnahme zu triggern.
Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Steuerungseinrichtung (190) ferner ausgebildet ist, um die Manipulationseinrichtung (150) anzusteuern, um das Prüfobjekt (120) an der Übergabeposition (Y₁) von der Transporteinrichtung (130) zu übernehmen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 oder 10, wobei die Steuerungseinrichtung (190) ferner ausgebildet ist, um die Verarbeitungseinrichtung (160) zum Auslesen des Flächendetektors (130) und zum Erstellen der Röntgenaufnahme zu aktivieren, wenn sich das Prüfobjekt (120) in der Prüfposition (Y₂) befindet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei die Steuerungseinrichtung (190) ausgebildet ist, um die Manipulationseinrichtung (150) und die Röntgenanordnung (105) so anzusteuern, dass eine Mehrzahl von festgelegten Prüfpositionen (Y₂, Y_2') mit der Relativgeschwindigkeit v_B angefahren und bei Erreichen der jeweiligen Prüfposition eine Röntgenaufnahme des Prüfobjekts (120) ausgelöst wird.
Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Steuerungseinrichtung (190) ausgebildet ist, um die Manipulationseinrichtung (150) so anzusteuern, dass das Prüfobjekt (120) zwischen aufeinanderfolgenden Prüfpositionen mit einer Verfahrgeschwindigkeit v_A bewegt wird, die um den Faktor „a” höher ist als die Relativgeschwindigkeit v_B, wobei gilt v_A = av_B mit 1,5 ≤ a ≤ 3.
Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Steuerungseinrichtung (190) ferner ausgebildet ist, um ein Geschwindigkeitsprofil der Bewegung des Prüfobjekts (120) durch die Manipulationseinrichtung (150) einzustellen.
Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, wobei die Steuerungseinrichtung ferner ausgebildet ist, um ein Geschwindigkeitsprofil der Bewegung des Prüfobjekts (120) durch die Transporteinrichtung (180) und die Manipulationseinrichtung (150) einzustellen, wobei die Transportgeschwindigkeit v_T um den Faktor n größer als die Verfahrgeschwindigkeit v_A ist, wobei gilt v_T = bv_B mit 1 ≤ b ≤ 3.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 15, wobei die Steuerungseinrichtung (190) ferner ausgebildet ist, um die Manipulationseinrichtung (150) oder eine weitere Handhabungseinrichtung bei Vorliegen eines negativen Prüfergebnisses anzusteuern, um das Prüfobjekt auszusortieren.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 16, wobei die Steuerungseinrichtung (190) ausgebildet ist, um die Relativgeschwindigkeit v_B so einzustellen, dass aufeinanderfolgende Röntgenpulse im Durchschnitt ein Puls-Pause-Verhältnis von 1:N aufweisen, wobei gilt 10 ≤ N ≤ 100.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Manipulationseinrichtung (150) ausgebildet ist, um das Prüfobjekt (120) so zu bewegen, dass das Prüfobjekt (120) die Prüfposition (Y₂) in einer Richtung senkrecht zu der Zentralstrahlrichtung der Durchleuchtung der Röntgenanordnung (105) durchläuft.
Verfahren (300) zur automatischen Röntgenprüfung eines sich in Bewegung befindenden Prüfobjekts mit einer eine Röntgenquelle und einen Flächendetektor aufweisenden Röntgenanordnung, mit folgenden Schritten: Bewegen (310) des Prüfobjekts relativ zu der Röntgenanordnung in eine Prüfposition zwischen der Röntgenquelle und dem Röntgendetektor, wobei das Prüfobjekt eine Relativgeschwindigkeit v_B zu der Röntgenanordnung bei Durchlaufen der Prüfposition aufweist, wobei folgende Beziehung erfüllt wird: t_int·v_B ≤ effektive Pixelgröße / 2 oder falls eine Soll-Ortsauflösung niedriger ist als die effektive Pixelgröße: t_int·v_B ≤ Sollortsauflösung / 2 mit einer Bildaufnahmezeitdauer t_INT, einer Relativgeschwindigkeit v_B und einer effektiven Pixelgröße oder einer Soll-Ortsauflösung, die auf dem Verhältnis zwischen dem Quelle-Detektor-Abstand von Röntgenquelle zu dem Flächendetektor und dem Quelle-Prüfobjekt-Abstand von der Röntgenquelle zu dem Prüfobjekt basiert; Erfassen (320) einer Röntgenaufnahme des sich mit der Relativgeschwindigkeit v_B bewegenden Prüfobjekts an der Prüfposition mittels des Flächendetektors; und Automatischem Auswerten (330) der Röntgenaufnahme des Prüfobjekts hinsichtlich eines Material- oder Beschaffenheitsmerkmals mittels einer Bildverarbeitungseinrichtung.
Verfahren nach Anspruch 19, ferner mit folgendem Schritt: Transportieren des Prüfobjekts mittels einer Transporteinrichtung von einer Ausgangsposition zu einer Übergabeposition an eine Manipulationseinrichtung zum Bewegen des Prüfobjekts in eine Prüfposition.
Verfahren nach Anspruch 20, wobei das Prüfobjekt durch die Manipulationseinrichtung an der Übergabeposition von der Transporteinrichtung übernommen wird, in die Prüfposition bewegt wird, und nach Durchlaufen der Prüfposition wieder an die Transporteinrichtung übergeben wird oder in eine Ablageposition abgelegt wird.
Verfahren nach einem Ansprüche 19 bis 21, ferner mit folgendem Schritt: Ermitteln eines Prüfergebnisses basierend auf der Röntgenaufnahme des Prüfobjekts, wobei durch ein positives Prüfergebnis angezeigt wird, dass die Prüfanforderungen von dem Prüfobjekt erfüllt werden, und wobei durch ein negatives Prüfergebnis angezeigt wird, dass die Prüfanforderungen von dem Prüfobjekt nicht erfüllt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 22, ferner mit folgenden Schritten: mittels einer Steuerungseinrichtung, Ansteuern die Manipulationseinrichtung, um das Prüfobjekt in die Prüfposition zu bringen, und Ansteuern der Röntgenquelle, um bei Erreichen der Prüfposition die Röntgenquelle zur Erzeugung der Röntgenstrahlung und zum Auslösen der Bildaufnahme zu aktivieren.
Verfahren nach Anspruch 23, wobei die Manipulationseinrichtung von der Steuerungseinrichtung angesteuert wird, um das Prüfobjekt an der Übergabeposition von der Transporteinrichtung zu übernehmen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 oder 24, ferner mit folgendem Schritt: Auslesen des Flächendetektors und Erstellen der Röntgenaufnahme mittels der Verarbeitungseinrichtung.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 oder 25, ferner mit folgenden Schritten: Durchfahren einer Mehrzahl von festgelegten Prüfpositionen mit der Relativgeschwindigkeit v_B; und Auslösen einer Röntgenaufnahme des Prüfobjekts bei Erreichen der jeweiligen Prüfposition eine Röntgenaufnahme.
Verfahren nach Anspruch 26, ferner mit folgendem Schritt: Bewegen des Prüfobjekts zwischen aufeinanderfolgenden Prüfpositionen mit einer Verfahrgeschwindigkeit v_A, die um den Faktor „a” höher ist als die Relativgeschwindigkeit v_B, wobei gilt v_A = av_B mit 1,5 ≤ a ≤ 3.
Verfahren nach Anspruch 26 oder 27, ferner mit folgendem Schritt: Einstellen eines Geschwindigkeitsprofils der Bewegung des Prüfobjekts (120) mittels der Manipulationseinrichtung (150).
Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 28, ferner mit folgendem Schritt: Einstellen eines Geschwindigkeitsprofils, wobei die Transportgeschwindigkeit v_T um den Faktor b größer als die Verfahrgeschwindigkeit v_A ist, wobei gilt v_T = bv_B mit 1 ≤ b ≤ 3.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 29, ferner mit folgendem Schritt: Ansteuern der Manipulationseinrichtung und der Röntgenanordnung, so dass eine Mehrzahl von festgelegten Prüfpositionen mit der Relativgeschwindigkeit v_B angefahren werden und bei Erreichen der jeweiligen Prüfposition eine Röntgenaufnahme des Prüfobjekts ausgelöst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 30, ferner mit folgendem Schritt: Aussortieren eines die Prüfanforderungen nicht erfüllenden Prüfobjekts mittels der Manipulationseinrichtung oder einer weiteren Handhabungseinrichtung bei Vorliegen eines negativen Prüfergebnisses.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 31, ferner mit folgendem Schritt: Einstellen der Relativgeschwindigkeit v_B, um aufeinanderfolgende Röntgenpulse zu erhalten, die im Durchschnitt ein Puls-Pause-Verhältnis von 1:N aufweisen, wobei gilt 10 ≤ N ≤ 100.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 32, wobei das Prüfobjekt von der Manipulationseinrichtung so bewegt wird, dass das Prüfobjekt die Prüfposition in einer Richtung senkrecht zu einem Zentralstrahl der Durchleuchtung der Röntgenanordnung durchlauft.
Computerprogramm mit einem Programmcode zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 19 bis 33, wenn das Programm auf einem Computer ablauft.