DE102015211025A1

DE102015211025A1 - Method and arrangement for the monitored, spatially-resolved examination of a three-dimensional object

Info

Publication number: DE102015211025A1
Application number: DE102015211025.7A
Authority: DE
Inventors: Sergey Lugin; Ahmad Osman; Bernd Valeske
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2015-06-16
Filing date: 2015-06-16
Publication date: 2016-12-22
Anticipated expiration: 2035-06-17
Also published as: DE102015211025B4

Abstract

Beschrieben werden ein Verfahren sowie eine Anordnung zur überwachten, räumlich-aufgelösten Prüfung eines dreidimensionalen Objektes mit einem manuell handhabbaren, relativ zur Oberfläche des Objektes frei positionierbaren, zerstörungsfrei arbeitenden Prüfsensor, kurz (ZFPS). Das Verfahren zeichnet sich durch die folgenden Verfahrensschritte aus: a) Manuelles Positionieren des ZFPSs an einer Messposition relativ zur Oberfläche des Objektes, b) Erfassen wenigstens einer die Positionierung des ZFPSs an der Messposition charakterisierenden Information, c) Durchführen der wenigstens einen Messung an der Messposition, und Generieren wenigstens eines Prüfsignals, d) Bewerten der wenigstens einen Information unter Zugrundlegung wenigstens eines Bewertungskriteriums, ob der ZFP korrekt (IO) oder nicht korrekt (NIO) für die Durchführung wenigstens einer Messung an der Messposition positioniert ist, und e) Generieren wenigstens eines unterscheidbaren visuell, akustisch und/oder haptisch wahrnehmbaren Bewertungssignals, ob der ZFP korrekt oder nicht korrekt an der Messposition positioniert ist, wobei die vorstehenden Verfahrensansprüche alternativ wenigstens auch in der nachstehenden Reihenfolge durchgeführt werden: a), c), b), d), e) oder a), b), d), e), c).Described are a method and an arrangement for the monitored, spatially-resolved examination of a three-dimensional object with a manually manageable, relative to the surface of the object freely positionable, non-destructive working test sensor, short (ZFPS). The method is characterized by the following method steps: a) manually positioning the ZFPS at a measuring position relative to the surface of the object, b) detecting at least one information characterizing the positioning of the ZFPS at the measuring position, c) performing the at least one measurement at the measuring position and generating at least one test signal, d) evaluating the at least one information based on at least one evaluation criterion, whether the ZFP is positioned correctly (IO) or incorrect (NIO) for performing at least one measurement at the measurement position, and e) generating at least a distinguishable visually, acoustically and / or haptically observable evaluation signal, whether the ZFP is correctly or incorrectly positioned at the measuring position, wherein the above method claims are alternatively carried out at least in the following order: a), c), b), d) , e) or a), b), d), e), c).

Description

Technisches GebietTechnical area

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren sowie eine Anordnung zur überwachten, räumlich-aufgelösten Prüfung eines dreidimensionalen Objektes mit einem manuell handhabbaren, relativ zur Oberfläche des Objektes frei positionierbaren, zerstörungsfrei arbeitenden Prüfsensor.The invention relates to a method and an arrangement for the monitored, spatially-resolved examination of a three-dimensional object with a manually manageable, relative to the surface of the object freely positionable, non-destructive working test sensor.

Stand der TechnikState of the art

Zerstörungsfreie Prüf-Techniken, kurz ZFP-Techniken, spielen eine zentrale Rolle in der Qualitätssicherung sowie -überprüfung und werden sowohl während als auch nach der Herstellung von Bauteilen und Konstruktionen eingesetzt. Möglicherweise innerhalb von Bauteilen eintretende oder vorhandene Qualitätsmängel, in Form von Materialungänzen, Rissen oder sonstigen Materialdegradationserscheinungen können mit Hilfe von ZFP-Techniken detektiert werden, ohne dabei die Verwendbarkeit des Bauteils selbst zu beeinträchtigen. Non-destructive testing techniques, or ZFP techniques for short, play a central role in quality assurance and verification and are used both during and after production of components and constructions. Possibly occurring within components or existing quality defects, in the form of material dances, cracks or other Materialdegradationserscheinungen can be detected using ZFP techniques, without affecting the usability of the component itself.

Gängige ZFP-Techniken nutzen akustische und/oder elektromagnetische Wellen zur Durchdringung und Untersuchung dreidimensionaler, zum Teile sehr komplex gestalteter Objekte. Zu Inspektionszwecken wird hierzu wenigstens ein über einen Ultraschallwandler, Wirbelstromsensor oder Magnetfeldsensor verfügender Prüfkopf in kontaktierender Weise längs der Objektoberfläche geführt. Vor allem in Fällen von schwer zugänglichen Objekten oder Objekten mit einer komplex gestalteten Objektoberfläche gilt es auf handgeführte, zerstörungsfrei arbeitende Prüfkopfanordnungen zurückzugreifen, auf die sich die weiteren Ausführungen im Wesentlichen richten. Common ZFP techniques use acoustic and / or electromagnetic waves to penetrate and study three-dimensional objects, some of them very complex. For inspection purposes, at least one test head, which has an ultrasonic transducer, eddy current sensor or magnetic field sensor, is guided in a contacting manner along the object surface. Especially in cases of hard-to-reach objects or objects with a complex designed object surface, it is important to use hand-held, non-destructive test head arrangements, to which the further remarks essentially refer.

Beispielsweise im Falle der zerstörungsfreien Untersuchung eines dreidimensionalen Objektes mit einem handgeführten Ultraschallprüfkopf gilt es für die den Prüfvorgang durchführende Person darauf zu achten, den zerstörungsfrei arbeitenden Prüfkopf, im weiteren kurz ZFP genannt, möglichst flächendeckend über die gesamte zu prüfende Projektoberfläche zu führen und dies in einer bestimmten Haltung, in der der ZFP möglichst orthogonal zur Objektoberfläche orientiert ist, um belastbare Messdaten während der Durchführung der Objektprüfung zu erhalten. Zweifelsohne stellt dies für die jeweilige Prüfperson eine anspruchsvolle Aufgabe dar, zumal bei großflächigen Prüfobjekten mit komplex gestalteter Oberfläche eine vollständige messtechnische Erfassung des Objektvolumens zum einen viel Zeit in Anspruch nimmt und zum anderen eine hohe Konzentration von der Prüfperson abverlangt, die den Prüfkopf mit einer möglichst exakten räumlichen Ausrichtung bzw. Lage relativ zur Objektoberfläche anzuordnen hat. Lageabweichungen von einer Toleranz belegten, idealen Messkonstellation zwischen Prüfkopf und Objektoberfläche führen unweigerlich zu fehlerhaften und somit nicht belastbaren Messsignalen. For example, in the case of the non-destructive examination of a three-dimensional object with a hand-held ultrasonic probe, it is important for the person performing the test procedure to perform the nondestructive testing head, hereinafter referred to as ZFP, as widely as possible over the entire project surface to be tested and this in one certain attitude in which the ZFP is oriented as orthogonal as possible to the object surface in order to obtain reliable measurement data during the execution of the object inspection. Undoubtedly, this represents a demanding task for the respective test person, especially since large-area test objects with a complex surface require a complete metrological detection of the object volume on the one hand takes a lot of time and on the other demands a high concentration of the test person, the test head with a possible has to arrange exact spatial orientation or position relative to the object surface. Position deviations of a tolerance occupied, ideal measuring constellation between the test head and the object surface inevitably lead to erroneous and thus not loadable measuring signals.

Neben den Anforderungen an die Konzentration der mit der Prüfung befassten Person besteht darüber hinaus die Forderung nach einer räumlich aufgelösten Messsignalerfassung, das heißt, es gilt die räumliche Position des ZFPs während der Prüfung des Objektes exakt zu erfassen, um so die mit Hilfe des ZFP gewonnenen Messsignale gemeinsam mit der die jeweilige Messposition beschreibenden Rauminformation, beispielsweise in Format kartesischer Raumkoordinaten, abzuspeichern. Auf diese Weise kann eine räumlich aufgelöste Datenauswertung der am zu prüfenden Objekt gewonnenen Messdaten durchgeführt werden. In addition to the requirements for the concentration of the person involved in the examination, there is also the requirement for a spatially resolved measurement signal acquisition, that is, it is the position of the ZFPs during the examination of the object to capture exactly, so obtained with the help of the ZFP Store measurement signals together with the space information describing the respective measurement position, for example in the format of Cartesian spatial coordinates. In this way, a spatially resolved data analysis of the measured data obtained on the object to be tested can be carried out.

Aus der deutschen Gebrauchsmusterschrift DE 20 2008 007 949 U1 geht hierzu eine Vorrichtung zur zerstörungsfreien Prüfung eines Objektes mit Hilfe eines Ultraschallsensorkopfes hervor, der zu Zwecken einer exakten räumlichen Positionsbestimmung an einem Abschlusssegment eines manuell führbaren Mehrfachachsen-Gelenkroboters angebracht ist. Zur Positionsbestimmung werden sämtliche Robotergelenkinformationen verwendet, die eine räumliche Auslenkungsänderung des Gelenkroboters charakterisieren. From the German Utility Model DE 20 2008 007 949 U1 For this purpose, a device for non-destructive testing of an object with the aid of an ultrasonic sensor head emerges, which is attached for purposes of accurate spatial positioning on a terminating segment of a manually maneuverable multi-axis articulated robot. To determine the position, all robot joint information is used that characterizes a spatial displacement change of the articulated robot.

Ein Messsystem sowie ein Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung eines Rohrleitungssegmentes mit Hilfe einer manuell geführten Ultraschallmesseinrichtung ist in der Druckschrift DE 10 2013 009 127 A1 beschrieben. Zu Zwecken einer räumlichen Positionserfassung sind an der handgeführten Ultraschallmesseinrichtung optische Marker angebracht, die mit Hilfe eines optischen 3D-Tracking-Systems erfasst werden. Die auf diese Weise erfassten Raumkoordinaten des Ultraschallmesskopfes sowie die mit diesen am Rohrleitungssegment gemessenen Messwertdaten werden zu einem kombinierten Datensatz zusammengefasst und entsprechend zur Verfügung gestellt. A measuring system and a method for non-destructive testing of a pipe segment by means of a manually guided ultrasonic measuring device is in the document DE 10 2013 009 127 A1 described. For purposes of spatial position detection, optical markers are mounted on the hand-held ultrasonic measuring device, which are detected by means of a 3D optical tracking system. The spatial coordinates of the ultrasound measuring head recorded in this manner and the measured value data measured with them on the pipeline segment are combined to form a combined dataset and made available accordingly.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren sowie eine Anordnung zum räumlich aufgelösten Prüfen eines dreidimensionalen Objektes mit einem manuell handhabbaren, relativ zur Oberfläche des Objektes positionierbaren, zerstörungsfrei arbeitenden Prüfsensor derart weiterbilden, so dass die Prüfqualität und Prüfeffizienz sowie auch die Belastbarkeit der im Rahmen der Prüfung gewonnenen, räumlich aufgelösten Prüfsignale verbessert werden sollen. Im gleichen Masse gilt es dafür Sorge zu tragen, die mit der Prüfung befasste Person insbesondere im Hinblick auf das für eine präzise Prüfung erforderliche Konzentrationsvermögen zu entlasten. Die hierfür zu treffenden Maßnahmen sollen keine die Handhabung des Prüfsensors behindernden Einschränkungen zur Folge haben. In besonders vorteilhafter Weise soll das lösungsgemäße Verfahren an Objekten anwendbar sein, die über komplexe Oberflächen verfügen und/oder an schwer zugänglichen Orten verortet sind, bspw. die ausschließlich im Wege von Feldmessungen überprüfbar sind. The invention has the object of developing a method and an arrangement for spatially resolved testing a three-dimensional object with a manually manageable, relative to the surface of the object positionable, non-destructive working test sensor such that the test quality and test efficiency and the capacity of the in the context of Audit, spatially resolved test signals to be improved. Equally, it is important to ensure that the person responsible for the examination, in particular with regard to a precise examination relieve required concentration capacity. The measures to be taken should not result in any restrictions hampering the handling of the test sensor. In a particularly advantageous manner, the solution according to the method should be applicable to objects that have complex surfaces and / or are located in hard to reach places, eg. Which are verifiable only by way of field measurements.

Die Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe ist Gegenstand des Anspruches 1. Gegenstand des Anspruches 13 ist eine lösungsgemäß ausgebildete Anordnung zur Durchführung des lösungsgemäßen Verfahrens. Die den Lösungsgedanken in vorteilhafter Weise weiterbildenden Merkmale sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der weiteren Beschreibung zu entnehmen. The solution of the problem underlying the invention is the subject of claim 1. The subject of claim 13 is a solution designed according to the arrangement for carrying out the method according to the invention. The solution ideas in an advantageous manner further developing features are the subject of the dependent claims and the further description can be found.

Das lösungsgemäße Verfahren zur räumlich-aufgelösten Prüfung eines dreidimensionalen Objektes mit einem manuell handhabbaren, relativ zur Oberfläche des Objektes frei positionierbaren, zerstörungsfrei arbeitenden Prüfsensors, kurz ZFPS, zeichnet sich durch die folgenden Verfahrensschritte aus:
Zunächst wird der ZFPS an einer Messposition relativ zur Oberfläche des Objektes manuell positioniert. Im darauffolgenden Verfahrensschritt wird wenigstens eine die Positionierung des ZFPSs an der Messposition charakterisierende Information erfasst, die neben der räumlichen Positionsinformation des ZFPSs vorzugsweise die Erfassung eines zwischen dem ZFPS und der Objektoberfläche bestehenden Oberflächenkontaktes betrifft. Diese Kontaktinformation, d.h. herrscht zwischen dem positionierten ZFPS ein körperlicher Oberflächenkontakt zur Objektoberfläche oder nicht, lässt sich in bestimmten Fällen aus einem Teil des mit dem ZFPS generierbaren Prüfsignal ableiten, kann jedoch auf alle Fälle mittels wenigstens einer optional am ZFPS vorzusehenden Kontakt-Sensoranordnung gewonnen werden. The solution according to the method for spatially-resolved examination of a three-dimensional object with a manually manageable, relative to the surface of the object freely positionable, non-destructive working test sensor, short ZFPS, characterized by the following steps:
First, the ZFPS is manually positioned at a measurement position relative to the surface of the object. In the subsequent method step, at least one information characterizing the positioning of the ZFPS at the measuring position is detected, which in addition to the spatial position information of the ZFPS preferably relates to the detection of a surface contact existing between the ZFPS and the object surface. This contact information, ie a physical surface contact with the object surface or not between the positioned ZFPS, can in certain cases be derived from part of the test signal that can be generated with the ZFPS, but can in all cases be obtained by means of at least one contact sensor arrangement which is optionally provided on the ZFPS ,

Im nächsten Schritt wird die Messung an der Messposition durchgeführt, wodurch ein Prüfsignal generiert wird. In the next step, the measurement is performed at the measuring position, whereby a test signal is generated.

Alternativ ist es möglich, die Durchführung der wenigstens einen Messung an der Messposition und der damit verbundenen Generierung des Prüfsignals auch zeitlich vor dem vorstehend erläuterten Verfahrensschritt des Erfassens der wenigstens einen die Positionierung des ZFPSs an der Messposition charakterisierenden Information durchzuführen. Dies bietet sich insbesondere in jenen Fällen an, in denen zur Bestimmung des Oberflächenkontaktes zwischen dem ZFPS und der Objektoberfläche ausschließlich das Prüfsignal herangezogen werden kann. Dies trifft beispielsweise im Falle eines zur Ultraschallmessung ausgebildeten ZFPSs zu. Ein Ultraschallprüfkopf vermag Prüfsignale zu generieren, die zeitaufgelöste Reflexionsereignisse widerspiegeln und als so genannte A-Scans aufgezeichnet werden. Treten im Rahmen derartiger A-Scans neben dem die Ultraschallwellenreflektion an der Objektoberfläche repräsentierenden Laufzeitsignal weitere charakteristische Laufzeitsignale auf, die auf Reflexionsereignisse innerhalb des Objektes hindeuten, so kann mit einem ausreichenden Grad an Sicherheit davon ausgegangen werden, dass der Kontakt zwischen ZFPS und Objektoberfläche hergestellt ist. Beruht die zerstörungsfreie Prüfung hingegen auf der Erzeugung und Nutzung elektromagnetischer Wellen, beispielsweise im Falle einer Wirbelstromprüfung, so gilt es zusätzlich zum ZFPS einen Oberflächenkontaktsensor vorzusehen. Alternatively, it is possible to carry out the at least one measurement at the measuring position and the associated generation of the test signal also in time prior to the above-described method step of detecting the at least one information characterizing the positioning of the ZFPS at the measuring position. This is particularly suitable in those cases in which only the test signal can be used to determine the surface contact between the ZFPS and the object surface. This applies, for example, in the case of a trained for ultrasonic measurement ZFPSs. An ultrasonic probe can generate test signals that reflect time resolved reflection events and are recorded as so-called A-scans. If, in addition to the propagation time signal representing the ultrasound wave reflection at the object surface, further characteristic time-of-flight signals which indicate reflection events within the object are present in such A-scans, it can be assumed with a sufficient degree of certainty that the contact between the IFF and the object surface is established , On the other hand, if the non-destructive test is based on the generation and use of electromagnetic waves, for example in the case of an eddy-current test, it is necessary to provide a surface contact sensor in addition to the ZFPS.

In einem weiteren Verfahrensschritt wird die wenigstens eine die Positionierung des ZFPSs an der Messposition charakterisierende Information einer Bewertung unter Zugrundlegung wenigstens eines Bewertungskriteriums unterzogen, wobei festgestellt wird, ob der ZFPS korrekt (IO) oder nicht korrekt (NIO) für die Durchführung der wenigstens einen Messung an der Messposition positioniert ist. In a further method step, the at least one information characterizing the positioning of the ZFPS at the measuring position is subjected to a rating on the basis of at least one evaluation criterion, wherein it is determined whether the ZFPS is correct (IO) or not correct (NIO) for performing the at least one measurement is positioned at the measuring position.

Beispielsweise wird anhand der die Positionierung des ZFPSs an der Messposition charakterisierenden Information überprüft, ob der ZFPS die Objektoberfläche kontaktiert oder nicht. Im Falle einer Kontaktierung wird die Messung als „IO“, d.h. in Ordnung, bewertet, im Falle einer fehlenden Kontaktierung als „NIO“, d.h. nicht in Ordnung, bewertet. For example, based on the information characterizing the positioning of the ZFPS at the measurement position, it is checked whether the ZFPS contacts the object surface or not. In the case of a contact, the measurement is referred to as "IO", i. in order, evaluated, in the case of a lack of contact as "NIO", i. not ok, rated.

Die mit der Prüfung befasste Person wird in einem letzten Verfahrensschritt über das Bewertungsresultat unverzüglich informiert. Hierzu wird wenigstens ein visuell, akustisch und/oder haptisch wahrnehmbares und von der Person unterscheidbares Bewertungssignal generiert, das der Person vermittelt, ob der ZFPS korrekt oder nicht korrekt an der Messposition positioniert ist. Im Falle einer nicht korrekten Handhabung des ZFPSs gilt es den ZFPS räumlich solange manuell nachzujustieren bis das Bewertungssignal den Messvorgang als korrekt, d.h. als „IO“, identifiziert.The person responsible for the examination will be informed immediately in a final procedural step of the evaluation result. For this purpose, at least one evaluation signal which can be perceived visually, acoustically and / or haptically and which is distinguishable by the person is generated, which conveys to the person whether the ZFPS is correctly or incorrectly positioned at the measuring position. In the case of incorrect handling of the ZFPS, the ZFPS must be readjusted spatially as long as the evaluation signal determines that the measurement process is correct, ie. identified as "IO".

In einer alternativen Verfahrensweise kann es sich anbieten die Verfahrensschritte des manuellen Positionieren des ZFPSs, des Erfassens wenigstens einer die Positionierung des ZFPSs an der Messposition charakterisierenden Information, des Bewertens der wenigstens einen die Positionierung charakterisierende Information sowie des Generierens wenigstens eines unterscheidbaren visuell, akustisch und/oder haptisch wahrnehmbaren Bewertungssignals, vor der Durchführung der wenigstens einen Messung an der Messposition vorzunehmen. Eine derartige Vorgehensweise ist in jenen Fällen vorteilhaft, in denen die Messungen mit Prüfsignalen verbunden sind, die einen sehr großen Datenumfang besitzen. Da die Messung erst nach der Überprüfung und Bewertung von der Positionierung des ZFPSs durchgeführt wird, werden nur Prüfsignale gewonnen und entsprechend prozessiert, für die vorab eine IO-Bewertung der wenigstens einen die Positionierung charakterisierenden Information vorliegt.In an alternative method of operation, the method steps of manually positioning the ZFPS, detecting at least one information characterizing the positioning of the ZFPS at the measuring position, evaluating the at least one positioning-characterizing information and generating at least one distinguishable visually, acoustically and / or or haptically detectable evaluation signal to make prior to performing the at least one measurement at the measurement position. Such a procedure is advantageous in those cases in which the measurements with Test signals are connected, which have a very large amount of data. Since the measurement is carried out only after the review and evaluation of the positioning of the ZFPSs, only test signals are obtained and processed accordingly for which an IO evaluation of the at least one positioning characterizing information is present in advance.

Auch kann es zusätzlich vorteilhaft sein, jeweils nach den Verfahrensschritten des Erfassens der wenigstens einen die Positionierung des ZFPSs an der Messposition charakterisierenden Information sowie des Durchführens der wenigstens einen Messung an der Messposition, und Generieren wenigstens eines Prüfsignals jeweils die Bewertung der wenigstens einen Information unter Zugrundlegung wenigstens eines Bewertungskriteriums vorzunehmen, ob der ZFPS korrekt (IO) oder nicht korrekt (NIO) für die Durchführung der wenigstens einen Messung an der Messposition positioniert wurde.It may additionally be advantageous, in each case according to the method steps of detecting the at least one information characterizing the positioning of the ZFPS at the measuring position and carrying out the at least one measurement at the measuring position, and generating at least one test signal in each case the evaluation of the at least one information on the basis at least one evaluation criterion to determine whether the ZFPS was positioned correctly (IO) or not correct (NIO) for performing the at least one measurement at the measurement position.

Das lösungsgemäße Verfahren erleichtert der mit der Prüfung befassten Person die Handhabung des ZFPSs erheblich, zumal jede einzelne Messung am Objekt insitu zumindest in Bezug auf eine korrekte Handhabung des ZFPSs aktiv überwacht wird. Fehlmessungen, die durch einen fehlenden Kontakt zwischen dem ZFPS und der Objektoberfläche herrühren, können mit Hilfe der lösungsgemäßen Onlineüberwachung ausgeschlossen werden. The method according to the solution considerably facilitates the handling of the ZFPS for the person involved in the test, especially since each individual measurement on the object is actively monitored at least in relation to a correct handling of the ZFPS. Incorrect measurements, which result from a lack of contact between the ZFPS and the object surface, can be excluded with the aid of online monitoring according to the solution.

Neben der vorstehend erwähnten messtechnischen Erfassung, ob der ZFPS für eine fehlerfreie Messdurchführung kontaktierend auf der Objektoberfläche aufgesetzt ist oder nicht, wird in vorteilhafter Weise zusätzlich die räumliche Lage des ZFPSs relativ zur Oberfläche des Objektes an der Messposition erfasst.In addition to the abovementioned metrological detection, whether the ZFPS is placed on the object surface contacting or not for an error-free measurement implementation, the spatial position of the ZFPS relative to the surface of the object at the measurement position is additionally advantageously detected.

Im Idealfall gilt es den ZFPS in einer möglichst orthogonalen räumlichen Ausrichtung relativ zur Objektoberfläche zu positionieren. Die räumliche Lage des ZFPs wird vorzugsweise quantitativ durch die Neigung einer dem ZFPS zuordenbaren Raumachse relativ zur Oberflächennormalen der Objektoberfläche an der Messposition erfasst. Zur messtechnischen Erfassung der Neigung respektive der räumlichen Ausrichtung des ZFPSs relativ zur Objektoberfläche dienen an sich bekannte Trackingsysteme. An sich bekannte Trackingsysteme sind dem Fachmann hinlänglich bekannt und nutzen wenigstens eines der nachfolgenden Ortungsverfahren: optisches Erfassen des ZFPSs, beispielsweise unter Verwendung eines ortsauflösenden Kamerasystems; räumliches Erfassen von am ZFPS angebrachten Funksendern oder -empfänger oder IR-Sender oder -empfänger oder Erfassen von Bewegungen und Ortsveränderungen des ZFPSs mittels wenigstens eines der nachfolgenden, am ZFPS angebrachten Sensoren: Magnetfeldsensor, Gyroskop, Beschleunigungssensor, mechanisch arbeitende Wegmesssensoren. Ideally, the ZFPS should be positioned in the most orthogonal spatial orientation possible relative to the object surface. The spatial position of the ZFP is preferably detected quantitatively by the inclination of a ZFPS-assignable spatial axis relative to the surface normal of the object surface at the measuring position. For metrological detection of the inclination or the spatial orientation of the ZFPSs relative to the object surface are known per se tracking systems. Per se known tracking systems are well known to those skilled in the art and use at least one of the following location methods: optical detection of the ZFPSs, for example using a spatially resolving camera system; spatial detection of radio transmitters or receivers or IR transmitters or receivers attached to the ZFPS or detection of movements and changes in the location of the ZFPS by means of at least one of the following sensors mounted on the ZFPS: magnetic field sensor, gyroscope, acceleration sensor, mechanical distance measuring sensors.

Ferner wird zur Ermittlung der Neigung des ZFPSs relativ zur Flächennormalen der Oberfläche des Objektes an der Messposition neben der messtechnisch ermittelten räumlichen Lage des ZFPSs auf einen die Oberflächenform des Objektes beschreibenden binären bzw. digitalen Datensatz zurückgegriffen. Der binäre Datensatz liegt vorzugsweise als CAD-Datensatz vor oder wird im Wege eines Scan- oder Bilderfassungsprozesses gewonnen. Auch ist es möglich, die dreidimensionale Oberflächengestalt des Objektes vor der tatsächlichen Durchführung der zerstörungsfreien Prüfung mit Hilfe einer zumindest punktuellen Abtastung der Objektoberfläche mit dem ZFPS durchzuführen, dessen räumliche Position ortsaufgelöst mit Hilfe des Trackingsystems erfassbar ist. Auf der Grundlage der Vielzahl der erfassten räumlich aufgelösten Oberflächenpunkte kann zumindest eine das Objekt beschreibende geometrische Grundform ermittelt werden. Furthermore, in order to determine the inclination of the ZFPS relative to the surface normal of the surface of the object at the measuring position, use is made in addition to the metrologically determined spatial position of the ZFPS on a binary or digital data record describing the surface shape of the object. The binary data set is preferably present as a CAD data set or is obtained by means of a scan or image acquisition process. It is also possible to perform the three-dimensional surface shape of the object before the actual execution of the nondestructive testing with the aid of an at least selective sampling of the object surface with the ZFPS, whose spatial position can be detected spatially resolved by means of the tracking system. On the basis of the plurality of spatially resolved surface points detected, at least one basic geometric shape describing the object can be determined.

Auf der Grundlage der mit Hilfe des Trackingsystems erfassten räumlichen Lage des ZFPSs sowie der bekannten Oberflächenform des Objektes wird die räumliche Lage des ZFPs relativ zur Oberfläche des Objektes an der Messposition ermittelt. Hierfür bedarf es einer softwaregestützten Zusammenführung der die Objektoberfläche beschreibenden binären Daten und die messtechnisch erfassten Lageinformationen des ZFPSs in einem gemeinsamen räumlichen Bezugsystem. Für den Fall, dass eine tolerable Maximalneigung des ZFPSs an einer Messposition überschritten wird, wird die Messung als fehlerhaft, das heißt als „NIO“ bewertet. Dies wird der mit der Prüfung befassten Person optisch, akustisch und/oder haptisch wahrnehmbar mitgeteilt. Im einfachsten Fall kann dies durch ein optisch wahrnehmbares, farbcodiertes Bewertungssignal erfolgen, das beispielsweise als rotes Lichtsignal auf die Oberfläche des Objektes mit Hilfe einer geeigneten Projektionsvorrichtung projiziert wird. Auch ist es denkbar derartige optisch wahrnehmbare Signale mit Hilfe unmittelbar am ZFPS angebrachten Leuchtmitteln zur Anzeige zu bringen. In einem derartigen Fall, d.h. „NIO“, ist die mit der Prüfung befasste Person aufgefordert, eine entsprechende Lagekorrektur unter Beibehaltung des Oberflächenkontaktes vorzunehmen, bis ein Bewertungssignal für die Person wahrnehmbar dargestellt wird, anhand dem die Person eine korrekte Messkonfiguration entnehmen kann, d.h. „IO“.On the basis of the spatial position of the ZFPS detected with the aid of the tracking system as well as the known surface shape of the object, the spatial position of the ZFP relative to the surface of the object at the measuring position is determined. This requires a software-assisted combination of the binary data describing the object surface and the metrologically recorded position information of the ZFPS in a common spatial reference system. In the event that a tolerable maximum inclination of the ZFPS is exceeded at a measuring position, the measurement is rated as faulty, that is as "NOK". This will be visually, acoustically and / or haptically perceived by the person involved in the test. In the simplest case, this can be done by a visually perceptible, color-coded evaluation signal, which is projected for example as a red light signal on the surface of the object by means of a suitable projection device. It is also conceivable to bring such visually perceptible signals by means of directly attached to the ZFPS bulbs for display. In such a case, i. "NIO", the person in charge of the test is required to make a corresponding positional correction while maintaining the surface contact until a judgment signal is perceptibly presented to the person by which the person can derive a correct measurement configuration, i. "IO".

Die optische, akustische oder haptisch wahrnehmbare Darstellung des Bewertungssignals kann vielgestaltig erfolgen, bspw. nur in Form einer IO- oder NIO-Information. Gleichfalls können auch numerische oder analoge, die aktuellen Messwerte darstellende oder beinhaltende Informationen oder von diesen abgeleitete Werte in entsprechend wahrnehmbarer Weise dargestellt werden. Wesentlich ist bei der Darstellung des wenigstens einen Bewertungssignals, dass der mit der Prüfung befassten Person während der Durchführung der Prüfung mitgeteilt wird, dass die Durchführung der Messung korrekt oder nicht korrekt ist und im Falle einer nicht korrekten Messkonstellation den unmittelbaren Hinweis für eine intuitiv durchführbare Korrektur erhält. The optical, acoustic or haptic perceptible representation of the evaluation signal can take many forms, for example only in the form of IO or NOK information. Likewise, numerical or analogue information representing or including current readings or values derived therefrom may also be used in accordance with be shown in a perceptible way. It is essential in the presentation of the at least one evaluation signal that the person involved in the test is informed during the execution of the test that the measurement is correct or incorrect and, in the case of an incorrect measurement constellation, the immediate indication of an intuitively feasible correction receives.

Wie bereits ausgeführt besteht eine bevorzugte Realisierungsform für die optische Darstellung des Bewertungssignals in der Projektion des wenigstens einen Bewertungssignals auf die Objektoberfläche. Die Projektion wird vorzugsweise mit Hilfe eines geeignet platzierten Projektors vorgenommen. Neben der visuellen Darstellung des Bewertungssignals für eine korrekte (IO) oder nicht korrekte Prüfung (NIO) bietet es sich in vorteilhafter Weise zudem an, weitere für die Durchführung der Prüfung relevante Information auf die Objektoberfläche visuell wahrnehmbar zu projizieren. Beispielsweise können all jene bereits geprüften Oberflächenbereiche optisch in einer unterscheidbaren Darstellungsform beleuchtet werden, im Unterschied zu den noch nicht geprüften Oberflächenbereichen des Objektes. So könnten beispielsweise die bereits geprüften Oberflächenbereiche grün und die noch nicht geprüften Oberflächenbereiche rot beleuchtet werden. Neben farbcodierten, visuell wahrnehmbaren Unterscheidungsformen bieten sich auch helligkeitsdifferenzierte Unterscheidungsmuster zur informellen Darstellung von prüfungsrelevanten Informationen an. As already stated, a preferred embodiment for the optical representation of the evaluation signal is the projection of the at least one evaluation signal onto the object surface. The projection is preferably carried out with the aid of a suitably placed projector. In addition to the visual representation of the evaluation signal for a correct (IO) or incorrect test (NIO), it is also advantageous to project further relevant to the execution of the test information on the object surface visually perceptible. For example, all those surface areas already tested can be optically illuminated in a distinguishable form of presentation, in contrast to the surface areas of the object that have not yet been tested. For example, the surface areas already tested could be illuminated in green and the surface areas not yet tested in red. In addition to color-coded, visually discernible differentiation forms, brightness-differentiated patterns of discrimination are also suitable for the informal presentation of information relevant to the examination.

Ferner ist es denkbar mit Hilfe eines optischen Projektors wenigstens eine weitere Messposition oder eine Messtrajektorie, längs der der ZFPS als nächstes zu positionieren oder zu führen ist, auf die Objektoberfläche zu projizieren, so dass die Person den ZFPS nach einem definiert vorgegebenen Prüfmuster längs der Objektoberfläche verfahren kann. Dies ist insbesondere bei der Prüfung von einer Vielzahl gleichförmiger Objekte vorteilhaft, die allesamt nach einem einheitlich vorgegebenen Prüfmuster zu prüfen sind. Furthermore, it is conceivable with the aid of an optical projector to project at least one further measuring position or measuring trajectory along which the ZFPS is to be positioned or guided next to the object surface so that the person reads the ZFPS along a defined test pattern along the object surface can proceed. This is particularly advantageous in the testing of a plurality of uniform objects, all of which are to be tested for a uniformly predetermined test pattern.

Die optische Darstellung relevanter Informationen auf der Objektoberfläche des zu prüfenden Objektes kann mit vorteilhaft ausgewählten weiteren Informationsdarstellungen ergänzt werden. Bei der optischen Darstellung des Bewertungssignals mit konventionellen Displays bzw. Monitore ist es bevorzugt, die Menge von gemessenen und/oder abgeleiteten Werten, die den IO Zuständen entsprechen, in einer 3D-Darstellung oder bildgebend (Projektion/Fläche/Querschnitt) zu visualisieren. All jene optischen Darstellungsmöglichkeiten erlauben unterscheidbare Informationsdarstellungen in unterschiedlicher Farbe, Helligkeit und Musterung.The visual representation of relevant information on the object surface of the object to be tested can be supplemented with advantageously selected further information presentations. In the optical representation of the evaluation signal with conventional displays or monitors, it is preferable to visualize the set of measured and / or derived values that correspond to the IO states in a 3D representation or imaging (projection / area / cross section). All those optical display options allow distinguishable information presentations in different color, brightness and pattern.

Im Wesentlichen soll bei der optischen, akustischen und/oder haptischen Darstellung für die mit der Prüfung befasste Person die Grundlage geschaffen werden, dass die Prüfung exakter, effizienter und schneller durchgeführt werden kann. Durch die Unmittelbarkeit mit der die Person die die Messqualität repräsentierenden Informationen vermittelt bekommt, können Fehlmessungen am Objekt ausgeschlossen werden.Essentially, the optical, audible and / or haptic presentation should provide the basis for the examiner to perform the test more accurately, efficiently and more quickly. Due to the immediacy with which the person receives the information representing the measurement quality, erroneous measurements on the object can be excluded.

Zur Durchführung des lösungsgemäßen Verfahrens wird eine Anordnung zur überwachten, räumlich-aufgelösten Prüfung eines dreidimensionalen Objektes mit einem manuell handhabbaren, relativ zur Oberfläche des Objektes positionierbaren, zerstörungsfrei arbeitenden Prüfsensors vorgeschlagen, die zumindest die folgenden Komponenten aufweist. To carry out the method according to the invention, an arrangement is provided for the monitored, spatially-resolved examination of a three-dimensional object with a manually operable, non-destructively operating test sensor which can be positioned relative to the surface of the object and has at least the following components.

Zunächst ist ein manuell handhabbarer, relativ zur Oberfläche des Objektes frei positionierbarer, zerstörungsfrei arbeitender Prüfsensor zur Erzeugung von Objekt-spezifischen Prüfsignalen vorgesehen. Hierzu geeignete Sensoren weisen zumindest einen Ultraschallsensor, Wirbelstromsensor, Barkhausen-Sensor, Magnetfeldsensor und/oder einen Thermosensor auf. First, a manually manageable, relative to the surface of the object freely positionable, non-destructive working test sensor for generating object-specific test signals is provided. For this purpose, suitable sensors have at least one ultrasonic sensor, eddy current sensor, Barkhausen sensor, magnetic field sensor and / or a thermal sensor.

Des Weiteren umfasst die Anordnung ein die räumliche Lage und Position des manuell geführten Prüfsensors erfassendes Trackingmodul. Bevorzugte Trackingmodule ermitteln die räumliche Lage und Position des manuell geführten ZFPSs rein optisch, beispielsweise mit Hilfe eines ortsauflösenden Kamerasystems. Nicht notwendigerweise aber in bevorzugter Form können am ZFPS optisch erfassbare Marker angebracht sein, die im Rahmen einer geeigneten Bildauswertung zumindest die Raumlageerfassung des ZFPSs erleichtern. Ferner sind auch Trackingsysteme geeignet, die zu Ortungszwecken Funksender oder Ultraschallwellensender nutzen. Furthermore, the arrangement comprises a tracking module which detects the spatial position and position of the manually guided test sensor. Preferred tracking modules determine the spatial position and position of the manually guided ZFPS purely optically, for example with the aid of a spatially resolving camera system. Not necessarily but in a preferred form optically detectable markers can be attached to the ZFPS, which facilitate at least the spatial position detection of the ZFPSs within the framework of a suitable image analysis. Furthermore, tracking systems are also suitable which use radio transmitters or ultrasonic wave transmitters for location purposes.

Sowohl die mit Hilfe des Prüfsensors erfassbaren Prüfsignale sowie auch die von Seiten des Trackingmoduls gelieferten Informationen, die die räumliche Lage und Position des ZFPSs charakterisieren, werden kabel- oder kabellos einer Auswerte- und Steuereinheit zugeführt, in der die zugeführten Informationen unter Zugrundlegung wenigstens eines Bewertungskriteriums bewertbar sind. Both the test signals detectable with the aid of the test sensor and the information supplied by the tracking module, which characterize the spatial position and position of the ZFPS, are supplied by cable or wireless to an evaluation and control unit, in which the information supplied is based on at least one evaluation criterion are assessable.

Schließlich dient eine geeignete gewählte Ausgabeeinheit zur akustischen, visuellen und/oder haptischen Darstellung wenigstens eines bewerteten Prüfsignals, einer hiervon abgeleiteten Information oder einer der Auswerteeinheit anderweitig zugeführten Information, bspw. von einem am ZFPS angebrachten Kontaktsensors. Vorzugsweise ist die Ausgabeeinheit als optischer Projektor ausgebildet, der die bewerteten Prüfsignale oder die hiervon abgeleitete Information auf die Oberfläche des Objektes visuell wahrnehmbar projiziert. Alternativ oder in Kombination können die bewerteten Informationen auch akustisch mit Hilfe eines geeigneten Lautsprechersystems umgesetzt werden. Denkbar wäre auch ein innerhalb des ZFPSs integrierter Vibrationsmechanismus, der der mit der Prüfung befassten Person durch Vibrationsalarm die vorstehend beschriebenen Informationen unterscheidbar zuführt. Finally, a suitable selected output unit is used for acoustic, visual and / or haptic representation of at least one evaluated test signal, information derived therefrom or information otherwise supplied to the evaluation unit, for example from a contact sensor attached to the ZFPS. Preferably, the output unit is designed as an optical projector, the evaluated test signals or the information derived therefrom on the surface of the object visually perceptible. Alternatively or in combination, the evaluated information can also be implemented acoustically with the aid of a suitable loudspeaker system. It would also be conceivable to have a vibration mechanism integrated within the ZFPS, which by means of a vibration alarm supplies the person concerned with the test with the information described above in a distinguishable manner.

Um eine unabhängige vom Prüfsignal belastbare Information für den Nachweis zu erhalten, ob der ZFPS die Objektoberfläche kontaktiert oder nicht, sieht der ZFPS in einer Ausführungsvariante einen Kontaktsensor vor, der den Oberflächenkontakt zwischen dem ZFPS und der Oberfläche des Objektes detektiert und dabei ein Sensorsignal generiert, das der Auswerte- und Steuereinheit zuführbar ist. In order to obtain an independent information that can be loaded by the test signal in order to prove whether the ZFPS contacts the object surface or not, the ZFPS provides in one embodiment a contact sensor which detects the surface contact between the ZFPS and the surface of the object and thereby generates a sensor signal, which can be fed to the evaluation and control unit.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Auswerte- und Steuereinheit zudem eine manuelle und/oder sprachgesteuerte Eingabeeinheit auf, über die nutzerspezifische Informationen der Auswerteinheit zugeführt werden können. In a further preferred embodiment, the evaluation and control unit also has a manual and / or voice-controlled input unit, via which user-specific information can be supplied to the evaluation unit.

In bevorzugter Weise eignen sich die lösungsgemäß ausgebildete Anordnung sowie das mit der Anordnung durchführbare Verfahren zur Überprüfung einer Schweißnaht an einem Objekt. Hierbei verfügt der ZFPS über einen geeignet ausgebildeten Ultraschallprüfkopf, mit dem das Objekt zur Untersuchung auf Materialungänzen zu durchschallen vermag.Preferably, the arrangement according to the solution and the method that can be carried out with the arrangement are suitable for checking a weld seam on an object. Here, the ZFPS has a suitably designed ultrasonic probe, with which the object is able to penetrate for investigation on Materialungänzen.

Kurze Beschreibung der ErfindungBrief description of the invention

Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch beschrieben. Es zeigen:The invention will now be described by way of example without limitation of the general inventive idea by means of embodiments with reference to the drawings. Show it:

1 Komponentendarstellung für eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens zur überwachten, räumlich-aufgelösten Prüfung eines dreidimensionalen Objektes, 1 Component representation of an arrangement for carrying out the method for the monitored, spatially-resolved examination of a three-dimensional object,

2a, b Prüfsignaldarstellung für einen Ultraschall-Prüfsensor (a) sowie für ein Wirbelstromsensor (b), 2a , b test signal representation for an ultrasonic test sensor (a) and for an eddy current sensor (b),

3 Darstellung möglicher Varianten zur Erzeugung eines die dreidimensionale Raumform eines zu prüfenden Objektes repräsentierenden Datensatzes, 3 Representation of possible variants for generating a data set representing the three-dimensional spatial form of an object to be tested,

4a, b Prüfsensor mit individuell an die Oberflächenkontur des zu prüfenden Objektes angepasster Kontaktschablone, 4a , b test sensor with individually adapted to the surface contour of the object to be tested contact template,

5 Illustration zur Unterscheidung zwischen einer korrekten bzw. tolerablen Prüfsensorneigung und einer nicht korrekten Prüfkonstellation an einer Messposition, sowie 5 Illustration for the distinction between a correct or tolerable test sensor inclination and an incorrect test constellation at a measuring position, as well as

6 Illustration zur Prüfung einer Schweißnaht innerhalb eines Objektes. 6 Illustration for testing a weld within an object.

Wege zur Ausführung der Erfindung, gewerbliche VerwendbarkeitWays to carry out the invention, industrial usability

1 illustriert eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens zur überwachten, räumlich-aufgelösten Prüfung eines dreidimensionalen Objektes 1 mit einer manuell handhabbaren, relativ zur Oberfläche des Objektes 1 frei positionierbaren, zerstörungsfrei arbeitenden Prüfsensors, ZFPSs. Als ZFPS eignen sich ein Ultraschall-, Wirbelstrom-, Barkhausen-Rauschen-, oder Thermosensor-Prüfkopf. 1 illustrates an arrangement for performing the method for the supervised, spatially-resolved examination of a three-dimensional object 1 with a manually manageable, relative to the surface of the object 1 freely positionable, nondestructive testing sensor, ZFPSs. Suitable ZFPSs are ultrasonic, eddy current, Barkhausen noise, or thermosensor probes.

Bei Verwendung eines Ultraschallwellen-Prüfkopfs als ZFPS werden die in 2a schematisiert illustrierten Prüfsignale PS erhalten. Befindet sich der ZFPS nahe der Oberfläche des Objektes 1 ohne diese zu kontaktieren, so zeichnet der ZFPS lediglich an der Objektoberfläche reflektierte Ultraschallwellen auf, die sich im Prüfsignal als ein einziges Oberflächenreflexionssignal widerspiegeln (siehe oberes Prüfsignal in 2a. Sobald der ZFPS die Objektoberfläche berührt, tritt zusätzlich zum Oberflächenreflexionsereignis wenigstens ein weiteres Reflexionsereignis an der der Oberfläche gegenüberliegenden Objektunterseite hinzu (siehe unteres Prüfsignal gemäß 2a). Somit ist es möglich als Entscheidungskriterium für eine Oberflächenkontaktierung des ZFPSs am Objekt 1 ausschließlich das Prüfsignal PS selbst zu verwenden. Handelt es sich jedoch bei dem ZFPS um einen Wirbelstromsensor, so kann aus diesem Prüfsignal, siehe 2b, kein diesbezügliches Unterscheidungskriterium abgeleitet werden. In beiden Fällen, das heißt mit und ohne Kontakt stellt sich ähnlich in Erscheinung tretendes Prüfsignal PS, siehe 2b oben und unten, ein. In einem derartigen Fall gilt es zusätzlich am ZFPS einen taktil oder berührungsfrei arbeitenden Kontaktsensor 2 vorzusehen, der den Oberflächenkontakt zwischen dem ZFPS und der Oberfläche des Objektes 1 erfasst und ein Sensorsignal KS generiert, das gemeinsam mit dem von Seiten des ZFPSs herrührenden Prüfsignal PS an die Auswerte- und Steuereinheit 3 übertragen wird. Aber auch bei der Verwendung von Ultraschallprüfköpfen ist das Vorsehen zusätzlicher Kontaktsensoren vorteilhaft. So können auf diese Weise zusätzlich die Bereiche mit fehlenden Kopplungsmedium detektiert werden. Bei der elektromagnetischen Ultraschallprüfung (EMUS) wird ein Kontaktsensor in der bevorzugten Konfiguration empfohlen, weil die EMUS-Sensoren in einem Intervall der Abhebung zur Oberfläche die Ultraschalwellen generieren. Das beste Signalrauschverhältnis wird in einem direkten Kontakt (IO Zustand) erreicht und kann im Sensorsignal KS des Kontaktsensors eindeutig identifiziert werden. Die Signalübertragung erfolgt vorzugsweise kabellos, um die Handhabbarkeit des ZFPSs nicht zu beeinträchtigen. When using an ultrasonic wave probe as ZFPS, the in 2a schematically illustrated test signals PS obtained. The ZFPS is near the surface of the object 1 without contacting them, the ZFPS only records ultrasonic waves reflected at the object surface, which are reflected in the test signal as a single surface reflection signal (see upper test signal in FIG 2a , As soon as the ZFPS touches the object surface, in addition to the surface reflection event, at least one further reflection event occurs on the underside opposite the surface (see the lower test signal in FIG 2a ). Thus, it is possible as a decision criterion for a surface contact of the ZFPSs on the object 1 to use exclusively the test signal PS itself. If, however, the ZFPS is an eddy current sensor, then from this test signal, see 2 B , no distinguishing criterion is derived. In both cases, that is to say with and without contact, similarly appearing test signal PS, see 2 B up and down, one. In such a case, there is additionally a tactile or non-contact contact sensor on the ZFPS 2 to provide the surface contact between the ZFPS and the surface of the object 1 detected and generates a sensor signal KS, which together with the originating from the side of the ZFPS test signal PS to the evaluation and control unit 3 is transmitted. But even with the use of ultrasonic probes, the provision of additional contact sensors is advantageous. Thus, in addition, the areas with missing coupling medium can be detected in this way. Electromagnetic Ultrasonic Testing (EMUS) recommends a contact sensor in the preferred configuration because the EMUS sensors generate the ultrasound waves at a break-up interval. The best Signal to noise ratio is achieved in a direct contact (IO state) and can be clearly identified in the sensor signal KS of the contact sensor. The signal transmission is preferably wireless, so as not to impair the handling of the ZFPS.

Ein Trackingmodul 4, ermöglicht die exakte Positionsbestimmung sowie auch die Lageerfassung des ZFPSs. Das Trackingmodul 4 vermag vorzugsweise den ZFPS ausschließlich optisch erfassen, bspw. mittels einer ortsauflösenden Kameraanordnung. Alternativ können am ZFPS Funk- oder Ultraschallsender angebracht sein, deren Ortung im Wege der Triangulation erfolgt.A tracking module 4 , enables exact position determination as well as position detection of the ZFPS. The tracking module 4 preferably can detect the ZFPS only optically, for example by means of a spatially resolving camera arrangement. Alternatively, radio or ultrasound transmitters may be mounted on the ZFPS, the location of which is determined by triangulation.

Schließlich ist eine Ausgabeeinheit 5 erforderlich, durch die optische, akustische und/oder haptisch wahrnehmbare Signale für eine mit der Prüfung des Objektes 1 befasste Person wahrnehmbar darstellbar sind. Die Ausgabeeinheit 5 befindet sich in bidirektionalem Informationsaustausch mit der Auswerte- und Steuereinheit 3, die ihrerseits in entsprechendem Informationsaustausch sowohl mit dem ZFPS als auch mit dem Trackingmodul 4 steht. Finally, there is an output unit 5 required by the optical, acoustic and / or haptic perceptible signals for one with the examination of the object 1 Person are perceivable representable. The output unit 5 is in bidirectional exchange of information with the evaluation and control unit 3 who in turn exchange information with both the ZFPS and the tracking module 4 stands.

In der Praxis setzt eine mit der zerstörungsfreien Prüfung des Objektes 1 befasste Person den ZFPS auf die Oberfläche des Objektes 1 auf, wodurch der ZFPS an der gewählten Messposition automatisch eine Messung durchführt und wenigstens ein Prüfsignal PS generiert, das von Seiten des ZFPSs der Auswerte- und Steuereinheit 3 zugeleitet wird. Wird der Oberflächenkontakt zwischen dem ZFPS und dem Objekt 1 entweder durch eine Prüfsignalauswertung oder durch den gegebenenfalls zusätzlich vorgesehene Kontaktsensor 2 bestätigt, so generiert die Auswerte- und Steuereinheit 3 ein für die mit der Prüfung befassten Person wahrnehmbares Bewertungssignal BS, das den Messvorgang als IO, das heißt in Ordnung, bestätigt. Sollte sich bei der Bewertung des Prüfsignals PS bzw. des Kontaktsignals KS innerhalb der Auswerte- und Steuereinheit 3 ein negatives Ergebnis einstellen, so wird ein entsprechendes Signal durch die Ausgabeeinheit 5 darstellt, anhand der die Person feststellt, dass sie den ZFPS nachzujustieren hatIn practice, one deals with the non-destructive testing of the object 1 involved person the ZFPS on the surface of the object 1 on, whereby the ZFPS automatically performs a measurement at the selected measurement position and generates at least one test signal PS, which is provided by the ZFPS of the evaluation and control unit 3 is forwarded. Will the surface contact between the ZFPS and the object 1 either by a test signal evaluation or by optionally additionally provided contact sensor 2 confirmed, so generates the evaluation and control unit 3 one for the person involved in the examination perceptible evaluation signal BS, which confirms the measurement process as IO, that is in order. Should be in the evaluation of the test signal PS and the contact signal KS within the evaluation and control unit 3 set a negative result, so a corresponding signal through the output unit 5 which the person determines to have readjusted the ZFPS

In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sieht die Anordnung ein so genanntes Geometriemodul 6 vor, das gleichsam wie der ZFPS oder auch das Trackingmodul 4 in einem bidirektionalen Informationsaustausch zur Auswerte- und Steuereinheit 3 steht und eine die äußere Gestalt des Objektes 1 beschreibende binäre Datei bereitstellt bzw. diese selbständig generiert und anschließend bereitstellt. In 3 sind unterschiedliche Ausgestaltungsmöglichkeiten des Geometriemoduls 6 im Einzelnen angegeben. Zum einen kann die dreidimensionale Raumform des Objektes 1 im Wege einer CAD-Datei bereitgestellt werden, die im Vorfeld im Rahmen eines softwaregestützten Konstruktionsprogrammes gewonnen wird. In a further preferred embodiment of the invention, the arrangement provides a so-called geometry module 6 before that, like the ZFPS or the tracking module 4 in a bidirectional exchange of information to the evaluation and control unit 3 and one is the external shape of the object 1 provides descriptive binary file or generates this independently and then provides. In 3 are different design options of the geometry module 6 specified in detail. On the one hand, the three-dimensional spatial form of the object 1 be provided by way of a CAD file, which is obtained in advance in the context of a software-based design program.

Alternativ ist es möglich die dreidimensionale Raumform im Wege eines 3D-Scans als binäre Datendatei zu erhalten. Hierzu sind an sich bekannte optische Scanverfahren verfügbar, die über eine für die Prüfung ausreichende räumliche Auflösung verfügen. Alternatively, it is possible to obtain the three-dimensional spatial form by means of a 3D scan as a binary data file. For this purpose, known optical scanning methods are available which have a sufficient spatial resolution for the test.

Ebenso ist es alternativ möglich, die dreidimensionale Raumform des Objektes mittels der vorhandenen Systemressourcen zu ermitteln. So ermöglicht das vorstehend erläuterte Trackingmodul 4 eine räumliche Positions- und Lageerfassung des ZFPSs. Durch eine Vielfachabtastung der Oberfläche des Objektes 1 mit Hilfe des ZFPs lässt sich die Vielzahl unterschiedlicher Kontaktpunkte an der Oberfläche des Objektes 1 erfassen, aus der die Oberflächenform des Objektes ermittelbar ist. Likewise, it is alternatively possible to determine the three-dimensional spatial form of the object by means of the existing system resources. Thus, the above-described tracking module allows 4 a spatial position and position survey of the ZFPS. Through a multiple scan of the surface of the object 1 With the help of the ZFPs, the multitude of different contact points on the surface of the object can be defined 1 from which the surface shape of the object can be determined.

In einem weiteren, alternativen Spezialfalls, in dem das Objekt größtenteils über eine durch eine Regelgeometrie beschreibbare Objektoberfläche verfügt, beispielsweise über eine plane, sphärische oder zylindrische Objektoberfläche, kann der ZFPS mit einer geeignet ausgebildeten Kontaktschablone 7 versehen, die eine fehlerhafte Neigung des ZFPSs relativ zur Objektoberfläche am Ort einer Messposition auszuschließen vermag. Dieser Fall ist insbesondere auch in den 5a, b illustriert. Im Falle von 4a sei angenommen, dass das Objekt 1 über eine ebene Oberfläche verfügt, wobei der ZFPS von einer Kontaktschablone 7 derart umfasst ist, so dass eine korrekte Kontaktierung zwischen ZFPS und der Oberfläche des Objektes 1 gewährleistet ist. Dies ist in den beiden Sequenzdarstellungen gemäß der 4a illustriert. In der oberen Darstellung gemäß 4a ist der ZFPS beabstandet zur Oberfläche des Objektes 1 dargestellt, wohingegen in der unteren Darstellung gemäß 4a der ZFPS bedingt durch die zusätzliche Kontaktschablone 7 in einer exakt vorgegebenen Lage auf der Oberfläche aufsitzt. Im Falle 4b handelt es sich um ein zylindrisches Objekt 1, zu dessen kreisrunde Mantelfläche die Kontaktschablone 7 entsprechend gegenkonturiert ausgebildet ist, so dass sichergestellt ist, dass im Falle der Kontaktierung (siehe 4b untere Darstellung) der ZFPS korrekt an der Oberfläche aufsitzt. In beiden dargestellten Fällen gilt es den ZFPS in einer geeigneten Ausrichtung relativ zur Normalen der Objektoberfläche am Ort der Messposition aufzulegen. In a further, alternative special case, in which the object has mostly an object surface which can be described by a rule geometry, for example via a plane, spherical or cylindrical object surface, the ZFPS can be provided with a suitably designed contact template 7 provided that a faulty inclination of the ZFPSs relative to the object surface at the location of a measuring position is able to exclude. This case is especially in the 5a , b illustrated. In case of 4a suppose that the object 1 has a flat surface, with the ZFPS from a contact template 7 such that a correct contact between ZFPS and the surface of the object 1 is guaranteed. This is in the two sequence representations according to the 4a illustrated. In the upper illustration according to 4a the ZFPS is spaced from the surface of the object 1 whereas in the lower part of FIG 4a the ZFPS due to the additional contact template 7 in a precisely predetermined position on the surface is seated. In the event of 4b it is a cylindrical object 1 , to whose circular lateral surface the contact template 7 is designed counter-contoured so that it is ensured that in the case of contacting (see 4b lower illustration) of the ZFPS sits correctly on the surface. In both cases shown, the ZFPS should be placed in a suitable orientation relative to the normal of the object surface at the location of the measuring position.

Gilt es jedoch Objekte zu untersuchen, deren Oberflächen größtenteils Freiformflächen aufweisen, so ist der ZFPS auch ebenso möglichst orthogonal zur Objektoberfläche an der Messposition auszurichten. Um die Neigung des ZFPSs relativ zur Objektoberfläche bestimmen zu können, bedarf es der Kenntnis der dreidimensionalen Objektform, die sich aus der vorstehend bezeichneten binären Datei entnehmen lässt. Im Rahmen des Geometriemoduls 6 wird in Kenntnis der mit Hilfe des Trackingmoduls 4 erfassten Messposition M an einem Oberflächenort des Objektes 1 die zugehörige Oberflächengeometrie bestimmt sowie die räumliche Lage der an der Messposition verorteten Oberflächennormalen. Auf der Grundlage der bekannten Oberflächennormalen ON sowie der bekannten räumlichen Lage BL des ZFPSs wird eine eventuell vorhandene Neigung N des ZFPSs relativ zur Oberflächennormalen bestimmt. In 5 sei dies anhand einer Grafik erläutert. Im Idealfall ist der ZFPS parallel zur Oberflächennormalen ON am Ort der Messposition M kontaktierend auf dem Objekt 1 ausgerichtet, wie dies in 5 illustriert ist. Abweichend zur Oberflächennormalen ON können korrekte Prüfsignale mit dem ZFPS erhalten werden, so lange die Neigung des ZFPS relativ zur Oberflächennormalen innerhalb eines vom Messposition M ausgehenden kegelförmigen Toleranzbereiches T liegt. Kontaktiert der ZFPS zu Prüfzwecken die Oberfläche des Objektes 1 an einer vorgegebenen Messposition M und ist darüber hinaus die Neigung des ZFPs innerhalb des kegelförmigen Toleranzbereiches T, so wird die Messkonstellation als „IO“, das heißt in Ordnung, bewertet. Wird jedoch der ZFPS durch die mit der Prüfung befassten Person kontaktierend auf die Oberfläche des Objektes 1 aufgesetzt, dies jedoch mit einer größeren Neigung als der durch den Toleranzbereich T vorgegebenen tolerablen Neigung, so wird mit Hilfe der Auswerte- und Steuereinheit 3 ein Bewertungssignal „NIO“ generiert, das mit Hilfe der Anzeigeeinheit 5 in geeigneter Weise dargestellt wird. Die Person ist damit aufgefordert, den ZFPS entsprechend nachzujustieren. However, if it is necessary to examine objects whose surfaces are mostly free-form surfaces, the ZFPS should also be aligned as orthogonally as possible to the object surface at the measuring position. In order to be able to determine the inclination of the ZFPS relative to the object surface, it is necessary to know the three-dimensional object form which can be taken from the above-mentioned binary file. As part of the geometry module 6 becomes aware of with the help of the tracking module 4 detected measuring position M at a surface location of the object 1 determines the associated surface geometry as well as the spatial position of the surface normals located at the measuring position. On the basis of the known surface normal ON and the known spatial position BL of the ZFPS, a possibly existing inclination N of the ZFPS relative to the surface normal is determined. In 5 let this be explained by means of a graphic. Ideally, the ZFPS is parallel to the surface normal ON at the location of the measurement position M contacting the object 1 aligned, as in 5 is illustrated. In contrast to the surface normal ON, correct test signals can be obtained with the ZFPS as long as the inclination of the ZFPS relative to the surface normal lies within a conical tolerance range T emanating from the measuring position M. The ZFPS contacts the surface of the object for testing purposes 1 at a predetermined measuring position M and is beyond the inclination of the ZFPs within the tapered tolerance range T, the measurement constellation as "IO", that is in order, evaluated. However, the ZFPS will be contacted by the examiner on the surface of the object 1 set up, but with a greater inclination than the tolerance range T predetermined tolerable inclination, it is with the help of the evaluation and control unit 3 an evaluation signal "NIO" generated by means of the display unit 5 is shown in a suitable manner. The person is asked to adjust the ZFPS accordingly.

Die Darstellung des entsprechenden Bewertungssignals BS mit Hilfe der Anzeigeeinheit 5, die vorzugsweise als optischer Projektor bzw. Beamer ausgebildet ist, kann in unterschiedlichster Weise ausgeführt werden, beispielsweise mit Hilfe geeigneter Farb- oder Helligkeitscodierungen oder der Darstellung numerischer Werte, die dem Prüfsignal PS oder von dem Prüfsignal abgeleitete Werte darstellen und von der Person in geeigneter Weise zu interpretieren sind. Vorzugsweise erfolgt die Projektion der Informationen direkt auf die Oberfläche des Objektes 1.The representation of the corresponding evaluation signal BS with the aid of the display unit 5 , which is preferably designed as an optical projector or beamer, can be carried out in a variety of ways, for example by means of suitable color or brightness coding or the representation of numerical values representing the test signal PS or derived from the test signal values and by the person in a suitable Way to interpret. Preferably, the projection of the information takes place directly on the surface of the object 1 ,

In 6 ist eine Prüfsituation illustriert, bei der die Prüfung eines Objektes 1 durchgeführt wird, das eine Schweißnaht 8 enthält. In diesem Fall wird der ZFPS seitlich zur Schweißnaht 8 auf die Oberfläche des Objektes 1 aufgesetzt. Der in diesem Fall mit einer Kontaktschablone 7 ausgestattet ZFPS vermag Ultraschallwellen in das Objekt 1 einzukoppeln, die sich im Wege von Mehrfachreflexionen in Richtung der Schweißnaht 8 ausbreiten und an dieser zumindest teilweise reflektiert werden. Die reflektierten Ultraschallwellensignale werden vom ZFPS empfangen und entsprechend ausgewertet. In 6 is a test situation illustrated in which the examination of an object 1 is performed, which is a weld 8th contains. In this case, the ZFPS becomes laterally to the weld 8th on the surface of the object 1 placed. The in this case with a contact template 7 equipped ZFPS is capable of ultrasonic waves in the object 1 coupled, which is reflected by multiple reflections in the direction of the weld 8th spread and reflected at this at least partially. The reflected ultrasonic wave signals are received by the ZFPS and evaluated accordingly.

Die lösungsgemäße Anordnung sowie das damit verbundene lösungsgemäße Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung eines Objektes ermöglicht eine fehlerfrei Onlineüberwachung eines manuell geführten ZFPSs längs der Oberfläche eines zu überprüfenden Objektes, zumal Fehlmessungen bedingt durch eine inkorrekte Handhabung des ZFPSs erkannt und ausgeschlossen werden können. The solution according to the arrangement as well as the associated method according to the invention for nondestructive testing of an object allows error-free online monitoring of a manually guided ZFPS along the surface of an object to be checked, especially as incorrect measurements due to incorrect handling of the ZFPSs can be detected and excluded.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Objekt object
22: Kontaktsensor Contact sensor
33: Auswerte- und Steuereinheit Evaluation and control unit
44: Trackingmodul tracking module
55: Ausgabeeinheit output unit
66: Geometriemodul geometry module
77: Kontaktschablone Contact template
88th: Schweißnaht Weld
ZFPSZFPs: Prüfsensor test sensor
KSKS: Kontaktsignal Contact signal
PSPS: Prüfsignal test signal
ONON: Oberflächennormale surface normal
BLBL: Bekannte Lage Known location
MM: Messposition measuring position
NN: Neigung Tilt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 202008007949 U1 [0006]
DE 102013009127 A1 [0007]

Claims

Method for the monitored, spatially-resolved examination of a three-dimensional object with a manually manageable, non-destructively operating test sensor, which can be positioned relative to the surface of the object, in short (ZFPS), characterized by the following method steps: a) manually positioning the ZFPS at a measuring position relative to the surface of the object, b) detecting at least one information characterizing the positioning of the ZFPS at the measuring position, c) performing the at least one measurement at the measuring position, and generating at least one test signal, d) evaluating the at least one information on the basis of at least one evaluation criterion, whether the ZFPS is positioned correctly (IO) or incorrectly (NIO) for performing at least one measurement at the measuring position, and e) generating at least one distinguishable, visually, acoustically and / or haptically detectable evaluation signal, whether the ZFPS is correctly or incorrectly positioned at the measuring position, wherein the above method claims are alternatively carried out at least in the following order: a), c), b), d), e) or a), b), d), e), c).

Method according to claim 1, characterized in that the at least one information characterizing the positioning of the ZFPS is obtained from a part of a test signal which can be generated with the ZFPS and / or by means of at least one additional contact sensor arrangement and a surface contact between the ZFPS and the surface of the object can verify that the surface contact between the ZFPS and the surface of the object is used as the at least one evaluation criterion, and that generating the correct evaluation signal (IO) requires surface contact between ZFPS and object.

Method according to claim 2, characterized in that at least one further information characterizing the positioning of the ZFPS comprises the spatial position of the ZFPS relative to the surface of the object at the measuring position, that as at least one evaluation criterion indicates a maximum permissible angle of inclination relative to a surface normal of the surface of the object the measurement position is used, and that the generation of the correct evaluation signal (IO) presupposes that an inclination associated with the ZFPS relative to the surface normal of the surface of the object at the measurement position is less than or equal to the maximum allowable inclination angle.

A method according to claim 3, characterized in that the spatial position and position of the ZFPSs is detected by means of a tracking system that uses at least one of the following locating methods: - Optical detection of the ZFPS - Detecting attached to the ZFPS radio transmitters and / or radio receivers - Detecting IR transmitters and / or IR receivers attached to the ZFPS - detecting movement and location change of the IFF by means of at least one of the following sensors attached to the IFF: magnetic field sensor, gyroscope, acceleration sensor

A method according to claim 3 or 4, characterized in that is used to determine the inclination of the ZFPSs relative to the surface normal of the surface of the object at the measuring position in addition to the determined spatial position of the ZFPSs on the surface shape of the object descriptive binary data set.

Method according to Claim 5, characterized in that the binary data record describing the surface shape of the object is obtained by means of computer-aided design as a CAD data record or by means of a three-dimensional scan or image acquisition method or by spatially resolved contacting of the object surface with the ZFPS.

A method according to claim 5 or 6, characterized in that based on the spatial position and the surface shape of the object, the spatial position of the ZFPSs is determined relative to the surface of the object at the measuring position.

Method according to one of claims 1 to 7, characterized in that the examination of the three-dimensional object by means of at least one ultrasonic sensor, eddy current sensor, Barkhausen noise sensor, magnetic field sensor and / or thermal sensor having ZFPSs is performed.

Method according to one of claims 1 to 8, characterized in that on the surface of the object at least one visually perceptible relevant to the conduct of the test information is projected, which comprises at least one of the following information: - the evaluation signal for a correct test (IO) or incorrect test (NIO), - distinction between an already tested surface area and an unexamined surface area of the object, The test signal evaluated as being correct and / or a test value derived therefrom; and displaying at least one further measuring position or trajectory along which the ZFPS is to be guided manually.

A method according to claim 9, characterized in that the at least one visually perceptible information is displayed by differently color-coded and / or brightness-coded areas on the surface of the object.

A method according to claim 9 or 10, characterized in that the projection is performed such that at least surface areas of the object are illuminated, which are perceptible by a viewer's perspective directed to the measurement position.

Method according to one of claims 1 to 11, characterized in that the evaluation according to method step d) both after the method step b) and after the method step c) is performed.

Arrangement for carrying out the method according to one of claims 1 to 12, with A manually operable, non-destructively operating test sensor (ZFPS), which can be positioned relative to the surface of the object, for generating object-specific test signals, A tracking module detecting the spatial position and position of the manually guided ZFPS, An evaluation unit, to which the test signals as well as the spatial position and position of the ZFPS can be fed in a cable or wireless manner and in which the test signals can be evaluated on the basis of at least one evaluation criterion, - A memory unit in which the test signals are stored and - An output unit for acoustic, visual and / or haptic representation of at least one evaluated test signal or derived therefrom information.

Arrangement according to claim 13, characterized in that the output unit is an optical projector which visually projects the evaluated test signal or the information derived therefrom on the surface of the object.

Arrangement according to claim 13 or 14, characterized in that the ZFPS provides a contact sensor which detects a surface contact between the ZFPS and the surface of the object and thereby generates a sensor signal which can be fed to the evaluation unit.

Arrangement according to one of claims 13 to 15, characterized in that a manually operated and / or voice-controlled input unit is provided, via which a user-specific information of the evaluation unit can be fed.

Use of the arrangement according to one of claims 13 to 16 for checking a weld on an object.

Use according to claim 17, characterized in that the ZFPS has at least one ultrasonic sensor.