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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein System zur optischen Prüfung der Kategorien von Schäden eines Produkts und ein Verfahren dafür, insbesondere ein System zum Unterscheiden zwischen einem Riss und einem äußerlichen Schaden eines Schmiedestücks und ein Verfahren dafür.
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Stand der Technik
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In der heutigen Zeit werden viele Gebrauchsgegenstände oder Bauteile dadurch hergstellt, dass zylinderförmige Metallwerkstücke geschmieden, geprägt, gedreht usw. werden. Beim Vorgang der Verarbeitung kann die Temperatur durch Reibung bei hoher Geschwindigkeit steigen. In manchen Fällen wird unmittelbar sogar eine Wärmebehandlung durchgeführt. Beim darauffolgenden Abkühlen des Werkstücks kann es vorkommen, dass durch die Änderung der Anordnung der Kristalle im Metallwerkstück ein Riss A auf der Oberfläche des Werkstücks entsteht, wie in 15 gezeigt ist. Da der Riss A einen großen Einfluss auf die konstruktive Stärke des Werkstücks hat, werden alle Werkstücke geprüft, um Ausschussteile mit Riss A auszusortieren. Beim Vorgang der Herstellung oder des Transports des Werkstücks kann aber auch durch Stoßen ein Schaden B wie z. B. Abschürfung am Werkstück entstehen, wie in 16 gezeigt ist. Ein solcher Schaden B hat nur einen geringfügigen und dadurch ignorierbaren Einfluss auf die Stärke der gesamten Konstruktion. Jedoch sind ein bei der Wärmebehandlung entstehender Riss A und ein durch einen unbeabsichtigten Kontakt bzw. Reiben entstehender äußerlicher Schaden B mit bloßem Auge nicht voneinander zu unterscheiden. Daher erfordern die Unterscheidung von Riss und äußerlichem Schaden und die Aussortierung von Ausschussteilen ein spezielles Prüfungsverfahren.
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Das am häufigsten verwendete herkömmliche Verfahren zur Erkennung von Schäden ist ein Verfahren, bei dem ein Werkstück zuerst magnetisiert und dann mit magnetischen Fluoreszenzpulvern gemischt wird; danach werden die Fluoreszenzpulver mit Wasser abgespült. Da ein Riss im Vergleich zu einem äußerlichen Schaden enger und tiefer ist, lassen sich die im Riss steckenbleibenden Fluoreszenzpulver schwer mit Wasser abspülen. Nach dem Abspülen wird das Werkstück mit einer Fluoreszenzlampe bestrahlt. Dabei wird eine fluoreszente Spur am Werkstück als Riss festgestellt.
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Das vorher beschriebene herkömmliche Verfahren mittels Fluoreszenz hat jedoch folgende Nachteile auf: erstens sind Fluoreszenzpulver für die Umwelt und den menschlichen Körper schädlich und sollen nicht in einer großen Menge verwendet werden; zweitens ist es bei einem rohrförmigen Werkstück möglich, dass an der Innenwand des Werkstücks Risse entstehen, wobei das Verfahren mit Einsatz von Fluoreszenzpulvern jedoch nicht für die Prüfung der Innenwand geeignet ist.
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Druckschrift JP 2005-10 036 A offenbart ein herkömmliches System zur visuellen Inspektion des Aussehens eines Objekts, welches eine Beleuchtungsvorrichtung, ein Kameramodul, eine Dreheinrichtung und eine Analyseeinrichtung umfasst. Die Beleuchtungsvorrichtung ist konfiguriert, um das Objekt mit Licht in unterschiedlichen Beleuchtungsstärken zu bestrahlen, um eine Abbildung eines Objekts mit hellen und dunklen Bereichen zu ermöglichen . Druckschrift
DE 38 31 401 A1 beschreibt ferner ein Verfahren und eine zugehörige Vorrichtung zur automatisierten berührungsfreien Oberflächenkontrolle von zylindrischen Teilen, wobei die Vorrichtung eine Strahlungsvorrichtung mit zwei Lichtquellen, die auf eine Mantelfläche bzw. Stirnfläche eines zu untersuchenden zylindrischen Körpers ausgerichtet sind, eine Bildaufnahmevorrichtung, eine Drehvorrichtung und eine Analysevorrichtung umfasst, wobei die Analysevorrichtung den an der Oberfläche des Objekts reflektierten, diffus gestreuten Anteil des Lichts optoelektronisch dahingehend ausgewertet, ob bestimmte Defekte vorliegen. Druckschrift
JP 2018-91 693 A beschreibt darüber hinaus eine Inspektionsvorrichtung für zylindrische Oberflächen und eine Inspektionsmethode für zylindrische Oberflächen, die insbesondere geeignet ist, um nachzuweisen, ob an einem Etikett an der zylindrischen Oberfläche Falten vorliegen. Die Inspektionsvorrichtung umfasst hierzu eine Beleuchtungsvorrichtung zum Bestrahlen der zylindrischen Oberfläche eines sich drehenden zylindrischen Objekts, ein Kameramodul und eine Analyseeinrichtung, wobei die Analyseeinrichtung zum Berechnen der Breite von in einem zylindrischen Oberflächenbild enthaltenen Lumineszenzlinien dient, wobei anhand der Breite der Lumineszenzlinien ermittelt wird, ob Falten an einem Etikett vorliegen.
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Aufgabe der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein System und Verfahren zur industriellen optischen Erkennung von Schäden zu schaffen, das umweltschonend, für den menschlichen Körper unbedenklich und dafür geeignet ist, die Außen- und Innenwand eines rohrförmigen Werkstücks zu prüfen.
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Technische Lösung
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein System zur industriellen optischen Erkennung von Schäden mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur industriellen optischen Erkennung von Schäden mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Das erfindungsgemäße System zur industriellen optischen Erkennung von Schäden umfasst eine Basis; einen Werkstückträger, der auf der Basis angebracht ist, wobei ein zu prüfendes Werkstück auf den Werkstückträger gestellt wird; mindestens eine Strahlungsvorrichtung mit einfarbiger Lichtquelle, die auf der Basis so angeordnet ist, dass diese auf den Werkstückträger gerichtet ist; mindestens eine Bildaufnahmevorrichtung, die auf der Basis so angeordnet ist, dass diese auf den Werkstückträger gerichtet ist; eine Drehvorrichtung, die auf der Basis so angeordnet ist, dass die mindestens eine Strahlungsvorrichtung mit einfarbiger Lichtquelle und die mindestens eine Bildaufnahmevorrichtung sich relativ zum Werkstück auf dem Werkstückträger drehen können; und eine Analysevorrichtung, die mit der mindestens einen Bildaufnahmevorrichtung elektrisch verbunden ist und die von der Bildaufnahmevorrichtung aufgenommenen Bilder analysiert, wobei die Analysevorrichtung in den Bildern Spuren erkennt, die durch Spiegelreflexion überbelichtet sind.
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Die Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Verfahren zur industriellen optischen Erkennung von Schäden, das folgende Schritte umfasst: Schritt der Bereitstellung: Bereitstellen eines Werkstücks, einer Strahlungsvorrichtung mit einfarbiger Lichtquelle und einer Bildaufnahmevorrichtung und Richten der Strahlungsvorrichtung mit einfarbiger Lichtquelle und der Bildaufnahmevorrichtung auf das Werkstück;
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Schritt der Bildaufnahme: Bringen der Strahlungsvorrichtung mit einfarbiger Lichtquelle und der Bildaufnahmevorrichtung zum Drehen relativ zum Werkstück, wobei die Strahlungsvorrichtung mit einfarbiger Lichtquelle das Werkstück mit einfarbigem Licht bestrahlt und die Bildaufnahmevorrichtung Bilder vom Werkstück aufnimmt; und Schritt der Unterscheidung: Analysieren der von der Bildaufnahmevorrichtung aufgenommenen Bilder mit einer Analysevorrichtung, um durch Spiegelreflexion überbelichtete Spuren zu erkennen und aufzuzeichnen, und danach Vergleichen aller Spuren am Werkstück mit den überbelichteten Spuren, wobei die nicht überbelichteten Spuren, sofern welche vorhanden sind, als Risse kategorisiert werden.
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Der Vorteil der Erfindung liegt darin, dass ein in einen engen und tiefen Riss einfallender einfarbiger Lichstrahl nicht leicht reflektiert wird, aber ein in einen äußerlichen Schaden in Form eines flachen und breiten Loches auf dem Werkstück einfallender einfarbiger Lichtstrahl spiegelreflektiert wird; wenn die Reflexionslichtstrahlen beim ununterbrochenen Drehungsvorgang parallel in die Bildaufnahmevorrichtung einfallen, wird die Energie aufgrund der genauen Richtung des Winkels konzentriert, was zu einer Überbelichtung führt, sodass eine auffallende weiße Farbe sich bildet, wobei ein äußerlicher Schaden, der sich von einem durch Wärmebehandlung verursachten Riss unterscheidet, auf diese Weise erkannt werden kann. An der Änderung des Einfallswinkels wird geprüft, ob eine großflächige Spiegelreflexion sich ergibt, bei der die Lichtstrahlen parallel in die Bildaufnahmevorrichtung einfallen, sodass durch die Überbelichtung beim Bildgeben der mindestens einer Bildaufnahmevorrichtung festgestellt wird, eine Unterscheidung zwischen einem Riss und einem äußerlichen Schaden ermöglicht wird, wobei die Prüfung nach diesem Verfahren lediglich eine Strahlungsvorrichtung mit einfarbiger Lichtquelle und eine Bildaufnahmevorrichtung benötigt, die weder für die Umwelt noch für den menschlichen Körper schädlich sind, wobei das Verfahren ferner sich vom herkömmlichen Verfahren zur Erkennung von Schäden mittels Fluoreszenz unterscheidet, bei welchem Verfahren umweltschädliche Lösemittel verwendet werden. Zudem ist es möglich, die Strahlungsvorrichtung mit einfarbiger Lichtquelle und die Bildaufnahmevorrichtung im Durchgang eines rohrförmigen Werkstücks anzubringen, um die Innenwand des rohrförmigen Werkstücks zu prüfen. Im Vergleich zum herkömmlichen Verfahren zur Erkennung von Schäden mittels Fluoreszenz erweist sich das erfindungsgemäße Verfahren ferner dadurch als vorteilhaft, dass die Prüfung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren vollautomatisch erfolgen kann, wodurch reduzierte Arbeitskosten und eine erhöhte Prüfleistung erzielt werden.
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Beim erfindungsgemäßen System zur industriellen optischen Erkennung von Schäden ist bevorzugt vorgesehen, dass die Drehvorrichtung das Werkstück auf dem Werkstückträger zum Drehen bringt. Der Werkstückträger umfasst zwei erste Rollenhalter und zwei zweite Rollenhalter, wobei die ersten Rollenhalter in einem gewissen Abstand zu den zweiten Rollenhaltern angeordnet sind, wobei an dem jeweiligen ersten Rollenhalter eine Rolle drehbar gelagert ist und die Rollen auf den beiden ersten Rollenhaltern sich jeweils an zwei Seiten des Werkstücks abstützen, wobei an dem jeweiligen zweiten Rollenhalter eine Rolle drehbar gelagert ist und die Rollen auf den beiden zweiten Rollenhaltern sich jeweils an zwei Seiten des Werkstücks abstützen.
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Beim erfindungsgemäßen System zur industriellen optischen Erkennung von Schäden ist bevorzugt vorgesehen, dass der Werkstückträger ferner zwei Rollenhalterschienen umfasst, wobei die beiden ersten Rollenhalter verschiebbar in einer der beiden Rollenhalterschienen und die beiden zweiten Rollenhalter verschiebbar in der anderen Rollenhalterschiene angeordnet sind.
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Beim erfindungsgemäßen System zur industriellen optischen Erkennung von Schäden ist bevorzugt vorgesehen, dass der Werkstückträger ferner zwei Basisschienen umfasst, wobei die Basisschienen senkrecht zu den Rollenhalterschienen verlaufen, wobei die Rollenhalterschienen überbrückend auf den beiden Basisschienen beweglich angeordnet sind.
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Bevorzugt umfasst das erfindungsgemäße System zur industriellen optischen Erkennung von Schäden ferner einen Lichtquellenträger, der auf der Basis angeordnet ist, wobei die mindestens eine Strahlungsvorrichtung mit einfarbiger Lichtquelle auf- und abwärts beweglich und in ihrem Steigungs- und Depressionswinkel verstellbar auf dem Lichtquellenträger angeordnet ist.
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Bevorzugt umfasst das erfindungsgemäße System zur industriellen optischen Erkennung von Schäden ferner einen Bildaufnahmeträger, der auf der Basis angeordnet ist, wobei die mindestens eine Bildaufnahmevorrichtung auf- und abwärts beweglich und in ihrem Steigungs- und Depressionswinkel verstellbar auf dem Bildaufnahmeträger angeordnet ist.
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Beim erfindungsgemäßen System zur industriellen optischen Erkennung von Schäden ist bevorzugt vorgesehen, dass die mindestens eine Bildaufnahmevorrichtung in Querrichtung beweglich auf dem Bildaufnahmeträger angeordnet ist.
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Bevorzugt umfasst das erfindungsgemäße System zur industriellen optischen Erkennung von Schäden ferner ein verstecktes Gestell, das sich oberhalb des Werkstückträgers befindet und zu stecken in das Werkstück ist, wobei die mindestens eine Strahlungsvorrichtung mit einfarbiger Lichtquelle und die mindestens eine Bildaufnahmevorrichtung auf dem versteckten Gestell angeordnet sind.
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Beim erfindungsgemäßen System zur industriellen optischen Erkennung von Schäden ist bevorzugt vorgesehen, dass die Drehvorrichtung zum Drehen des Werkstücks auf dem Werkstückträger dient. Die Drehvorrichtung umfasst einen Motor und ein Abstützrad, wobei der Motor auf der Basis angeordnet ist, wobei das Abstützrad an den Motor angeschlossen ist und durch den Motor zum Drehen gebracht wird, wobei das Abstützrad zum Abstützen am Werkstück auf dem Werkstückträger dient.
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Beim erfindungsgemäßen System zur industriellen optischen Erkennung von Schäden ist bevorzugt vorgesehen, dass die Drehvorrichtung ferner einen Gleitkörper und ein Hauptgestell umfasst, wobei der Gleitkörper auf der Basis angeordnet ist und das Hauptgestell auf dem Gleitkörper beweglich angeordnet ist, wobei der Motor und das Abstützrad auf dem Hauptgestell angebracht sind.
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Bevorzugt umfasst das erfindungsgemäße System zur industriellen optischen Erkennung von Schäden ferner eine Abdeckung, die auf der Basis angeordnet und über den Werkstückträger, die mindestens eine Strahlungsvorrichtung mit einfarbiger Lichtquelle und die mindestens eine Bildaufnahmevorrichtung gezogen ist, wobei die Innenwand der Abdeckung eine nicht reflektierende schwarze Innenwand ist.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und in Bezug auf die Zeichnungen im Detail beschrieben.
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Figurenliste
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In den Zeichnungen zeigt
- 1 eine perspektivische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Systems zur industriellen optischen Erkennung von Schäden,
- 2 eine perspektivische Ansicht der internen Bauteile des ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Systems,
- 3 und 4 jeweils eine Seitenansicht des ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Systems im Einsatz bei einem Werkstück unterschiedlicher Größe,
- 5 eine Vorderansicht des ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Systems,
- 6 eine perspektivische Ansicht eines Lichtquellenträgers und eines Bildaufnahmeträgers des ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Systems,
- 7 eine Vorderansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Systems,
- 8 eine Vorderansicht eines versteckten Gestells, einer Vielzahl von Strahlungsvorrichtungen mit einfarbiger Lichtquelle und einer Vielzahl von Bildaufnahmevorrichtungen des zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Systems,
- 9 eine Seitenansicht eines versteckten Gestells, einer Strahlungsvorrichtung mit einfarbiger Lichtquelle und einer Bildaufnahmevorrichtung des zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Systems,
- 10 einen Ablaufplan eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erkennung von Schäden,
- 11 eine schematische Darstellung einer Spiegelreflexion nach dem erfindungsgemäßen Verfahren,
- 12 eine graphische Darstellung der Änderung der von der erfindungsgemäßen Bildaufnahmevorrichtung aufgenommenen Energie,
- 13 ein von der erfindungsgemäßen Bildaufnahmevorrichtung aufgenommenes Bild, in dem ein nicht überbelichteter Riss zu sehen ist,
- 14 ein von der erfindungsgemäßen Bildaufnahmevorrichtung aufgenommenes Bild, in dem ein überbelichteter Schaden zu sehen ist,
- 15 eine schematische Darstellung eines Risses auf einem Werkstück,
- 16 eine schematische Darstellung eines Schadens auf einem Werkstück,
- 17 eine schematische Darstellung des Einfallens eines Lichtstrahls in einen Riss,
- 18 eine schematische Darstellung des Einfallens eines Lichtstrahls in einen Schaden und
- 19 eine schematische Darstellung einer Drehvorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Systems.
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Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
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Im Folgenden werden Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung anhand der detaillierten Beschreibung von Ausführungsbeispielen und der beigefügten Zeichnung näher erläutert werden. Die Erfindung soll nicht auf die in der Beschreibung und auf die aus der Zeichnung ersichtlichen Merkmale beschränkt werden.
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Wie in 1 und 2 gezeigt, umfasst das erfindungsgemäße System zur industriellen optischen Erkennung von Schäden gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel eine Basis 10, einen Werkstückträger 20, eine Drehvorrichtung 30, einen Lichtquellenträger 40, eine Strahlungsvorrichtung mit einfarbiger Lichtquelle 50, einen Bildaufnahmeträger 60, eine Vielzahl von Bildaufnahmevorrichtungen 70, eine Abdeckung 80 und eine Analysevorrichtung.
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Die Basis 10 ist insbesondere eine plattenförmige Platform, jedoch nicht auf diese Bauart eingeschränkt.
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Wie aus 2 bis 5 ersichtlich, ist der Werkstückträger 20 auf der Basis 10 angeordnet. Auf den Werkstückträger 20 wird ein zu prüfendes Werkstück 100 gestellt. Im ersten Ausführungsbeispiel umfasst der Werkstückträger 20 zwei Basisschienen 21, zwei Rollenhalterschienen 22, zwei erste Rollenhalter 23 und zwei zweite Rollenhalter 24.
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Die beiden Basisschienen 21 sind beabstandet angeordnet. Im ersten Ausführungsbeispiel sind die Basisschienen 21 jeweils als lange runde Stange ausgeführt, aber nicht auf diese Baumform eingeschränkt.
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Die Rollenhalterschienen 21 verlaufen senkrecht zu den Basisschienen 22, wobei die Rollenhalterschienen 22 überbrückend auf den beiden Basisschienen 21 beweglich angeordnet sind. Im ersten Ausführungsbeispiel sind die Rollenhalterschienen 22 etwas trapezförmig, und die Unterteile der beiden Enden der Rollenhalterschienen sind jeweils auf die Basisschienen 21 aufgesteckt.
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Die beiden ersten Rollenhalter 23 sind beweglich und an einem der ersten Rollenhalterschienen 22 befestigbar und die beiden zweiten Rollenhalter 24 sind beweglich und an der anderen ersten Rollenhalterschiene 22 befestigbar. Dadurch kann das Niveau der beiden ersten Rollenhalter 23 und der beiden zweiten Rollenhalter 24 durch die Basisschienen 21 und die Rollenhalterschienen 22 beliebig eingestellt werden.
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Im ersten Ausführungsbeispiel sind die ersten und zweiten Rollenhalter 23, 24 jeweils mit einer Schraube versehen, wobei die Schrauben soweit gedreht werden können, dass sie fest gegen die Rollenhalterschienen 22 drücken, um die ersten Rollenhalter 23 oder die zweiten Rollenhalter 24 an den Rollenhalterschienen 22 zu befestigen. Sind die Schrauben locker gedreht worden, können die ersten Rollenhalter 23 oder die zweiten Rollenhalter 24 an den Rollenhalterschienen 22 sich hin und her verschieben. Durch Verstellen des Abstandes zwischen den beiden ersten Rollenhaltern 23 und durch Verstellen des Abstandes zwischen den beiden zweiten Rollenhaltern 24 kann ein Werkstück 100 unterschiedlicher Abmessung zwischen diese Rollenhalter 23, 24 gestellt werden (siehe 3 und 4) . Es ist auch möglich, dass der Abstand zwischen den beiden ersten Rollenhaltern 23 und der Abstand zwischen den beiden zweiten Rollenhaltern 24 unterschiedlich ist, damit ein Werkstück 100 mit variierendem Außendurchmesser darein passt. Zudem ist die Struktur der Verbindung zwischen den Rollenhaltern 23, 24 und den Rollenhalterschienen 22 nicht auf die obige eingeschränkt und kann auch nach Bedarf angepasst werden.
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An den ersten Rollenhaltern 23 ist jeweils eine Rolle 231 drehbar gelagert, wobei die Rollen 231 der beiden ersten Rollenhalter 23 sich jeweils an beiden Seiten des Werkstücks 100 abstützen. An den zweiten Rollenhaltern 24 ist jeweils eine Rolle 241 drehbar gelagert, wobei die Rollen 241 der beiden zweiten Rollenhalter 24 sich jeweils an beiden Seiten des Werkstücks 100 abstützen. Das Werkstück 100 wird von den Rollen 231, 241 so gestützt, dass beim Drehen des Werkstücks 100 weniger Reibung entsteht, wodurch das Werkstück 100 besser vor Schäden geschützt wird. Des Weiteren ist der Aufbau des Werkstückträgers 20 nicht auf den obigen eingeschränkt. Alle Bauarten des Werkstückträgers 20 sind denkbar, sofern der Werkstückträger 20 das Werkstück 100 tragen kann.
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Die Drehvorrichtung 10 ist auf der Basis 10 angeordnet und dient dazu, die Strahlungsvorrichtung mit einfarbiger Lichtquelle 50 und die Bildaufnahmevorrichtungen 70 zum Drehen relativ zum Werkstück 100 auf dem Werkstückträger 20 zu bringen. Im ersten Ausführungsbeispiel dient die Drehvorrichtung 30 zum Drehen des Werkstücks 100 auf dem Werkstückträger 20, ist aber nicht auf diese Ausführung eingeschränkrt. Es ist auch möglich, dass die Drehvorrichtung 30 dazu eingesetzt wird, die Strahlungsvorrichtung mit einfarbiger Lichtquelle 50 und die Bildaufnahmevorrichtungen 70 zu drehen. Entscheidend ist, dass die die Strahlungsvorrichtung mit einfarbiger Lichtquelle 50 und die Bildaufnahmevorrichtungen 70 sich relativ zum Werkstück 100 auf dem Werkstückträger 20 drehen können.
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Im ersten Ausführungsbeispiel umfasst die Drehvorrichtung 30 einen Gleitkörper 31, ein Hauptgestell 32, einen Motor 33 und ein Abstützrad 34. Der Gleitkörper 31 ist auf der Basis 10 angeordnet. Das Hauptgestell 32 ist beweglich und am Gleitkörper 31 befestigbar. Insbesondere ist der Gleitkörper 31 mit einer Schraube versehen, die soweit gedreht werden kann, bis sie fest gegen das Unterende des Hauptgestells 32 drückt, um das Hauptgestell 32 am Gleitkörper 31 zu befestigen. Ist die Schraube locker gedreht worden, so kann das Hauptgestell 32 sich relativ zum Gleitkörper 31 verschieben. Der Motor 33 und das Abstützrad 34 sind beide am Hauptgestell 32 angebracht, wobei die Ausgangswelle des Motors 33 über ein Riemenrad 331 und einen Riemen 333 das Abstützrad 34 zum Drehen bringt, wobei das Abstützrad 34 sich am Werkstück 100 auf dem Werkstückträger 20 abstützt und das Werkstück 100 dreht. Dadurch, dass die Drehvorrichtung 30 sich relativ zur Basis 10 verschieben kann, kann sie sich am Werkstück unterschiedlicher Abmessung abstützen. Alternativ kann es so vorgesehen sein, dass das Abstützrad 34 sich auf- und abwärts verschieben kann, sodass es sich auch am Werkstück 100 unterschiedlicher Abmessung abstützen kann. Der Aufbau der Drehvorrichtung 30 ist nicht auf den obigen eingeschränkt. Alle Bauarten der Drehvorrichtung 30 sind denkbar, sofern die Drehvorrichtung 30 das Werkstück 100 drehen kann.
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Des Weiteren zeigt 19 ein weiteres Ausführungsbeispiel, in dem der Gleitkörper 31A beispielsweise verlängert ist. Dadurch wird die Strecke vergrößert, in der das Hauptgestell 32A in Bezug auf die Basis 10A verschiebbar ist.
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Ferner dreht die Drehvorrichtung 30 dadurch das Werkstück 100, dass sie sich an der radialen Außenwand des Werkstücks 100 abstützt. Die Rollenhalter 23, 24 des Werkstückträgers 20 stützen sich ebenfalls an der radialen Außenwand des Werkstücks 100 ab und trägt dadurch das Werkstück 100. Auf diese Weise werden die beiden axialen Enden des Werkstücks 100 nicht berührt und können somit für weitere Zwecke eingesetzt werden. Im nachstehenden zweiten Ausführungsbeispiel kann das versteckte Gestell 90A beispielsweise über die beiden axialen Enden des Werkstücks 100A in das Werkstück 100A gesteckt werden (siehe 7 bis 9).
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Wie in 2, 3, 5 und 6 gezeigt, ist der Lichtquellenträger 40 auf der Basis 10 angeordnet. Die Strahlungsvorrichtung mit einfarbiger Lichtquelle 50 ist auf- und abwärts beweglich und in ihrem Steigungs- und Depressionswinkel verstellbar auf dem Lichtquellenträger 40 angeordnet. Die Strahlungsvorrichtung mit einfarbiger Lichtquelle 50 ist auf den Werkstückträger 20 gerichtet. Im ersten Ausführungsbeispiel umfasst der Lichtquellenträger 40 eine vertikale Säule 41, ein Hubelement 42 und zwei Verbindungsträger 43. Die vertikale Säule 41 ist auf der Basis 10 angeordnet. Das Hubelement 42 ist auf- und abwärts beweglich auf die vertikale Säule 41 aufgesteckt, wobei in das Hubelement 42 eine Schraube 421 durchgesteckt ist, die fest gegen die vertikale Säule 41 drückt, um die Relativstellung des Hubelements 42 und der vertikalen Säule 41 wahlweise zu fixieren. Weiterhin ist die vertikale Säule 41 mit einer Zahnstange 411 versehen, die zum Eingreifen in das Hubelement 42 gebracht wird; auf diese Weise kann die Relativstellung des Hubelements 42 und der vertikalen Säule 41 präzise verstellt werden. Die beiden Verbindungsträger 43 sind auf- und abwärts drehbar auf das Hubelement 42 aufgesteckt, wobei in jeden Verbindungsträger 43 eine Schraube 431 durchgesteckt ist, die fest gegen das Hubelement 42 drückt, um den Relativwinkel zwischen dem Verbindungsträger 43 und dem Hubelement 42 wahlweise zu fixieren. Ferner kann die an den Verbindungsträgern 43 angebrachte Strahlungsvorrichtung mit einfarbiger Lichtquelle 50 somit in der Höhe und dem Steigungs- und Depressionswinkel verstellt werden. Jedoch ist der Aufbau des Lichtquellenträgers 40 nicht auf diese Bauart eingeschränkt. Es ist sogar denkbar, dass der Lichtquellenträger 40 ausgespart wird und die Strahlungsvorrichtung mit einfarbiger Lichtquelle 50 unmittelbar auf der Basis 10 angebracht ist.
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Im ersten Ausführungsbeispiel ist die Strahlungsvorrichtung mit einfarbiger Lichtquelle 50 vorteilhafterweise rot, weil die rote Farbe eine größere Wellenlänge aufweist und lichtempfindlicher ist. Jedoch sind weitere Farben je nach Bedarf auch denkbar.
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Im ersten Ausführungsbeispiel ist nur eine Strahlungsvorrichtung mit einfarbiger Lichtquelle 50 vorgesehen. Jedoch ist es nach Bedarf auch möglich, mehr als eine Strahlungsvorrichtung mit einfarbiger Lichtquelle 50 anzuordnen.
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Der Bildaufnahmeträger 60 ist auf der Basis 10 angeordnet, und die Bildaufnahmevorrichtungen 70 sind auf- und abwärts beweglich und in ihrem Steigungs- und Depressionswinkel verstellbar auf dem Bildaufnahmeträger 60 angeordnet, wobei die Bildaufnahmevorrichtungen 70 auf den Werkstückträger 20 gerichtet sind. Im ersten Ausführungsbeispiel ist eine Vielzahl von Bildaufnahmevorrichtungen 70 vorgesehen, die auf dem Bildaufnahmeträger 60 in einer Linie angeordnet sind und somit für längliche Werkstücke 100 geeignet sind. Jedoch ist die Bildaufnahmevorrichtung 70 auf diese Ausführung eingeschränkt. Es ist auch möglich, die Anzahl oder die Anordnungsweise der Bildaufnahmevorrichtungen 70 an die Größe und die Form des zu bestrahlenden Werkstücks 100 anzupassen. Beispielsweise kann auch nur eine Bildaufnahmevorrichtung 70 vorgesehen sein.
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Im ersten Ausführungsbeispiel umfasst der Bildaufnahmeträger 60 zwei Füsse 61, zwei Verbindungsglieder 62 und eine Querhalterung 63. Die beiden Füsse 61 sind in einem gewissen Abstand zueinander auf der Basis 10 angeordnet. Die beiden Verbindungsglieder 62 sind auf- und abwärts beweglich auf die beiden Füsse 61 aufgesteckt, wobei in jedes Verbindungsglied 62 eine Schraube 621 durchgesteckt ist, die fest gegen den Fuß 61 drückt, um die Relativstellung des Verbindungsglieds 62 des Fusses 61 wahlweise zu fixieren. Die beiden Enden der Querhalterung 63 sind jeweils in die beiden Verbindungsglieder 62 gesteckt, wobei in das eine Verbindungsglied 62 eine Schraube 622 durchgesteckt ist, die fest gegen ein Endteil der Querhalterung 63 drückt, um den Relativwinkel zwischen der Querhalterung 63 und den Füssen 61 wahlweise zu fixieren. Somit können die an der Querhalterung 63 angebrachten Bildaufnahmevorrichtungen 70 in der Höhe und dem Steigungs- und Depressionswinkel verstellt werden.
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Des Weiteren sind die Bildaufnahmevorrichtungen 70 am Bildaufnahmeträger 60 in Querrichtung verschiebbar. Insbesondere ist an der Querhalterung 63 ein Langloch 631 vorgesehen, in dem die Bildaufnahmevorrichtungen 70 mittels von Schrauben so verschraubt sind, dass sie in ihrer querlaufenden Position auf dem Bildaufnahmeträger 60 verstellt werden können. Jedoch ist die Bauart des Bildaufnahmeträgers 60 nicht auf die obige eingeschränkt. Es ist sogar denkbar, dass der Bildaufnahmeträger 60 ausgespart wird und die Bildaufnahmevorrichtungen 70 unmittelbar auf der Basis 10 angeordnet sind.
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Im ersten Ausführungsbeispiel sind die Bildaufnahmevorrichtungen 70 ladungsgekoppelte Bauelemente (englisch: Charge-coupled Device ' CCD) oder sich ergänzende Metall-Oxid-Halbleiter (englisch: Complementary Metal-Oxide-Semiconductor ' CMOS) . Die Bildaufnahmevorrichtungen 70 können aber auch von einer anderen Art sein.
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Wie aus 1 und 2 ersichtlich, ist eine Abdeckung 80 auf der Basis 10 angeordnet und deckt den Werkstückträger 20, die Drehvorrichtung 30, den Lichtquellenträger 40, die Strahlungsvorrichtung mit einfarbiger Lichtquelle 50, den Bildaufnahmeträger 60 und die Bildaufnahmevorrichtungen 70 ab. Die Innenwand der Abdeckung 80 ist eine nicht reflektive schwarze Wand und bietet somit eine bessere Bedingung für die Bildaufnahme . Im ersten Ausführungsbeispiel ist auf zwei gegenüberliegenden Seiten der Abdeckung 80 jeweils ein Türblatt 81 angeordnet, wobei die Abdeckung 80 jedoch in einer anderen Art ausgeführt werden kann.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel sind die äußeren Oberflächen aller Bauteile in der Abdeckung 80 schwarz gestrichen, um Störungen durch Lichtreflexion zu vermeiden und dadurch eine bessere Bedingung für die Bildaufnahme zu schaffen.
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Die Analysevorrichtung ist an die Bildaufnahmevorrichtungen 70 elektrisch angeschlossen und analysiert die von den Bildaufnahmevorrichtungen 70 aufgenommenen Bilder. Dabei erkennt die Analysevorrichtung die Spuren der durch Spiegelreflexion verursachten Überbelichtung und vergleicht diese Spuren mit allen Spuren auf dem Werkstück in den Bildern. Mit dem Ergebnis des Vergleichs wird festgestellt, ob Spuren vorhanden sind, die nicht überbelichtet sind. Die nicht überbelichteten Spuren werden als Risse kategorisiert.
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Das vorher beschriebene erste Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Systems zur indurstriellen optischen Erkennung von Schäden ist zur Prüfung der äußeren Oberfläche eines Werkstücks 100 geeignet. 7 bis 9 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Systems zur indurstriellen optischen Erkennung von Schäden, welches zur Prüfung der Innenwand eines rohrförmigen Werkstücks 100A geeignet und im Wesentlichen dem ersten Ausführungsbeispiel gleich ist. Jedoch sind im zweiten Ausführungsbeispiel die Strahlungsvorrichtungen mit einfarbiger Lichtquelle 50A und die Bildaufnahmevorrichtungen 70A gemeinsam auf einem versteckten Gestell 90A angebracht, das sich oberhalb des Werkstückträgers 20A befindet und in das rohrförmige Werkstück 100A gesteckt ist. Im zweiten Ausführungsbeispiel sind eine Vielzahl von Strahlungsvorrichtungen mit einfarbiger Lichtquelle 50A und eine Vielzahl von Bildaufnahmevorrichtungen 70A vorgesehen, die jeweils auf dem versteckten Gestell 90A linear angeordnet sind. Somit kann die Innenwand des Werkstücks 100A geprüft werden.
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Ferner ist das versteckte Gestell 90A im zweiten Ausführungsbeispiel eine einteilige, längliche Platte, aber nicht auf diese Ausführung eingeschränkt. Es ist auch möglich, dass zwei Platten über zwei Enden des Werkstücks 100A eingesteckt und sodann miteinander zusammengesetzt werden.
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10 zeigt ein Verfahren zur indurstriellen optischen Erkennung von Schäden, welches den Schritt der Bereitstellung (S1), den Schritt der Bildaufnahme (S2) und den Schritt der Unterscheidung (S3) umfasst.
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Schritt der Bereitstellung (S1) : Bereitstellen eines Werkstücks 100, einer Strahlungsvorrichtung mit einfarbiger Lichtquelle 50 und einer Bildaufnahmevorrichtung 70 und Richten der Strahlungsvorrichtung mit einfarbiger Lichtquelle 50 und der Bildaufnahmevorrichtung 70 auf das Werkstück 100.
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Im Schritt der Bereitstellung können die Bauteile nach einem der beiden Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Systems zur indurstriellen optischen Erkennung von Schäden bereitgestellt werden, wobei die Ausführung jedoch nicht auf die obige eingeschränkt ist. Entscheidend sind mindestens eine Strahlungsvorrichtung mit einfarbiger Lichtquelle 50 und mindestens eine Bildaufnahmevorrichtung 70 vorgesehen und so angeordnet, dass sie relativ zum Werkstück 100 drehbar sind.
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Des Weiteren kann das Werkstück 100 im Schritt der Bereitstellung in allen möglichen Formen ausgebildet sein und ist so nicht auf die in der Zeichnung beispielshaft dargestellte Form eines Kreisrohrs eingeschränkt. Die Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahren ist unabhängig, ob das Werkstück 100 anders geformt, hohl oder solid ist.
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Schritt der Bildaufnahme (S2) : Bringen der Strahlungsvorrichtung mit einfarbiger Lichtquelle 50 und der Bildaufnahmevorrichtung 70 zum Drehen relativ zum Werkstück 100, wobei die Strahlungsvorrichtung mit einfarbiger Lichtquelle 50 das Werkstück 100 mit einfarbigem Licht bestrahlt und die Bildaufnahmevorrichtung 70 Bilder vom Werkstück 100 aufnimmt.
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Wenn die Strahlungsvorrichtung mit einfarbiger Lichtquelle 50 das Werkstück 100 im Schritt der Bildaufnahme (S2) bestrahlt, wie in 13 und 17 gezeigt, wird ein in einen im Vergleich zu einem flachen äußerlichen Schaden engen und tiefen Riss einfallender einfarbiger Lichtstrahl nicht leicht reflektiert, sodass deutliches reflektiertes Licht zu sehen ist. Wie in 11, 14 und 18 ist die Spur eines äußerlichen Schadens im Vergleich zur Spur eines Risses flacher und breiter, sodass ein in den äußerlichen Schaden einfallender einfarbiger Lichtstrahl spiegelreflektiert wird, wobei der Einfallswinkel dem Ausfallswinkel gleich ist. Wenn die Reflexionslichtstrahlen beim ununterbrochenen Drehungsvorgang parallel in die Bildaufnahmevorrichtung 70 einfallen, wird die Energie aufgrund der genauen Richtung des Winkels konzentriert, was zu einer Spiegelreflexion und dadurch zu einer Überbelichtung führt, sodass beim Drehvorgang deutliches reflektiertes Licht zu sehen ist. eine auffallende weiße Farbe sich bildet. wobei ein äußerlicher Schaden, der sich von einem durch Wärmebehandlung verursachten Riss unterscheidet, auf diese Weise erkannt werden kann. Der RGB (Rot-Grün-Blau) -Wert eines solchen Lichts mit hoher Helligkeit gleicht oder liegt nahe bei dem Wert: „255, 255, 255“. In 12 stellt die Querachse den Drehwinkel und die Längsachse die von der Bildaufnahmevorrichtung 70 erfasste Helligkeit dar. Aus dieser Zeichnung ist erkennbar, dass die Energie beim Drehen des Werkstücks 100 in einem bestimmten Winkel in erheblichem Maße ansteigt und so einen Höhepunkt erreicht und danach wieder absinkt. Da die Spur eines äußerlichen Schadens möglicherweise eine oder mehrere Reflexionsflächen bildet, können in der Abbildung ein oder mehrere Spitzenwerte vorliegen.
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Des Weiteren ist es möglich, an der Helligkeit, insbesondere am Spitzenwert der Helligkeit oder an der Neigung festzustellen, ob die Überbelichtung durch Spiegelreflexion verursacht ist. Wenn die Helligkeit im zweiten Ausführungsbeispiel beispielsweise höher als ein Schwellenwert ist, wird eine Überbelichtung festgestellt, wobei der Schwellenwert im zweiten Ausführungsbeispiel 50 betragen kann (siehe 12) . Des Weiteren ist es möglich, dass die konkrete Weise der Feststellung durch künstliche Intelligenz durch massenhafte wiederholte Betätigung gelernt oder verbessert wird. Dadurch, dass der Aufnahmeumfang der Bildaufnahmevorrichtung 70 die halbe Seitenfläche des Werkstücks 100 umfasst und ein relativer Drehwinkel von bis zu 360° trotzdem ermöglicht wird, wird sichergestellt, dass die Bildaufnahmevorrichtung 70 aus allen Winkeln Bilder von den Spuren auf der äußeren Oberfläche des Werkstücks 100 aufnehmen kann. Jedoch ist es auch möglich, den relativen Drehwinkel bei Bedarf zu vergrößern oder verkleinern.
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Werden die Strahlungsvorrichtung mit einfarbiger Lichtquelle 50 und die Bildaufnahmevorrichtung 70 zum Drehen relativ zum Werkstück 100 gebracht, kann am Drehwinkel des Abstützrades 34 der gesamte relative Drehwinkel (z.B. der Drehwinkel des Werkstücks 100) festgestellt oder umgerechnet werden. Alternativ kann eine weitere Vorrichtung zur Messung des gesamten relativen Drehwinkels angeordnet sein.
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Schritt der Unterscheideung (S3): Analysieren der vor der Bildaufnahmevorrichtung 70 aufgenommenen Bilder mit einer Analysevorrichtung, wobei die Helligkeit aller Spuren auf der Oberfläche des Werkstücks 100 beim Vorgang des relativen Drehens sich verändert, wobei die aufgrund der Spiegelreflexion überbelichteten Spuren erkannt und aufgezeichnet werden; danach werden alle Spuren des Werkstücks 100 mit den überbelichteten Spuren verglichen, wobei die überbelichteten Spuren als durch äußerliche Schäden verursachte Spuren und die nicht überbelichteten Spuren als Risse kategorisiert werden, womit das Verfahren zur industriellen optischen Erkennung von Schäden beendet wird. Alle Spuren des Werkstücks 100 können entweder vorher aufgezeichnet, im Schritt der Unterscheidung (S3) mittels einer weiteren Bildaufnahmevorrichtung 70 gleichzeitig aufgezeichnet oder nach Erkennung der überbelichteten Spuren noch separat aufgezeichnet werden. Weiterhin können alle Spuren des Werkstücks 100 mit bloßem Auge beobachtet oder durch Aufnehmen der Bildaufnahmevorrichtung 70 aufgezeichnet werden.
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Im Schritt der Unterscheidung können alle Spuren des Werkstücks 100 durch Menschen oder Maschinen mit den überbelichteten Spuren verglichen werden, wobei ein maschinengestütztes Vergleichen automatisiert werden kann, sodass alle Schritte schnell durchgeführt werden können und die gesamte Arbeitsleistung dadurch gesteigert werden kann.
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Erfindungsgemäß bewirkt eine Änderung des Einfallswinkels der Lichtstrahlen eine Spiegelreflexion der einfallenden Lichtstrahlen, die parallel zueinander in die Bildaufnahmevorrichtung 70 einfallen, wodurch es zu einer Überbelichtung kommt. Somit wird zwischen einem durch Wärmebehandlung verursachten Riss und einem äußerlichen Schaden unterschieden. Die Prüfung nach diesem Verfahren benötigt lediglich eine Strahlungsvorrichtung bzw. Strahlungsvorrichtungen mit einfarbiger Lichtquelle 50 und eine Bildaufnahmevorrichtung bzw. Bildaufnahmevorrichtungen 70, die weder für die Umwelt noch für den menschlichen Körper schädlich sind. Zudem ist es möglich, die Strahlungsvorrichtung mit einfarbiger Lichtquelle 50 und die Bildaufnahmevorrichtung 70 im Durchgang eines rohrförmigen Werkstücks 100 anzubringen, um die Innenwand des rohrförmigen Werkstücks 100 zu prüfen.
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Obwohl die vorliegende Erfindung anhand der Ausführungsbeispiele detailliert beschrieben worden ist, ist für den Fachmann selbstverständlich, dass die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern dass vielmehr Abwandlungen in der Weise möglich sind, dass einzelne Merkmale weggelassen oder andersartige Kombinationen von Merkmalen verwirklicht werden können, solange der Schutzbereich der beigefügten Ansprüche nicht verlassen wird. Die Offenbarung der vorliegenden Erfindung schließt sämtliche Kombinationen der vorgestellten Einzelmerkmale mit ein.
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Bezugszeichenliste
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- 10, 10A
- Basis
- 20, 20A
- Werkstückträger
- 21
- Basisschiene
- 22
- Rollenhalterschiene
- 23
- erster Rollenhalter
- 231
- Rolle
- 24
- zweiter Rollenhalter
- 241
- Rolle
- 30
- Drehvorrichtung
- 31, 31A
- Gleitkörper
- 32, 32A
- Hauptgestell
- 33
- Motor
- 331
- Riemenrad
- 332
- Riemen
- 34
- Abstützrad
- 40
- Lichtquellenträger
- 41
- vertikale Säule
- 411
- Zahnstange
- 42
- Hubelement
- 421
- Schraube
- 43
- Verbindungsträger
- 431
- Schraube Strahlungsvorrichtung mit einfarbiger
- 50, 50A
- Lichtquelle
- 60
- Bildaufnahmeträger
- 61
- Fuß
- 62
- Verbindungsglied
- 621
- Schraube
- 622
- Schraube
- 63
- Querhalterung
- 631
- Langloch
- 70, 70A
- Bildaufnahmevorrichtung
- 80
- Abdeckung
- 81
- Türblatt
- 90A
- verstecktes Gestell
- 100, 100A
- Werkstück
