DE102021203119A1

DE102021203119A1 - Inspektionssystem und Verfahren zur Inspektion wenigstens eines Prüfobjekts

Info

Publication number: DE102021203119A1
Application number: DE102021203119.6A
Authority: DE
Inventors: Marco Erler; Martin Krenkel
Original assignee: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH
Current assignee: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH
Priority date: 2021-03-29
Filing date: 2021-03-29
Publication date: 2022-09-29
Also published as: WO2022207599A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Inspektionssystem (1) zur Inspektion wenigstens eines Prüfobjekts (10-x), umfassend: wenigstens eine Reflexionsröntgenröhre (2-x), die dazu ausgebildet ist, Röntgenstrahlung (4) zu emittieren, wenigstens einen Röntgendetektor (6), der dazu ausgebildet ist, ein Radiographiebild (7) zu erfassen, wobei die wenigstens eine Reflexionsröntgenröhre (2-x) und der wenigstens eine Röntgendetektor (6) so ausgebildet und angeordnet sind, dass nur ein hochaufgelöster Abschnitt (4-x) der Röntgenstrahlung (4), die von der wenigstens einen Reflexionsröntgenröhre (2-x) emittiert wird, zum Radiographieren wenigstens eines Abschnitts (18-x) des wenigstens einen Prüfobjekts verwendet wird. Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Inspektion wenigstens eines Prüfobjekts (10-x).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Inspektionssystem und ein Verfahren zur Inspektion wenigstens eines Prüfobjekts.
In den vergangenen Jahren hat die Nachfrage nach Batterien, wie zum Beispiel Lithiumionen-Batterien, aufgrund der Entwicklung von mobilen Einrichtungen, wie zum Beispiel Mobiltelefonen, und dem praktischen Einsatz von Elektrofahrzeugen zugenommen. Hierdurch erhöht sich die Relevanz einer Batterieinspektion für das Liefern von sicheren und zuverlässigen Batterien, welche keine Kurzschlüsse oder Brände verursachen.
KR 2021 000 92 71 A beschreibt eine Röntgeninspektionsvorrichtung. Die Röntgeninspektionsvorrichtung enthält einen Hauptkörper und eine über dem Hauptkörper angeordnete Objektübertragungseinheit zum Übertragen eines zu prüfenden Objekts in eine Nicht-Inspektionsposition und in eine Inspektionsposition. Des Weiteren enthält die Röntgeninspektionsvorrichtung eine erste und zweite Röntgeninspektionseinheit zur Röntgeninspektion und einen Hauptabschirmraum, der die Übertragungseinheit und die erste und zweite Röntgeninspektionseinheit umgibt.
Die Erfindung basiert auf dem technischen Problem, ein verbessertes Inspektionssystem und ein verbessertes Inspektionsverfahren zur Inspektion wenigstens eines Prüfobjekts, insbesondere wenigstens einer Batterie, zu schaffen.
Gemäß der Erfindung wird das technische Problem durch ein Inspektionssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Eine der Schlüsselideen der Erfindung ist, nur einen hochaufgelösten Abschnitt der Röntgenstrahlung, die von wenigstens einer Reflexionsröntgenröhre emittiert wird, zu verwenden. Wenigstens ein Abschnitt wenigstens eines Prüfobjekts, insbesondere einer Batterie, wird radiographiert (durchstrahlt), indem dieser hochaufgelöste Abschnitt der Röntgenstrahlung auf diesen wenigstens einen Abschnitt gelenkt wird und ein Radiographiebild (Durchstrahlungsbild) von wenigstens einem Röntgendetektor erfasst wird.
Insbesondere wird ein Inspektionssystem zur Inspektion wenigstens eines Prüfobjekts vorgeschlagen, umfassend wenigstens eine Reflexionsröntgenröhre, die dazu ausgebildet ist, Röntgenstrahlung zu emittieren, wenigstens einen Röntgendetektor, der dazu ausgebildet ist, ein Radiographiebild zu erfassen, wobei die wenigstens eine Reflexionsröntgenröhre und der wenigstens eine Röntgendetektor so ausgebildet und angeordnet sind, dass nur ein hochaufgelöster Abschnitt der Röntgenstrahlung, die von der wenigstens einen Reflexionsröntgenröhre emittiert wird, zum Radiographieren wenigstens eines Abschnitts des wenigstens einen Prüfobjekts verwendet wird.
Des Weiteren wird insbesondere ein Verfahren zur Inspektion wenigstens eines Prüfobjekts bereitgestellt, umfassend: Radiographieren wenigstens eines Abschnitts des wenigstens einen Prüfobjekts durch Verwenden einer Ausbildungsform und Anordnung von wenigstens einer Reflexionsröntgenröhre und wenigstens einem Röntgendetektor, bei der nur ein hochaufgelöster Abschnitt der Röntgenstrahlung, die von der wenigstens einen Reflexionsröntgenröhre emittiert wird, verwendet wird, und Erfassen eines Radiographiebildes des wenigstens einen Abschnitts des wenigstens einen Prüfobjekts mit dem wenigstens einen Röntgendetektor.
Das Inspektionssystem und das Verfahren erlauben es, wenigstens ein Prüfobjekt, insbesondere wenigstens eine Batterie, mit hochaufgelöster Röntgenstrahlung zu radiographieren, was gestattet, ein hochaufgelöstes Röntgenradiographiebild von dem wenigstens einen Abschnitt des wenigstens einen Prüfobjekts zu erlangen.
Eine Reflexionsröntgenröhre, die auch als Reflexionsröntgenquelle bezeichnet werden kann, ist insbesondere eine Röntgenröhre, bei der die emittierten Röntgenstrahlen in einem Winkel beobachtet werden, der sich sehr von dem Winkel unterscheidet, in dem die Elektronen, die zum Erzeugen der Röntgenstrahlung verwendet werden, das Target treffen. In Bezug auf eine Oberfläche des Targets ist der Beobachtungswinkel im Vergleich zu dem Winkel, in dem die Elektronen das Target treffen, normalerweise sehr flach. Wenn sich ein Beobachtungswinkel ändert, kann sich die Größe eines zu beobachtenden Brennflecks ebenfalls ändern. In einer speziellen Richtung ändert sich die Fleckgröße nicht, weil die Änderung des Beobachtungswinkels nicht die Fläche der projizierten Elektronen ändert (für ein ebenes Target entspricht dies einer Änderung des Seitenwinkels). In einer Richtung, die senkrecht zu dieser Richtung ist (für ein ebenes Target, d. h. der Höhenwinkel), kann die Fleckgröße durch Ändern des Beobachtungswinkels geändert werden. Normalerweise wird eine Anordnung zwischen einer Reflexionsröntgenröhre und einem Röntgendetektor gewählt, die eine gleichförmige Fleckgröße über die gesamte Detektorfläche ergibt, so dass die sich ergebende Auflösung in allen Richtungen isotrop ist. Falls allerdings die Inspektionsaufgabe in Bezug auf die räumlichen Abmessungen des Prüfobjekts klar definiert ist, kann die Änderung der Brennfleckgröße mit dem Beobachtungswinkel genutzt werden. Die Erfindung nutzt die Tatsache, dass die beobachtete Brennfleckgröße und mit ihr die sich ergebende Auflösung mit dem Beobachtungswinkel geändert werden können. Insbesondere verwendet die Erfindung nur den hochaufgelösten Abschnitt der Röntgenstrahlung, die von der Reflexionsröntgenröhre emittiert wird, d. h. die (Höhen-) Winkel, von denen aus eine kleinere Brennfleckgröße zu beobachten ist, während der niedriger aufgelöste Abschnitt der Röntgenstrahlung, d. h. die (Höhen-) Winkel, von denen aus eine größere Brennfleckgröße zu beobachten ist, verworfen wird. Insbesondere kann das Inspektionssystem und/oder die wenigstens eine Reflexionsröntgenröhre einen Kollimator und/oder einen Strahlfänger umfassen, die verwendet werden, um den niedriger aufgelösten Abschnitt der Röntgenstrahlung der wenigstens einen Reflexionsröntgenröhre zu blockieren.
Reflexionsröntgenröhren können in Gruppen von Reflexionsröntgenröhren gruppiert werden, wobei eine Gruppe zu einem einzelnen Röntgendetektor gehört.
Insbesondere kann der hochaufgelöste Abschnitt entsprechend vorbestimmter Parameter ausgewählt werden, wie zum Beispiel einer vorbestimmten Obergrenze für die aus den jeweiligen Winkeln beobachtbare Brennfleckgröße (für ein ebenes Target insbesondere die Höhenwinkel).
Die wenigstens eine Reflexionsröntgenröhre ist insbesondere eine Minifokus- (-mm) und/oder eine Mikrofokus- (-10 - 100 µm) und/oder eine Hochleistungs-Reflexionsröntgenröhre. Beispiele für zu verwendende Reflexionsröntgenröhren sind: Comet MXR160HP11, Comet MXR225HP11, Varex HPX-160-11 und/oder Varex HPX-225-11.
Der wenigstens eine Röntgendetektor ist insbesondere ein Flachpaneldetektor. Allerdings kann im Prinzip auch ein Zeilendetektor verwendet werden. Beispiele für zu verwendende Röntgendetektoren sind die Folgenden: Varex 4343 (Größe: 430 × 430 mm², 3072 × 3072 px), Vieworks Vixix-4343 (Größe: 430 × 430 mm², 3072 × 3072 px), Varex 2530 (Größe: 250 × 300 mm², 1752 × 2176 px) und/oder Varex XRD3025 (Größe: 250 × 300 mm², 3008 × 2512 px).
Das erfasste Radiographiebild kann analysiert werden, indem es mit einem Referenz-Radiographiebild verglichen wird und/oder indem Messungen von Merkmalen innerhalb des erfassten Radiographiebildes vorgenommen werden. Insbesondere kann das erfasste Radiographiebild unter Verwendung von Verfahren des maschinellen Lernens und/oder der künstlichen Intelligenz und/oder der Computer Vision analysiert werden. Auf Basis der Analyseergebnisse kann ein Inspektionsergebnis erstellt und bereitgestellt werden. Das Inspektionsergebnis kann als analoges oder digitales Steuersignal bereitgestellt werden.
Das Inspektionssystem kann eine Steuereinheit umfassen, die insbesondere verwendet wird, um die wenigstens eine Reflexionsröntgenröhre und den wenigstens einen Röntgendetektor zu steuern und um das/die erfassten Radiographiebild(er) bereitzustellen und/oder zu analysieren. Die Steuereinheit kann insbesondere wenigstens eine Verarbeitungseinheit, zum Beispiel einen Mikroprozessor oder Mikrocontroller, und wenigstens einen Speicher zum Speichern von Anweisungen und/oder Daten umfassen.
Das Inspektionssystem ist oder kann ein Teil eines automatischen Inspektionssystems sein, insbesondere während der In-Line-Inspektion während oder nach der Herstellung des wenigstens einen Prüfobjekts, insbesondere der wenigstens einen Batterie.
In einer Ausführungsform umfasst das Inspektionssystem wenigstens zwei Reflexionsröntgenröhren, wobei die wenigstens zwei Reflexionsröntgenröhren und der wenigstens eine Röntgendetektor so ausgebildet und angeordnet sind, dass die hochaufgelösten Abschnitte der Röntgenstrahlung, die von den wenigstens zwei Reflexionsröntgenröhren emittiert wird, auf separaten Abschnitten des wenigstens einen Röntgendetektors abgebildet werden. Dies gestattet es, die Anzahl an Komponenten, die verwendet werden, zu reduzieren, weil wenigstens zwei Reflexionsröntgenröhren mit einem Röntgendetektor verwendet werden können. Dies wird insbesondere ermöglicht, indem nur der hochaufgelöste Abschnitt der Röntgenstrahlung, die von den Reflexionsröntgenröhren emittiert wird, verwendet wird, die einen kleineren Raumwinkel einnimmt, als wenn die gesamte Röntgenstrahlung verwendet wird. Im Prinzip ist es auch möglich, mehr als zwei Reflexionsröntgenröhren mit einem einzigen Röntgendetektor zu verwenden, zum Beispiel drei oder vier Reflexionsröntgenröhren. Insbesondere wird ein Radiographiebild als Einzelaufnahme für die Röntgenstrahlung erfasst, die aus jeder der wenigstens zwei Reflexionsröntgenröhren kommt. Mit anderen Worten: Das Radiographiebild des wenigstens einen Prüfobjekts wird nicht sequentiell unter Verwendung der hochaufgelösten Abschnitte der Röntgenstrahlung der wenigstens zwei Röntgenröhren erfasst, sondern zeitgleich.
Die wenigstens zwei Reflexionsröntgenröhren können entsprechend der Inspektionsaufgabe vom gleichen Typ oder von unterschiedlichen Typen sein (z. B. Minifokus, Mikrofokus usw.).
In einer äquivalenten Ausführungsform des Verfahrens wird Radiographieren ausgeführt, indem wenigstens zwei Reflexionsröntgenröhren verwendet werden und indem eine Ausbildungsform und Anordnung der wenigstens zwei Reflexionsröntgenröhren und des wenigstens einen Röntgendetektors verwendet werden, bei der die hochaufgelösten Abschnitte der Röntgenstrahlung, die von den wenigstens zwei Reflexionsröntgenröhren emittiert wird, auf separaten Abschnitten des wenigstens einen Röntgendetektors abgebildet werden.
Insbesondere können die wenigstens zwei Reflexionsröntgenröhren und der wenigstens eine Röntgendetektor als ein kompaktes Modul bereitgestellt werden, das einfach zu montieren ist. Ein Inspektionssystem kann einfach skaliert werden, indem solche Module vom gleichen oder von unterschiedlichen Typen hinzugefügt werden.
In einer Ausführungsform umfasst das Inspektionssystem wenigstens zwei Reflexionsröntgenröhren, wobei die wenigstens zwei Reflexionsröntgenröhren und der wenigstens eine Röntgendetektor so ausgebildet und angeordnet sind, dass die hochaufgelösten Abschnitte der Röntgenstrahlung, die von wenigstens einigen der wenigstens zwei Reflexionsröntgenröhren emittiert wird, auf unterschiedlichen Seiten des wenigstens einen Röntgendetektors abgebildet werden. Dies ermöglicht es, den wenigstens einen Röntgendetektor von beiden Seiten, insbesondere einer Vorderseite und einer Rückseite, eines Flachpanel- oder eines Zeilendetektors zu verwenden. Diese Ausführungsform ist besonders nützlich, wenn das Inspektionssystem als In-Line-Inspektionssystem verwendet wird. Weil In-Line-Inspektion normalerweise mit einer zeitlichen Beschränkung zum Transportieren von Prüfobjekten zum und vom Inspektionssystem einhergeht, kann diese Ausführungsform verwendet werden, um die Leerlaufzeit des Detektors während des Transports eines Prüfobjekts auf der einen Seite des Detektors zu nutzen, indem ein Radiographiebild eines anderen Prüfobjekts, das sich auf der anderen Seite des Detektors befindet, erfasst wird und umgekehrt. Insbesondere kann ein Zwei-Linien-Inspektionssystem mit zwei Transportzuführungen durch Verwenden des Röntgendetektors auf beiden Seiten bereitgestellt werden. Beispiele für Röntgendetektoren, die von beiden Seiten verwendet werden können, sind: Varex 2530HE und Varex 4343HE.
In einer äquivalenten Ausführungsform des Verfahrens wird Radiographieren ausgeführt, indem wenigstens zwei Reflexionsröntgenröhren verwendet werden und indem eine Ausbildungsform und Anordnung der wenigstens zwei Reflexionsröntgenröhren und des wenigstens einen Röntgendetektors verwendet werden, bei der die hochaufgelösten Abschnitte der Röntgenstrahlung, die von wenigstens einigen der wenigstens zwei Reflexionsröntgenröhren emittiert wird, auf unterschiedliche Seiten des wenigstens einen Röntgendetektors abgebildet werden.
In einer Ausführungsform umfasst das Inspektionssystem wenigstens ein Röntgenstrahldämpfungselement, um einen Abschnitt wenigstens eines der hochaufgelösten Abschnitte der Röntgenstrahlung, die von der wenigstens einen oder wenigstens zwei Reflexionsröntgenröhren emittiert wird, in einer vorbestimmten Weise zu dämpfen. Auf diese Weise kann die Intensität der Röntgenstrahlung eingestellt werden. Insbesondere gestattet das Röntgenstrahldämpfungselement, die Röntgenintensität innerhalb eines Abschnitts von höherer Röntgenintensität zu reduzieren und sie in einem Abschnitt von geringerer Röntgenintensität auf eine Röntgenintensität einzustellen. Dies ist insbesondere nützlich, um die Röntgenintensität anzugleichen und/oder die Röntgenintensität lokal (z. B. abhängig von einer Position) auf einen vorbestimmten Pegel zu dämpfen. Ein veranschaulichendes Beispiel wird im Folgenden gegeben: Der Abstand zwischen der wenigstens einen Reflexionsröntgenröhre und dem wenigstens einen Röntgendetektor wird normalerweise auf eine geringere Intensität eingestellt, die einer kleineren Brennfleckgröße entspricht, während sich das wenigstens eine Prüfobjekt im Strahlweg befindet. Mit dem Ändern des (Höhen-) Winkels nimmt die Brennfleckgröße zu, so dass Abschnitte des wenigstens einen Prüfobjekts entsprechend dem geänderten Winkel eine größere Röntgenintensität empfangen (aufgrund der größeren Brennfleckgröße, die aus dem geänderten Winkel gesehen werden kann). Falls diese Abschnitte auf den wenigstens einen Röntgendetektor abgebildet würden, würde der Detektor gesättigt werden. Um dies zu vermeiden, wird das wenigstens eine Strahldämpfungselement verwendet, um die Intensität für diesen Abschnitt zu verringern. Das wenigstens eine Röntgenstrahldämpfungsglied ist insbesondere zwischen der wenigstens einen Reflexionsröntgenröhre und dem wenigstens einen Prüfobjekt angeordnet, genauer gesagt, direkt vor der wenigstens einen Reflexionsröntgenröhre. Das wenigstens eine Strahldämpfungselement kann zum Beispiel ein Keil aus Röntgenstrahlen absorbierendem Material sein (z. B. AI, Cu, Keramik usw.). Der Keil stellt eine positionsabhängige Dämpfung bereit, was zum Einstellen einer (höhen-) winkelabhängigen Intensität der Röntgenstrahlung besonders nützlich sein kann. Alternativ kann das wenigstens eine Strahldämpfungselement aus einer oder mehreren Schichten von Röntgenstrahlen absorbierendem Material bestehen, insbesondere mit zunehmender Dicke, um einfaches Einstellen der Dämpfungsgröße zu gestatten.
In einer äquivalenten Ausführungsform des Verfahrens wird ein Abschnitt wenigstens eines der hochaufgelösten Abschnitte der Röntgenstrahlung, die von der wenigstens einen oder wenigstens zwei Reflexionsröntgenröhren emittiert wird, in einer vorbestimmten Weise durch Verwenden wenigstens eines Röntgenstrahldämpfungselements gedämpft.
In einer Ausführungsform umfasst das Inspektionssystem wenigstens einen Strahlfänger, wobei der wenigstens eine Strahlfänger zwischen dem wenigstens einen Prüfobjekt und dem wenigstens einen Röntgendetektor angeordnet ist und wobei der wenigstens eine Strahlfänger wenigstens eine Öffnung umfasst, die in Übereinstimmung mit dem wenigstens einen Abschnitt des wenigstens einen zu radiographierenden Prüfobjekts ausgebildet und angeordnet ist. Dies gestattet, Sekundärstrahlung, wie zum Beispiel Streustrahlung, zu reduzieren und ein Signal-Rausch-Verhältnis zu erhöhen.
In einer äquivalenten Ausführungsform des Verfahrens wird wenigstens ein Strahlfänger verwendet, wobei der wenigstens eine Strahlfänger zwischen dem wenigstens einen Prüfobjekt und dem wenigstens einen Röntgendetektor angeordnet ist und wobei der wenigstens eine Strahlfänger wenigstens eine Öffnung umfasst, die in Übereinstimmung mit dem wenigstens einen Abschnitt des wenigstens einen zu radiographierenden Prüfobjekts ausgebildet und angeordnet ist.
In einer Ausführungsform sind die wenigstens zwei Reflexionsröntgenröhren und der wenigstens eine Röntgendetektor so ausgebildet und angeordnet, dass die hochaufgelösten Abschnitte der Röntgenstrahlung, die von den wenigstens zwei Reflexionsröntgenröhren emittiert wird, durch wenigstens teilweise überlappende Abschnitte des wenigstens einen Prüfobjekts zeitgleich aus unterschiedlichen Richtungen laufen können. Diese Ausführungsform gestattet, zusätzlich eine Tiefeninformation von dem wenigstens einen Prüfobjekt zu erlangen. Auf diese Weise kann im Prinzip eine Schichtenaufnahme/Tomosynthese des wenigstens einen Prüfobjekts durch Erfassen eines Radiographiebildes als Einzelaufnahme erlangt werden.
In einer äquivalenten Ausführungsform des Verfahrens wird wenigstens ein Abschnitt des wenigstens einen Prüfobjekts zeitgleich aus unterschiedlichen Richtungen radiographiert.
In einer Ausführungsform umfasst das Inspektionssystem wenigstens ein Positionierungsmittel, das dazu ausgebildet ist, das wenigstens eine Prüfobjekt zu/in einer vorbestimmten Position und/oder Ausrichtung zwischen der wenigstens einen oder wenigstens zwei Reflexionsröntgenröhren und dem wenigstens einen Röntgendetektor zum Radiographieren zu transportieren und/oder anzuordnen. Das Positionierungsmittel kann ein Förderband umfassen, das das wenigstens eine Prüfobjekt zu einer und von einer vorbestimmten Messposition zwischen der wenigstens einen oder wenigstens zwei Reflexionsröntgenröhren und dem wenigstens einen Röntgendetektor transportiert. An den Positionen, an denen das wenigstens eine Prüfobjekt radiographiert werden soll, kann dieses Förderband Öffnungen aufweisen, um Interferenz zu vermeiden. Des Weiteren kann das Positionierungsmittel einen Träger und/oder eine Halterung umfassen, um das wenigstens eine Prüfobjekt während des Erfassens der Radiographie in einer vorbestimmten Position und/oder Ausrichtung zu halten. Das Positionierungsmittel kann des Weiteren Aktuatoren und/oder Sensoren zur Manipulation und Steuerung umfassen.
In einer Ausführungsform umfasst das Inspektionssystem wenigstens einen Aktuator, um die wenigstens eine oder wenigstens zwei Reflexionsröntgenröhren und/oder den wenigstens einen Röntgendetektor in einer vorbestimmten Position und/oder Ausrichtung zu positionieren und/oder auszurichten. Dies gestattet, die wenigstens eine oder wenigstens zwei Reflexionsröntgenröhren und/oder den wenigstens einen Röntgendetektor entsprechend speziellen Inspektionsaufgaben zu positionieren und/oder auszurichten. Zusätzlich gestattet dies das Rekonfigurieren des Inspektionssystems für unterschiedliche Typen von Prüfobjekten, insbesondere unterschiedliche Batterietypen (z. B. unterschiedliche Größen, Formen usw.). Eine Steuereinheit des Inspektionssystems kann bereitgestellt sein, um den wenigstens einen Aktuator entsprechend vorbestimmten Parametern zu steuern, die einer speziellen Ausbildungsform entsprechen, in der das wenigstens eine Prüfobjekt inspiziert werden soll.
In einer speziellen Ausführungsform des Verfahrens ist das wenigstens eine Prüfobjekt eine Batterie. Insbesondere ist die Batterie eine prismatische Batterie.
In einer weiterentwickelten Ausführungsform des Verfahrens wird wenigstens eine Schichtabfolge der wenigstens einen Batterie radiographiert. Insbesondere umfasst die Schichtabfolge abwechselnde Schichten eines Anodenmaterials, eines Isoliermaterials und eines Kathodenmaterials. Unter Verwendung des Radiographiebildes, das durch das in dieser Offenbarung beschriebene Verfahren erlangt wird, kann die Schichtentrennung inspiziert und analysiert werden. Die Inspektion und/oder Analyse kann die Anwendung von Verfahren der künstlichen Intelligenz und/oder des maschinellen Lernens und/oder der Computer Vision umfassen.
In einer speziellen Ausführungsform des Verfahrens werden Endabschnitte der wenigstens einen Batterie radiographiert. Diese Endabschnitte, zum Beispiel Ecken der wenigstens einen Batterie, sind besonders geeignet, um die Schichtabfolge und die Schichttrennung zu inspizieren.
In einer weiteren weiterentwickelten Ausführungsform des Verfahrens werden wenigstens einige der Endabschnitte der wenigstens einen Batterie zwischen der wenigstens einen Reflexionsröntgenröhre und dem wenigstens einen Röntgendetektor so angeordnet, dass diese Endabschnitte der wenigstens einen Batterie zeitgleich vom hochaufgelösten Abschnitt der Röntgenstrahlung, die von der wenigstens einen Reflexionsröntgenröhre emittiert wird, radiographiert werden.
In einer Ausführungsform des Verfahrens ist während des Radiographierens das wenigstens eine Prüfobjekt oder die Batterie zwischen der wenigstens einen Reflexionsröntgenröhre und dem wenigstens einen Röntgendetektor so angeordnet, dass wenigstens zwei Abschnitte des wenigstens einen Prüfobjekts oder der Batterie von unterschiedlichen Abschnitten des hochaufgelösten Abschnitts einer der wenigstens einen Reflexionsröntgenröhre radiographiert werden und auf vorbestimmten Positionen auf dem wenigstens einen Röntgendetektor zeitgleich abgebildet werden. Die vorbestimmten Positionen können zum Beispiel einen möglichst kleinen Abstand aufweisen, so dass die Abschnitte, die radiographiert werden, auf dem Röntgendetektor so nahe zusammen wie möglich radiographiert werden. Auf diese Weise können mehrere Abschnitte des wenigstens einen Prüfobjekts oder der wenigstens einen Batterie von einer einzigen Reflexionsröntgenröhre radiographiert werden.
In einer weiterentwickelten Ausführungsform des Verfahrens ist das wenigstens eine Prüfobjekt oder die Batterie so angeordnet, dass eine imaginäre Achse, die die wenigstens zwei zu radiographierenden Abschnitte verbindet, in Bezug auf eine Ebene des wenigstens einen Röntgendetektors und/oder eines Förderbands geneigt ist. Insbesondere bedeutet geneigt in diesem Kontext, dass ein Vektor, der die imaginäre Achse definiert, eine Komponente aufweist, die nicht durch die Vektoren, die die Ebenen definieren, ausgedrückt werden kann. Dies gestattet es, die wenigstens zwei Abschnitte in einem Radiographiebild nahe zusammen anzuordnen. Dies ist insbesondere vorteilhaft, weil mehrere Abschnitte zeitgleich mit dem hochaufgelösten Abschnitt der Röntgenstrahlung radiographiert werden können.
In einer Ausführungsform des Inspektionssystems ist die wenigstens eine Reflexionsröntgenröhre in Bezug auf eine Ebene des wenigstens einen Röntgendetektors geneigt, so dass ein Winkel zwischen einer Ebene einer Oberfläche eines Targets der wenigstens einen Reflexionsröntgenröhre und einer Ebene des wenigstens einen Röntgendetektors einen vorbestimmten Winkel aufweist.
In einer äquivalenten Ausführungsform des Verfahrens ist während des Radiographierens die wenigstens eine Reflexionsröntgenröhre in Bezug auf eine Ebene des wenigstens einen Röntgendetektors geneigt, so dass ein Winkel zwischen einer Ebene einer Oberfläche eines Targets der wenigstens einen Reflexionsröntgenröhre und einer Ebene des wenigstens einen Röntgendetektors einen vorbestimmten Winkel aufweist. Auf diese Weise können die höher aufgelösten Teile des höher aufgelösten Abschnitts der Röntgenstrahlung insbesondere auf (mehrere) Abschnitte des wenigstens einen Prüfobjekts oder der Batterie, die radiographiert werden soll, gelenkt werden. Mit anderen Worten: Aufgrund des Neigens kann ein größerer (vorbestimmter) Abschnitt des hochaufgelösten Abschnitts der Strahlung der wenigstens einen Reflexionsröntgenröhre auf den gleichen Abschnitt des wenigstens einen Röntgendetektors abgebildet werden. Insbesondere wird der vorbestimmte Winkel entsprechend den Abschnitten festgelegt, die radiographiert werden sollen, einer Auflösung des höher aufgelösten Abschnitts der Röntgenstrahlung, die verwendet werden soll, um das Radiographieren dieser Abschnitte durchzuführen, und der Positionen, auf die die Abschnitte auf dem wenigstens einen Röntgendetektor abgebildet werden sollen.
In einer speziellen Ausführungsform des Verfahrens ist während des Radiographierens das wenigstens eine Prüfobjekt oder die Batterie zwischen der wenigstens einen Reflexionsröntgenröhre und dem wenigstens einen Röntgendetektor so angeordnet, dass ein Abschnitt des wenigstens einen Prüfobjekts oder der Batterie, der von einem höher aufgelösten Teil des hochaufgelösten Abschnitts der Röntgenstrahlung der wenigstens einen Reflexionsröntgenröhre radiographiert wird, näher an der wenigstens einen Reflexionsröntgenröhre ist als der Abschnitt des wenigstens einen Prüfobjekts oder der Batterie, der von einem niedriger aufgelösten Teil des hochaufgelösten Abschnitts der Röntgenstrahlung der wenigstens einen Reflexionsröntgenröhre radiographiert wird. Auf diese Weise kann die Auflösung der Abschnitte des erfassten Radiographiebildes effektiv die gleiche sein. Weil die geometrische Vergrößerung das Verhältnis des Abstands zwischen der Röntgenquelle und dem Prüfobjekt zum Abstand zwischen der Röntgenquelle und dem Röntgendetektor ist, werden Abschnitte des Prüfobjekts mit einem anderen Abstand zum Detektor mit einer anderen Auflösung abgebildet (Sampling). Falls der Abschnitt des wenigstens einen Prüfobjekts oder der Batterie, der von einem höher aufgelösten Teil des hochaufgelösten Abschnitts der Röntgenstrahlung der wenigstens einen Reflexionsröntgenröhre radiographiert wird, näher an der wenigstens einen Reflexionsröntgenröhre ist als der Abschnitt des wenigstens einen Prüfobjekts oder der Batterie, der von einem niedriger aufgelösten Teil des hochaufgelösten Abschnitts der Röntgenstrahlung der wenigstens einen Reflexionsröntgenröhre radiographiert wird, können die beiden Wirkungen einander kompensieren, so dass die effektive Auflösung im Wesentlichen die gleiche ist.
Zusätzlich oder alternativ können die unterschiedlichen Auflösungen unterschiedlicher Abschnitte des wenigstens einen Prüfobjekts, die sich aus der Anordnung des wenigstens einen Prüfobjekts ergeben, auch während der Analyse des erfassten Radiographiebildes berücksichtigt werden. Die Analyse berücksichtigt dann die Position und/oder die Ausrichtung des wenigstens einen Prüfobjekts zwischen der jeweiligen Reflexionsröntgenröhre und dem Röntgendetektor und die Winkel der Röntgenemission, die sich daraus ergeben (d. h. die Höhenwinkel in Bezug auf eine Target-Oberfläche).
Die Erfindung wird nachstehend basierend auf bevorzugten beispielhaften Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlicher erklärt. In den Zeichnungen gilt:

Die 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des Inspektionssystems zur Inspektion wenigstens eines Prüfobjekts;
die 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Reflexionsröntgenröhre, um die Erfindung zu veranschaulichen;
die 3a zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des Inspektionssystems zur Inspektion wenigstens eines Prüfobjekts;
die 3b zeigt ein schematisches Diagramm der Winkelabhängigkeit der Emissionsintensität der Röntgenstrahlung, um eine Anwendung der Ausführungsform der 3a zu veranschaulichen;
die 4 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des Inspektionssystems zur Inspektion von Batterien;
die 5 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung der Ausführungsform der 4;
die 6 zeigt eine schematische Abbildung, um den Ursprung eines Materialkontrasts in einem Radiographiebild einer prismatischen Batterie zu veranschaulichen;
die 7 zeigt eine schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform des Inspektionssystems zur Inspektion wenigstens eines Prüfobjekts;
die 8 zeigt eine schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform des Inspektionssystems zur Inspektion wenigstens eines Prüfobjekts;
die 9a zeigt eine schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform des Inspektionssystems zur Inspektion von verlängerten Batterien als Prüfobjekte;
die 9b zeigt eine schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform des Inspektionssystems zur Inspektion von kleinen Kompaktbatterien als Prüfobjekte;
die 10 zeigt eine schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform des Inspektionssystems;
die 11 zeigt eine schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform des Inspektionssystems.

Die 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des Inspektionssystems 1 zur Inspektion wenigstens eines Prüfobjekts 10-1, 10-2. Das Inspektionssystem 1 umfasst zwei Reflexionsröntgenröhren 2-1, 2-2 und einen Röntgendetektor 6, der insbesondere vom Flachpaneltyp ist. Des Weiteren kann das Inspektionssystem 1 eine Steuereinheit 8 umfassen, die zum Steuern des Inspektionssystems 1 verwendet wird. Das Inspektionssystem 1 ist insbesondere dazu ausgebildet, das in dieser Offenbarung beschriebene Verfahren durchzuführen.
Die Reflexionsröntgenröhren 2-1, 2-2 sind dazu ausgebildet, Röntgenstrahlung 4 zu emittieren. Der Röntgendetektor 6 ist dazu ausgebildet, ein Radiographiebild 7 der radiographierten Prüfobjekte 10-1, 10-2 zu erfassen. Die beiden Reflexionsröntgenröhren 2-1, 2-2 und der Röntgendetektor 6 sind so ausgebildet und angeordnet, dass nur ein hochaufgelöster Abschnitt 4-1, 4-2 der Röntgenstrahlung 4, die von den Reflexionsröntgenröhren 2-1, 2-2 emittiert wird, für das Radiographieren wenigstens eines Abschnitts der Prüfobjekte 10-1, 10-2 verwendet wird. Zu diesem Zweck umfasst das Inspektionssystem 1 die Kollimatoren 3-1, 3-2 (oder Strahlfänger) vor den (oder im Inneren der) Reflexionsröntgenröhren 2-1, 2-2, die die niedriger aufgelösten Abschnitte 5-1, 5-2 der emittierten Röntgenstrahlung 4 blockieren.
Das Inspektionssystem 1 kann des Weiteren eine Abschirmung (nicht dargestellt) umfassen, die dazu ausgebildet ist, die von den Reflexionsröntgenröhren 2-1, 2-2 emittierte Röntgenstrahlung 4 abzuschirmen, so dass das Inspektionssystem 1 in einer Fertigungslinie in-line integriert werden kann.
Die Steuereinheit 8 umfasst eine Verarbeitungseinheit 8-1 und einen Speicher 8-2. Die Verarbeitungseinheit 8-1 kann ein Mikroprozessor oder ein Mikrocontroller sein, der dazu ausgebildet ist, im Speicher 8-2 gespeicherten Programmcode auszuführen, um das vom Röntgendetektor 6 erfasste Radiographiebild 7 zu analysieren. Die Analyse kann das Verwenden von Verfahren der künstlichen Intelligenz und/oder des maschinellen Lernens umfassen. Nach der Analyse kann die Steuereinheit 8 ein Steuersignal 9 bereitstellen, das Informationen in Bezug auf Parameter der Prüfobjekte 10-1, 10-2 umfasst, zum Beispiel, ob die Prüfobjekte 10-1, 10-2 vorbestimmte Parameter erfüllen oder vorbestimmten Qualitätskriterien genügen.
Eine spezielle Ausführungsform des Inspektionssystems 1 ist dazu ausgebildet, eine oder mehrere Batterien durch Radiographieren und Analysieren einer Schichtabfolge innerhalb der Batterien zu inspizieren.
Das Inspektionssystem 1 kann wenigstens ein Positionierungsmittel (nicht dargestellt) umfassen, das dazu ausgebildet ist, die Prüfobjekte 10-1, 10-2 zu/in einer vorbestimmten Position und/oder Ausrichtung zwischen den Reflexionsröntgenröhren 2-1, 2-2 und dem Röntgendetektor 6 zum Radiographieren zu transportieren und/oder anzuordnen. Das Positionierungsmittel kann ein Förderband (nicht dargestellt) umfassen.
Die 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Reflexionsröntgenröhre 2, um die Erfindung zu veranschaulichen. In der Reflexionsröntgenröhre 2 wird ein Elektronenstrahl 11 auf ein (Wolfram-) Target 12 fokussiert, dadurch wird ein Brennfleck auf dem Target 12 definiert. Durch Interaktion der Elektronen des Elektronenstrahls 11 mit dem Target 12 werden Röntgenstrahlen in alle Richtungen emittiert, die durch die Hemisphäre über dem Target 12 definiert sind. Die Auflösung, die in einer Radiographie erreicht werden kann, bei der Röntgenstrahlung in einer spezifischen Richtung emittiert wird, hängt von der Größe des aus dieser spezifischen Richtung gesehenen Brennflecks ab. Insbesondere ist die Auflösung vom Sichtwinkel in der Papierebene der schematischen Darstellung, d. h. einer Ebene, die durch die Bewegungsrichtung der Elektronen im Elektronenstrahl 11 definiert ist, und der Richtung, in die das Target 12 in Bezug auf die Bewegungsrichtung der Elektronen geneigt ist, abhängig. Mit anderen Worten: Falls das Target 12 eben ist, ändert sich die Auflösung mit dem Höhenwinkel, während sie mit dem Seitenwinkel konstant bleibt. Die winkelabhängige Auflösung wird für zwei Beispiele veranschaulicht: Bei einem steileren Winkel 13 ist die Brennfleckgröße größer als für flachere Winkel 14. In einem veranschaulichenden Extrembeispiel würde die Brennfleckgröße null erreichen, wenn ein Sichtwinkel parallel zur Oberfläche des Targets 12 gewählt wird. Beispielhafte Werte für die winkelabhängige Auflösung variieren zwischen weniger als 100 µm für flache Winkel und etwa 250 µm für steilere Winkel (siehe die virtuelle Detektorebene, die auf der rechten Seite der 2 gezeigt wird).
Die Erfindung nutzt diesen Effekt und verwendet nur den hochaufgelösten Abschnitt der Röntgenstrahlung 4, der den eher flachen Winkeln entspricht. Im Gegensatz dazu wird der niedriger aufgelöste Abschnitt von einem Kollimator und/oder einem Strahlfänger (nicht dargestellt) blockiert.
Die 3a zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des Inspektionssystems 1 zur Inspektion wenigstens eines Prüfobjekts 10. Im Prinzip ist die Ausführungsform der in der 1 gezeigten Ausführungsform ähnlich. Ähnliche Referenzzeichen geben ähnliche Merkmale und Begriffe an.
Die in der 3a gezeigte Ausführungsform umfasst ein Röntgenstrahldämpfungselement 15. Das Röntgenstrahldämpfungselement 15 ist insbesondere zwischen der Reflexionsröntgenröhre 2 und dem Prüfobjekt 10 angeordnet, genauer gesagt, vor der Reflexionsröntgenröhre 2. Das Strahldämpfungselement 15 kann zum Beispiel ein Keil aus Röntgenstrahlen absorbierendem Material sein (z. B. AI, Cu, Keramik usw.). Der Keil stellt eine positions- oder winkelabhängige Dämpfung bereit, was zum Einstellen einer winkelabhängigen Intensität der Röntgenstrahlung besonders nützlich sein kann. Alternativ kann das Strahldämpfungselement 15 aus einer oder mehreren gestapelten Schichten aus Röntgenstrahlen absorbierendem Material bestehen, insbesondere mit zunehmender Dicke in Richtung einer zunehmenden Intensität.
Die 3b zeigt ein schematisches Diagramm der Winkelabhängigkeit der Emissionsintensität der Röntgenstrahlung einer Reflexionsröntgenröhre (MXR-225HP/11), um eine Anwendung der Ausführungsform der 3a zu veranschaulichen. Die x-Achse 30 stellt den Winkel in Grad dar, und die y-Achse 31 stellt die Dosisleistung in µGy/s als ein Maß der Röntgenintensität dar. Für alle gezeigten Röntgenenergien zeigt die Röntgenintensität eine starke Winkelabhängigkeit. Unter Verwendung des Röntgenstrahldämpfungselements 15 (3a) kann diese Intensität in einer vorbestimmten Weise abgeglichen werden, so dass mehrere Abschnitte eines Prüfobjekts mit einer vorbestimmten, insbesondere einer ähnlichen Röntgenintensität radiographiert werden können.
Die 4 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des Inspektionssystems 1 zur Inspektion von Batterien 16-1, 16-2 als die Prüfobjekte 10-1, 10-2. Im Prinzip ist die Ausführungsform der in der 1 gezeigten Ausführungsform ähnlich. Ähnliche Referenzzeichen geben ähnliche Merkmale und Begriffe an. Eine dreidimensionale perspektive Ansicht des in einer Fertigungslinie in-line integrierten Inspektionssystems wird in der 5 gezeigt.
Das Inspektionssystem 1 umfasst zwei Reflexionsröntgenröhren 2-1, 2-2 und einen Röntgendetektor 6. Die Reflexionsröntgenröhren 2-1, 2-2 und der Röntgendetektor 6 können kombiniert werden, so dass sie ein Modul bilden. Die beiden Reflexionsröntgenröhren 2-1, 2-2 und der Röntgendetektor 6 sind um ein Positionierungsmittel 17 fest montiert (5). Das Positionierungsmittel 17 umfasst ein Förderband 27, das die Batterien 16-1, 16-2 von einer Seite in das Inspektionssystem 1 einführt und die Batterien 16-1, 16-2 nach der Inspektion vom Inspektionssystem 1 wegtransportiert. Der Röntgendetektor 6 ist unter einer unteren Seite des Förderbands 27 angeordnet; die Reflexionsröntgenröhren 2-1, 2-2 sind über dem Förderband 18 angeordnet. Die Batterien 16-1, 16-2 werden, jeweils zwei auf einmal, in die Strahlwege der hochaufgelösten Abschnitte 4-1, 4-2 der Röntgenstrahlung, die von den beiden Reflexionsröntgenröhren 2-1, 2-2 emittiert wird, eingeführt.
Die Endabschnitte 18-1, 18-2, 18-3, 18-4 der Batterien 16-1, 16-2 werden zwischen den Reflexionsröntgenröhren 2-1, 2-2 und dem Röntgendetektor 6 so angeordnet, dass die Endabschnitte 18-1, 18-2, 18-3, 18-4 der Batterien 16-1, 16-2 zeitgleich vom hochaufgelösten Abschnitt 4-1, 4-2 der Röntgenstrahlung, die von den Reflexionsröntgenröhren 2-1, 2-2 emittiert wird, radiographiert werden können. Um die Durchstrahlungslänge (siehe schwarze Pfeile im Inneren der Batterie 16-2 in der 4) der Röntgenstrahlung im Bereich der Endabschnitte 18-1, 18-2, 18-3, 18-4 zu verringern, werden die Endabschnitte 18-1, 18-2, 18-3, 18-4 um einen Winkel von einer zu einer Ebene des Röntgendetektors 6 senkrechten Richtung versetzt. Um einen Versatzwinkel weiter zu erhöhen, werden die Reflexionsröntgenröhren 2-1, 2-2 (und mit ihnen die Richtung, in der die jeweilige Röntgenstrahlung emittiert wird) zusätzlich um ungefähr weitere 10° in Bezug auf die zur Ebene des Röntgendetektors 6 senkrechte Ebene geneigt.
Während des Radiographierens sind die Batterien 16-1, 16-2 zwischen den Reflexionsröntgenröhren 2-1, 2-2 und dem Röntgendetektor 6 so angeordnet, dass ein Abschnitt der Batterie, der von einem höher aufgelösten Teil des hochaufgelösten Abschnitts 4-1, 4-2 der Röntgenstrahlung der Reflexionsröntgenröhren 2-1, 2-2 radiographiert wird, näher an der jeweiligen Reflexionsröntgenröhre 2-1, 2-2 ist als der Abschnitt der Batterie 16-1, 16-2, der von einem niedriger aufgelösten Teil des hochaufgelösten Abschnitts 4-1, 4-2 der Röntgenstrahlung der Reflexionsröntgenröhren 2-1, 2-2 radiographiert wird. In dem gezeigten Beispiel verringert sich die Auflösung, die mit der Röntgenstrahlung 4-1, 4-2 erreicht werden kann, jeweils von den Kanten des Röntgendetektors 6 zur Mitte des Detektors. Deshalb sind auch die Endabschnitte 18-2, 18-4, die näher an den Kanten sind, näher am Detektor 6 angeordnet, wohingegen die Endabschnitte 18-1, 18-3, die näher an der Mitte des Detektors 6 sind, weiter entfernt vom Detektor 6 angeordnet sind. Weil die Vergrößerung mit dem Verhältnis des Abstands zwischen der Reflexionsröntgenröhre 2-1, 2-2 und den Batterien 16-1, 16-2 und dem Abstand zwischen der Reflexionsröntgenröhre 2-1, 2-2 und dem Röntgendetektor 6 ihre Größe ändert, kann die effektive Auflösung, die für die Endabschnitte 18-1, 18-2, 18-3, 18-4 erreicht werden kann, so eingestellt werden, dass sie ähnlich ist, indem die Endabschnitte 18-1, 18-2, 18-3, 18-4 der Batterien 16-1, 16-2 so angeordnet werden.
Das Positionierungsmittel 17, insbesondere das Förderband 27, kann Träger und/oder Halterungen (nicht dargestellt) umfassen, um die Batterien 16-1, 16-2 in der geeigneten Position und/oder Ausrichtung zu halten.
Um Beschädigung an Kontaktfolien der Batterien 16-1, 16-2 zu vermeiden, können die Batterien 16-x so angeordnet sein, dass die Batterien 16-3, 16-4, die direkt auf die Batterien 16-1, 16-2 folgen, in der Position in einer Richtung parallel zur Ebene des Detektors 6 versetzt sind. Dieser Versatz kann paarweise wiederholt werden (wie in der 5 gezeigt wird). Weil die Batterien 16-x auf der Linie auf diese Weise in Bezug auf die Richtung der Röntgenstrahlung 4-1, 4-2 sehr nah zueinander angeordnet sein können, ist es möglich, mit dieser Ausführungsform des Inspektionssystems 1 Radiographien von Endabschnitten 18-x von vier Batterien 16-x zur gleichen Zeit zu erfassen (siehe auch die 7).
Die 6 zeigt eine schematische Abbildung, um den Ursprung eines Materialkontrasts innerhalb eines Radiographiebildes einer (prismatischen) Batterie 16 zu veranschaulichen. Die Batterie 16 umfasst eine Anordnung von abwechselnden Schichten aus Anoden-, Isolier- und Kathodenmaterial. Ein Ziel der Batterieinspektion ist es, eine Trennung dieser Schichten zu inspizieren. Bei Betrachtung aus der Richtung, die in der 6 gezeigt wird, d. h. im Querschnitt der Schichten, sieht die Schichtanordnung der (prismatischen) Batterie 16 wie eine Pferderennbahn aus (nur ein Endabschnitt 18 wird gezeigt). Wenn ein einzelnes Radiographiebild des Endabschnitts 18 aus einer zur Sichtrichtung senkrechten Richtung aufgenommen wird, tragen nur die Abschnitte der Schichten, die entlang den Ausbreitungsrichtungen der Röntgenstrahlung 4-1 laufen, zu einem Materialkontrast in einem Radiographiebild bei, das mit einem Röntgendetektor 6 aufgenommen wird (siehe die fett markierten Abschnitte). Die Dämpfung der anderen Abschnitte gleicht sich aus und trägt nicht zum Materialkontrast bei. Der Beitrag zum Materialkontrast nimmt für die äußeren Schichten zu, weil der Biegeradius größer wird. Auf diese Weise ist es möglich, die Schichtanordnung der (prismatischen) Batterie 16 mit einer einzigen Radiographie zu inspizieren. Es ist allerdings besonders wichtig, dass die Röntgenstrahlung 4-1 die Schichten in einer Richtung durchdringt, die im Wesentlichen senkrecht zu dieser Achse 19 ist, um die die Schichten des Endabschnitts 18 gewickelt sind. In Richtungen, die nicht im Wesentlichen senkrecht zur Achse 19 sind, werden Endabschnitte der Schichten auf unterschiedliche Positionen des Röntgendetektors 6 abgebildet, woraus sich ein reduzierter Materialkontrast ergibt. Das sich ergebende Radiographiebild wäre für die Inspektion weniger oder nicht geeignet.
Die 7 zeigt eine schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform des Inspektionssystems 1 zur Inspektion von Prüfobjekten 10-x. Im Prinzip ist die Ausführungsform der in der 1 gezeigten Ausführungsform ähnlich. Ähnliche Referenzzeichen geben ähnliche Merkmale und Begriffe an. Die Prüfobjekte 10-x in diesem Beispiel sind die Batterien 16-x, die so ausgerichtet sind, dass die Endabschnitte 18-x (von denen nicht alle mit einem Referenzzeichen markiert sind) von zwei aufeinanderfolgenden Batterien 16-x auf der Linie von einer der beiden Reflexionsröntgenröhren 2-1, 2-2 radiographiert werden. Die aufeinanderfolgenden Batterien 16-x weisen unterschiedliche Abstände zum Röntgendetektor 6 auf, so dass die Endabschnitte 18-x von aufeinanderfolgenden Batterien 16-x zusammen radiographiert werden können, jedoch die empfindlichen Kontaktfolien der aufeinanderfolgenden Batterien 16-x nicht beschädigt werden.
In der gezeigten Ausführungsform umfasst das Inspektionssystem 1 einen Strahlfänger 20, wobei der Strahlfänger 20 zwischen den Prüfobjekten 10-x und dem Röntgendetektor 6 angeordnet ist. Der Strahlfänger 20 ist direkt vor dem Röntgendetektor 6 angeordnet. Der Strahlfänger 20 umfasst die Öffnungen 21-x, die in Übereinstimmung mit Abschnitten der Prüfobjekte 10-x, die radiographiert werden sollen, ausgebildet und angeordnet sind. Insbesondere sind die Öffnungen 21-x in Übereinstimmung mit Positionen der Endabschnitte 18-x der Batterien 16-x. Der Strahlfänger 20 kann den Einfluss von gestreuter Strahlung im Signal des Röntgendetektors 6 reduzieren.
Die 8 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des Inspektionssystems 1 zur Inspektion wenigstens eines Prüfobjekts 10. Im Prinzip ist die Ausführungsform der in der 1 gezeigten Ausführungsform ähnlich. Ähnliche Referenzzeichen geben ähnliche Merkmale und Begriffe an. Das Inspektionssystem 1 umfasst drei Reflexionsröntgenröhren 2-x und einen Röntgendetektor 6. Die drei Reflexionsröntgenröhren 2-x und der Röntgendetektor 6 sind so ausgebildet und angeordnet, dass die hochaufgelösten Abschnitte 4-x der Röntgenstrahlung, die von den Reflexionsröntgenröhren 2-x emittiert wird, durch wenigstens teilweise überlappende Abschnitte 18 des Prüfobjekts 10 (z. B. der Batterie 16) zeitgleich aus unterschiedlichen Richtungen laufen können. Die Radiographien aus unterschiedlichen Richtungen werden auf unterschiedlichen Abschnitten des Röntgendetektors 6 in einem einzigen Radiographiebild abgebildet. Neben der hochaufgelösten Inspektion des Prüfobjekts 10 kann diese Ausführungsform auch zusätzliche Informationen in Bezug auf die Tiefe von Merkmalen innerhalb des Prüfobjekts 10 bereitstellen. Weil die Röntgenstrahlung aus unterschiedlichen Richtungen nicht miteinander interagiert und auf unterschiedlichen Abschnitten des Röntgendetektors 6 abgebildet wird, der ein einziges Radiographiebild erfasst, ist es ausreichend, Tiefeninformationen innerhalb des radiographierten Abschnitts 18 des Prüfobjekts 10 zu erlangen. Es ist auch möglich, weniger oder mehr Reflexionsröntgenröhren 2-x zu verwenden, solange die Röntgenstrahlung aus unterschiedlichen Richtungen jeweils von einem anderen Abschnitt des Röntgendetektors 6 erfasst wird.
Die 9a und 9b zeigen schematische Darstellungen von Ausführungsformen des Inspektionssystems 1 zur Inspektion von verlängerten Batterien 16-x (9a) und kleinen Kompaktbatterien 16-x (9b) als die Prüfobjekte 10-x.
In der in der 9a gezeigten Ausführungsform liegen die Reflexionsröntgenröhren 2-1, 2-2 in einer geschichteten Anordnung, wobei die Seiten, an denen sich die Targets 12 befinden, einander zugewandt sind. Auf diese Weise bildet ein oberer Abschnitt des Röntgendetektors 6 die Röntgenstrahlung 4-1 ab, die aus der oberen Reflexionsröntgenröhre 2-1 kommt, und ein unterer Abschnitt des Röntgendetektors 6 bildet die Röntgenstrahlung 4-2 ab, die aus der unteren Reflexionsröntgenröhre 2-2 kommt. Diese Anordnung ist besonders geeignet, um verlängerte Batterien 16-x zu inspizieren.
In der in der 9b gezeigten Ausführungsform liegen die Reflexionsröntgenröhren 2-1, 2-2 in einer Anordnung nebeneinander, wobei die Seiten, an denen sich die Targets 12 befinden, in die gleiche Richtung weisen. Auf diese Weise bildet ein linker Abschnitt des Röntgendetektors 6 die Röntgenstrahlung 4-1 ab, die aus der linken Reflexionsröntgenröhre 2-1 kommt, und ein rechter Abschnitt des Röntgendetektors 6 bildet die Röntgenstrahlung 4-2 ab, die aus der rechten Reflexionsröntgenröhre 2-2 kommt. Diese Anordnung ist besonders geeignet, um kurze Kompaktbatterien 16-x zu inspizieren.
Die 10 zeigt eine schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform des Inspektionssystems 1. Im Prinzip ist die Ausführungsform der in der 9a gezeigten Ausführungsform ähnlich. Ähnliche Referenzzeichen geben ähnliche Merkmale und Begriffe an. In der gezeigten Ausführungsform umfasst das Inspektionssystem 1 vier Reflexionsröntgenröhren 2-x und einen Röntgendetektor 6, insbesondere einen Röntgendetektor 6 vom Flachpaneltyp. Die vier Reflexionsröntgenröhren 2-x und der Röntgendetektor 6 sind so ausgebildet und angeordnet, dass die hochaufgelösten Abschnitte 4-1, 4-2 der Röntgenstrahlung, die von den beiden Reflexionsröntgenröhren 2-1, 2-2 emittiert wird, auf einer Vorderseite des Röntgendetektors 6 abgebildet werden und die hochaufgelösten Abschnitte 4-3, 4-4 der Röntgenstrahlung, die von den anderen beiden Reflexionsröntgenröhren 2-3, 2-4 emittiert wird, auf einer Rückseite des Röntgendetektors 6 abgebildet werden. Ähnlich wie in der Ausführungsform, die in der 4 gezeigt wird, sind die Reflexionsröntgenröhren 2-x in Bezug auf die zur Ebene des Röntgendetektors 6 senkrechte Richtung geneigt. Die Prüfobjekte 10-x, d. h. die Batterien 16-x, werden auf beiden Seiten des Röntgendetektors 6 durch zwei Positionierungsmittel 17, die jeweils ein Förderband 27 umfassen, in das Inspektionssystem 1 eingeführt und daraus abgeführt. Auf jeder Seite des Detektors 6 folgt auf die Batterien 16-x, die inspiziert werden sollen, eine Strahlabschirmung 22, wobei die Abfolge auf jeder Seite des Röntgendetektors 6 um eine Stufe versetzt ist, so dass die Vorderseite des Röntgendetektors 6 Röntgenstrahlung empfangen kann, während die Röntgenstrahlung auf der Rückseite blockiert wird und umgekehrt. Diese Ausführungsform gestattet, den Röntgendetektor 6 effektiv zu verwenden, weil eine Leerlaufzeit des Röntgendetektors 6 minimiert werden kann. Zusätzlich kann der für das Inspektionssystem 1 erforderliche Raum aufgrund der Verwendung eines Röntgendetektors 6 von beiden Seiten reduziert werden.
Die 11 zeigt eine schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform des Inspektionssystems 1. Das Inspektionssystem 1 ist dem in der 10 gezeigten Inspektionssystem 1 ähnlich. Ähnliche Referenzzeichen geben ähnliche Merkmale und Begriffe an. Der einzige Unterschied ist, dass die Anordnung der Reflexionsröntgenröhren 2-x auf jeder Seite des Röntgendetektors 6 ähnlich der in der 9a gezeigten Ausführungsform ist.
Die in den Figuren gezeigten Ausführungsformen sind lediglich beispielhafte Ausführungsformen. Für Fachleute ist offensichtlich, dass die Merkmale der Ausführungsformen auf verschiedene Weisen kombiniert werden können.
Bezugszeichenliste

1: Inspektionssystem
2, 2-x: Reflexionsröntgenröhre
3, 3-x: Kollimator
4: Röntgenstrahlung
4-x: hochaufgelöster Abschnitt
5-x: niedriger aufgelöster Abschnitt
6: Röntgendetektor
7: Radiographiebild
8: Steuereinheit
8-1: Verarbeitungseinheit
8-2: Speicher
10, 10-x: Prüfobjekt
11: Elektronenstrahl
12: Target
13: steilerer Winkel
14: flacher Winkel
15: Strahldämpfungselement
16, 16-x: (prismatische) Batterie
17: Positionierungsmittel
18, 18-x: Endabschnitt
19: Achse
20: Strahlfänger
21-x: Öffnung
22: Strahlabschirmung
27: Förderband
30: x-Achse
31: y-Achse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

KR 20210009271 A [0003]

Claims

Inspektionssystem (1) zur Inspektion wenigstens eines Prüfobjekts (10-x), das Folgendes umfasst: wenigstens eine Reflexionsröntgenröhre (2-x), die dazu ausgebildet ist, Röntgenstrahlung (4) zu emittieren, wenigstens einen Röntgendetektor (6), der dazu ausgebildet ist, ein Radiographiebild (7) zu erfassen, wobei die wenigstens eine Reflexionsröntgenröhre (2-x) und der wenigstens eine Röntgendetektor (6) so ausgebildet und angeordnet sind, dass nur ein hochaufgelöster Abschnitt (4-x) der Röntgenstrahlung (4), die von der wenigstens einen Reflexionsröntgenröhre (2-x) emittiert wird, für das Radiographieren wenigstens eines Abschnitts (18-x) des wenigstens einen Prüfobjekts verwendet wird.
Inspektionssystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Inspektionssystem (1) wenigstens zwei Reflexionsröntgenröhren (2-x) umfasst, wobei die wenigstens zwei Reflexionsröntgenröhren (2-x) und der wenigstens eine Röntgendetektor (6) so ausgebildet und angeordnet sind, dass die hochaufgelösten Abschnitte (4-x) der Röntgenstrahlung (4), die von den wenigstens zwei Reflexionsröntgenröhren (2-x) emittiert wird, auf separaten Abschnitten des wenigstens einen Röntgendetektors (6) abgebildet werden.
Inspektionssystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Inspektionssystem (1) wenigstens zwei Reflexionsröntgenröhren (2-x) umfasst, wobei die wenigstens zwei Reflexionsröntgenröhren (2-x) und der wenigstens eine Röntgendetektor (6) so ausgebildet und angeordnet sind, dass die hochaufgelösten Abschnitte (4-x) der Röntgenstrahlung (4), die von wenigstens einigen der wenigstens zwei Reflexionsröntgenröhren (2-x) emittiert wird, auf unterschiedlichen Seiten des wenigstens einen Röntgendetektors (6) abgebildet werden.
Inspektionssystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Inspektionssystem (1) wenigstens ein Röntgenstrahldämpfungselement (15) umfasst, um einen Abschnitt wenigstens eines der hochaufgelösten Abschnitte (4-x) der Röntgenstrahlung (4), die von der wenigstens einen oder wenigstens zwei Reflexionsröntgenröhren (2-x) emittiert wird, in einer vorbestimmten Weise zu dämpfen.
Inspektionssystem (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei Reflexionsröntgenröhren (2-x) und der wenigstens eine Röntgendetektor (6) so ausgebildet und angeordnet sind, dass die hochaufgelösten Abschnitte (4-x) der Röntgenstrahlung (4), die von den wenigstens zwei Reflexionsröntgenröhren (2-x) emittiert wird, durch wenigstens teilweise überlappende Abschnitte des wenigstens einen Prüfobjekts (10-x) zeitgleich aus unterschiedlichen Richtungen laufen können.
Verfahren zur Inspektion wenigstens eines Prüfobjekts (10-x), das Folgendes umfasst: Radiographieren wenigstens eines Abschnitts (18-x) des wenigstens einen Prüfobjekts (10-x) durch Verwenden einer Ausbildungsform und Anordnung von wenigstens einer Reflexionsröntgenröhre (2-x) und wenigstens einem Röntgendetektor (6), bei der nur ein hochaufgelöster Abschnitt (4-x) der Röntgenstrahlung (4), die von der wenigstens einen Reflexionsröntgenröhre (2-x) emittiert wird, verwendet wird, und Erfassen eines Radiographiebildes (7) des wenigstens einen Abschnitts (18-x) des wenigstens einen Prüfobjekts (10-x) mit dem wenigstens einen Röntgendetektor (6).
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Radiographieren ausgeführt wird, indem wenigstens zwei Reflexionsröntgenröhren (2-x) verwendet werden und indem eine Ausbildungsform und Anordnung der wenigstens zwei Reflexionsröntgenröhren (2-x) und des wenigstens einen Röntgendetektors (6) verwendet werden, bei der die hochaufgelösten Abschnitte (4-x) der Röntgenstrahlung (4), die von den wenigstens zwei Reflexionsröntgenröhren (2-x) emittiert wird, auf separaten Abschnitten des wenigstens einen Röntgendetektors (6) abgebildet werden.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Radiographieren ausgeführt wird, indem wenigstens zwei Reflexionsröntgenröhren (2-x) verwendet werden und indem eine Ausbildungsform und Anordnung der wenigstens zwei Reflexionsröntgenröhren (2-x) und des wenigstens einen Röntgendetektors (6) verwendet werden, bei der die hochaufgelösten Abschnitte (4-x) der Röntgenstrahlung (4), die von wenigstens einigen der wenigstens zwei Reflexionsröntgenröhren (2-x) emittiert wird, auf unterschiedlichen Seiten des wenigstens einen Röntgendetektors (6) abgebildet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Abschnitt des wenigstens einen Prüfobjekts (10-x) zeitgleich aus unterschiedlichen Richtungen radiographiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Prüfobjekt (10-x) eine Batterie (16-x) ist.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Schichtabfolge der wenigstens einen Batterie (16-x) radiographiert wird.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass Endabschnitte (18-x) der wenigstens einen Batterie (16-x) radiographiert werden.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einige der Endabschnitte (18-x) der wenigstens einen Batterie (16-x) zwischen der wenigstens einen Reflexionsröntgenröhre (2-x) und dem wenigstens einen Röntgendetektor (6) so angeordnet sind, dass diese Endabschnitte (18-x) der wenigstens einen Batterie (16-x) zeitgleich vom hochaufgelösten Abschnitt (4-x) der Röntgenstrahlung (4), die von der wenigstens einen Reflexionsröntgenröhre (2-x) emittiert wird, radiographiert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass während des Radiographierens das wenigstens eine Prüfobjekt (10-x) oder die Batterie (16-x) zwischen der wenigstens einen Reflexionsröntgenröhre (2-x) und dem wenigstens einen Röntgendetektor (6) so angeordnet ist, dass wenigstens zwei Abschnitte (18-x) des wenigstens einen Prüfobjekts (10-x) oder der Batterie (16-x) von unterschiedlichen Abschnitten des hochaufgelösten Abschnitts (4-x) einer der wenigstens einen Reflexionsröntgenröhre (2-x) radiographiert werden und auf vorbestimmten Positionen auf dem wenigstens einen Röntgendetektor (6) zeitgleich abgebildet werden.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Prüfobjekt (10-x) oder die Batterie (16-x) so angeordnet ist, dass eine imaginäre Achse, die die wenigstens zwei zu radiographierenden Abschnitte (18-x) verbindet, in Bezug auf eine Ebene des wenigstens einen Röntgendetektors (6) und/oder eines Förderbands (27) geneigt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass während des Radiographierens die wenigstens eine Reflexionsröntgenröhre (2-x) in Bezug auf eine Ebene des wenigstens einen Röntgendetektors (6) geneigt ist, so dass ein Winkel zwischen einer Ebene einer Oberfläche eines Targets (12) der wenigstens einen Reflexionsröntgenröhre (2-x) und einer Ebene des wenigstens einen Röntgendetektors (6) einen vorbestimmten Winkel aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass während des Radiographierens das wenigstens eine Prüfobjekt (10-x) oder die Batterie (16-x) zwischen der wenigstens einen Reflexionsröntgenröhre (2-x) und dem wenigstens einen Röntgendetektor (6) so angeordnet ist, dass ein Abschnitt (18-x) des wenigstens einen Prüfobjekts (10-x) oder der Batterie (16-x), der von einem höher aufgelösten Teil des hochaufgelösten Abschnitts (4-x) der Röntgenstrahlung (4) der wenigstens einen Reflexionsröntgenröhre (2-x) radiographiert wird, näher an der wenigstens einen Reflexionsröntgenröhre (2-x) ist als der Abschnitt (18-x) des wenigstens einen Prüfobjekts (10-x) oder der Batterie (16-x), der von einem niedriger aufgelösten Teil des hochaufgelösten Abschnitts (4-x) der Röntgenstrahlung (4) der wenigstens einen Reflexionsröntgenröhre (2-x) radiographiert wird.