DE19645377A1 - Rißprüfanlage mit automatischer Fehlererkennung über Bildverarbeitung nach dem Farbeindringverfahren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Rißprüfanlage mit automatischer Fehlererkennung bei In-Prozeß-Kontrolle über Bildverarbeitung nach dem Farbeindringverfahren, wobei unter Unterstützung mit Leuchtkörpern sichtbar gemachte Bereiche höherer Konzentra­ tion Farbstoffpartikel auf Werkstücken ermittelt werden, mit: einer oder mehreren Bildaufnahmeeinheiten; einer Prüfmittel- Auftrage- und Sammelanlage, wobei das Prüfmittel im Kreis ge­ führt wird; und einer Bildverarbeitungseinheit, die zur Aus­ wertung von mit den Bildaufnahmeeinheiten aufgenommenen Bild­ einheiten durch Abtasten und Erkennen von farbigen Bereichen und zur Ausgabe verschiedener Signale aufgrund der Auswer­ tungslogik geeignet ist sowie ein Verfahren zur Rißprüfung.

Automatisierte optische Fehlererkennung bei der Farbeindring­ prüfung in Produktionsanlagen, die ständig zu überprüfende Werkstücke herstellen, wie bspw. Stranggußanlagen, Drahten­ denprüfungen oder dergleichen ist bekannt. Z.Zt werden Bilder von Werkstücken mit Farbstoffen bereits optisch durch soge­ nannte optische Bilderkennung ausgewertet, wobei die durch das an sich bekannte Farbeindringverfahren sichtbar gemachten Fehler durch ein optisches Abtast- und Bilderkennungsverfah­ ren erkannt und mit einer abgespeicherten Fehlerlogik vergli­ chen werden.

Dabei ist die Farbeindringprüfung auf erneutes Interesse ge­ stoßen, da neuerdings nicht-ferritische Leichtmetalle, wie Aluminium- oder Magnesiumlegierungen oder aber auch Titanle­ gierungen verwendet werden, außerdem findet auch Keramik in immer höherem Maße Einsatz, so für Aluminiumträger, Leichtme­ tallmotorblöcke etc.

Es handelt sich also hier um eine Rißprüfanlage, in der in an sich bekannter Weise Werkstücke für die Farbeindringprüfung mit Farbstoffe aufweisendem Prüfmittel unter Anreicherung der Farbstoffe an Oberflächenfehlern behandelt und unter Beleuch­ tung durch eine Beleuchtungseinrichtung, wie UV-Lampen bei Fluoreszenzfarbstoffen, aber auch Lasern oder anderen Lampen bei entsprechend absorbierenden Farbstoffen, bewertet werden.

Es werden dabei Weise Werkstücke für die Farbeindringprüfung vorbereitet, indem sie gereinigt, ggf. gebeizt und getrocknet werden, mit einem Farbstoffe, insbesondere auch Fluoreszenz­ farbstoffe, aufweisenden Prüfmittel unter Anreicherung der Farbstoffe an Oberflächenfehlern, insbesondere Rissen, be­ sprüht, sodann vom überschüssigen farbstoffhaltigen Prüfmit­ tel, bspw. durch Abstreifen oder Abwischen befreit, das so behandelte Werkstück ggf. mit einem Entwickler behandelt und sodann nach einer vorherbestimmten Entwicklungszeit unter UV- oder sichtbarem Licht aufgenommen und ausgewertet wird. Da die Zeit, in der die Risse nach der Entwicklung gut erkennbar sind, sehr kurz ist - häufig im Bereich von unter einer Mi­ nute liegt, sollt genau innerhalb eines bestimmten reprodu­ zierbaren Zeitraums nach Entwicklung gemessen wird. Dabei wird nun häufig aus Umweltschutz- und Kostengründen das Prüfmittel, die Spülmittel sowie der Entwickler im Kreis geführt.

Es handelt sich dabei um Anlagen, die Routineuntersuchungen - in-Prozeßkontrolle - auf Risse bei nicht magnetisierbaren Werkstücken, wie solchen aus Magnesium- oder Aluminiumlegie­ rungen oder Keramik, ermöglichen.

Bisher wurden diese Farbeindring-Untersuchungen meist von Be­ dienungspersonal durchgeführt und durch Augenschein ausgewer­ tet. Die Anmelderin hat bereits derartige Verfahren zur Far­ beindringprüfung vorgeschlagen, nebst zugehöriger Vorrich­ tung.

Die Überprüfung, die durch die bekannte Anlage erfolgt, ist jedoch noch verbesserungsfähig, da häufig mit erschöpftem Prüfmittel, das im Kreis geführt wurde, gearbeitet wurde, wodurch die Markierung der Fehler unzuverlässig erfolgte.

Auch die Reinigungslösungen sowie der Entwickler nehmen mit der Zeit Bestandteile auf bzw. verbrauchen sich, so daß sie bisher meist unabhängig davon, ob sie wirklich verbraucht wa­ ren, ausgetauscht wurden. Dies stellte einen unzufrieden­ stellenden Zustand dar, da eigentlich unklar war, ob die vor­ angegangenen Messungen noch zuverlässig waren oder ob mögli­ cherweise unnötig noch verwendungsfähiges Material vernichtet wurde. Eine weitere Fehlermöglichkeit ergab sich daraus, daß die zur Bestrahlung der Teile verwendeten Lampen sowie auch die Strahlungssensoren stets einem natürlichen Alterungspro­ zeß unterliegen, innerhalb dessen sie ihr Spektrum und die Leuchtintensität ändern.

Schließlich ist eine weitere Fehlermöglichkeit die Ermüdung der Personen, die diese Prüfung übernehmen bzw. die Änderung der Einstellung von Bildaufnahmeeinrichtungen, wie des Focus oder aber der geometrischen Anordnung der Aufnahmeeinrichtung zum Prüfling, die leicht verändert wird.

Aus der DE 39 07 732 ist bereits ein Verfahren zum Überwachen einer Vorrichtung zum Auswerten von Oberflächenrissen mittels des Farbeindringverfahrens bekannt geworden, bei dem die Lam­ penintensität und die Prüfmittelqualität überwacht werden und bei nicht zufriedenstellenden Resultaten die Anlage abge­ schaltet wird und mittels Kameras die Prüflingsqualität ge­ prüft wird. Die Überwachungssignale werden dort aber nur zum Abschalten der Anlage verwendet - eine Nachregelung des Prüf­ mittelgehalts oder aber der Lampenintensität ist dort nicht vorgesehen, geschweige denn eine Dokumentation der Daten über das Anlagenverhalten. Somit ist diese bekannte Anlage nur dazu imstande, ein Abschalten der Anlage durchzuführen.

Bei den bekannten Anlagen besteht das Problem, daß die Si­ cherheit und Überprüfbarkeit der Anlagen nicht gegeben ist. Es fehlen Bezüge auf das Prüfverfahren und seine Grenzen, Testfehler und seine Handhabung, Leistungsabgrenzung, Tole­ ranzangaben usw., die heute erwünscht sind.

Der Stand der Technik vernachlässigte auch die Gesichtspunkte der Aufzeichnung bzw. Dokumentation der Ergebnisse sowie der Reproduzierbarkeit der Ergebnisse - also auch der Überprüfung des Funktionserhalts der Überprüfungsanlage selbst. Dies lie­ fert jedoch eine zusätzliche Sicherheit, wenn in, insbesonde­ re automatischen, Prüfanlagen über eine längere Betriebszeit hinweg Gesichtspunkte zur Senkung der Kosten oder Erhöhung der Sicherheit, daß fehlerhaft einzustufende Werkstücke sicherer beurteilt werden könnten, anstehen.

Bisher wurde durch regelmäßigen Durchlauf von sogenannten Testkörpern mit vorgegebenen Testfehlern festgestellt, ob diese noch richtig erkannt wurden - durch dieses Verfahren konnte allerdings nur festgestellt werden, daß der Testkörper nicht erkannt wurde, nicht aber, warum nicht. Da keine Doku­ mentation erstellt wurde, war auch nicht nachvollziehbar, ab wann die Anlage unzufriedenstellend arbeitete und warum.

Dementsprechend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Sicherheit und die Effektivität von Rißprüfanlagen nach dem Farbeindringverfahren zu verbessern bzw. die Effektivität zu erhöhen.

Diese Aufgabe wird durch eine Rißprüfanlage mit automatischer Fehlererkennung für die Rißprüfung bei In-Prozeß-Kontrolle über Bildverarbeitung nach dem Farbeindringverfahren, wobei durch über Beleuchtungseinrichtungen zur besseren Absorption oder Emission (Fluoreszenz, Phosphoreszenz) veranlaßte Berei­ che höherer Konzentration Farbstoff-Partikel auf Werkstücken ermittelt werden, mit einer oder mehreren Bildaufnahmeeinhei­ ten; einer Prüfmittel-Auftrage- und Sammelanlage, wobei das Prüfmittel im Kreis geführt wird; einer Bildverarbeitungsein­ heit, die zur Auswertung von mit den Bildaufnahmeeinheiten aufgenommenen Bildeinheiten durch Abtasten und Erkennen von farbigen Bereichen und zur Ausgabe verschiedener Signale auf­ grund der Auswertungslogik geeignet ist, gelöst, die mehrere, ggf. bewegbare Bildaufnahmeeinheiten, wie Kameras, Videoka­ meras, deren geometrische Anordnung, Focus und auch Funktion durch Sensoren überprüfbar ist, zum besseren Kontrast bzw. zur Fluoreszenzanregung Beleuchtungseinrichtungen mit Inten­ sitätsmeßsensor, eine Prüfmittelüberprüfungsvorrichtung zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit der Prüfflüssigkeit, die ein der Messung des Prüfmittels entsprechendes Signal er­ zeugt; vorgesehen sind, wobei die Signale der Prüfeinheiten in eine Selbstprüf- und Funktionsüberwachungseinrichtung ge­ führt werden, die diese mit vorgegebenen Daten vergleicht und dementsprechend Signale ausgibt, die zu einer Anzeige, wie Monitor(en), einer Dokumentationsvorrichtung, wie optischen oder magnetischen Speicher, Drucker, und/oder Einrichtungen zur Änderung von Betriebsgrößen, wie der Beleuchtungsinten­ sität, der Bildaufnahmeeinheitenausrichtung, des Focus, einer Nachregelungseinheit zur Nachregelung von Anlagenparametern oder auch zum Abstellen der Anlage, geleitet werden, aufweist.

Ferner bezieht sich die Erfindung auch auf ein Verfahren zur automatischen Rißerkennung nach dem Farbeindringverfahren, wobei mit Hilfe von Beleuchtungseinrichtungen und Bildauf­ nahmeeinrichtungen von mit Prüfmittel für die Rißfehlerprü­ fung behandelten Prüflingen hergestellte Bildsignale nach ei­ nem abgespeicherten Programm verarbeitet werden; wobei Meß­ werte über die Beleuchtungsfunktion; Meßwerte über die Flüs­ sigkeiten in Flüssigkeitsüberprüfungseinheiten; Meßwerte über die geometrische Anordnung der Bildaufnahmeeinrichtungen zu den aufzunehmenden Gegenständen; und Meßwerte über die Funk­ tion der Bildaufnahmeeinrichtung ermittelt und zu einem Rech­ ner der Selbstprüf- und Funktionsüberwachungseinrichtung übermittelt werden, die aufgrund eines abgespeicherten Pro­ gramms ein oder mehrere Signale ausgibt, die ggf. zum Nachre­ geln von Betriebsparametern eingesetzt werden und/oder doku­ mentiert werden.

Dadurch, daß die erfaßten Daten der Rißprüfanlage stets über­ wacht und dokumentiert werden, ist es möglich, Angaben über die geprüften Teile zur Verfügung zu stellen, die den Anfor­ derungen an eine moderne Qualitätssicherung genügen. Durch die Überwachung der verwendeten Verbrauchsmittel, wie Lampen und Flüssigkeiten kann ein vorzeitiger, kostenaufwendiger Austausch vermieden werden - durch Nachregelungseinheiten erhöht sich die Betriebsdauer einer ununterbrochen laufenden Anlage erheblich. Durch Durchlaufenlassen von Testkörpern mit Testfehlern, die ebenfalls dokumentiert werden, läßt sich auch die Zuverlässigkeit der Prüfer beurteilen und dokumen­ tieren. Somit wird erfindungsgemäß eine effizienter und si­ cherer arbeitende Prüfanlage zur Verfügung gestellt.

Dabei ist es sinnvoll, daß die Meßstationen für die Erfas­ sung von Arbeits-Meßgrößen mindestens eine Einrichtung ausge­ wählt aus den nachfolgenden, aufweisen: - eine Einrichtung zur Überprüfung der Funktion des Beleuchtungskörpers und der Strahlungsempfänger, - eine Einrichtung zur Überprüfung des ggf. im Kreis geführten Prüfmittels, - eine Einrichtung zur Überprüfung der ggf. im Kreis geführten Entwicklerflüssigkeit- eine Einrichtung zur Überprüfung der ggf. im Kreis geführ­ ten Beizmittel, - eine Einrichtung zur Überprüfung einer oder mehrerer im Kreis geführter Reinigungsmittel,- eine Meßein­ richtung für die Erfassung unmittelbar werkstückbezogener Pa­ rameter, wie Teile-Identifizierungs-Nummern, Stückzahl, und/oder Bewertungsgrößen der Rißbildung, wie Gut/Schlecht-Aussage, Fehlergrößenbeurteilung nach vorgegebenem Größenin­ tervall oder in vorgegebenem Oberflächenbereich, umfaßt, wo­ bei Meßstationen Prüfsignale ausgeben und in den Prozessor leiten, der dazu befähigt ist, aus diesen Signalen aufgrund eines abgespeicherten Verarbeitungsprogramms, das ggf. auch abgespeicherte Nachschlagetabellen oder Vergleichswerte in einem Speicher verwendet, ein oder mehrere Endausgabesignale herzustellen, die sodann weiterverarbeitbar sind, wobei der Prozessor mit einem Ausgabegerät für permanente Aufzeichnun­ gen, wie einem Drucker und/oder einer optischen oder magne­ tischen Speichereinheit und/oder einem Anzeigegerät und/oder einer Datenfernübertragungsvorrichtung zur Verarbeitung/An­ zeige/Speicherung der Daten an einem anderen Ort verbunden ist.

Vorteilhafterweise weisen die Nachregelungseinheiten Einrich­ tungen zur Nachregelung der Beizmittelkonzentration durch Nachdosieren von Beizmittel oder Lösungsmittel durch den Rechner der Selbstprüf- und Überwachungseinrichtung auf.

Selbstverständlich müssen erfindungsgemäß nicht alle Flüssig­ keiten im Kreis geführt werden - für bestimmte Anwendungsfäl­ le oder bspw. bei kleinen Stückzahlen oder spezielle Prüfmit­ tel für einen besonderen Anwendungsfall, wobei diese einfach mit Spraydosen od. dgl. aufgebracht werden, ist dies mögli­ cherweise nicht sinnvoll - allerdings ist dann immer noch die Überwachung von Prüflingen, der Beleuchtungskörper, der pho­ toempfindlichen Sensoren etc. wichtig und auch deren Dokumen­ tation. Somit ist die Erfindung keineswegs auf Anlagen be­ schränkt, die alle diese Merkmale aufweisen, auch sinnvolle Unterkombinationen, wie dem Fachmann ersichtlich, können die Erfindung verwirklichen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteran­ sprüchen.

Dadurch, daß eine automatisierte in line arbeitende Prüfmit­ telüberprüfungseinrichtung, bspw. eine solche, die in der DE-A-4438510.2 beschrieben ist, vorgesehen ist, kann sicher­ gestellt werden, daß Veränderungen in der Prüfmittelsuspen­ sion, die aus einer Flüssigkeit bevorzugt mit einfachem Farb­ stoff oder Fluoreszenzfarbstoff angefärbten Partikeln be­ steht, wie sie durch Abrieb oder Zerfall der Farbstoffparti­ kel bei längerem Umwälzen der Flüssigkeit, Abgabe des Farb­ stoffes auf den Partikeln oder auch Verlust an Farbstoff-Par­ tikeln, die auf den verschiedenen gemessenen Prüfkörpern ver­ bleiben, erkannt und entsprechend gehandelt werden kann. So kann dann entweder neue Suspension eingesetzt, Farbstoff Pul­ ver in die Suspension nachdosiert werden oder auch zumindest nachbestellt werden.

Auch die übrigen Flüssigkeiten können auf Erschöpfung unter­ sucht werden, bspw. durch optische Meßverfahren und/oder Mes­ sung der Leitfähigkeit und dies kann durch eine entsprechende Einrichtung, die frische Flüssigkeit zudosiert oder die alte Flüssigkeit vollständig ersetzt, ergänzt werden.

Dadurch, daß nun ein dokumentiertes Prüfprotokoll von den überwachten Betriebsgrößen sowie von den gemessenen Prüflin­ gen erstellt werden kann, können nun Fehler gezielt aufge­ funden werden. Durch regelmäßige Überprüfung der im Kreis­ lauf geführten, fluiden Medien, die nach Abtropfen vom Prüf­ ling regelmäßig wieder in einem Sammelbehälter gepoolt und wiederverwendet werden, auf Funktion und Alterung, ggf. Ge­ halt an Farb-Partikeln - denn auf den Prüflingen verbleibt üblicherweise ein Partikel- und Lösungsmittelrest; Lösungs­ mittel verdampfen aber auch -; Überprüfung der Bestrahlungs­ einrichtungen und der Strahlungsmeßeinrichtungen auf Funkti­ onsfähigkeit kann nun die Funktion der Prüfanlage überwacht und auf gleichem Niveau gehalten werden. Dadurch, daß nun auch die Funktion der Überprüfungsanlage und deren Einzelbe­ standteile automatisch in vorgegebenen Intervallen erfolgen kann, sind Vorteile gewahrt: durch Nachregeln der Lampenspan­ nung - abgesehen von den Funktionen der Kostenkontrolle bzw. Gewährleistung sowie ggf. der Nachregelung der Farbstoff- und der übrigen Flüssigkeitskonzentrationen kann eine gleichblei­ bende Qualität der Prüfeinrichtung erhalten werden. Die Prüf­ mittelsuspension kann zunächst durch Nachdosieren von Farb­ stoff auf einem konstanten Niveau gehalten werden und muß erst dann, wenn bekannt ist, daß sie erschöpft ist und keine zufriedenstellenden Meßergebnisse liefert - dann muß sie aus­ gewechselt/entsprechend ihre Nachlieferung veranlaßt werden.

Bei Prüflingen lagert sich Prüfmittel möglicherweise auch an anderen Stellen, als an Rissen, ab. Das bedeutet, daß das Prüfen mit der Kamera, im Vergleich zur Anzeigenauswertung mit dem Auge, nur über Fensterbildung möglich ist. Es ent­ fällt somit die durch den Menschen mögliche "ganzheitliche Betrachtung" des Prüflings und in der Regel wird über Fenster nur der sicherheitsrelevante Teil bewertet. Zur Minimierung der durch die gesetzten Prüffenster nicht geprüften Oberflä­ chen ist eine sehr exakte Prüflingspositionierung vor der Ka­ mera notwendig. Fertigungstoleranzen und Positionierungsto­ leranzen führen dazu, daß häufig bei Prüfmustern nur etwa 80-85% der sicherheitsrelevanten Prüffläche geprüft werden kann.

Die bisher nicht dokumentierbare Farbeindringprüfung wurde wegen der Fehlererkennbarkeit bisher lediglich zur Prozeß­ überwachung eingesetzt. Die Serienteilehersteller beherrschen ihre Herstellprozesse so gut, daß auch eine nicht sehr hohe Fehlererkennbarkeitswahrscheinlichkeit ausreicht, um Prozesse nachzujustieren.

Durch die Auswertung der Rissfehleranzeige mit Kameras werden Probleme der Rissgeometriezuordnung zur Anzeigenintensität und zur Rißgröße nicht gelöst. Die Kamera unterscheidet nur Helligkeits- bzw. Farbunterschiede und deswegen sind alle Pa­ rameter, die die Helligkeit/Farbe beeinflussen, in die Riss­ fehlerreproduzierbarkeit einzubeziehen.

Wegen der unzureichenden Beschreibung natürlicher Fehler und der damit verbundenen kritisch auffindbaren Fehlergröße hat es sich auch von Vorteil erwiesen, für die Beurteilung der Empfindlichkeit von Farbeindringanlagen sogenannte Testfehler einzuführen. Die Testfehler können künstlich eingebrachte Oberflächenfehler am Prüfgut sein. Diese Fehler haben den Nachteil, daß sie nach mehrmaliger Anfärbung und Entwicklung praktisch nicht mehr abwaschbar sind und damit für einen In­ tegraltest nicht mehr zur Verfügung stehen. Abhilfe schaffen hier abwaschbare, künstlich eingebrachte Fehler, diese sind aber aufwendiger. Für den Nachweis der Reproduzierbarkeit der Bildverarbeitung reichen aber auch einfache Farbfadenkreuze, oder etwas Ähnliches aus.

Durch die Verwendung von Testfehlern bzw. Testwerkstücken mit Testfehlern ist es lediglich möglich, die Gesamtfunktion ei­ ner Anlage in bestimmten Abständen zu überprüfen - damit ist keine direkte Fehleranalyse der für eine Fehlmessung verant­ wortlichen Anlagenteile möglich und es kann auch sein, daß die Anlage bereits einige Zeit (d. h. vor dem Durchlauf des Testkörpers) fehlerhaft arbeitet, bis dieses Fehlverhalten durch den Testkörper aufgedeckt wurde. Es ist auch nicht vollständig sicher, ob der abweichende Meßwert nun möglicher­ weise auf einer falschen Positionierung des Testkörpers oder seiner Rißnachbildung beruht. Das Testkörperverfahren als re­ gelmäßige Untersuchungsmethode für die Funktionsfähigkeit einer Anlage ist daher verbesserungsfähig. Dennoch ist es vorteilhaft, daß automatisch Prüfstücke mit Referenzfehler in die Anlage geschleust werden, die integral die richtige(n) Konzentration(en) und Empfindlichkeit nachweisen - dadurch kann dann noch eine weitere Kontrollmöglichkeit des Gesamtan­ lagenverhaltens geschaffen werden.

Beim Einsatz der bisherigen Anlagen traten - wie man durch Messung von Testkörpern feststellen konnte, mit längerer Standzeit der Anlage andere Meßergebnisse eines gleichen Prüfkörpers auf.

Dies bedeutet, daß eine sichere Prüfung bisher fraglich war. Es ist daher Aufgabe der Erfindung, automatisch über Bilder­ kennungsverfahren und Kameras arbeitende Anlagen so zu ver­ bessern, daß ihre Leistung verbessert wird und Fehler siche­ rer erkannt werden.

Vorteilhafterweise können die Bildaufnahmeeinheiten Kameras, bevorzugt Videokameras, sein. Es können aber auch andere Er­ kennungseinrichtungen, wie bspw. Diodenfelder, Photomulti­ plieranordnungen etc. eingesetzt werden.

Bevorzugt ist, falls Lampen, insbesondere UV-Lampen als Be­ leuchtungskörper eingesetzt werden, die Lampenintensität ent­ sprechend den Meßsignalen über die Ausgangssignale des Rech­ ners nachzuregeln. Falls Laser oder andere Lichtquellen ver­ wendet werden, kann deren Intensität bspw. durch Abschwächung der Intensität durch Filtermittel od. dgl. erfolgen, falls notwendig.

Es ist auch möglich, Blitzlichtlampen zur Bildherstellung einzusetzen - dadurch unter anderem hohe Intensitäten erzielt werden und relativ gleichbleibende Belichtungszeiten.

Bei größeren Prüflingen oder solchen, die allseitig unter­ sucht werden müssen, kann es notwendig sein, den Prüfling vor den Bildaufzeichnungseinheiten zu drehen - diese Drehung kann durch bekannte Maßnahmen durchgeführt und überwacht werden.

Bevorzugt gibt der Rechner seine Signale auf einem Speicher­ medium, wie einem Drucker für Prüfdokumente, Disketten oder dgl. aus, wobei dieser aber auch Steuersignale für die Anlage herstellen und darüber den Anlagenbetrieb steuern oder auch abschalten kann.

Es ist sinnvoll, daß Signale der Rechner auf einem permanen­ ten Medium, wie einem Prüfdokument, gemeinsam mit Anlagedaten wie Tagesdatum, -zeit, Anlagenlaufdauer etc. aufgezeichnet werden - ggf. kann auch der Prüfling selbst entsprechend mar­ kiert werden (Prüfstempel, Prüfsiegel).

Dadurch, daß nun wesentliche Einzelbestandteile der Prüfan­ lage ständig überprüft werden und diese Überprüfung protokol­ liert werden kann, ist nun eine permanente Überwachung und Dokumentation der Überwachung der Überprüfung möglich. Es ist auch jederzeit möglich, die Anlage bei schlechter oder unzu­ länglicher Funktion abzustellen, so daß eine automatische Riß- Überprüfung von Teilen als sicher jedenfalls hinsichtlich der Funktion der Prüfanlage gelten kann.

Nachfolgend wird die Erfindung näher anhand von Beispielen sowie der schematischen Zeichnung einer automatischen Riß­ überprüfungsanlage näher erläutert.

Werkstücke werden beim automatischen Rißprüfverfahren zu­ nächst gereinigt und dann in einer Beschichtungsanlage (Tauch- oder Sprühanlage, ggf. mit Ultraschallbehandlung) mit Rißprüfmittel behandelt. Rißprüfmittel ist üblicherweise eine Suspension eines partikelförmigen Materials, das bspw. farbig sein kann oder aber einen Fluoreszenzfarbstoff aufweist, in die das Werkstück getaucht wird oder die auf das Werkstück aufgesprüht wird, wobei das farbstoffhaltige Prüfmittel in Risse und Vertiefungen aufgrund von Oberflächenphänomenen kriecht.

Nach Aufbringen des Rißprüfmittels wird das Werkstück dann von überschüssigem Rißprüfmittel befreit und mit einer Ent­ wicklerlösung bearbeitet, in der die Farb-Partikel besser eindringen. Aufgrund bekannter physikalischer Phänomene wer­ den dabei in Rissen erhöhte Partikelkonzentrationen aufgefun­ den. Die so behandelten Teile werden sodann durch eine Be­ leuchtungseinrichtung bestrahlt, wobei die Bereiche erhöhter Partikelkonzentration bspw. hell durch Fluoreszenz erstrahlen oder durch ihre spezielle Farbe (Farbkontrast), die durch entsprechend ansprechende Sensoren, bspw. mit Filtern, besser erkannt wird, erkennbar sind.

Die Farbbilder werden durch eine optische Bildaufnahmeein­ richtung - entweder nach einem vorherbestimmten Muster abge­ tastet oder als Ganzes aufgenommen und das Bild anschließend ausgewertet.

Das Ergebnis dieser Bildaufzeichnung wird sodann in einen Rechner geleitet, der diese Aufzeichnung mit abgespeicherten Werten vergleicht und aufgrund eines Programms Meldungen über das Werkstück herausgibt, die zur Bewertung des Werkstücks führen können. Der Rechner erhält nun erfindungsgemäß auch Daten von der Überprüfungsanlage selbst, nämlich von einer Prüfmittelüberwachungsanlage über die Funktionsfähigkeit des Prüfmittels, von einer Beleuchtungsüberprüfung über die Funk­ tion der Beleuchtung, bspw. der Intensität der UV-Lampe; von der optischen Erkennung über dessen Funktion (ggf. Focus, Entfernung zum Meßobjekt, Funktionsfähigkeit der Kamera) so­ wie von den diversen Reinigungs- und Beizflüssigkeiten. Diese Signale können einzeln oder gemeinsam zu einem Protokoll ver­ arbeitet werden, das ggf. als Prüfprotokoll auf einem Drucker oder einem anderen Medium, als Papier, ausgegeben werden kann. Durch dieses Prüfprotokoll ist jederzeit die Funktion der Anlage zu bestimmten Zeiten belegbar.

Die vom Rechner erstellten Signale können zu einer Werkstück­ zuführung gesendet werden, um die Werkstückzuführung anzuhal­ ten oder die Anlage abzustellen. Es ist auch möglich, diese Signale speziell zum Nachregeln von Anlagenparametern zu ver­ wenden, wie bspw. der Lampenspannung zur Erhöhung der Lampen­ intensität; Einstellen des Focus der Bildaufnahmeeinrichtung oder der geometrischen Anordnung derselben; Nachliefern von neuem Rißprüfmittel, falls das alte verbraucht ist.

Dadurch, daß nun erstmals eine Erfassung der Rißüberprüfungs­ anlage selbst erfolgt, arbeitet diese zuverlässiger und prä­ ziser als bisher und die Reproduzierbarkeit der Meßwerte ist gewährleistet.

Eine ständige Kontrolle der Anlage kann auch (ggf. gleichzei­ tig) über auf Monitoren ausgegebene Überwachungsdaten, die von einer Bedienungsperson überwacht werden, die sodann Maß­ nahmen ergreifen kann, erfolgen

Kamerafunktion

Bevorzugt wird die Erfindung mit Videokameras verwirklicht, wobei aber auch andere optische Erkennungssysteme möglich sind. Bei Systemen mit mehreren Video-Kameras ist es unab­ dingbar, in regelmäßigen Zeitabständen Objektiveinstellung, Blende, Focus und Abstand, die durch dem Fachmann bekannte Mittel erhältlich sind, abzufragen (bspw. digital) und jede Änderung in der Objektiveinstellung automatisch zu detek­ tieren, dokumentieren und/oder Alarm auszulösen. Es hat sich gezeigt, daß autorisierte und nicht autorisierte Personen die Kameraeinstellungen ändern und dadurch die Anlage in nicht kontrollierbarem Zustand fährt.

Es kann sinnvoll sein, bei Prüfteilgeometriewechsel gespei­ cherte Objektiveinstellwerte pro Teilegeometrie im System ab­ gespeichert zu haben und die Kameras bei Prüfteilwechsel au­ tomatisch durch den Rechner zu setzen, so daß aufwendige Ju­ stierarbeiten vermieden werden können.

Prüfflüssigkeitsüberwachung

Die automatische Anzeigenauswertung reagiert nur auf Hellig­ keitsunterschiede. Bei Prüfmittelverbrauch während der Prü­ fung kann bei Verwendung von fluoreszierenden Farbstoffen entweder die Fehleranzeigehelligkeit zusammen mit der Unter­ grundanzeigehelligkeit proportional sinken, oder auch nur die Fehleranzeigenhelligkeit. Beides führt aber dazu, daß die Re­ produzierbarkeit der Anlage mit dem Prüfmittelverbrauch ver­ loren geht. Bei nicht fluoreszierenden Farbstoffen ändert sich der Farbkontrast.

Die Anlage enthält bevorzugt eine bekannte, automatisch ar­ beitende Prüfmittelüberwachungseinrichtung. Diese ist ausge­ legt, das Prüfmittel zu überwachen und kann mit engen Tole­ ranzen zur Überwachung der Prüfflüssigkeit und zur Verbesse­ rung der Reproduzierbarkeit eingesetzt werden. Insbesondere bei gegossenen Prüfteilen, wie z. B. bei der Automobilindu­ strie, ist der Prüfmittelaustrag relativ groß, es muß Prüf­ mittel nachdosiert werden und die Reproduzierbarkeit der Mes­ sungen ist ohne Überwachung empfindlich gestört.

Die automatisch arbeitende Prüfmittelüberwachungsanlage gibt hier Abhilfe, indem sie eine ständige Kontrolle des Prüfmit­ tels u. ggf. sogar dessen automatisierte Ergänzung ermög­ licht.

Die Signale des Rechners können auch über Datenfernübertra­ gung so übertragen werden, daß aus den übermittelten Daten Ferndiagnosen möglich sind. Darüber hinaus sind wesentliche Anlagenfunktionen, Stoppertakte usw., auf einen Monitor bringbar.

Die geforderte Leistungsfähigkeit des Rechners kann bspw. durch einen schnellen Industrie-PC und schnelle Grafik-Karte erbracht werden.

Die hohen Taktzeiten einerseits und die verschiedenen sicher­ heitsrelevanten Oberflächen andererseits, können zu aufwendi­ gen Parallelschaltungen von Kameras als Bildaufnahmeeinrich­ tungen führen. So sind z. B. bei Automobilherstellern für links- und rechtssymmetrische Teile je 9 Kameras notwendig, die zwar seriell von Station zu Station angefahren werden, aber immer nur 1 Segment prüfen. Dadurch wird durch Quasi­ paralleles Prüfen die hohe Taktzahl erreicht. Ein Nachteil dieser Systeme liegt auch darin, daß zur entsprechenden Aus­ leuchtung der zu untersuchenden Fläche jeweils eine UV-Lampe eingesetzt werden muß. Das bedeutet, daß alle Unsicherheiten bezüglich UV-Leuchten 18-mal auftreten können.

Verschiedene Alternativen sind möglich:

• - Positionieren eines Teiles und Auswerten von Rissanzeigen mit mehreren Kameras, die auf auf das Teil gerichtet sind. Nachteilig ist hier die hohe Kamerazahl und ein zeitlich ver­ setztes Abfragen der einzelnen Kameras. Dadurch wird die Taktzeit verlängert, gegenseitige Störungen sind möglich.
• - Stehendes Prüfgut und bewegte Kamera. Der Mechaniktransport der Kamera ist wesentlich aufwendiger als die parallel ge­ schalteten Kameras.

Bei einem Kamerasystem wird das Werkstück mit einem Roboter jeweils aufnahmerichtig vor die Kamera gehalten. Falls bspw. sehr komplizierte Schmiedeteile nach der Magnetisierung zu einer Beobachtungsstation transportiert werden, werden die Teile einmal gespannt an zwei Auflagepunkten und rotierend vor dem Beobachter bewegt. Der Beobachter kann den Rotations­ vorgang zur intensiveren Betrachtung von Anzeigen anhalten.

Nach Festlegung der sicherheitsrelevanten Oberflächenbereiche wird das Teil gesteuert, bevorzugt automatisch, rotiert. Par­ allel zum Drehgeber ist eine Winkelaufnahme, die sowohl die Drehbewegung steuert, als auch entsprechend positionierte und eingestellte Kameras aktiviert. Die UV-Bestrahlung kann über UV-Blitzlicht praktisch für alle Kameras einmal erfolgen. Durch ein solches System kann die Zahl der Kameras drastisch gesenkt werden und es ergibt sich eine Optimierung zwischen Zahl der Kameras und evtl. notwendiger mechanischer Bewegung der Kameras.

Obwohl die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele erläutert wurde, sind dem Fachmann Abwandlungen derselben ge­ läufig, die ebenfalls unter den Schutzumfang der Ansprüche fallen, so daß die Erfindung keineswegs auf die Ausführungs­ beispiele begrenzt ist.

Claims (10)

1. Rißprüfanlage mit automatischer Fehlererkennung bei In-Prozeß-Kontrolle nach dem Farbeindringverfahren über Bildverarbeitung, wobei durch über Beleuchtungseinrichtungen zur besseren Absorption oder Emission (Fluoreszenz, Phosphoreszenz) veranlaßte Bereiche höherer Konzentration Farbstoff-Partikel auf Werkstücken ermittelt werden, mit

• - einer oder mehreren Bildaufnahmeeinheiten;
• - einer Prüfmittel-Auftrage- und Sammelanlage, wobei das Prüfmittel auch im Kreis geführt werden kann;
• - einer Bildverarbeitungseinheit, die zur Auswertung von mit den Bildaufnahmeeinheiten aufgenommenen Bildeinheiten durch Abtasten und Erkennen von farbigen Rißfehleranzeigen und zur Ausgabe verschiedener Signale aufgrund der Auswertungs­ logik geeignet ist,
  dadurch gekennzeichnet, daß
• - mehrere, ggf. bewegbare Bildaufnahmeeinheiten, wie Kameras, Videokameras, deren geometrische Anordnung, Focus und auch Funktion durch Sensoren bzw. Testfehler überprüfbar ist,
• - zum besseren Kontrast bzw. zur Fluoreszenzanregung Beleuch­ tungseinrichtungen mit Intensitätsmeßsensor, die auch sta­ bile Funktion überprüfen;
• - eine Prüfmittelüberprüfungsvorrichtung zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit der Prüfflüssigkeit, die ein der Messung des Prüfmittels entsprechendes Signal erzeugt; vorgesehen sind,
• - wobei die Signale der Prüfeinheiten in eine bevorzugt auto­ matische Selbstprüf- und Funktionsüberwachungseinrichtung geführt werden, die diese mit vorgegebenen Daten vergleicht und dementsprechend Signale ausgibt, die zu einer Anzeige, wie Monitor(en), einer Dokumentationsvorrichtung, wie opti­ schen oder magnetischen Speicher, Drucker, und/oder Ein­ richtungen zur Änderung von Betriebsgrößen, wie der Be­ leuchtungsintensität, der Bildaufnahmeeinheitenausrichtung, des Focus, einer Nachregelungseinheit zur Nachregelung von Anlagenparametern oder auch zum Abstellen der Anlage, ge­ leitet werden.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Bildverarbeitung durch Setzen von Fenstern und Abtasten des Fensters durch die Bildaufzeichnungseinheit, das Auswählen und Auswerten und die Rißfehleranzeige automatisch mit dem Prüfablauf (Zeittakt) verknüpft und Verarbeitung der daraus erhaltenen Daten in einem Rechner erfolgt.

3. Rißprüfanlage nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch:

• - eine Einrichtung zur Überprüfung der ggf. im Kreis geführten Entwicklerflüssigkeit
• - eine Einrichtung zur Überprüfung der ggf. im Kreis geführten Beizmittel
• - eine Einrichtung zur Überprüfung einer oder mehrerer im Kreis geführter Reinigungsmittel,
• - einen Rechner für die Erfassung unmittelbar werkstück­ bezogener Parameter, wie Teile-Identifizierungs-Nummern, Stückzahl, und
• - eine Einrichtung zur Bewertung der gemessenen werkstück­ bezogenen Parameter zur Herstellung von Bewertungsgrößen der Rißbildung, wie Gut/Schlecht-Aussage, Fehlergrößenbeurteilung nach vorgegebenem Größenintervall oder in vorgegebenem Ober­ flächenbereich, umfaßt.

4. Rißprüfanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachregeleinheiten eine Einrichtung zur Nachregelung der Beleuchtungsintensität und/oder der Sensorempfindlichkeit der Beleuchtungsüber­ wachungssensoren durch den Rechner der Selbstprüf- und Funktionsüberwachungseinrichtung aufweisen.

5. Rißprüfanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachregelungseinheiten eine Einrichtung zur Nachregelung der Prüfmittelkonzentration und der -menge durch Nachdosieren von Farbstoff aufweisen.

6. Rißprüfanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachregelungseinheiten Einrichtungen zur Nachregelung der Reinigungsmittelkon­ zentration und der -menge durch Nachdosieren von Reinigungsmittel und/oder Lösungsmittel aufweisen.

7. Rißprüfanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachregelungseinheiten Einrichtungen zur Nachregelung der Beizmittelkonzentration durch Nachdosieren von Beiz- oder Lösungsmittel aufweisen.

8. Rißprüfanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachregelungseinheiten Einrichtungen zur Nachregelung der Einstellung der Bild­ aufnahmeeinheit, der geometrischen Anordnung des Focus oder der Empfindlichkeit aufweisen.

9. Verfahren zur automatischen Rißerkennung nach dem Farb­ eindringverfahren, wobei mit Hilfe von Beleuchtungsein­ richtungen und Bildaufnahmeeinrichtungen von mit Prüfmittel für die Rißfehlerprüfung behandelten Prüflingen hergestellte Bildsignale nach einem abgespeicherten Programm verarbeitet werden; dadurch gekennzeichnet, daß Meßwerte über die Be­ leuchtungsfunktion; Meßwerte über die Flüssigkeiten in Flüs­ sigkeitsüberprüfungseinheiten; Meßwerte über die geometri­ sche Anordnung der Bildaufnahmeeinrichtungen zu den aufzu­ nehmenden Gegenständen; und Meßwerte über die Funktion der Bildaufnahmeeinrichtung ermittelt und zu einem Rechner der Selbstprüf- und Funktionsüberwachungseinrichtung übermittelt werden, die aufgrund eines abgespeicherten Programms ein oder mehrere Signale ausgibt, die ggf. zum Nachregeln von Be­ triebsparametern eingesetzt werden und/oder dokumentiert werden.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß automatisch Prüfstücke mit Referenzfehler in die Anlage ge­ schleust werden, die integral die richtige(n) Konzentratio­ n(en) und Empfindlichkeit nachweisen.