DE19645377C2 - Rißprüfanlage für Werkstücke nach dem Farbeindringverfahren und Verfahren zur automatischen Rißerkennung - Google Patents

Rißprüfanlage für Werkstücke nach dem Farbeindringverfahren und Verfahren zur automatischen Rißerkennung

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    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using infra-red, visible or ultra-violet light
    • G01N21/84Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/91Investigating the presence of flaws or contamination using penetration of dyes, e.g. fluorescent ink

Description

Die Erfindung betrifft eine Rißprüfanlage für Werkstücke nach dem Farbein­ dringverfahren mit automatischer Fehlererkennung bei In- Prozeß-Kontrolle über Bildverarbeitung sowie ein Verfahren zur Rißprüfung.

Bei diesen Rißprüfverfahren nach dem Farbeindringverfahren werden üblicherweise unter Unter­ stützung mit Leuchtkörpern sichtbar gemachte Bereiche höherer Konzentration Farbstoffpartikel auf Werkstücken mit: einer oder mehreren Bildaufnahmeeinheiten ermittelt, nachdem Prüf­ mittel mittels einer Prüfmittel-Auftrage- und Sammelanlage auf das zu untersuchende Werkstück aufgebracht worden ist und sich an den Rissen konzentriert hat.

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 Titan­ legierungen 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 Beleuchtungeinrichtung, wie UV-Lampen bei Fluoreszenzfarbstoffen, aber auch Lasern oder anderen Lampen bei entsprechend absorbierenden Farbstoffen, bewertet werden.

Es werden dabei in an sich bekannter Weise Werkstücke für die Farbeindringprüfung vorbereitet, indem sie gereinigt, ggf. gebeizt und getrocknet werden, mit einem Farbstoffe, insbe­ sondere auch Fluoreszenzfarbstoffe, aufweisenden Prüfmittel unter Anreicherung der Farbstoffe an Oberflächenfehlern, insbesondere Rissen, besprüht, sodann vom überschüssigen farbstoffhaltigen Prüfmittel, 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. 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 Aluminiumle­ gierungen oder Keramik, ermöglichen.

Bisher wurden diese Farbeindring-Untersuchungen meist von Bedienungspersonal durchgeführt und durch Augenschein ausge­ wertet. Die Anmelderin hat bereits derartige Verfahren zur Farbeindringprüfung vorgeschlagen, nebst zugehöriger Vorrichtung.

In der GB 2222879 ist ein Verfahren zur Bildauswertung von mit magnetischem fluoreszenzfähigem Material bearbeiteten Risse aufweisenden Werkstücken bekanntgeworden, bei dem eine Kamera nach einem vorherbestimmten Muster Bilder der fluores­ zierenden Grate und anderen Orten der Ansammlung magnetischer Partikel bei Anlegen eines magnetischen Feldes aufnimmt und in einer Auswerteinheit auswertet. Es handelt sich dabei also um das bekannte Verfahren (Magnetpulververfahren) mit magne­ tisierbaren Partikeln, das nur bei magnetisierbarem Werk­ stücken durchführbar ist.

Aus der DE 34 40 473 A1 sind ein Verfahren und Vorrichtung zur Feststellung von Rissen auf der Oberfläche von Werkstücken bekanntgeworden, bei dem eine automatisierte Bilderkennung bei von Kameras aufgenommen Bildern erfolgt.

Die Überprüfung, die durch die bekannten Anlagen 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, sodaß sie bisher meist unabhängig davon, ob sie wirklich verbraucht waren, ausgetauscht wurden. Dies stellte einen unzufrieden­ stellenden Zustand dar, da eigentlich unklar war, ob die vorangegangenen Messungen noch zuverlässig waren oder ob möglicherweise unnötig noch verwendungsfähiges Material ver­ nichtet wurde. Eine weitere Fehlermöglichkeit ergab sich dar­ aus, daß die zur Bestrahlung der Teile verwendeten Lampen sowie auch die Strahlungssensoren stets einem natürlichen Alterungsprozeß unterliegen, innerhalb dessen sie ihr Spek­ trum und die Leuchtintensität ändern.

Schließlich ist eine weitere Fehlermöglichkeit - falls Per­ sonen zur Beurteilung des mit Prüfmittel behandelten Werk­ stücks eingesetzt werden - die Ermüdung der Personen, die diese Prüfung übernehmen bzw. bei mit Kameras arbeitenden Anlagen eine mögliche Änderung der Einstellung von Bildauf­ nahmeeinrichtungen, wie des Focus oder aber der geometrischen Anordnung der Aufnahmeeinrichtung zum Prüfling, die leicht verändert wird.

Aus der DE 39 07 732 A1 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 geprüft wird. Die Überwachungssignale werden dort aber nur zum Abschalten der Anlage verwendet - eine Nachregelung des Prüfmittelgehalts 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 durchzu­ führen.

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, insbeson­ dere automatischen, Prüfanlagen über eine längere Betriebs­ zeit hinweg Gesichtspunkte zur Senkung der Kosten oder Er­ höhung der Sicherheit, daß fehlerhaft einzustufende Werk­ stücke 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 den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.

Ferner bezieht sich die Erfindung auch auf ein Verfahren zur automatischen Rißerkennung nach dem Farbeindringverfahren, mit den Merkmalen des Patentanspruches 11.

Dadurch, daß die erfaßten Daten der Rißprüfanlage stets überwacht und dokumentiert werden, ist es möglich, Angaben über die geprüften Teile zur Verfügung zu stellen, die den Anforderungen an eine moderne Qualitätssicherung genügen. Durch die Überwachung der verwendeten Verbrauchsmittel, wie Lampen und Flüssigkeiten kann ein vorzeitiger, kostenaufwen­ diger Austausch vermieden werden - durch Nachregelungseinhei­ ten erhöht sich die Betriebsdauer einer ununterbrochen laufenden Anlage erheblich. Durch Durchlaufenlassen von Test­ körpern mit Testfehlern, die ebenfalls dokumentiert werden, läßt sich auch die Zuverlässigkeit der Prüfanlage beurteilen und dokumentieren. Somit wird erfindungsgemäß eine effizien­ ter und sicherer arbeitende Prüfanlage zur Verfügung ge­ stellt.

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 Beleuch­ tungskörpers oder der Beleuchtungskörper 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 geführten Beizmittel
  • - eine Einrichtung zur Überprüfung eines oder mehrerer im Kreis geführter Reinigungsmittel,
  • - eine Meßeinrichtung für die Erfassung unmittelbar werk­ stückbezogener Parameter, wie Teile-Identifizierungs- Nummern, Stückzahl, und/oder Bewertungsgrößen der Rißbil­ dung, wie Gut/Schlecht-Aussage, Fehlergrößenbeurteilung nach vorgegebenem Größenintervall oder in vorgegebenem Oberflächenbereich, umfasst, wobei Meßstationen Prüfsignale ausgeben und zum Prozessor leiten, der dazu befähigt ist, aus diesen Signalen aufgrund eines abgespeicherten Verarbei­ tungsprogramms, das ggf. auch abgespeicherte Nachschlageta­ bellen oder Vergleichswerte in einem Speicher verwendet, ein oder mehrere Endausgabesignale zu erstellen, die sodann wei­ terverarbeitbar sind, wobei der Prozessor mit einem Ausgabe­ gerät für permanente Aufzeichnungen, wie einem Drucker und/oder einer optischen oder magnetischen Speichereinheit und/oder einem Anzeigegerät und/oder einer Datenfernübertra­ gungsvorrichtung zur Verarbeitung/Anzeige/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 aufgrund der vom Rechner der Selbstprüf- und Überwachungseinrichtung ermittelten Signale auf.

Selbstverständlich müssen erfindungsgemäß nicht alle Flüs­ sigkeiten im Kreis geführt werden - für bestimmte Anwendungs­ fälle oder bspw. bei kleinen Stückzahlen oder spezielle Prüf­ mittel für einen besonderern Anwendungsfall, wobei diese ein­ fach mit Spraydosen od. dgl. aufgebracht werden, ist dies möglicherweise nicht sinnvoll - allerdings ist dann immer noch die Überwachung von Prüflingen, der Beleuchtungskörper, der photoempfindlichen Sensoren etc. wichtig und auch deren Dokumentation. Somit ist die Erfindung keineswegs auf Anlagen beschränkt, 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-44 38 510.2 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- Partikeln, die auf den verschiedenen gemessenen Prüfkörpern verbleiben, erkannt und entsprechend gehandelt werden kann. So kann dann entweder neue Suspension eingesetzt, Farbstoff Pulver in die Suspension nachdosiert werden oder auch zumin­ dest nachbestellt werden.

Auch die übrigen Flüssigkeiten können auf Erschöpfung unter­ sucht werden, bspw. durch optische Meßverfahren und/oder Mes­ sung der Leitfähigkeit und dies können durch eine entspre­ chende 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 aufgefun­ den werden. Durch regelmäßige Überprüfung der im Kreislauf geführten, fluiden Medien, die nach Abtropfen vom Prüfling regelmäßig wieder in einem Sammelbehälter gepoolt und wie­ derverwendet werden, auf Funktion und Alterung, ggf. Gehalt an Farb-Partikeln - denn auf den Prüflingen verbleibt übli­ cherweise ein Partikel- und Lösungsmittelrest; Lösungsmittel verdampfen aber auch - ; Überprüfung der Bestrahlungseinrich­ tungen und der Strahlungsmeßeinrichtungen auf Funktionsfähig­ keit kann nun die Funktion der Prüfanlage überwacht und auf gleichem Niveau gehalten werden. Dadurch, daß nun auch die Funktion der Überprüfungsanlage und deren Einzelbestandteile automatisch in vorgegebenen Intervallen erfolgen kann, sind Vorteile gewahrt: durch Nachregeln der Lampenspannung - abge­ sehen von den Funktionen der Kostenkontrolle bzw. Gewährlei­ stung sowie ggf. der Nachregelung der Farbstoff- und der übrigen Flüssigkeitskonzentrationen kann eine gleichbleibende Qualität der Prüfeinrichtung erhalten werden. Die Prüfmittel­ suspension kann zunächst durch Nachdosieren von Farbstoff auf einem konstanten Niveau gehalten werden und muß erst dann, wenn bekannt ist, daß sie erschöpft ist und keine zufrie­ denstellenden Meßergebnisse liefert - dann muß sie ausgewech­ selt/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 Positionierungstole­ ranzen 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 beherr­ schen 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 Parameter, die die Helligkeit/Farbe beeinflussen, in die Rissfehlerreproduzierbarkeit 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 Integraltest nicht mehr zur Verfügung stehen. Abhilfe schaf­ fen hier abwaschbare, künstlich eingebrachte Fehler, diese sind aber aufwendiger. Für den Nachweis der Reproduzierbar­ keit der Bildverarbeitung reichen aber auch einfache Farb­ fadenkreuze, oder etwas Ähnliches aus.

Durch die Verwendung von Testfehlern bzw. Testwerkstücken mit Testfehlern ist es lediglich möglich, die Gesamtfunktion einer Anlage in bestimmten Abständen zu überprüfen - damit ist keine direkte Fehleranalyse der für eine Fehlmessung verantwortlichen Anlagenteile möglich und es kann auch sein, daß die Anlage bereits einige Zeit (d. h. vor dem Durchlauf des Testkörpers) fehlerhaft arbeitet, bis dieses Fehlverhal­ ten durch den Testkörper aufgedeckt wurde. Es ist auch nicht vollständig sicher, ob der abweichende Meßwert nun mögli­ cherweise auf einer falschen Positionierung des Testkörpers oder seiner Rißnachbildung beruht. Das Testkörperverfahren als regelmäßige Untersuchungsmethode für die Funktionsfähig­ keit einer Anlage ist daher verbesserungsfähig.

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.

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 Bildaufzeichungseinheiten 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 Prüfanla­ ge 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, sodaß eine automatische Riß- Überprüfung von Teilen als sicher jedenfalls hinsichtlich der Funktion der Prüfanlage gelten kann.

Nachfolgend wird die Erfindung näher anhand von Beispielen einer automatischen Rißprüfanlage 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) sowie von den diversen Reinigungs- und Beizflüssigkeiten. Diese Signale können einzeln oder gemeinsam zu einem Proto­ koll verarbeitet 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 detektie­ ren, dokumentieren und/oder Alarm auszulösen. Es hat sich ge­ zeigt, 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, sodaß 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 arbeitende Prüfmittelüberwachungseinrichtung. Diese ist ausgelegt, das Prüfmittel zu überwachen und kann mit engen Toleranzen zur Überwachung der Prüfflüssigkeit und zur Verbesserung der Reproduzierbarkeit eingesetzt werden. Insbesondere bei gegossenen Prüfteilen, wie z. B. bei der Automobilindustrie, ist der Prüfmittelaustrag relativ groß, es muß Prüfmittel nachdosiert werden und die Reproduzierbar­ keit der Messungen ist ohne Überwachung empfindlich gestört.

Die automatisch arbeitende Prüfmittelüberwachungsanlage gibt hier Abhilfe, indem sie eine ständige Kontrolle des Prüfmit­ tels und 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 übertragbar.

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 rotiert das Teil gesteuert, bevorzugt automatisch. 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 geläufig, die ebenfalls unter den Schutzumfang der Ansprüche fallen, sodaß die Erfindung keineswegs auf die Ausführungs­ beispiele begrenzt ist.

Claims (12)

1. Rißprüfanlage für Werkstücke nach dem Farbeindringverfahren mit automati­ scher Fehlererkennung bei In-Prozeßkontrolle über Bildverarbeitung, mit
  • 1. mindestens einer Beleuchtungseinrichtung mit Intensitätsmeßsensor;
  • 2. einer Prüfmittel-Auftrage- und Sammelanlage, bei der das Prüfmittel auch im Kreis geführt wird;
  • 3. einer Prüfmittelüberprüfungsvorrichtung zur Messung der Funktionsfähigkeit der Prüfflüssigkeit, die ein der Messung entsprechendes Signal erzeugt;
  • 4. mindestens einer optischen Bildaufnahmeeinheit, deren geometrische Anord­ nung, Focus und Funktion durch Sensoren überprüfbar sind;
  • 5. einer Bildverarbeitungseinheit zur Auswertung von aufgenommenen Bildeinheiten durch Abtasten und Erkennen von Bereichen höherer Prüfmittel­ konzentration und zur Ausgabe verschiedener Signale aufgrund einer Aus­ wertungslogik,
  • 6. wobei die Signale der Prüf- und Überwachungseinheiten in eine Selbstprüf- und Funktionsüberwachungseinrichtung geführt werden, die diese mit vorgege­ benen Daten vergleicht und dementsprechend Signale zur Erstellung eines Prüfprotokolls oder zum Nachregeln vorbestimmter Betriebsparameter ausgibt.
2. Rißprüfanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Signale der Selbstprüf- und Funktionsüberwachungseinrichtung zu einer Anzeige geleitet werden.
3. Rißprüfanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Si­ gnale der Selbstprüf- und Funktionsüberwachungseinrichtung zu einer Ein­ richtung zur Änderung von Betriebsgrößen geleitet werden.
4. Rißprüfanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Bildverarbeitung durch:
  • 1. Setzen von Fenstern und Abtasten der Fenster durch die Bildaufzeichnungsein­ heit sowie
  • 2. Verarbeitung der aus der Bildaufzeichnungseinheit erhaltenen Daten in einem Rechner erfolgt.
5. Rißprüfanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Prüf- und Überwachungseinheiten weiterhin:
  • 1. eine Einrichtung zur Überprüfung der Entwicklerflüssigkeit
  • 2. eine Einrichtung zur Überprüfung der Beizmittel
  • 3. eine Einrichtung zur Überprüfung des mindestens einen Reinigungsmittels,
  • 4. einen Rechner für die Erfassung unmittelbar werkstückbezogener Parameter, wie Teile-Identifizierungs-Nummern, Stückzahl, und
  • 5. eine Einrichtung zur Bewertung der gemessenen werkstückbezogenen Para­ meter zur Erstellung von Bewertungsgrößen der Rißbildung
umfassen.
6. Rißprüfanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Änderung von Betriebsgrößen eine Einrichtung zur Nachregelung der Be­ leuchtungsintensität und/oder der Sensorempfindlichkeit der Beleuchtungsüber­ wachungssensoren durch die Selbstprüf- und Funktionsüberwachungseinrichtung aufweist.
7. Rißprüfanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Änderung von Betriebsgrößen eine Einrichtung zur Nachregelung der Prüf­ mittelkonzentration durch Nachdosieren von Farbstoff aufweist.
8. Rißprüfanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Änderung von Betriebsgrößen Einrichtungen zur Nachregelung der Rei­ nigungsmittelkonzentration durch Nachdosieren von Reinigungsmittel und/oder Lösungsmittel aufweist.
9. Rißprüfanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Änderung von Betriebsgrößen Einrichtungen zur Nachregelung der Beizmit­ telkonzentration durch Nachdosieren von Beiz- oder Lösungsmittel aufweist.
10. Rißprüfanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrich­ tung zur Änderung von Betriebsgrößen Einrichtungen zur Nachregelung der Ein­ stellung der Bildaufnahmeeinheit, der geometrischen Anordnung des Focus oder der Empfindlichkeit aufweist.
11. Verfahren zur automatischen Rißerkennung bei Werkstücken nach dem Farb­ eindringverfahren, wobei mit Hilfe von mindestens einer Beleuchtungseinrich­ tung und einer Bildaufnahmeeinrichtung von mit Prüfmittel für die Rißfehler­ prüfung behandelten Prüflingen hergestellte Bildsignale nach einem abgespei­ cherten Programm verarbeitet werden; mit den Schritten:
  • 1. Ermitteln von:
    • 1. Meßwerten über die Funktionsfähigkeit der mindestens einen Beleuchtungseinrichtung;
    • 2. Meßwerten über die Funktionsfähigkeit der verwendeten Flüssigkeiten in den Flüssigkeitsüberprüfungseinheiten;
    • 3. Meßwerten über die geometrische Anordnung der Bildaufnahmeeinrichtung zu den aufzunehmenden Werkstücken;
    • 4. Meßwerten über die Funktion der Bildaufnahmeeinrichtung und
  • 2. Übermittlung der Meßwerte zur Selbstprüf- und Funktionsüberwachungseinrichtung, die sie aufgrund eines abgespeicherten Programms verarbeitet und ein oder mehrere Signale ausgibt, um damit ein Prüfprotokoll zu erstellen oder vorbestimmte Betriebsparameter nachzuregeln.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß automatisch Prüf­ stücke mit Referenzfehler in die Anlage geschleust werden.
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