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Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Einrichtung zur berührungslosen Material- bzw. Fertigungsprüfung von Fahrzeugteilen mittels Computertomographie, bei welchem die Prüflinge durch einen Tomographen gefahren werden, gemäß Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 7.
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In der zerstörungsfreien Werkstoff- und Materialprüfung bei industrieller Fertigung, insbesondere im Automobilbau werden Röntgenprüfverfahren eingesetzt.
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Bei der zerstörungsfreien Röntgenuntersuchung werden die Probestücke oder Prüflinge in ein nach außen Röntgenstrahlung abschirmendes Gehäuse eingebracht und dort mit Röntgenstrahlen bestrahlt. Im allgemeinen befindet sich die Röntgenbestrahlungsquelle auf einer Seite des Prüflings und auf der diametral gegenüberliegenden Seite findet die Detektion, beispielsweise in Form eines röntgenstrahlungsempfindlichen Belichtungsträgers, statt. Bei dieser Art des Durchstrahlungsverfahren ist das Abbild auf dem Röntgenschirm quasi ein maßstäbliches Abbild des Prüflings. Es können dann Einschlüsse, Materialfehler, interne, nach außen nicht sichtbare Brüche durch einen durch Streuung bewirkten anderen Kontrast erkannt werden.
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Ein Verfahren bzw. eine Einrichtung dieser Art ist aus der
DE 19746594 A1 bekannt. Dort wird eine Röntgenkontrolleinrichtung dargestellt, welche für die Prüfung von Teilen aus dem Automobilbau, wie beispielsweise Airbags, verwendet wird. Dabei wird der Prüfling in ein nach außen Röntgenstrahlung abschirmendes Gehäuse eingefahren, und es wird die herkömmliche Röntgendurchstrahlungsmethode ohne weitergehende Ortsauflösung, wie oben bereits beschrieben, verwendet.
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Aus der
DE 197 47 499 A1 ist ebenfalls eine Röntgenkontrolleinrichtung bekannt, welche mit einer schwenkbaren Durchleuchtungseinrichtung versehen ist. Mittels einer Echtzeitmessung wird versucht, eine gewisse räumliche Art der Auflösung zu erreichen.
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Ansonsten ist der entsprechende Aufbau der Röntgenkontrolleinrichtung, wie der in dem oben erwähnten Stand der Technik beschriebene.
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Ferner ist aus der
EP 0 234 537 A2 ein computerunterstütztes Röntgenuntersuchuchungssystem zur Detektion von Fehlern in Gasturbinenschaufeln von Flugzeugen bekannt. Die zu untersuchenden Turbinenschaufeln werden der Röntgenuntersuchung mit einem Förderband zugeführt.
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Ein Verfahren zur Erreichung einer ortsaufgelösten Bilddarstellung offenbart die
US 5 463 666 A . Damit ist es möglich für eine „region of interest” innerhalb eines größeren Objekts eine ortsaufgelöste Bilddarstellung zu erreichen, ohne sogenannte Radonableitungen von Teilen eines Objekts außerhalb eines „field of view” zu bestimmen.
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Des weiteren ist aus der Wolfsburger Tageszeitung vom 17. Februar 1999 eine Methode bekannt, die Computertomographie für die Materialprüfungen von Motorblöcken aus Aluminium zu verwenden. Dort wird mit einem Computertomographen die Materialschlüssigkeit eines Aluminiummotorblockes untersucht. Wegen der Dichte des Materials und der Komplexität des Prüflinges, u. a. auch wegen der entsprechenden Größe, müssen Röntgenquellen mit hoher Energie eingesetzt werden. Der Prüfling, hierbei der Aluminiummotorblock, wird dabei durch den Computertomographen hindurchgeschoben, und nach der üblichen Art des Betriebes per Computertomographie werden räumliche und somit ortsaufgelöste Durchstrahlungsbilder vom Prüfling erzeugt. Einschlüsse, Risse oder dergleichen können somit im gesamten Motorblock aufgespürt werden.
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Das dort gezeigte Verfahren stellt somit ein insgesamtiges räumliches Abbild des Motorblockes dar.
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Bei der Materialprüfung komplexer Teile bedarf es jedoch nicht der gesamtigen Materialprüfung, sondern lediglich die sicherheitsrelevanten Schwachstellen werden untersucht. Um jedoch sicherheitsrelevante lokale Schwachstellen zu prüfen, genügt eine ortsunaufgelöste Röntgendurchstrahlmethode, wie in erstgenannten Beispielen nicht. Bei der Verwendung ortsaufgelöster Röntgentomographie ist jedoch beim oben beschriebenen Verfahren die Methodik zu aufwendig, zuerst ein gesamtes virtuelles Abbild des Prüflings zu erzeugen und erst hernach neuralgische Schwachpunkte aus dem virtuellen Abbild, d. h., aus der Fülle vorliegender Daten, herauszusuchen.
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Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Einrichtung der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß Prüflinge auch komplexerer und größerer Bauart auf Schwachpunkte prüfbar sind und dies unter Verwendung der Computertomographie, jedoch mit vertretbarem Aufwand.
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Die gestellte Aufgabe wird bei einem Verfahren der gattungsgemäßen Art erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 6 angegeben.
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Im Hinblick auf eine Einrichtung der gattungsgemäßen Art ist die gestellte Aufgabe erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 7 gelöst.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Einrichtungen sind in den übrigen abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Im Hinblick auf das erfindungsgemäße Verfahren besteht der Kern der Erfindung darin, daß unter Einsatz der Röntgentomographie, insbesondere der computergestützten Röntgentomographie, mehrere Prüflinge im Durchlauf geprüft werden bzw. geprüft werden können, wobei lediglich an definierten Stellen lokal unter Erhalt dreidimensionaler Daten untersucht wird. Damit wird das ansonsten, ein komplettes virtuelles Bild erstellende Computertomographieverfahren reduziert auf ein lediglich am Prüfling nur lokal angewendetes Verfahren. Dadurch kann ausschließlich auf die Untersuchung sicherheitsrelevanter Schwachpunkte hin untersucht werden, ohne den Prüfling komplett zu untersuchen, was eine erhebliche Zeitersparnis zur Folge hat. Auf diese Weise ist es möglich, in einem vertretbaren ökonomischen Rahmen mehrere Prüflinge hintereinander auf eine Art Fließband durch den Computertomographen hindurchzuschieben. Da dieser sich lediglich auf die Untersuchung einer räumlichen Einzelheit beschränkt, sind die entsprechend erhaltenen Daten schnell verfügbar.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist angegeben, daß die Prüflinge in einer gegebenen bzw. vorgegebenen Sollposition auf einem Förderband durch den Röntgencomputertomographen gefahren werden, so daß jeder Prüfling in der jeweiligen Prüfphase die gleiche Sollposition hat. Dadurch ist recht einfach gewährleistet, daß bei einer Prüfserie von gleichartigen Prüflingen, der Computertomograph einmal eingestellt werden muß, und sodann sehr zeitsparend jeden Prüfling auf die besagte Schwachstelle hin nur noch lokal untersucht.
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Darüber hinausgehend ist es weiterhin vorteilhaft, daß jeder Prüfling eine Kennzeichnung oder eine Nummerierung erhält, und daß die Daten jedes Prüflinges demselben eindeutig zuordnenbar abgespeichert werden. Mit Hilfe einer solchen Kennzeichnung werden die Prüflinge nicht nur ad hoc geprüft, sondern die Daten bleiben, jedem geprüften Prüfling zugeordnet, abgespeichert.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist angegeben, daß von einer willkürlichen oder vorbestimmbaren Anzahl von Prüflingen, einer nach erfolgter Prüfung ausgesondert, und ein praktischer Funktionstext durchgeführt wird, und daß die elektronisch gespeicherten Prüfdaten des besagten Prüflinges mit den Funktionstestdaten korreliert werden. Besonders vorteilhaft ist diese Prüfmethode in Verbindung mit der oben bereits angegebenen Kennzeichnungen oder Nummerierung des Prüflinges. Damit wird eine eindeutige Zuordnung möglich, d. h., die Prüfdaten des Prüflinges sind als Datensatz zum Prüfling verfügbar und können später mit den Funktionstestdaten des besagten ausgesonderten Prüflinges korreliert werden.
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Besonders vorteilhaft läßt sich das Verfahren am Beispiel der Prüfung der Reißnähte von Airbags in Kraftfahrzeugen anwenden. Dabei ist als Prüfling eine vormontierte Armaturentafel eingesetzt, bei welchem jeweils lokal lediglich die verdeckten Reißnähte des Airbags in der Armaturentafel geprüft werden. An diesem Beispiel wird der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens sehr deutlich. Das an sich sehr komplexe und große Gebilde „Armaturentafel” kann als ganzes in den Computertomographen hineingefahren werden, wobei beim erfindungsgemäßen Verfahren derselbe lediglich nur noch die besagten sicherheitsrelevanten Lokalitäten untersucht. Hierzu gehören die Reißnähte des Airbags. Die Reißnähte des Airbags sind materialverdünnte Linien oder Linienzüge in der Armaturentafel, die beim Auslösen des Airbags aufreißen und dem Airbag die Möglichkeit der unmittelbaren Entfaltung geben. Diese Reißnähte müssen dabei so ausgestaltet sein, daß sie bei normaler Fahr- und Betriebsbeanspruchung des Kraftfahrzeuges nicht einreißen, jedoch im Bedarfsfalle des Auslösen des Airbags ohne nennenswerten Zeitversatz unmittelbar und vor allem nur entlang der gedachten Sollreißnaht aufreißen. Die Sollreißnähte bei Airbags sind beispielsweise im Beifahrerbereich u-förmig verlaufend, d. h., die Armaturentafel reißt u-förmig auf und das entsprechend dadurch umgrenzte Flächensegment der Armaturentafel klappt wie ein Deckel nach oben. Um diese Sollfunktion zu gewährleisten, müssen die Reißnähte an jeder Stelle die vorgegebenen Materialverdünnungen bzw. -dicken haben, die möglichst gleichmäßig über die gesamte Länge der Reißnaht verlaufen muß, oder die Reißnaht muß einem Dickenverlaufsprofil entsprechen.
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Auf diese lokal zu prüfende Feinheit ist das erfindungsgemäße Verfahren an diesem Beispiel lokal eingerichtet, d. h., wenn der Prüfling durch den Computertomographen fährt, und beispielsweise in entsprechender Sollposition denselben durchfährt, kann der Computertomograph den Gesamtgegenstand zunächst erfassen und die Abtastung erfolgt dann lediglich nur noch im gewünschten Prüfgebiet, nämlich beispielsweise der Reißnaht des Airbags. Dadurch, daß räumliche Daten erhalten werden, wie sie durch den Einsatz der computergestützten Röntgentomographie möglich sind, kann die Reißnaht insgesamt auch räumlich dargestellt und entsprechend geprüft werden. Dadurch ist mit dieser Methode eine entsprechend genaue Prüfung dieses höchstsicherheitsrelevanten Details möglich.
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In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens können überdies auch die verstärkten Randbereiche der Armaturentafel im Bereich um den Airbag herum, geprüft werden. Für eine situationsgerechte Auslösung des Airbags muß nicht nur eine entsprechende Verdünnung im Bereich der Reißnaht gegeben sein, sondern auch das Umfeld der Armaturentafel muß solche Stabilität aufweisen, daß es unter der Wirkung des explosionsartigen Entfaltung des Airbags nicht zerstört wird. Hierzu gibt es wiederum sicherheitsrelevante Schwachpunkte, die untersucht werden müssen, beispielsweise die Begrenzung nach vorne in Richtung Windschutzscheibe, und die Begrenzung zur Seite, in Richtung integrierter Lüftung.
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Mit Hilfe der erfindungsgemäß lokal beschränkten Computertomographie ist die Beschränkung auf entsprechende Details möglich und im übrigen können durch die besagte Beschränkung auf entsprechende Details auch relativ große Prüflinge eingebracht werden, ohne daß über die Maßen Zeit benötigt wird. Durch die entsprechende Zeitersparnis ist eine Serienprüfung möglich. Die Prüfqualität der lokal untersuchten Details ist durch den entsprechenden Einsatz der Computertomographie sehr hoch, da dreidimensional und hochortsauflösend, wodurch eine genaue Prüfung ausgesuchter Details möglich ist.
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Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung besteht der Kern der Erfindung darin, daß ein computergestützter Röntgentomograph verwendet wird, bei welchem ein durchlaufendes Förderband vorgesehen ist und bei welchem die Röntgeneinrichtung einstellbare Ortsbegrenzungsmittel aufweist, die eine Prüfung nur auf die zu prüfende Detaillokalität ermöglicht.
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D. h., der Computertomograph kann eine sehr rasche, dafür aber auch detailungenaue Gesamtaufnahme des Prüflings erstellen, um diesen als solches zunächst einmal zu erfassen. Die entsprechenden Begrenzungsmittel jedoch lassen das Verfahren der Prüf- und Detektorköpfe im Computertomographen nur noch in bestimmten Winkeln und bestimmten Energiebereichen zu. Dadurch wird die Beschränkung auf eine entsprechende Lokalität, die untersucht werden soll, ermöglicht.
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Ist die entsprechende Lokalität untersucht, so fährt das Förderband den nächsten Prüfling hinein. Das gesamte Verfahren ist durch die entsprechende Beschränkung auf eine entsprechende Lokalität auch in Serienprüfung einsetzbar, was bei ansonsten umfangreichen Computertomographieverfahren nicht möglich ist.
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Des weiteren sind auch einrichtungsgemäß Kennzeichnungsmittel und Kennzeichnungslesemittel bekannt, die auf den Prüflingen angebracht sind und automatisch von einem elektronischen Lesegerät, nämlich dem Kennzeichnungslesemittel, gelesen werden können. Hierdurch wird nun in weiterer vorteilhafter Ausgestaltung eine Speichereinrichtung im Computertomographen angesteuert, wobei die nachfolgenden, also nach Kennzeichnungslesung ermittelten Prüfdaten, mit Probanden- bzw. prüflingbezogener Speicheradressierung abgespeichert werden können.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist vorgesehen, das Datenübertragungsmittel verwendet werden, welche die Daten vom Speicherelement des Computertomographen zu einem Prüffeld übertragen, in dem willkürlich oder konkret ausgesonderte Prüflinge zur Prüfung getestet werden und mit den zuvorigen Prüflingdaten korreliert werden. Bei der Prüfung von Airbags in Armaturentafeln nennt man diesen Vorgang Probeschuß. Hierbei wird, wie oben bereits beschrieben, eine entsprechende Armaturentafel willkürlich oder vorausgesucht, aus dem weiteren Produktionslauf ausgesondert und es wird zur Probe eine Airbagauslösung generiert. Die so erhaltenen Probeschußtestdaten können, weil der besagte Prüfling eine entsprechende Kennzeichnung oder Nummerierung hat, mit den unter dieser Nummerierung adressiert abgespeicherten, zuvorigen Computertomographiedaten korreliert werden.
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Eine solche Verbindung zwischen Probeschuß und zuvoriger Prüfung liefert in Gesamtheit erheblich detailliertere Informationen als mit Einrichtungen und Vorgehensweisen bekannter Art. Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist das Computertomographieverfahren zeitlich so stark verkürzt, daß eine Serienprüfung stattfinden kann und der Computertomograph erst in dieser Art und Weise effizient einsetzbar ist.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und nachfolgend näher beschrieben.
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Es zeigt:
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1: Prinzipielle Anordnung von Computertomograph und Prüfling.
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2: Computertomographieanordnung mit Kennzeichnungseinheit.
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3: Darstellung der zu untersuchenden Details einer Armaturentafel.
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1 zeigt einen Computertomographen, der ringförmig angeordnet ist und durch dessen mittleren Hohlraum ein Förderband 2 hindurchläuft. Im Computertomographen 1 wird eine Anordnung herkömmlicher Bauart, d. h., herkömmlicher Tomographiebauart verwendet. Dabei sind, hier nicht weiter dargestellte rotierende Röntgenquellen und entsprechend angeordnete, zumeist diametral oder in bezogenen Winkeln angeordnete Detektoren, rotierend angeordnet. Durch die Rotation innerhalb des Computertomographen 1 werden korrelierte Aufnahmen aus verschiedenen Winkeln und Schichten ermöglicht, wodurch hernach die Daten entsprechend zusammengefügt werden und ein dreidimensionales oder tiefenprofiliges Bild des Prüflings erhalten wird. An diesem Beispiel wird auf dem besagten Förderband in entsprechender Sollage, nämlich so, daß der Computertomograph den Gegenstand als solchen in seiner Ausrichtung erkennt, eine Armaturentafel 3 gelegt. Diese Armaturentafel 3 ist hiermit der sogenannte Proband oder Prüfling. Innerhalb der Armaturentafel wird jedoch lediglich die Prüfung beschränkt auf die Reißnähte der Airbags, insbesondere des Beifahrerairbags. Auf diese Lokalität ist sowohl die entsprechend sollpositionierte Lage der Armaturentafel auf dem Förderband 2 abgestellt, wie auch die entsprechend reduzierte Untersuchung des Computertomographen, der lediglich auf diese besagte Lokalität abstellt.
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2 zeigt wiederum den ringförmigen Computertomographen mit einem durchlaufenden Förderband 2 und darauf aufgelegten Prüflingen oder Probanden 3 und 3'. Zusätzlich ist eine Kennzeichnungseinheit randseitig am Förderband angeordnet, mit welchem die Probanden elektrisch, elektronisch, magnetisch oder mechanisch gekennzeichnet werden können. Diese Kennzeichnungseinheit 4 muß dabei jedoch nicht unbedingt nahe dem Computertomographen 1 angeordnet sein, sondern kann auch eine separate Einheit sein, die noch weit vorher zum Einsatz kommt. Es ist daher auch möglich, die Probanden schon, bevor sie auf das Förderband 2 aufgelegt werden, zu kennzeichnen.
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Wichtig ist jedoch, daß in der Nähe des Computertomographen bzw. seitlich am Rand des Förderbandes 2 eine Kennzeichnungsleseeinheit 5 angeordnet ist. Mit Hilfe dieser kann der entsprechende Proband identifziert werden und die nachfolgend erhaltenen Prüfdaten werden dann unter Verwendung dieser Kennzeichnung entsprechend adressiert und gespeichert. Hierzu weist der Computertomograph, hier nur prinzipiell dargestellt, eine Speichereinheit 6 auf, mit welcher die Prüfdaten Probandenbezogen adressiert abgespeichert werden können. Die Speichereinheit 6 wiederum steht über ein Bussystem oder eine Intranetverbindung 7 mit weiteren elektronischen Anlagen, beispielsweise im räumlich davon separierten Prüffeld, in Verbindung. Mit Hilfe der verfügbaren und somit Probandenbezogenen Prüfdaten können im Prüffeld weitere Korrelationen, beispielsweise bei einem Prüfschuß der Airbags, oder bei einer eingehenderen Materialprüfung oder Sicherheitsprüfung zusätzlich verwendet werden.
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3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Probanden, nämlich die Armaturentafel eines Fahrzeuges mit den darin integrierten Airbags. Hierbei ist der Airbag des Beifahrers mit einer entsprechenden Reißnaht 10 in U-Linienform versehen. Diese Reißnaht 10 ist verdeckt, so daß diese nur mit einer Durchstrahlungsmethode, nämlich der genannten Röntgencomputertomographie, ersichtlich wird. Somit können ortsaufgelöst die Reißnähte in Bezug auf ihre Dicke und ihre Beschaffenheit untersucht werden. Weitere Prüflinien oder Prüfbereiche sind die entsprechend um den Airbag herumverlaufenden Umgebungsbereiche, beispielsweise der Linie 20, die entlang der Windschutzscheibe und entlang der seitlich integrierten Lüftung verläuft. Die Prüfung dieser Details ist aus oben genannten Gründen wichtig.
