DE20307809U1 - Illumination arrangement for use with a fluorescent non- destructive surface crack detection method, whereby a monochromatic light source and a suitable wavelength observation filter are used to improve detection sensitivity - Google Patents

Illumination arrangement for use with a fluorescent non- destructive surface crack detection method, whereby a monochromatic light source and a suitable wavelength observation filter are used to improve detection sensitivity

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Abstract

Illumination device for surface crack detection has a monochromatic or nearly monochromatic light source for illumination of a workpiece. The workpiece is observed through a filter that blocks out the wavelength of the illumination light and is transparent to light of wavelength corresponding to that of the fluorescing workpiece surface.

Description

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Klassifikation: G01N27/84 ; G01N21/33Classification: G01N27/84 ; G01N21/33

Vorrichtung zur Beleuchtung von Oberflächen mit monochromatischem oder annähernd monochromatischem Licht von Leuchtdioden oder Laserdioden zur Erkennung von Rissen durch einen Filter, anhand der Fluoreszenz eines auf die Oberfläche aufgebrachten fluoreszierenden StoffesDevice for illuminating surfaces with monochromatic or nearly monochromatic light from light-emitting diodes or laser diodes for detecting cracks through a filter based on the fluorescence of a fluorescent substance applied to the surface

Beleuchtungsvorrichtung zur OberflächenrissprüfungIllumination device for surface crack detection

Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung zur Oberflächenrissprüfung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a lighting device for surface crack testing according to the preamble of claim 1.

Eine gattungsgemäße Ausführung einer solchen Beleuchtungsquelle zur Oberflächenrissprüfung, die als Stand der Technik betrachtet werden können, besteht aus eine lichtstarken und breitbandigen konventionellen Lichtquelle mit hohem UV-A- und UV-B-Anteil. .Die Oberfläche des zu prüfende Bauteils wird mit einer Flüssigkeit benetzt, die magnetisierbare Bestandteile enthält und unter Einfluss eines Magnetfeldes orientieren sich die magnetisierbaren Elemente dieser Flüssigkeit anhand der vorhandenen Risse in der Oberfläche, da hier die größten magnetischen Feldlinien entstehen.A generic version of such a lighting source for surface crack testing, which can be considered state of the art, consists of a bright and broadband conventional light source with a high UV-A and UV-B content. The surface of the component to be tested is wetted with a liquid that contains magnetizable components and, under the influence of a magnetic field, the magnetizable elements of this liquid orient themselves based on the existing cracks in the surface, since this is where the largest magnetic field lines arise.

Andere Verfahren nutzen Flüssigkeiten niedriger Viskosität und Oberflächenspannung, die leicht und schnell in kleinste Risse eindringen.Other methods use liquids with low viscosity and surface tension that penetrate easily and quickly into the smallest cracks.

Die Erkennung der Risse erfolgt durch Anregung- zur Fluoreszenz der koagulierten Elemente die sich wie bereits erwähnt, an den Rissen ausgerichtet haben oder in Risse eingedrungen sind.The cracks are detected by exciting the fluorescence of the coagulated elements which, as already mentioned, have aligned themselves with the cracks or have penetrated into the cracks.

Die Nachteile der bekannten Vorrichtungen zur Oberflächenrissprüfung sind die mangelhafte Erkennbarkeit der Risse durch zu geringe Fluoreszenz und somit zu geringen Kontrast. Dies erschwert auch eine automatische Erkennung der Risse durch z.B. CCD-Kameras.The disadvantages of the known devices for surface crack detection are the poor detectability of the cracks due to insufficient fluorescence and thus insufficient contrast. This also makes automatic detection of the cracks difficult using CCD cameras, for example.

Bei den gebräuchlichen Lichtquellen wird auch durch das breitbandige Lichtspektrum mit hohem UV-Anteil eine sicheres Arbeiten und gesundheitsverträgliches Arbeiten nur mit entsprechenden Filtern und Schutzbrillen gewährleistet. Die hierfür verwendeten Schutzbrillen beeinträchtigen jedoch teilweise die Auswertbarkeit des betrachteten Bildes der Oberfläche und werden beim Arbeiten als störend empfunden.With the usual light sources, the broadband light spectrum with a high UV content means that safe and healthy work can only be guaranteed with appropriate filters and safety glasses. However, the safety glasses used for this purpose partially impair the ability to evaluate the image of the surface being viewed and are perceived as disruptive when working.

Ein weiterer Nachteil ist der starke Energieverbrauch konventioneller Lampen.Another disadvantage is the high energy consumption of conventional lamps.

Durch das breitbandige Lichtspektrum wird der überwiegende Strahlungsanteil nicht genutzt und entsteht hierdurch ein nicht zu vernachlässigender Anteil an Abwärme der Lampe und Erwärmung des zu beobachtenden Bauteiles.Due to the broadband light spectrum, the majority of the radiation is not used, resulting in a not insignificant amount of waste heat from the lamp and heating of the component being observed.

Diese konventionellen Lampen haben auch den Nachteil einer begrenzten Lebensdauer des Leuchtmittels. Diese Eigenschaften zusammengefasst resultieren in einem hohen Betriebsaufwand mit entsprechenden Kosten.These conventional lamps also have the disadvantage of a limited lifespan of the light source. These properties combined result in high operating costs.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Beleuchtungsvorrichtung zu schaffen, welche eine verbesserte Erkennbarkeit von Rissen bei großem Kontrast gewährleistet, und dabei ohne störende, ungenutzte oder schädigende Lichtanteile bei reduzierten Betriebskosten mit geringem Energieverbrauch langzeitstabil arbeitet.The invention is based on the object of creating a lighting device which ensures improved detectability of cracks with high contrast, and at the same time operates with long-term stability without disturbing, unused or damaging light components at reduced operating costs with low energy consumption.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Zweckmäßige und vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen und in der Figurenbeschreibung beschrieben.According to the invention, the object is achieved by the features of claim 1. Expedient and advantageous embodiments are described in the subclaims and in the description of the figures.

Ein Grundgedanke der Erfindung besteht darin, eine energiereiche Beleuchtungsvorrichtung mit schmalbandigem Licht zu benutzen, die eine Fluoreszenz der Testlösung auf dem Bauteil hervorruft.A basic idea of the invention is to use a high-energy illumination device with narrow-band light that causes fluorescence of the test solution on the component.

Zur Kontraststeigerung wird eine Filterscheibe verwendet, die wiederum schmalbandig nur den Lichtanteil der Lichtquelle blockiert.To increase the contrast, a filter disc is used, which in turn blocks only the light component of the light source in a narrow band.

Die Fluoreszenz des Testmittels wird durch die intensive schmalbandige Form des Lichtes stark angeregt, mit entsprechend hoher Intensität der Fluoreszenz des Testmittels.The fluorescence of the test agent is strongly stimulated by the intense narrow-band form of the light, with a correspondingly high intensity of the fluorescence of the test agent.

Eine Beobachtung ohne Filter wird aus Gründen des deutlich schwächeren Kontrastes nicht üblich sein, wird aufgrund der hohen Leuchtdichte auch als unangenehm empfunden, ist jedoch aufgrund von fehlendem spektralem UV-Anteil nicht gesundheitsschädlich.Observation without a filter will not be common due to the significantly weaker contrast, and will also be perceived as unpleasant due to the high luminance, but is not harmful to health due to the lack of spectral UV component.

Die Anordnung der einzelnen Elemente der Beleuchtungsvorrichtung sind in Fig. 1 dargestellt.The arrangement of the individual elements of the lighting device is shown in Fig. 1.

Wichtigstes Bauteil der Beleuchtungsvorrichtung 4 ist die Lichtquelle 1, als LED oder Laserdiode ausgeführt. Das erzeugte schmalbandige Licht wird beispielsweise über eine Diffusorscheibe 2 und Linsensystem 3 auf die Oberfläche des zu prüfenden Werkstückes 6 projiziert.The most important component of the lighting device 4 is the light source 1, designed as an LED or laser diode. The narrow-band light generated is projected onto the surface of the workpiece 6 to be tested, for example via a diffuser disk 2 and lens system 3.

Vor der Beobachtung oder Werkstoffprüfung wird die Bauteiloberfläche mit Testflüssigkeit benetzt, damit diese sich speziell an Rissen oder Oberflächenfehlern absetzten kann.Before observation or material testing, the component surface is wetted with test fluid so that it can settle specifically on cracks or surface defects.

Dieses Anlagern der Flüssigkeit oder von speziellen Bestandteilen in der Flüssigkeit kann z.B. durch Magnetfelder beider magnetischen Oberflächenrissprüfung oder durch spezielle Reiniger und Entwickler bei chemischer Oberflächenrissprüfung noch verstärkt werden.This accumulation of the liquid or of special components in the liquid can be further enhanced, for example, by magnetic fields in magnetic surface crack testing or by special cleaners and developers in chemical surface crack testing.

Bei Beleuchtung der Bauteiloberfläche mit Hilfe der beschriebenen Vorrichtung und der Wellenlänge &lgr;&idiagr; werden die Bestandteile der Testflüssigkeit in oder an den Rissen das fluoreszieren beginnen.When the component surface is illuminated using the described device and the wavelength λδ, the components of the test fluid in or at the cracks will begin to fluoresce.

Dieses Licht der fluoreszierenden Testflüssigkeit wird sich in seiner Wellenlänge X2 stark von dem der Lichtquelle &lgr;&idiagr; unterscheiden.This light from the fluorescent test liquid will differ greatly in its wavelength X2 from that of the light source &lgr;&idiagr;.

Die Beobachtung der Bauteiloberfläche 7 erfolgt durch das Filterelement 5, das nur für die Wellenlänge Xl der fluoreszierenden Testflüssigkeit durchlässig ist.The observation of the component surface 7 is carried out through the filter element 5, which is only permeable to the wavelength Xl of the fluorescent test liquid.

Die Risse werden als leuchtende Linien mit starkem Kontrast zum Hintergrund sichtbar werden und eine Erkennung wird auf einfache Art möglich.The cracks will appear as bright lines with strong contrast to the background and will be easy to detect.

Einfache Ausführungen können Beleuchtungsvorrichtung und Beobachtungsfenster in einem Gehäuse beinhalten.Simple designs may include lighting equipment and observation windows in one housing.

Die Beleuchtungsvorrichtung kann auch auf einfache Art der Werkstückgeometrie angepasst werden, indem z.B. ein ganzes Feld mit LED's das Werkstück beleuchtet und so eine optimal Lichtverteilung auf der gesamten Werkstückoberfläche ermöglicht.The lighting device can also be easily adapted to the workpiece geometry, for example by illuminating the workpiece with an entire field of LEDs, thus enabling optimal light distribution over the entire workpiece surface.

Bei größeren Bauteilen kann das Filterelement auch als Schutzbrille ausgeführt sein.For larger components, the filter element can also be designed as safety goggles.

Kompaktversionen von Prüfgeräten lassen sich durch die geringe Bauform und Leistungsaufnahme von Leuchtdioden auf einfache Art und Weise Hergestellt werden. So ist es möglich, bei praktikabler Betriebsdauer die Leuchtdioden mit Batterien zu versorgen.Compact versions of test devices can be easily manufactured due to the small size and power consumption of LEDs. This makes it possible to supply the LEDs with batteries while maintaining a practical operating time.

Weiterhin ist es denkbar, das Linsensystem 3 als Fresnellinse aus Kunststoff auszuführen, um so ein leichtes, kompaktes batteriebetriebenes Gerät zu bekommen.Furthermore, it is conceivable to design the lens system 3 as a Fresnel lens made of plastic in order to obtain a lightweight, compact battery-operated device.

Um Bauteiloberflächen an nicht oder nur schlecht zugänglichen stellen zu prüfen, ist auch eine Ausführungsform als Endoskop denkbar. Dieses Endoskop könnte starr oder flexibel ausgeführtIn order to check component surfaces in places that are not or only poorly accessible, an endoscope design is also conceivable. This endoscope could be rigid or flexible.

Die Beleuchtung kann auf der Okularseite des Endoskops erfolgen, in diesem Fall wird mit Lichtleitern das Licht &lgr;&idiagr; der Lichtquelle durch das Endoskop auf die Bauteiloberfläche projiziert.The illumination can be provided on the eyepiece side of the endoscope, in which case the light &lgr;&idiagr; from the light source is projected through the endoscope onto the component surface using light guides.

Durch die geringe Bauform der erhältlichen Leuchtdioden kann aber auch die Oberflächenbeleuchtung direkt am Objektiv des Endoskopes erfolgen. In diesem Fall erfolgt nur die Stromversorgung durch das Endoskop.Due to the small size of the available LEDs, the surface lighting can also be provided directly on the endoscope lens. In this case, the power supply is only provided by the endoscope.

Die Projektion des aufgenommenen Lichtes &lgr;2 erfolgt wie bei bekannten Endoskopen auch, mit Hilfe von flexiblen oder starren Lichtwellenleitern.The projection of the recorded light &lgr;2 is carried out as with known endoscopes, with the help of flexible or rigid optical fibers.

Bei den bereits genannten Ausführungsformen ist es möglich, die manuelle Beobachtung durch eine automatisierte, mit Hilfe einer Kamera und einer Bildverarbeitungslogik zu ersetzen.In the embodiments already mentioned, it is possible to replace manual observation by automated observation using a camera and image processing logic.

Dies ermöglicht beispielsweise eine vollautomatische Prüfung von Serienteilen in gleichbleibender Qualität und mit gleichbleibend hoher Wahrscheinlichkeit, Oberflächenfehler zu erkennen.This enables, for example, fully automatic testing of series parts with consistent quality and with a consistently high probability of detecting surface defects.

Claims (18)

1. Beleuchtungsvorrichtung von Oberflächen bei der Oberflächenrissprüfung von Werkstücken, dadurch gekennzeichnet, dass monochromatisches oder annähernd monochromatisches Licht zur Beleuchtung des zu prüfenden Werkstückes verwendet werden und dass die Beobachtung des Werkstückes durch einen Filter erfolgt der die Wellenlänge der Beleuchtungsvorrichtung blockiert und der für die Wellenlänge der fluoreszierenden Werkstückoberfläche durchlässig ist. 1. Illumination device for surfaces in the surface crack inspection of workpieces, characterized in that monochromatic or approximately monochromatic light is used to illuminate the workpiece to be inspected and that the observation of the workpiece is carried out through a filter which blocks the wavelength of the illumination device and which is permeable to the wavelength of the fluorescent workpiece surface. 2. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das die Lichtquelle durch eine LED ausgeführt ist. 2. Lighting device according to claim 1, characterized in that the light source is an LED. 3. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle durch eine Laserdiode ausgeführt ist. 3. Lighting device according to claim 1, characterized in that the light source is a laser diode. 4. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle durch eine Vielzahl von Leuchtdioden ausgeführt ist, deren Anordnung der Werkstückkontur angepasst sind. 4. Lighting device according to claim 1, characterized in that the light source is designed by a plurality of light-emitting diodes, the arrangement of which is adapted to the workpiece contour. 5. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle durch eine Vielzahl von Laserdioden ausgeführt ist, deren Anordnung der Werkstückkontur angepasst sind. 5. Lighting device according to claim 1, characterized in that the light source is designed by a plurality of laser diodes, the arrangement of which is adapted to the workpiece contour. 6. Beleuchtungsvorrichtung nach einem oder mehreren der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle oder Lichtquellen durch Linsen oder Linsensysteme auf das zu prüfende Werkstück ausgerichtet sind. 6. Lighting device according to one or more of the above claims, characterized in that the light source or light sources are aligned with the workpiece to be tested by lenses or lens systems. 7. Beleuchtungsvorrichtung nach einem oder mehreren der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle oder Lichtquellen durch Spiegel, Linsen oder faseroptische Systeme auf das zu prüfende Werkstück ausgerichtet sind. 7. Lighting device according to one or more of the above claims, characterized in that the light source or light sources are directed towards the workpiece to be tested by mirrors, lenses or fiber optic systems. 8. Beleuchtungsvorrichtung nach einem oder mehreren der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle nur kurzzeitig das Werkstück beleuchten. 8. Lighting device according to one or more of the above claims, characterized in that the light source only illuminates the workpiece for a short time. 9. Beleuchtungsvorrichtung von Oberflächen, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement schmalbandig nur die Wellenlängen der Lichtquelle blockiert und als Schutzbrille ausgeführt ist. 9. Surface lighting device according to claim 1, characterized in that the filter element blocks only the wavelengths of the light source in a narrow band and is designed as protective goggles. 10. Beleuchtungsvorrichtung von Oberflächen, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement schmalbandig nur die Wellenlängen der Lichtquelle blockiert und als Vorsatzlinse für ein Kamerasystem ausgeführt ist. 10. Surface lighting device according to claim 1, characterized in that the filter element blocks only the wavelengths of the light source in a narrow band and is designed as an auxiliary lens for a camera system. 11. Beleuchtungsvorrichtung von Oberflächen, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement als Holographisch-Optisches-Element ausgeführt ist, das zugleich abbildende Eigenschaften hat. 11. Surface illumination device according to claim 1, characterized in that the filter element is designed as a holographic optical element which also has imaging properties. 12. Beleuchtungsvorrichtung nach einem oder mehreren der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle und das Filterelement als kompakte mobile und tragbare Einheit ausgeführt ist. 12. Lighting device according to one or more of the above claims, characterized in that the light source and the filter element are designed as a compact mobile and portable unit. 13. Beleuchtungsvorrichtung nach einem oder mehreren der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle durch eine Batterie gespeist ist. 13. Lighting device according to one or more of the above claims, characterized in that the light source is powered by a battery. 14. Beleuchtungsvorrichtung nach einem oder mehreren der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle in einer Ebene polarisiert ist. 14. Lighting device according to one or more of the above claims, characterized in that the light source is polarized in a plane. 15. Beleuchtungsvorrichtung nach einem oder mehreren der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement polarisiert ist. 15. Lighting device according to one or more of the above claims, characterized in that the filter element is polarized. 16. Beleuchtungsvorrichtung nach einem oder mehreren der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Polarisierung der Lichtquelle zu der Polarisierung des Filterelements rechtwinkelig ausgerichtet ist. 16. Lighting device according to one or more of the above claims, characterized in that the polarization of the light source is aligned at right angles to the polarization of the filter element. 17. Beleuchtungsvorrichtung nach einem oder mehreren der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungsvorrichtung konzentrisch um das Filterelement angeordnet ist und hinter dem Filterelement die Beobachtung durch ein Kamerasystem erfolgt. 17. Lighting device according to one or more of the above claims, characterized in that the lighting device is arranged concentrically around the filter element and observation is carried out by a camera system behind the filter element. 18. Beleuchtungsvorrichtung nach einem oder mehreren der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungsvorrichtung und Beobachtungsvorrichtung als starres oder flexibles Endoskop ausgebildet ist. 18. Illumination device according to one or more of the above claims, characterized in that the illumination device and observation device is designed as a rigid or flexible endoscope.
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