DE2329607C3 - Verfahren und Vorrichtung zur zerstörungsfreien Prüfung des inneren Aufbaus eines Gegenstandes mithilfe von Röntgenstrahlung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Durchführen eines Verfahrens zur zerstörungsfreien Prüfung des inneren Aufbaus eines Gegenstandes mit Hilfe von Röntgenstrahlung, bei welchem der Gegenstand einer Röntgenstrahlungsquelle in Relativdrehung zu dieser ausgesetzt wird, die durch den Gegenstand hindurchgehende Strahlung festgestellt und in elektrische Signale umgewandelt wird und die elektrischen Signale als Kriterium dafür herangezogen werden, ob der innere Aufbau des geprüften Gegenstandes, insbesondere die Lage von Teilen seiner Einlagen, dem gewünschten Aufbau des Gegenstandes entspricht.

Bei einem anderen Verfahren der eingangs genannten Art wird die durch einen Reifen hindurchgehende Strahlung, z. B. durch einen Detektor, aufgefangen, dessen Ausgangssignal auf einem Bildschirm eines Oszillographen in Abhängigkeit vom Umfang des Reifens dargestellt und optisch ausgewertet wird. Die durch den Reifen hindurchgehende Strahlung ist jedoch von vielen Faktoren abhängig, z. B. von der radialen Reifendicke, d. h. von der Profilhöhe. Weitere Einflußgrößen für die durch den Reifen hindurchgehende Strahlung sind im Reifen vorhandene Einlagen, und, wie bereits erwähnt, die Stoß- und Verbindungsstellen dieser Einlagen.

Die Einlagen bestehen aus Kord- und/oder Metanschnüren, die in einem bestimmten Winkel zur Laufrichtung des Reifens eingebracht werden, oder auch aus Gewebeeinlagen, wobei diese Einlagen bereits in den noch nicht vulkanisierten Reifen eingebracht werden. Es ist daher möglich, daß nach der Vulkanisation die Einlagen nicht mehr in der vorgesehenen Lage verblieben sind oder zwei Lagen nicht die vorgesehene Lage zueinander einnehmen, oder aber auch, daß Teile einer Lage oder einzelne Drähte nicht die bezweckte Lage zueinander einnehmen. Überschreiten derartige Abweichungen ein bestimmtes toleriertes Maß, so ist der hergestellte Reifen nicht mehr als betriebssicher anzusehen und muß vernichtet werden.

Dis Durchleuchtung mit Röntgenstrahlen eröffnet die Möglichkeit, die Lage der Einlagen bzw. von Tei-

len der Einlagen zerstörungsfrei zu überprüfen. Bei den bekannten Verfahren wird zunächst so vorgegangen, daß ein einwandfreier Reifen durchleuchtet wird und' die durch diesen hindurchgehende Strahlung in elektrische Signale umgewandelt und diese mit einem Signalpegel verglichen oder auf einem Bildschirm dargestellt und dort mit einem Sollwert verglichen werden. Jede Abweichung oder Diskontinuität im Aufbau des Reifens macht sich auf dem Bildschirm insofern bemerkbar, als ein vom Oszillogramm des einwandfreien Reifens abweichendes Oszillogramm erhalten wird. Wie bereits erwähnt, ist das Oszilloeramm nicht nur von diesen Diskontinuitäten im Aufbau, die auf einen Fehler in der Fertigung zurückzuführen sind, abhängig, sondern auch von der an sich gewünschten Form des Reifenprofils und von weiteren Einflußgrößen, die bei der Überprüfung des Aufbaus des Reifens ohne Belang sind, jedoch die eigentliche Prüfung der inneren Struktur störend beeinflussen. So überlagert sich jede Schwankung der elektrischen Eingangsgrößen für die Röntgenröhre auf das Oszillogramm.

Dadurch können nur allzu leicht Fehlprüfungen möglich werden, denen zufolge ein einwandfreier Reifen als defekt aussortiert oder ein defekter Reifen als einwandfrei eingestuft wird. Auch beim bekannten Prüfungsverfahren, bei welchem elektrische Ausgangsgrößen miteinander verglichen werden, sind derartige Fehlprüfungen möglich. Außerdem erfordern beide beschriebenen Überprüfungsverfahren, daß, bevor ein bestimmter Reifen geprüft wird, ein einwandfreier Reifen bereits überprüft worden ist. Daher sind die bekannten Verfahren subjektive Meßverfahren, die daher auch zeitraubend sind. Bei der Auswertung der durch die bekannten Prüfeinrichtungen erhaltenen Meßergebnisse erweist es sich als nachteilig, daß lediglich auf dem Vsrgleichswege Aussagen über den inneren Aufbau des geprüften Gegenstandes möglich sind. Sehr oft ist es notwendig, durch eine Durchleuchtungskontrolle, d. h. visuelle Betrachtung des Durchleuchtungsbildes, auf die Art und Größe des Fehlers zu schließen. Ein weiterer Nachteil dieser bekannten Prüfmethode ist darin zu sehen, daß die erhaltene Information, z. B. das Oszill'ographenbild, stark überlagert ist mit Strukturen, die bereits im nicht defekten Gegenstand enthalten sind.

Bei einem weiteren bekannten Verfahren der eingangs genannten Art (US-PS 36 14 432) kann ein Autoreifen dahingehend überprüft werden, ob die Verbindungs- bzw. Schweißstelle einer im Autoreifen befindlichen Einlage mit der gewünschten Genauigkeit ausgeführt worden ist. Die durch den Reifen hindurchgehende Strahlung ist davon abhängig, ob ein Teil des Autoreifens unter der Strahlungsquelle hindurchläuft, indem sich die Lage selbst oder die Schweißstelle befindet, und schließlich auch davon abhängig, ob die Überlappung der Endteile der Lage ausreichend groß oder ob ein Abstand zwischen den Enden der Lage vorhanden ist. Als Kriterium für die Qualität des Reifens werden die elektrischen Signale herangezogen, d. h., bei einer bestimmten Über- oder Unterschreitung von einem Mittelwert her wird der geprüfte Reifen ausgesondert. Um derartige Aussagen aus den Meßergebnissen herleiten zu können, muß der Querschnitt des Röntgenstrahlbündels durch eine Meßblende an den zu detektierenden Fehler aneepaßt werden, und diese Adaptierung erfolgt bei der bekannten Vorrichtung durch mechanische Mittel, so daß das bekannte Verfahren in seiner Durchführung und Auswertung subjektiv beeinflußbar ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß bei einer objektiven Auswertung der Prüfergebnisse eine klare Unterscheidung zwischen Defekten im inneren Aufbau des Gegenstandes und nicht defekten Struktüren des Gegenstandes ermöglicht wird.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die elektrischen Signale in an sich bekannter Weise in ihre Frequenzanteile zerlegt und zur Beurteilung des Zustandes des inneren Aufbaus des Gegenstandes nur diejenigen Frequenzanteile herangezogen werden, die auf eine Diskontinuität des Aufbaus des Gegenstandes zurückzuführen sind, die während einer Relativdrehung von Röntgenstrahlungsquelle und Gegenstand auftritt.

Im Gegensatz zu bekannten Verfahren (bei denen mechanische Mittel zur Adaptierung an den zu detektierenden Fehler verwendet werden) werden elektronische Mittel, wie Tiefpaß, Bandpaß und Hochpaß- *5 Schaltungen, verwendet, um einen bestimmten Fehler zu detektieren. Der Strahlungsquerschnitt kann also unverändert bleiben, wenn von der Überprüfung von Fehlern der einen Art zur anderen Art gewechselt wird, wozu lediglich elektrische oder elektronische Schaltvorgänge durchgeführt werden müssen.

Das Zerlegen elektrischer Signale in frequenzmäßig getrennte Anteile ist an sich bekannt und kann beispielsweise nach dem Verfahren von Fourier durchgeführt werden. Die zweite Verfahrensstufe des Verfahrens nach der Erfindung ist das Aussortieren bestimmter Frequenzanteile des Ausgangssignals, so daß zur Bewertung des Gegenstandes nur noch bestimmte Frequenzanteile herangezogen werden, andere hingegen vollkommen außer Betracht bleiben. Als wesentlich zur Beurteilung der Fehlerart und -größe sind anzusehen: die Grundfrequenz, gegeben durch die sekundliche Drehzahl des Gegenstandes während der Prüfung sowie die erste bis siebte Oberwelle. Durch die Amplitudenverteilung in dem genannten Frequenzbereich ist der Fehler mit für die Praxis ausreichender Genauigkeit feststellbar. Für den praktischen Bedarf wird es oft auch ausreichend sein, wenn folgende Größen ermittelt werden:

1. Absolutbetrag der Amplitude der Grundwelle,

2. Amplitudenbetrag der ersten Oberwelle,

3. Amplitudenbetrag der zweiten Oberwelle,

4. Verhältnis der Amplitude von Grundwelle zur ersten Oberwelle,

5. Verhältnis der Amplitude von Grundwelle zur zweiten Oberwelle.

Bei der Prüfung von Autoreifen ist es auch vorteilhaft, das zur Fehlerdefinition benutzte Frequenz-60 spektrum zu beschränken, da die zur Erzielung der Rutschfestigkeit in die Laufflächen eingebrachte Profilierung auf den Reifenumfang periodisch verteilt ist.

Die dadurch bei der Prüfung erzeugte, relativ hohe Frequenz liegt auch bei grob profilierten Lkw-Reifen 65 oberhalb der achten Oberwelle.

Für die Erkennung kleiner Fehler, deren Abmessungen in der Größenordnung des Reifenprofils liegen, besteht die zunächst widersprüchlich erschei-

5 6

nende Forderung, daß das Empfängersystem einerseits führt, die jeweils nur Frequenzen eines bestimmter schnell genug sein muß, um auch diese Fehler bei Bereichs durchlassen. Das Ausgangssignal des Bandgegebener Umlaufgeschwindigkeit noch aufzulösen; paßfilters wird jedes für sich durch je eine Intedabei soll jedoch die Reifenprofilierung nicht als grationsschaltung 9 in einem Gleichstromimpuls um-Fehler erkannt werden. 5 geformt, deren Größe von nachgeschalteten Schwell-

Dieser Widerspruch kann nur mit Hilfe der Me- wertverstärkern 10 diskriminiert wird. Die Ausgangs-

thode der Frequenzanalyse beseitigt werden. signale der Schwellwertverstärker werden gemäß dei

So produziert z. B. ein räumlich kleiner Fehler, Erfindung einer logischen Schaltung 11 zugeführt, die der nur einmal entlang der Umfangslinie auftritt, ein entsprechend der Prüfspezifikation auf spezielle Feh-Fehlersignal, in dem noch meßbare Anteile der io lerarten programmiert werden kann und eine Ja-Grundwelle enthalten sind. Sein Amplitudenspektrum Nein-Entscheidung liefert.

entspricht dem eines periodisch auftretenden Nadel- Zur Prüfung rotiert der Reifen mit einer konstanimpulses und ist durch die Tatsache gekennzeichnet, ten Drehzahl, die einer Kreisfrequenz w₀ entspricht, daß die Amplituden der ersten Oberwellen praktisch Entsprechend der Reifenstruktur bzw. der Asymdie gleiche Größe haben wie die der Grundwelle. Es 15 metrie seines inneren Aufbaus ist daher das Auskann dadurch also auf einen Fehler geschlossen wer- gangssignal des Meßwertverstärkers zur Kreisfreden, dessen Abmessungen den Abmessungen der quenzw₀ periodisch und/oder zu einem Vielfacher Laufflächenprofilierung vergleichbar -and. der Kreisfrequenz w₀ periodisch. Ein ideal symme-

Im Gegensatz dazu verursacht ein Fehler, der stetig Irisch aufgebauter Reifen wird ein Ausgangssigna] auf den Umfang verteilt ist — z.B. durch eine Dicken- 20 mit einem Spektrum liefern, das sich durch das Fehschwankung des Profilgummis hervorgerufen —, ein len der Kreisfrequenz ω₀ auszeichnet. Lediglich die Amplitudenspektrum, das dem einer symmetrischen Frequenzen, die durch die Kordstruktur und durch Dreiecksfunktion entspricht. Bei diesem ist die Am- das Laufflächenprofil gegeben sind, sind mit einei plitude der Grundfrequenz vergleichbar groß, und großen Amplitude vertreten.

das Verhältnis der Amplitude von Grundfrequenz 25 Bei genügend hoher Dämpfung der Bandpaßfilter ί

zur ersten Oberwelle ist ebenfalls groß. im Sperrbereich stört dieser Effekt jedoch nicht.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfin- Enthält der Reifen einen Strukturfehler irgend-

dungsgemäßen Verfahrens wird durch den Gegen- welcher Art, so werden in jedem Falle Anteile mi

stand des Anspruchs 9 angegeben. der Grundfrequenz o>₀ und ihre näheren Harmo-

Zur Zerlegung des Detektorsignals in die Fre- 30 nischen auftreten.

quenzanteile können bekannte aktive oder passive elek- Lediglich bei dem sehr unwahrscheinlichen Fall

tronische Filter verwendet werden. Eine Diskriminie- daß zwei Fehler genau gleicher Art auf dem gleicher

rung der Amplituden der herausgefilterten Ober- Reifendurchmesser liegen, tritt die Grundfrequen;

wellen ist mittels sogenannter Schwellwertverstär- w₀ nicht auf; dafür ist aber die erste Oberwelle 2w₍

ker mit fester oder variabler Schwelle in bekannter 35 besonders stark vertreten.

Weise möglich. In einfachen Fällen kann das Aus- Im allgemeinen Fall wird also das Fourier-Spek

gangssignal eines oder mehrerer Diskriminatoren di- trum des Ausgangssignals des Meßwertverstärkers die

rekt zu einer Ja-Nein-Entscheidung verwendet wer- Form

den. Bei anspruchsvolleren Prüfspezifikationen ist es f{wt) = a₀ — α, cos wr + a„ cos 2w( + ...

notwendig, das Ergebnis der Diskriminatoren einer 40 haben.

logischen Schaltung zuzuführen, die entsprechend der Das von den Integrationsschaltungen 9 gebildet!

Prüfspezifikation, d. h. der Art der zu detektierenden Signal ist den koeffizienten a_n proportional, derer

Fehler, aufgebaut ist und die dann ihrerseits eine Ja- Größe von der Fehlerart bestimmt ist. In der Praxi:

Nein-Entscheidung liefert. wird sich die Reifenprüfung auf die Auswertung voi

Die Erfindung wird nachstehend an einem Beispiel 45 relativ wenigen Koeffizienten beschränken können

einer Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der z. B. genügt, daß zur Beurteilung die Amplitude de:

Erfindung näher erläutert, die in der einzigen Figur Grundfrequenz und der 1. bis 7. Oberwelle ausge

der Zeichnung wiedergegeben ist wertet werden.

Der zu überprüfende Gegenstand ist ein Auto- Die Prüfung des Reifens mit einem einzigen Strah

reifen 1, der auf eine Felge gespannt werden kann. 50 lendetektor kann nur zur Auffindung von solchei

Innerhalb des Felgenbereichs des Autoreifens 1 ist Fehlern führen, die über die ganze Reifenbreite vor

eine Röntgenröhre 2 angeordnet, deren Strahlen- handen sind bzw. die zufällig auf dem schmalen, von

bündel 3 einen schraffiert dargestellten Bereich der Kollimator ausgeblendeten Umfangsstreifen liegen

Lauffläche 4 des Autoreifens 1 durchstrahlt. Im wei- Für eine möglichst vollständige Prüfung der Lauf

teren Verlauf des Strahlenbündels 3 befindet sich eine 55 fläche ist daher die Anwendung von mehreren Strah

Kollimatoranordnung 5, die nur einen begrenzten Teil lungsdetektoren 6 vorteilhaft, die nacheinander durcl

der transmittierten Strahlung auf einen Strahlungs- einen entsprechenden Schalter 11 abgefragt werdei

detektor 6 fallen läßt. Dem Detektor 6 ist ein Meß- können. Eine andere Möglichkeit zur vollständig«

wertverstärker 7 zum Verstärken der vom Strahlungs- Prüfung der Lauffläche besteht darin, daß wahrem

detektor empfangenen Signale nachgeordnet. Das 60 der Messung der Strahlungsdetektor 6 und der Kolli

Ausgangssignal des Meßwertverstärkers 7 wird nun mator 5 senkrecht zur Reifenebene bewegt werdei

einem oder auch mehreren Bandpaßfiltern 8 züge- und so die volle Reifenbreite abtasten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (12)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung des inneren Aufbaus eines Gegenstandes mit Hilfe von Röntgenstrahlung, bei welchem der Gegenstand einer Röntgenstrahlungsquelle in Relativdrehung zu dieser ausgesetzt wird, die durch den Gegenstand hindurchgehende Strahlung festgestellt und in elektrische, durch Aufbau und Drehung des Gegenstands periodische Signale umgewandelt wird und die elektrischen Signale als Kriterium dafür herangezogen werden, ob der innere Aufbau des geprüften Gegenstandes, insbesondere auch, ob die Lage von Teilen seiner Einlagen dem gewünschten Aufbau des Gegenstandes entspricht, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Signale in an sich bekannter Weise in ihre Frequenzanteile zerlegt und tür Beurteilung des Zustands des inneren Auf- ao taus des Gegenstandes nur diejenigen Frequenz- *nteile herangezogen werden, die auf eine Diskontinuität des Aufbaus des Gegenstandes zufückzuführen sind, die während einer Relativdrehung von Gegenstand und Röntgenstrahlungsquelle auftritt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beurteilung des inneren Aufbaus des Gegenstandes nur die Grundwelle Und ihre 1. bis 7. Harmonische ausgewertet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beurteilung des Jtustands des inneren Aufbaus des Gegenstandes die Frequenzanteile durch Diskriminierung nach Absolutbetrag der Amplitude der Grundfrequenz Und ihrer Harmonischen aussortiert werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Diskriminierung tiach dem Amplitudenverhältnis zwischen Grundtrequenz und ihren Harmonischen erfolgt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerlegung mit tinstellbaren Filtern bei fester Drehzahl des Gegenstandes erfolgt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerlegung mit iinem festen Filtersatz bei variabler Drehzahl des Gegenstandes erfolgt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch Anwendung auf die Prülung von Autoreifen.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch Herausfiltern der durch das Reifenprofil ui.d die Kordstruktur hervorgerufenen Frequenzanteile.

9. Vorrichtung zur zerstörungsfreien Prüfung ties inneren Aufbaus eines Gegenstandes mit Hilfe von Röntgenstrahlung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis S, mit einer Röntgenstrahlungsquelle zum Durchstrahlen des sich relativ zur Röntgenstrahlungsquelle drehenden Gegenstandes, mit einem Detektor zum Feststellen der durch den Gegenstand hindurchgehenden Strahlung und zum Umwandeln in elektrischer Signale sowie mit einer Auswertvorrichtung zur Feststellung einei Diskontinuität des Aufbaus des Gegenstandes, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertvorrichtung eine Einrichtung

(8) zum Zerlegen der elektrischen Signale in einzelne Frequenzanteile aufweist, welcher Umformer (9) der Ausgangssignale in Gleichstromimpulse nachgeschaltet sind, denen wiederum Diskriminatoren (10) folgen, deren Ausgangssignal einer logischen Schaltung (11) zugeführt werden, welche das Vorhandensein einer Diskontinuität des Aufbaus des Gegenstandes ermittelt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch einstellbare Filter (8) und mit einem Antrieb für den Gegenstand mit fester Drehzahl.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch einen festen Filtersatz (8) und mit einem Antrieb für den Gegenstand mit variabler Drehzahl.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11 zur Prüfung von Autoreifen, gekennzeichnet durch einen Tiefpaß zum Herausfiltern der durch die Kordstruktur und das Reifenprofil bedingten Frequenzen.