WO2012084263A1 - Nachweis von fehlern in einem sich bewegenden objekt mittels ortho - stereoskopie - Google Patents

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WO2012084263A1
WO2012084263A1 PCT/EP2011/006548 EP2011006548W WO2012084263A1 WO 2012084263 A1 WO2012084263 A1 WO 2012084263A1 EP 2011006548 W EP2011006548 W EP 2011006548W WO 2012084263 A1 WO2012084263 A1 WO 2012084263A1
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images
distance
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Klaus Bavendiek
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Yxlon International Gmbh
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    • G01N2223/426—Imaging image comparing, unknown with known substance

Definitions

  • the invention relates to the visual inspection of test objects by fluoroscopy of z. B. X-rays.
  • the aim of such a visual inspection is to detect errors within the test object.
  • wheels often have an interest in knowing whether the flaw is so close to the surface that, after polishing the wheel, a thin layer of material being removed, it comes to the surface and thus the wheel is rejected.
  • EP 1 717 573 A2 Another valuable contribution to the state of the art, describes a method for automatic error detection in test parts by means of an X-ray inspection system with an X-ray tube, a detector and a mechanical manipulator for positioning the test part in the beam path of the X-ray inspection apparatuses, wherein a positioning image of the inspection part is compared with an ideal reference image. Furthermore, systems exist when the third dimension is needed.
  • WO 03/099124 AI a stereoradiography apparatus is described, comprising a horizontal rotation plate, which is optionally displaceable, wherein the plate is orientable according to two mutually offset by 90 ° positions to make two images that are orthogonal to each other.
  • This device is used to calculate a reconstruction of a three-dimensional image by two calibrated X-ray images.
  • US 6, 031, 565 relates to a stereoradiography apparatus in which X-rays are successively irradiated from two separate points by a three-dimensional object and a video display is driven to generate changing images based on the X-ray images.
  • a user's eyes are alternately covered, synchronized with the change of images, to provide the user with a stereoscopic, densitometric view of the three-dimensional object.
  • Object of the present invention is to provide a simpler and method and a simpler device for X-ray inspection with a short examination time available, which can be deduced by the depth of a material error. The object is solved by the independent claims.
  • the object is achieved by a method for visually inspecting a test object (10) to be checked by means of X-ray radiation, in particular a wheel, comprising the following steps:
  • a stereoscopic display device (70) Presenting the selected image pair virtually simultaneously on a stereoscopic display device (70), wherein the X-ray images X i are a first eye of a user of the stereoscopic display device (70) and the X-ray image (a , d ) is a second eye of the user of the stereoscopic display device (70) is shown.
  • the test object is preferably a wheel, e.g. B. a railway wheel or a wheel of an automobile.
  • the position of the test object is preferably the position of the test object in the test apparatus (which can be specified by Y, Y and Z values) as well as the orientation of the test object.
  • the fixed X-ray source as well as the fixed one X-ray detectors mean that the X-ray source and detector are in a fixed position during the visual inspection process. A movement of X-ray source and detector for recording stereoscopically representable image pairs is not necessary. This is particularly advantageous because with a movement of these components difficulties, z. B. mechanically more complex testing equipment, misalignment, difficult image processing, etc. are connected.
  • the X-ray detector is a digital area detector, preferably with the property of a high recording frequency for generating a live X-ray image.
  • the axis A is preferably approximately perpendicular to the viewing axis, or to the plane which is spanned by the two visual axes of the user (or observer, technician) on the illustrated scenery of the test object (viewing plane).
  • the axis D is preferably parallel to the eye axis of the observer (imaginary connecting line of the two eyes).
  • the orientation of the X-ray image and thus the viewing plane is adjusted so that an object point from the part of the test object to be tested moves approximately parallel to the axis of the eye during rotation and / or displacement of the test object or has a predominant component of motion parallel to the axis of the eye.
  • the orientation of the X-ray image is adjusted via the relative orientation of the test object and the axes A and F to the X-ray detector.
  • the rotation and / or displacement (translation) is preferably carried out by means of a positioning device.
  • a rotation or a displacement of the test object takes place. If only takes place a rotation, can be in addition to the X-ray X ⁇ selected X-ray image x ( a, d) also referred to simply as X (a , o ) or X a . If only one shift of the test object takes place, this applies correspondingly vice versa.
  • the test object is rotated when the test object has an axis with respect to which the test object is rotationally symmetric.
  • the rotation then takes place about this axis of rotational symmetry of the test object by aligning the test object so that the axis A approximately coincides with the rotational symmetry axis of the test object.
  • a wheel is preferably rotated around its own hub.
  • it is preferably positioned in the scholaranläge so that the positioning device rotates the wheel as if it was intended to be rotatably mounted on an axis.
  • the test object is shifted if the test object is elongate. Then it is preferably displaced along the dimension in which the test object has its longest dimension by aligning the test object so that the axis D is approximately parallel to the oblong dimension.
  • a combination of rotation and translation is preferred if, for example, a test object is both elongate and has a rotational symmetry axis.
  • the test object is a pipe
  • it is preferably rotated about the pipe axis and displaced along the pipe axis.
  • the rotation and / or movement is preferably precisely controlled (eg position control, stepper motors, etc.). It is preferred, preferably repeated, rotated by defined angles and / or defined translational distances and / or shifted.
  • a series consisting of at least two further X-ray images X i + 1 , X i + 2 is preferably recorded, the X-ray images of which are respectively acquired when the test object is rotated and / or displaced compared to the previous X-ray image Position is located. If the X-ray image X i + 1 already represents the test object in a position P i + 1 which corresponds to (approximately) a perspective of the test object displaced by the eye distance of the observer, the set of further x-ray images recorded exists preferably only from the X-ray image X i + 1 .
  • the respective position of the test object is also recorded, so that this information is available together with the x-ray image.
  • the selection of a picture pair is preferably carried out by a computer program.
  • the selection of a pair of images preferably takes place by selection according to a fixed sequence (eg select X ⁇ and X i + 2 as image pair ).
  • the selection preferably takes place in accordance with the information about the position of the test object which is respectively present together with an x-ray image.
  • the quasi-simultaneous representation of a pair of images is shown at a time, wherein the X-ray images of the image pair were taken at different times.
  • the temporally displayed X-ray images show two different perspectives on the test object, with the result that the simultaneous display on a stereoscopic display device produces a spatial effect when viewed.
  • Quasi-simultaneous means that either the images of the image pair, for example, in a head-mounted display or an autostereoscopic display device, are actually displayed at the same time, or that, for example, with a shutter glasses, as single images so briefly in a row be that the time difference between the representation of the individual images within the reaction time of the viewer, preferably below about 50 ms.
  • the X-ray image is processed by preprocessing.
  • a high-pass filter, z for example, an HDR filter (High Dynamic Radioscopy) is used.
  • the stereoscopic display device is z.
  • a 3D monitor eg, an autostereoscopic monitor
  • These display devices have in common that two images, which correspond to different viewing perspectives, are displayed one eye at a time, so that only one image per eye is visible. Due to the shift then results in a three-dimensional effect.
  • Autostereoscopic 3D monitors for example, can per se in combination with the matching graphics card a picture for the left and one
  • the invention solves the problem of determining the depth of an error by displaying to the technician performing the visual examination a stereoscopic image of the test object, thus containing a depth information.
  • the movement of the test part is preferably carried out in such a way that the images corresponding to the human viewing angle difference are determined and the test part movement or test object movement then takes place on such tracks.
  • the images corresponding to the human viewing angle difference are then displayed on a stereoscopic display device so that the technician can view the stereoscopic image.
  • the stereoscopic representation of the test object can then be used to estimate the position of the error by the technician.
  • Test time normal 2D radiography
  • t aug the delivery time from the testing is.
  • the object is rotated once in total by 360 ° minus the angle ⁇ .
  • the X-ray image which corresponds to the last test position is then displayed together with the X-ray image corresponding to the first test position as a pair of images.
  • an additional test osition is preferably inserted.
  • the rotation and / or displacement of the test object (10) is carried out continuously with a defined angular velocity ⁇ and / or a defined velocity v, and
  • the selection of a pair of images then takes place according to a point in time taking into account the defined (angular) speed (s).
  • This selects a pair of images whose X-ray images show the test object in two different positions, which are offset by an angle ⁇ and / or a distance d from one another.
  • the problem according to the invention of determining the depth of a material defect is solved by at least two angled / spaced images, wherein in addition the images in motion of the test part, preferably during the visual examination, particularly preferably the visual live image. Image exam, to be performed. It is preferably exploited that the wheel for the test must turn anyway, even if only a two-dimensional examination would have taken place.
  • the images are displayed with a time offset with respect to the recording time on a stereoscopic display device resulting from the movement of the test object.
  • the additional step is carried out:
  • the human eye distances are preferred (distance from one eye to another), which differs from Person to person differ as well as the distance of the eye to the monitor individually adjusted.
  • the distance of the eye to the monitor is an important adjustment parameter, which is preferably taken into account by adjusting the angle and / or the distance d.
  • the distance of the X-ray detector, with which the X-ray image is recorded, to the test object also influences the perspective under which the observer gets the test object at the end displayed on the stereoscopic display device. This distance is also preferably taken into account by adjusting the angle and / or the distance d.
  • an angle ⁇ is adjusted by selecting two X-ray images that show the test object in positions that are about distinguish this particular angle ⁇ .
  • the adjustment is made to values obtained by geometric calculations, more preferably to values obtained by varying the respective sizing or selecting and producing the subjectively best 3D effect of the representation for the user.
  • the geometric calculations are preferably dependent on the eye distance of the observer and / or the distance of the eyes of the observer to the display device and / or the distance of the X-ray detector, with which the X-ray image was taken, to the test object.
  • the adjustment preferably takes place on the basis of an already stored one Series of recorded X-ray images, particularly preferably based on real-time (or as a live image) X-ray images shown.
  • the viewer By varying the selection, for example, the viewer is presented with a pair of images of a series of x-ray images, each representing the test object in positions that each differ by a constant positional offset.
  • the viewer then varies the selection of one of the X-ray images by, for example, maintaining the X-ray image for one eye and exchanging the X-ray image for the other eye with an X-ray image in front of or behind the series until the 3D effect is most natural to the user appears.
  • One of the X-ray images of the displayed image pair is preferably always the last recorded X-ray image. The user then increases and / or decreases the angular velocity until a value is found for which the 3D effect appears most natural.
  • test object (10) is stereoscopically represented from different perspectives.
  • the test object is preferably checked from all sides and from different perspectives.
  • the test object is preferably checked from all sides and from different perspectives.
  • the images are taken at such briefly spaced apart time points that are suitable for displaying a live image of the test object.
  • an image sequence is generated from the selected image pairs and displayed on the stereoscopic display device.
  • the image sequence is one of the image sequences listed below by way of example, wherein the X-ray images of a pair of images show the test object in two positions that are offset from one another by an angle ⁇ and / or by a distance d:
  • a single X-ray image is equal to twice for display on the stereoscopic display device is used, which contributes to a low examination time.
  • a single X-ray image is preferably displayed in one image pair to the left eye and in another image pair to the right eye.
  • a higher number of x-ray images is taken than the number necessary to obtain those different perspectives on the test object that correspond to the perspectives of the human gaze difference. In this way, the movement of the test object is preferably rendered even more fluid than if all recorded X-ray images show the test object in perspectives which correspond to the human visual difference.
  • the object is further achieved, in particular, by a device (1) for visual inspection of a test object (10) to be checked by means of X-ray radiation
  • An X-ray detector (50) for taking X-ray images Xi (i 1, 2,8),
  • a stereoscopic display device (70)
  • the positioning is z. B. a device or a combination of devices from the group: feed and / or rotary chain, robot arm / gripper, turntable, pinch rollers, translation table / - partitionen.
  • the memory device is configured to store a plurality of x-ray images.
  • a plurality of X-ray images are recorded and stored with only a small amount of rotation or displacement of the test object, which makes possible a large number of different perspectives on the test object.
  • it is necessary to hold a large number of images because only when a perspective has changed according to the human eye distance are the respective X-ray images most suitable for producing a three-dimensional effect through their representation.
  • the device (1) additionally comprises:
  • the adjustment device is configured to set an (angular) speed setpoint.
  • the setting device preferably has, for example, a (rotary) controller, keyboard buttons and / or GUI elements, which can preferably be manipulated by touch screen.
  • the adjusting device preferably has a speed control, which controls the positioning device such that the positioning device moves the test object with the predetermined desired value.
  • the recording control device preferably has a timer, which controls the X-ray source and the X-ray beam detector, so that X-ray images are recorded at a time-constant distance.
  • the device (1) additionally comprises:
  • operating elements eg, real buttons / buttons or knobs or elements of a graphical user interface of a computing unit
  • the adaptation device preferably has control elements for inputting the distance between the viewer's eye and / or the distance of the viewer's eyes to the stereoscopic display device and / or for entering the distance between the test object and the x-ray detector.
  • the adaptation device is preferably set up on the basis of these entered distances, the time difference
  • the selection of a specific X-ray image is z. B. thereby adjustable that from a sequence of many X-ray images every third X-ray image is the X-ray image of a pair of images to be displayed on the stereoscopic display device, for.
  • first pair (X, X (a , d ) ) ( x if X i + 3 )
  • second pair (X, X (afd) ) (X i + i f X i + 4 )
  • Figure 1 shows an illustration of the method according to the invention and parts of a device according to the invention, wherein a visual inspection of the rim well of a wheel is shown.
  • the three individual images each show the test object 10 in three different positions P if P i + 1 , P i + 2 '.
  • the test object 10 is a wheel which is held in the test apparatus via feed and turn chains 90.
  • An X-ray source 30 and an X-ray detector 50 are arranged such that the rim base is located as an examination area 11 (hatched) of the wheel 10 between them.
  • the wheel is rotatably mounted about the axis A 40.1, which coincides with the wheel axle.
  • the recording takes place by scanning the examination area 11 of the test object 10 with X-rays 31 and impinging the X-rays 31 on the X-ray detector.
  • the material defect 20 is imaged in the X-ray image as a material defect 20 '.
  • the additional technical complexity consists in the temporary buffering of the image X i + 1 until the image X i + 2 has been recorded.
  • Figure 2 shows an illustration of the method according to the invention and parts of a device according to the invention, wherein the visual inspection of the spokes of a wheel 10 is shown.
  • the examination area of the test object 10 is shown here as a black bordered area.
  • the material defect 20 lies in a spoke of the wheel 10.
  • the x-ray source 30 is arranged at the level of the wheel hub, slightly above the plane defined by the spokes, and the X-ray source 30 Beam detector 50 slightly below this level, near the rim base.
  • X-rays 31 radiate substantially through the spokes and produce an image 20 'of the error 20 on the X-ray detector 50. Further X-ray images are acquired in different positions of the wheel in this way (center and right) and as in FIG described stereoscopically.
  • FIG. 3 shows a diagram of the components of a device according to the invention.
  • the test object 10 is arranged between the x-ray source 30 and the x-ray beam detector 50, held by a positioning device 90 and rotatable about the axis A 40.1 and translationally movable along the axis D 40.2.
  • a memory device 110 is connected to the X-ray beam detector 50 so that it can store at least one X-ray image that has been recorded with the X-ray beam detector 50.
  • Transfer image pair consisting of stored X-ray images or from a just recorded X-ray image and a stored X-ray image to a stereoscopic display device 70.
  • the X-ray source 30 is activated and sends X-rays through the test object 10.
  • the X-ray detector 50 records the X-ray image and stores it in the memory device 110.
  • the test object 10 is moved by the positioning device 90.
  • This just recorded X-ray image is output by the computing unit and / or electrical circuit 130 together with the stored X-ray image in the memory unit 110. and forwarded to the stereoscopic display device 70. There, the transilluminated part of the test object 10 is stereoscopically displayed.
  • FIG. 4 shows a schematic of the components of a device according to the invention, wherein the device has a setting device 150 and a receiving control device 170 and optionally an adjusting device 190.
  • the stereoscopic display device 70 is a 3D monitor with an upstream matching graphics card that can display a picture for the left and a picture for the right eye
  • the test object 10 is a pipe (front view)
  • the axis A 40.1 coincides with the Axis D 40.2 together.
  • the adjustment device 190 has knobs as controls.
  • the matching device 190 is in the computing unit and / or electrical
  • Integrated circuit 130 The controls of the adapter 190 are then displayed as elements of a graphical user interface on the stereoscopic display device.
  • the test object 10 is moved continuously by the positioning device 90. There is a translatory movement along the axis D 40.2 out of the plane of the drawing and a rotational movement about the axis A 40.1.
  • the speeds of these movements are controlled by the adjusting device 150, and the recording of X-ray images at constant time intervals is controlled or regulated by the recording control device 170.
  • the setpoint values for the adjustment device 150 and / or the reception control device 170 are predetermined by the adjustment device 190.
  • the user adjusts the geometrical boundary conditions via the adaptation device 190, such as, for example, the distance of the eyes to the monitor, the distance between the human and the eye, the distance between the detector and the test object. If there is no adjustment device, the user adjusts and / or directly adjusts the adjustment device 150 the recording control device 170 setpoints that lead to a subjectively optimal 3d effect.
  • FIG. 5 shows an example of an X-ray image from the visual inspection geometry according to FIG. 2. Shown is an axle leg (Knuckle). For example, the effect can be checked with red-green glasses if the image is displayed almost on a full screen and the viewing distance is approximately 40 cm for a 19-inch monitor.
  • This representation was decolorized to the original in order to comply with the formal requirements of a patent application and grayscale was removed. In addition, areas that are primarily magenta or red in color have been replaced by hatching from bottom left to top right, and areas that are predominantly cyan or green in color are replaced by a hatch for from top left to bottom right.
  • This invention is based on the basic principle of the stereo perspective, which results from the displacement of a Lichtaufsays at the distance of the eyes to each other.
  • X-ray technology there are no reflections for these applications, but only radiographs. So far, the stereo effect is achieved by shifting the illumination source (here: X-ray tube); If the geometry is correct, the eye then almost automatically determines the 3D perspective and thus the depth of an error in the test object.
  • the displacement of the tube causes problems, according to the invention the usually already occurring rotation of the test object during the
  • the invention makes it possible to achieve a three-dimensional representation in the shortest possible time with only one beam source and only with one X-ray detector, without the technically significant additional effort being required.
  • the invention By utilizing the mostly already occurring rotation of the test object by moving the test object at a preferably constant speed, the invention excellently fits into existing test procedures without causing longer test times.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Sichtprüfung eines mittels Röntgenstrahlung zu überprüfenden Prüfobjekts (10), insbesondere eines Rades, umfassend die folgenden Schritte: Aufnehmen eines Röntgenbildes Xi des Prüfobjekts (10), während sich das Prüfobjekt (10) in einer Position p=Pi befindet, mit Hilfe einer feststehenden Röntgenstrahlquelle (30) und eines feststehenden Röntgenstrahldetektors (50); Rotieren des Prüfobjekts (10) um eine Achse A (40.1) und/oder Verschieben des Prüfobjekts (10) entlang einer Achse D (40.2); Aufnehmen mindestens eines weiteren Röntgenbildes Xi+1 des Prüfobjekts (10), während sich das Prüfobjekt (10) in mindestens einer weiteren Position p=Pi+1 befindet, mit Hilfe der feststehenden Röntgenstrahlquelle (30) und des feststehenden Röntgenstrahldetektors (50); Auswählen eines Bildpaares, bestehend aus dem Röntgenbild Xi und einem weiteren Röntgenbild X(α,d) aus der Menge der weiteren aufgenommenen Röntgenbilder, wobei das Röntgenbild X(α,d) eine Aufnahme des Prüfobjekts (10) in einer Position P=p(α,d) darstellt, die um einen Winkel α und/oder eine Strecke d gegenüber der Position p=Pi verdreht und/oder verschoben ist; Quasi-zeitgleiches Darstellen des ausgewählten Bildpaares auf einem stereoskopischen Anzeigegerät (70), wobei das Röntgenbilder Xi einem ersten Auge eines Benutzers des stereoskopischen Anzeigegeräts (70) und das Röntgenbild X(α,d) einem zweiten Auge des Benutzers des stereoskopischen Anzeigegeräts (70) dargestellt wird. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Description

NACHWEIS VON FEHLERN IN EINEM SICH BEWEGENDEN OBJEKT MITTELS
ORTHO - STEREOSKOPIE
Die Erfindung betrifft die Sichtprüfung von Prüfobjekten mittels Durchleuchtung von z. B. Röntgenstrahlen. Ziel einer solchen Sichtprüfung ist es, Fehler innerhalb des PrüfObjektes zu erkennen.
Beispielsweise besteht bei Rädern häufig das Interesse zu wissen, ob der Fehler so oberflächennah ist, dass er nach dem Polieren des Rades, wobei eine dünne Materialschicht abgetra- gen wird, an die Oberfläche gelangt und damit das Rad Aus- schuss ist.
Im Stand der Technik existieren Durchleuchtungsverfahren, bei denen ein Fehler nur in zwei Dimensionen erfasst werden kann: Länge x Breite. In der DE 101 58 209 AI, einem wertvollen Beitrag zum Stand der Technik, ist eine Vorrichtung für mobile Durchstrahlungsprüfungen im Echtzeitbetrieb beschrieben.
In der EP 1 717 573 A2, einem weiteren wertvollen Beitrag zum Stand der Technik, ist ein Verfahren zur automatischen Feh- lererkennung in Prüfteilen mittels einer Röntgenprüfanläge mit einer Röntgenröhre, einem Detektor und einem mechanischen Manipulator zur Positionierung des Prüfteils im Strahlengang der Röntgenprüfanläge beschrieben, wobei ein Positionierbild des Prüfteils mit einem idealen Referenzbild verglichen wird. Weiterhin existieren Systeme, wenn die dritte Dimension benötigt wird.
In der DE 10 2007 001 928 B4, einem weiteren wertvollen Beitrag zum Stand der Technik, ist eine Röntgen-CT-Prüfanläge (Computertomographie, CT) mit einer Röntgenröhre und einem Detektor sowie einer dazwischen angeordneten Untersuchungsvorrichtung beschrieben, wobei die Röntgenröhre mit dem De- tektor einerseits und die Untersuchungsvorrichtung andererseits rotierbar zueinander ausgebildet sind.
In der WO 2010 / 075989 AI, einem weiteren wertvollen Beitrag zum Stand der Technik, ist eine Vorrichtung zur zerstörungs- freien Untersuchung zylindrischer oder rohrförmiger Prüfobjekte mittels Röntgenstrahlung durch Tomosynthese oder Lami- nographie beschrieben.
In der WO 03 / 099124 AI ist eine Stereoradiographievorrichtung beschrieben, umfassend eine horizontale Rotationsplatte, die optional verschiebbar ist, wobei die Platte entsprechend zwei um 90° gegeneinander winkelversetzter Positionen orientierbar ist, um zwei Aufnahmen zu machen, die orthogonal zueinander sind. Diese Vorrichtung dient der Berechung einer Rekonstruktion eines dreidimensionalen Bildes durch zwei kalibrierte Röntgenaufnahmen.
Die US 6 , 031 , 565 betrifft eine Stereoradiographievorrichtung, bei der Röntgenstrahlen nacheinander von zwei voneinander getrennten Punkten durch ein dreidimensionales Objekt gestrahlt werden und eine Videoanzeige angesteuert wird, um wechselnde Bilder basierend auf den Röntgenaufnahmen zu erzeugen. Die Augen eines Benutzers werden wechselnd abgedeckt, synchron mit dem Wechsel der Bilder, um dem Benutzer eine stere- oskopsiche, densitometrische Sicht auf das dreidimensionale Objekt zur Verfügung zu stellen. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein einfacheres und Verfahren und eine einfachere Vorrichtung zur Röntgen- sichtprüfung mit geringer Prüfungszeit zur Verfügung zu stellen, durch welches auf die Tiefenlage eines Materialfehlers rückgeschlossen werden kann. Die Aufgabe wird durch die unabhängigen Ansprüche gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen definiert . Insbesondere wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Sichtprüfung eines mittels Röntgenstrahlung zu überprüfenden PrüfObjekts (10), insbesondere eines Rades, umfassend die folgenden Schritte:
— Aufnehmen eines Röntgenbildes X± des PrüfObjekts (10), während sich das PrüfObjekt (10) in einer Position
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befindet, mit Hilfe einer feststehenden Röntgenstrahlquelle (30) und eines feststehenden Röntgenstrahldetektors (50);
— Rotieren des PrüfObjekts (10) um eine Achse A (40.1)
und/oder Verschieben des PrüfObjekts (10) entlang einer Achse D (40.2);— Aufnehmen mindestens eines weiteren Röntgenbildes Xi+1 des PrüfObjekts (10), während sich das PrüfObjekt (10) in mindestens einer weiteren Position p=Pi+1 befindet, mit Hilfe der feststehenden Röntgenstrahlquelle (30) und des festste- henden Röntgenstrahldetektors (50);
— Auswählen eines Bildpaares, bestehend aus dem Röntgenbild Xi und einem weiteren Röntgenbild X(a,d) aus der Menge der weiteren aufgenommenen Röntgenbilder, wobei das Röntgenbild x(a,d) eine Aufnahme des PrüfObjekts (10) in einer Position p=P(a d) darstellt, die um einen Winkel α und/oder eine Strecke d gegenüber der Position ρ=Ρ± verdreht und/oder verschoben ist;
— Quasi-zeitgleiches Darstellen des ausgewählten Bildpaares auf einem stereoskopischen Anzeigegerät (70), wobei das Rönt- genbilder Xi einem ersten Auge eines Benutzers des stereoskopischen Anzeigegeräts (70) und das Röntgenbild (a,d) einem zweiten Auge des Benutzers des stereoskopischen Anzeigegeräts (70) dargestellt wird.
Das PrüfObjekt ist bevorzugt ein Rad, z. B. ein Eisenbahnrad oder eine Rad eines Automobils.
Die Position des Prüfobjekts ist bevorzugt zum einen die Position des PrüfObjekts in der Prüfanläge (angebbar durch Y-, Y- und Z-Werte) sowie die Orientierung des PrüfObjekts.
Die feststehende Röntgenstrahlquelle sowie der feststehende Röntgenstrahldetektor bedeuten, dass Röntgenstrahlquelle und -detektor während des Sichtprüfungsverfahrens an einer festen Position stehen. Eine Bewegung von Röntgenstrahlquelle und —detektor zur Aufnahme von stereoskopisch darstellbaren Bildpaaren ist nicht notwendig. Dies ist besonders vorteilhaft, da mit einer Bewegung dieser Komponenten Schwierigkeiten, z. B. mechanisch aufwendigere Prüfanlagen, Dejustage, erschwerte Bildverarbeitung etc. verbunden sind.
Bevorzugt ist der Röntgenstrahldetektor ein digitaler Flächendetektor, bevorzugt mit der Eigenschaft einer hohen Auf- nahmefrequenz zum Erzeugen eines Live-Röntgenbildes .
Die Achse A ist bevorzugt annähernd senkrecht zur Betrachtungsachse, beziehungsweise zu der Ebene, die durch die beiden Blickachsen des Benutzers (bzw. Betrachters, Technikers) auf die dargestellte Szenerie des Prüfobjekts aufgespannt wird (Betrachtungsebene).
Die Achse D ist bevorzugt parallel zur Augenachse des Betrachters (gedachte Verbindungslinie der beiden Augen).
Bevorzugt wird die Orientierung der Röntgenaufnahme und somit auch die Betrachtungsebene so eingestellt, dass ein Objektpunkt aus dem zu prüfenden Teilbereich des Prüfobjekts sich während des Rotierens und/oder Verschiebens des Prüfobjekts annähernd parallel zur Augenachse bewegt bzw. eine überwiegende Bewegungskomponente parallel zur Augenachse aufweist. Bevorzugt wird die Orientierung der Röntgenaufnahme über die relative Orientierung des Prüfobjekts und den Achsen A und F zum Röntgenstrahldetektor eingestellt.
Das Rotieren und/oder Verschieben (Translation) erfolgt bevorzugt mittels einer Positioniereinrichtung. Bevorzugt findet entweder eine Rotation oder eine Verschiebung des Prüfobjektes statt. Wenn nur eine Rotation stattfindet, kann man das zusätzlich zu dem Röntgenbild X± ausgewählte Röntgenbild x (a,d) auch vereinfacht als X(a,o) oder Xa bezeichnen. Wenn nur eine Verschiebung des PrüfObjekts stattfindet, gilt dieses entsprechend umgekehrt. Bevorzugt wird das PrüfObjekt rotiert, wenn das PrüfObjekt eine Achse aufweist, bezüglich de- rer das PrüfObjekt rotationssymmetrisch ist. Bevorzugt erfolgt das Rotieren dann um diese Rotationssymmetrieachse des PrüfObjekts, indem das PrüfObjekt so ausgerichtet wird, dass die Achse A annähernd mit der RotationsSymmetrieachse des PrüfObjekts übereinstimmt. Zum Beispiel wird ein Rad bevor- zugt um seine eigene Nabe rotiert. Dazu wird es bevorzugt in der Prüfanläge so positioniert, dass die Positioniereinrichtung das Rad so dreht, als ob es bestimmungsgemäß an einer Achse rotierbar angebracht wäre. Bevorzugt wird das PrüfObjekt verschoben, wenn das PrüfObjekt länglich ist. Dann wird es bevorzugt entlang der Dimension verschoben, in welcher das Prüfobjekt seine längste Ausdehnung aufweist, indem das Prüf- objekt so ausgerichtet wird, dass die Achse D annähernd parallel zur länglichen Dimension ist. Eine Kombination von Rotieren und Verschieben ist bevorzugt, wenn zum Beispiel ein Prüfobjekt sowohl länglich ist als auch eine RotationsSymmetrieachse aufweist. Wenn das Prüfobjekt zum Beispiel ein Rohr ist, so wird dieses bevorzugt um die Rohrachse rotiert und entlang der Rohrachse verschoben. Das Rotieren und/oder Verschieben wird bevorzugt präzise gesteuert (z. B. Positions- Steuerung, Schrittmotoren, etc.). Bevorzugt wird, bevorzugt wiederholt, um definierte Winkel und/oder definierte translatorische Abstände rotiert und/oder verschoben.
Bevorzugt wird eine Serie bestehend aus mindestens zwei weiteren Röntgenbildern Xi+1, Xi+2 aufgenommen, deren Röntgenbil- der j.eweils dann aufgenommen werden, wenn sich das Prüfobjekt im Vergleich zur Aufnahme des vorigen Röntgenbilds in einer verdrehten und/oder verschobenen Position befindet. Wenn das Röntgenbild Xi+1 das Prüfobjekt bereits in einer Position Pi+1 darstellt, die (annähernd) einer um den Augenabstand des Bet- rachters verschobene Perspektive des PrüfO jekts entspricht, besteht die Menge der weiteren aufgenommenen Röntgenbilder bevorzugt nur aus dem Röntgenbild Xi+1. Bevorzugt wird zusätzlich zur Aufnahme eines Röntgenbilds auch die jeweilige Position des Prüfobjekts mitgeschrieben, so dass diese Information mit dem Röntgenbild zusammen verfügbar ist. Das Auswählen eines Bildpaares erfolgt bevorzugt durch ein Computerprogramm. Bei Vorliegen einer Serie von weiteren Röntgenbildern, bestehend aus mindestens zwei weiteren Röntgenbildern Xi+1, Xi+2 erfolgt das Auswählen eines Bildpaars bevorzugt durch Auswahl gemäß einer festen Reihenfolge (z. B. wähle X± und Xi+2 als Bildpaar). Bevorzugt erfolgt die Auswahl entsprechend der zusammen mit einem Röntgenbild jeweils vorliegenden Information über die Position des PrüfObjekts.
Bevorzugt wird durch das quasi-zeitgleiche Darstellen ein Bildpaar zu einem Zeitpunkt dargestellt, wobei die Röntgenbilder des Bildpaars zu unterschiedlichen Zeitpunkten aufgenommen wurden. Insbesondere zeigen die zeitlich dargestellten Röntgenbilder zwei verschiedene Perspektiven auf das Prüfobjekt, so dass durch die zeitgleiche Darstellung auf einem stereoskopischen Anzeigegerät ein räumlicher Effekt beim Betrachten entsteht. Quasi-zeitgleich bedeutet, dass entweder die Bilder des Bildpaars, zum Beispiel bei einem Head- Mounted-Display oder einem autostereoskopischen Anzeigegerät, auch tatsächlich zur selben Zeit dargestellt werden, oder dass sie, zum Beispiel bei einer Shutterbrille, als Einzelbilder so kurz hintereinander dargestellt werden, dass der Zeitunterschied zwischen der Darstellung der Einzelbilder innerhalb der Reaktionszeit des Betrachters, bevorzugt unterhalb von ca. 50 ms liegt. Hier werden „zeitgleich" und „qua- si-zeitlich" synonym verwendet. Bevorzugt wird das Röntgenbild durch Vorverarbeitung aufbereitet. Bevorzugt wird ein Hochpassfilter, z. B. ein HDR- Filter (Hoch Dynamische Radioskopie) angewendet. Auf diese Weise erscheint der 3D-Effekt in besonders vorteilhafter Weise . Das stereoskopische Anzeiggerät ist z. B. ein 3D-Monitor (z.B. ein autostereoskopischer Monitor), eine Shutterbrille , ein Head-Mounted-Display oder eine Brille mit Farbtrennung, z. B. rot/grün. Diesen Anzeigegeräten ist gemein, dass zwei Bilder, die unterschiedlichen Betrachtungsperspektiven entsprechen, je einem Auge dargestellt werden, so dass pro Auge nur ein Bild sichtbar ist. Aufgrund der Verschiebung ergibt sich dann ein dreidimensionaler Effekt. Autostereoskopische 3D-Monitore zum Beispiel, können per se in Kombination mit der passenden Graphik-Karte ein Bild für das linke und ein
Bild für das rechte Auge darstellen und dafür ist keine Shutterbrille oder Rot/Grün Brille mehr notwendig, sondern nur ein geeigneter Abstand vom Display.
Die Erfindung löst das Problem der Bestimmung der Tiefenlage eines Fehlers dadurch, dass dem Techniker, der die visuelle Prüfung durchführt, ein stereoskopisches und damit ein Tiefeninformation enthaltendes Bild des Prüfobjektes dargestellt wird. Zur Erzeugung dieses Bildes wird die Bewegung des Prüf- teils bevorzugt so ausgeführt, dass die dem menschlichen Blickwinkelunterschied entsprechenden Aufnahmen ermittelt werden und die Prüfteilbewegung bzw. Prüfobjektbewegung dann auf solchen Bahnen erfolgt. Die dem menschlichen Blickwinkelunterschied entsprechenden Aufnahmen werden dann auf einem stereoskopischen Anzeigegerät dargestellt, so dass der Tech- niker das stereoskopische Bild betrachten kann. Durch die stereoskopische Darstellung des Prüfobjekts kann dann die Position des Fehlers durch den Techniker abgeschätzt werden. Im Gegensatz zu komplizierten und zeitaufwendigen CT-Verfahren ist eine schnelle Prüfung und Einschätzung durch den Techni- ker bzw. Benutzer möglich, wobei durch ein geschicktes Ausnutzen der bisherigen Prüfabfolge nur eine einzige Prüfposition zusätzlich angefahren werden muss, womit zeitlich fast kein Unterschied zur 2D-Prüfung besteht. Durch die Aufnahme von mindestens zwei Bildern mit verschiedenen Positionen des Prüfobjekts und das Übereinanderlegen eines Bildpaars durch die stereoskopische Darstellung ist ohne wesentlichen techni- sehen Mehraufwand eine erheblich gründlichere Sichtprüfung möglich, da zusätzlich eine Tiefeninformation zur Verfügung steht, wobei das menschliche Gehirn anstelle einer aufwendigen CT-Berechnung die Information aus diesen dargestellten Ansichten des PrüfObjekts verarbeitet.
Im Gegensatz zu bisherigen Verfahren wird keine Verdopplung der anzufahrenden PrüfPositionen bzw. Verdopplung der Anzahl der nötigen Aufnahmen aus verschiedenen Perspektiven benötigt. Dies wird durch folgende Formeln deutlich: Prüfzeit (normale 2D-Radiographie)=
n(tba + tj + tein + taus,
Prüfzeit (herkömmliche Stereoradiographie ) =
2n(tba + tj + tein + tau3,
Prüfzeit (erfindungsgemäßes Verfahren) =
(n+l)(tba + tj + tein + tau3, wobei n: die Anzahl der PrüfPositionen,
tba: die Zeit zur Aufnahme eines Röntgenbildes,
tm: die Zeit für Bewegung zur nächsten mechanischen Position, tein: die Einförderzeit in die Prüfanlage und
taug: die Ausförderzeit aus der Prüfanläge ist.
Bevorzugt wird das Verfahren mit einer Prüfzeit=(n) (tba + tm) + tein + taus durchgeführt, d.h. ohne eine zusätzliche PrüfPosition. Das Objekt wird dabei einmal gesamt um 360° abzüglich des Winkels α gedreht. Das Röntgenbild, welches der letzten Prüfposition entspricht, wird dann zusammen mit dem Röntgenbild, das der ersten Prüfposition entspricht, als Bildpaar dargestellt. Um eine Akkumulation von anlagentechnisch bedingten Positionierfehlern zu unterdrücken, die sich je nach Anlage bei einer Drehung von fast 360° ergeben können, wird jedoch bevorzugt eine zusätzliche Prüf osition eingefügt. In einem weiteren erfindungsgemäßen Verfahren wird das Rotieren und/oder das Verschieben des PrüfObjekts (10) kontinuierlich mit einer definierten Winkelgeschwindigkeit ω und/oder einer definierten Geschwindigkeit v durchgeführt und
das Aufnehmen eines Röntgenbildes Xi mit i=l,2,... bzw.
i=(a,d), erfolgt zu einem bestimmten Zeitpunkt t=Ti.
Bevorzugt erfolgt die Auswahl eines Bildpaares dann entsprechend eines Zeitpunktes unter Berücksichtigung der definierten (Winkel- )Geschwindigkeit/en. Damit wird ein Bildpaar aus- gewählt, dessen Röntgenbilder das PrüfObjekt in zwei verschiedenen Positionen zeigen, welche um einen Winkel α und/oder einen Abstand d zueinander versetzt sind.
Auf diese Weise wird das erfindungsgemäße Problem der Bestimmung der Tiefenlage eines Materialfehlers durch mindestens zwei in einem Winkel/durch einen Abstand versetzte Aufnahmen gelöst, wobei zusätzlich die Aufnahmen in Bewegung des Prüf- teils, bevorzugt während der visuellen Prüfung, besonders bevorzugt der visuellen Live-Bild-Prüfung, durchgeführt werden. Dabei wird bevorzugt ausgenutzt, dass sich das Rad für die Prüfung ohnehin drehen muss, auch wenn nur eine zweidimensionale Prüfung stattgefunden hätte. Die Bilder werden mit einem sich aus der Bewegung des Prüfobjekts ergebenden Zeitversatz bezüglich der Aufnahmezeit auf einem stereoskopischen Anzeigegerät darstellt. In einem weiteren erfindungsgemäßen Verfahren wird zusätzlich der Schritt durchgeführt:
— Anpassen des Winkels α und/oder der Strecke d an den menschlichen Augenabstand des Betrachters und/oder den Abstand der Augen zum stereoskopischen Anzeigegerät (70)
und/oder den Abstand der vorhandenen Röntgenstrahldetektoren (50, 50') zum PrüfObjekt (10).
Auf diese Weise werden bevorzugt die menschlichen Augenabstände (Abstand von einem Auge zum anderen), die sich von Mensch zu Mensch unterscheiden sowie auch der Abstand des Auges zum Monitor individuell angepasst. Vor allem bei autoste- reoskopischen Monitoren ist der Abstand des Auges zum Monitor ein wichtiger Einstellparameter, der bevorzugt durch Anpassen des Winkels und/oder der Strecke d berücksichtigt wird.
Der Abstand des Röntgenstrahldetektors, mit welchem das Röntgenbild aufgenommen wird, zum PrüfObjekt beeinflusst auch die Perspektive, unter welcher der Betrachter das PrüfObjekt am Ende auf dem stereoskopischen Anzeigegerät dargestellt be- kommt. Auch dieser Abstand wird bevorzugt durch Anpassen des Winkels und/oder der Strecke d berücksichtigt.
In einem weiteren erfindungsgemäßen Verfahren wird das Anpassen des Winkels α und/oder der Strecke d über
— ein Einstellen der Zeitdifferenz
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und/oder
— ein Einstellen der Winkelgeschwindigkeit ω und/oder der Geschwindigkeit v und/oder
— das Auswählen des Röntgenbildes X(tt,d)
durchgeführt. So wird z. B., wenn eine Serie von Röntgenbildern X± vorliegt, die das PrüfObjekt in unterschiedlichen Positionen (z. B. Drehpositionen eines Rades) zeigen, ein Winkel α angepasst, indem zwei Röntgenbilder gewählt werden, die das Prüfobjekt in Positionen zeigen, die sich um diesen bestimm- ten Winkel α unterscheiden. Bevorzugt erfolgt das Einstellen auf Werte, die durch geometrische Berechnungen erhalten werden, besonders bevorzugt auf Werte, die durch Variation der jeweiligen Einsteilgröße bzw. des Auswählens erhalten werden und den subjektiv besten 3D-Effekt der Darstellung für den Benutzer erzeugen. Die geometrischen Berechnungen sind bevorzugt abhängig von dem Augenabstand des Betrachters und/oder dem Abstand der Augen des Betrachters zum Anzeigegerät und/oder dem Abstands des Röntgenstrahldetektors, mit welchem das Röntgenbild aufgenommen wurde, zum PrüfObjekt. Das Ein- stellen erfolgt bevorzugt anhand einer bereits gespeicherten Serie von aufgenommenen Röntgenbildern, besonders bevorzugt anhand von in Echtzeit (bzw. als Live-Bild) dargestellten Röntgenbildern .
Bei Variation des Auswählens zum Beispiel wird dem Betrachter ein Bildpaar einer Serie von Röntgenbildern dargestellt, die jeweils das Prüfobjekt in Positionen darstellen, die sich jeweils um einen konstanten Positionsversatz unterscheiden. Der Betrachter variiert dann die Auswahl eines der Röntgenbilder, indem zum Beispiel das Röntgenbild für ein Auge beibehalten wird und das Röntgenbild für das andere Auge durch ein in der Serie davor oder dahinter liegendes Röntgenbild ausgetauscht wird, bis der 3d-Effekt für den Benutzer am natürlichsten erscheint. Die gefundene Auswahlregel (zum Beispiel: zwischen den für ein Bildpaar auszuwählenden Röntgenbildern liegen im- mer zwei Zwischenbilder) wird dann auch zur Auswahl von neu aufgenommenen Röntgenbildern verwendet. Wenn die Serie von Röntgenbildern unter Beibehaltung einer definierten (Winkel-) Geschwindigkeit des PrüfObjekts aufgenommen wurde, wird auf diese Weise auch implizit die Zeitdifferenz dt=T((Xfd)-T1 mit eingestellt.
Ein Einstellen der (Winkel-) Geschwindigkeit durch Variation erfolgt zum Beispiel in Echtzeit, bzw. anhand eines Live- Bildes, wobei fortlaufend Röntgenbilder mit einer konstanten Zeitdifferenz zwischen den einzelnen Röntgenbildern (dt=Ti+1- T±) aufgenommen werden. Es werden dann immer zwei Röntgenbilder, die sich um eine konstante, vom Benutzer bestimmte Zeitdifferenz dt=T(a d)-Ti unterscheiden, als Bildpaar gleichzeitig auf dem stereoskopischen Anzeigegerät dargestellt. Eines der Röntgenbilder des dargestellten Bildpaars ist dabei be- vorzugt immer das zuletzt aufgenommene Röntgenbild. Der Benutzer erhöht und/oder erniedrigt die (Winkelgeschwindigkeit dann solange, bis ein Wert gefunden wurde, für den der 3D-Effekt am natürlichsten erscheint. Ein Einstellen der Zeitdifferenz dt=Ti+1-Ti erfolgt zum Beispiel auch am Live-Bild, das wie zuvor durch Darstellung von Bildpaaren bestehend aus dem zuletzt aufgenommenen Röntgenbilds und eines zuvor aufgenommenen Röntgenbilds aufgenommen erzeugt wird (zum Beispiel immer das zweitletzte Röntgenbild). Jetzt wird die (Winkel-) Geschwindigkeit konstant gehalten und der Benutzer erhöht und/oder erniedrigt die Zeitdifferenz dt=Ti+1-Ti die zwischen den AufnähmeZeitpunkten der einzelnen Röntgenbilder eingehalten wird solange, bis ein Wert gefunden wurde, für den der 3D-Effekt am natürlichsten erscheint. Implizit wird hierdurch auch dt=T(a>d)-T1 mit eingestellt, denn diese Zeitdifferenz zwischen den Bildern eines dargestellten Bildpaars hängt von der Zeitdifferenz dt=Ti+1-Ti zwischen den einzelnen Röntgenbildern ab. In einem weiteren erfindungsgemäßen Verfahren wird durch wiederholtes
— Rotieren und/oder Verschieben des PrüfObjekts (10),
— Aufnehmen weiterer Röntgenbilder,
— Auswählen eines Bildpaares, das jeweils das PrüfObjekt (10) in zwei um den Winkel verdrehten und/oder um die Strecke d verschobenen Positionen zeigen, und
— Darstellen des ausgewählten Bildpaares auf dem stereoskopischen Anzeigegerät (70)
das PrüfObjekt (10) aus verschiedenen Perspektiven stereosko- pisch dargestellt.
Durch die wiederholte Durchführung der oben genannten Schritte wird das Prüfobjekt bevorzugt von allen Seiten und von verschiedenen Perspektiven geprüft. Durch das Aufnehmen von sehr vielen Röntgenbildern z. B. während einer Umdrehung des Rades ist eine hohe räumliche Auflösung einer Umdrehung eines Rades gegeben.
Bevorzugt erfolgt die Aufnahme der Bilder zu derart kurz zueinander beabstandeten Zeitpunkten, die für Darstellung eines Live-Bildes des PrüfObjekts geeignet sind. Der Abstand der Zeitpunkte t=Ti voneinander beträgt bevorzugt weniger als 80 ms, besonders bevorzugt weniger als 40 ms, ganz besonders bevorzugt weniger als 33,3 ms (entspricht eine Bildaufnahmefrequenz von bevorzugt mindestens 12,5 Hz, besonders bevorzugt mindestens 25 Hz, ganz besonders bevorzugt mindestens 30 Hz).
Bevorzugt wird aus den ausgewählten Bildpaaren eine Bildfolge generiert und auf dem stereoskopischen Anzeigegerät dargestellt. Zum Beispiel ist die Bildfolge eine der folgend beispielhaft aufgelisteten Bildfolgen, wobei die Röntgenbilder eines Bildpaares das PrüfObjekt in zwei Positionen zeigen, die um einen Winkel α und/oder um ein Strecke d gegeneinander versetzt sind:
Bildfolge 1 (aufgenommen mit konstanter Winkelgeschwindigkeit und einer Zeitdifferenz dT=33,3 ms zwischen der Aufnahme der einzelnen Röntgenbilder):
Erstes Bildpaar: (Xi,Xi+i)
Zweites Bildpaar: (Xi+i/Xi+2)
Drittes Bildpaar: (Xi+2 Xi+3)
usw. Bildfolge 2 (die Zeitdifferenz zwischen den Aufnahmezeitpunk- ten einzelnen Röntgenbilder ist hier auch dT=33,3 ms, aufgenommen wurden die Röntgenbilder aber mit einer niedrigeren Winkelgeschwindigkeit als Bildfolge 1, daher ist der Index i hier als Index k notiert):
Erstes Bildpaar: (Xk,Xk+4)
Zweites Bildpaar: (Xk+1,Xk+5)
Drittes Bildpaar: (Xk+2 Xk+e)
Viertes Bildpaar: (Xk+3 Xk+7)
Fünftes Bildpaar: (Xk+4,Xk+8)
Sechstes Bildpaar: (Xk+5,Xk+9)
usw.
Aus diesen Beispielen wird deutlich, dass bevorzugt ein einzelnes Röntgenbild gleich zweimal für die Darstellung auf dem stereoskopischen Anzeigegerät verwendet wird, was zu einer geringen Prüfungszeit beiträgt. Ein einzelnes Röntgenbild wird bevorzugt in einem Bildpaar dem linken Auge dargestellt und in einem anderen Bildpaar dem rechte Auge. In der aufge- listeten Bildfolge 2 wird eine höhere Anzahl von Röntgenbildern aufgenommen, als die Anzahl, die nötig ist, um diejenigen verschiedenen Perspektiven auf das Prüfobjekt zu erhalten, die den Perspektiven des menschlichen Blickunterschieds entsprechen. Auf diese Weise wird die Bewegung des Prüfob- jekts bevorzugt noch flüssiger dargestellt, als wenn alle aufgenommenen Röntgenbilder das Prüfobjekt in Perspektiven zeigen, die dem menschlichen Blickunterschied entsprechen.
Die Aufgabe wird weiterhin insbesondere gelöst durch eine Vorrichtung (1) zur Sichtprüfung eines mittels Röntgenstrahlung zu überprüfenden Prüfobjekts (10), umfassend
— eine Röntgenstrahlquelle (30),
— einen Röntgenstrahldetektor (50) zur Aufnahme von Röntgenbildern Xi (i=l,2,...),
— eine Positioniereinrichtung (90) zur Verschiebung und/oder Verdrehung des Prüfobjekts (10),
— eine Speichereinrichtung (110) zur Speicherung mindestens eines Röntgenbildes,
— ein stereoskopisches Anzeigegerät (70),
— eine Recheneinheit und/oder elektrische Schaltung (130) eingerichtet zur Auswahl eines Bildpaares bestehend aus Röntgenbildern, die das Prüfobjekt (10) in zwei um einen Winkel α verdrehten und/oder um eine Strecke d verschobenen Positionen zeigen.
Die Positioniereinrichtung ist z. B. eine Einrichtung oder eine Kombination von Einrichtungen aus der Gruppe: Einförderund/oder Drehkette, Roboterarm/-greifer , Drehtisch, Klemmrollen, Translationstisch/-schütten.
Bevorzugt ist die Speichereinrichtung zur Speicherung einer Vielzahl von Röntgenbildern eingerichtet. Auf diese Weise wird bevorzugt eine Vielzahl von Röntgenbildern bei nur geringer Verdrehung bzw. Verschiebung des PrüfObjektes aufgenommen und gespeichert, wodurch eine hohe Anzahl von verschiedenen Perspektiven auf das PrüfObjekt ermöglicht wird. Hierfür ist es je nach Maß der Verdrehung/Verschiebung notwendig, eine Vielzahl von Bildern vorzuhalten, denn erst wenn sich eine Perspektive entsprechend dem menschlichen Augabstand geändert hat, sind die jeweiligen Röntgenbilder am Besten geeignet, um durch deren Darstellung einen dreidimensio- nalen Effekt hervorzurufen.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfasst die Vorrichtung (1) zusätzlich:
— eine Einsteileinrichtung (150) zur Einstellung einer definierten Winkelgeschwindigkeit ω und/oder einer definierten Geschwindigkeit v, mit welcher das Prüfobjekt (10) durch die Positioniereinrichtung (90) verdrehbar und/oder verschiebbar ist, und
— eine Aufnahmesteuerungseinrichtung (170) zur Aufnahme von Röntgenbildern X± zu Zeitpunkten Ti (i=l,2,...). Die EinStelleinrichtung ist zum Einstellen eines (Winkel- )- Geschwindigkeitssollwerts eingerichtet. Die Einstelleinrich- tung weist bevorzugt zum Beispiel einen (Dreh- ) Regler , Tastaturknöpfe und/oder GUI-Elemente, die bevorzugt per Touch- screen manipulierbar sind, auf. Die Einsteileinrichtung weist bevorzugt eine Geschwindigkeitsregelung auf, die die Positioniereinrichtung derart ansteuert, dass die Positioniereinrichtung das Prüfobjekt mit dem vorgegebenen Sollwert verfährt.
Die Aufnahmesteuerungseinrichtung weist bevorzugt einen Zeit- geber auf, welcher die Röntgenstrahlquelle und den Röntgen- strahldetektor steuert, so dass in einem zeitlich konstanten Abstand Röntgenbilder aufgenommen werden. In einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfasst die Vorrichtung (1) zusätzlich:
— eine Anpasseinrichtung (190) zum Anpassen des Winkels α und/oder der Strecke d an den menschlichen Augenabstand eines Benutzers des stereoskopisches Anzeigegerät (70).
Die Anpasseinrichtung weist bevorzugt Bedienelemente (z. B. reale Knöpfe/Tasten oder Drehregler oder Elemente einer graphischen Benutzeroberfläche einer Recheneinheit) auf, über welche die Zeitdifferenz zwischen der Aufnahme von Bildern
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und/oder die Zeitdifferenz zwischen den Bildern, die zur Darstellung auf dem stereoskopischen Anzeigegerät ausgewählt werden sollen (dt=T(a d)-Ti) und/oder die Winkelgeschwindigkeit ω und/oder die Geschwindigkeit v und/oder die Auswahl eines bestimmten Röntgenbildes zur Anzeige auf dem stereoskopischen Anzeigegerät (X( a, d ) ) einstellbar sind. Bevorzugt weist die Anpasseinrichtung Bedienelemente zur Eingabe des Augenabstands des Betrachters und/oder des Abstands der Augen des Betrachters zum stereoskopischen Anzeigegerät und/oder zur Eingabe des Abstands zwischen Prüfobjekt und Röntgenstrahldetektor auf. Bevorzugt ist die Anpasseinrichtung eingerichtet anhand dieser eingegebenen Abstände die Zeitdifferenz
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und/oder die Winkelgeschwindigkeit ω und/oder die Geschwindigkeit v und/oder die Auswahl eines bestimmten Röntgenbildes zur Anzeige auf dem stereoskopischen Anzeigegerät (X( a , d ) ) einzustellen. Die Auswahl eines bestimmten Röntgenbildes ist z. B. dadurch einstellbar, dass aus einer Sequenz von vielen Röntgenbildern jedes dritte Röntgenbild das Röntgenbild eines Bildpaares ist, das auf dem stereoskopischen Anzeigegerät dargestellt werden soll, z. B. erstes Paar (X, X( a , d ) ) = (xif Xi+3), zweites Paar (X, X(afd) ) = (Xi+if Xi+4), usw. Ein weiteres Beispiel wäre: erstes Paar (X, X( a , d > ) = (xi/ Xi+a zweites Paar ( Χ ' X ( a , d ) ) = (Xi+3f Xi+6) usw.
Die Erfindung soll nun anhand von Zeichnungen beispielhaft weiter veranschaulicht werden. Hierbei zeigen: eine Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrens und Teile einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei eine Sichtprüfung des Felgenbettes eines Rades gezeigt ist, eine Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrens und Teile einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei die Sichtprüfung der Speichen eines Rades gezeigt ist, ein Schema der Komponenten einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, ein Schema der Komponenten einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei die Vorrichtung eine Einstell- einrichtung und eine Aufnahmesteuerungseinrichtung und optional eine Anpasseinrichtung aufweist, ein Beispiel eines Röntgenbildes aus der Sichtprüfungsgeometrie nach Figur 2.
Figur 1 zeigt eine Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrens und Teile einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei eine Sichtprüfung des Felgenbettes eines Rades gezeigt ist. Die drei Einzelbilder zeigen jeweils das PrüfObjekt 10 in drei verschiedenen Positionen Pif Pi+1, Pi+2' Das PrüfObjekt 10 ist ein Rad, das über Einförder- und Drehketten 90 in der PrüfVorrichtung gehalten wird. Eine Röntgenstrahlquelle 30 und ein Rontgenstrahldetektor 50 sind derart angeordnet, dass das Felgenbett als Untersuchungsbereich 11 (schraffiert) des Rades 10 zwischen ihnen liegt. Über die Einförder- und Drehketten 90 ist das Rad drehbar um die Achse A 40.1 gelagert, die mit der Radachse übereinstimmt. Im Felgenbett befindet sich ein Materialfehler 20. Das Rad selbst befindet sich in der Position p=Pi. Im Betrieb der Erfindung wird ein Röntgenbild aufgenommen, bevorzugt während sich das Rad kontinuierlich mit einer bestimmten Winkelgeschwindigkeit dreht, wobei dann die Einzelbilder bestimmten Zeitpunkten t=T± entsprechen. Das Aufnehmen erfolgt, indem der Untersuchungsbereich 11 des PrüfObjekts 10 mit Röntgenstrahlen 31 durchleuchtet wird und die Röntgenstrahlen 31 auf dem Röntgenstrahldetektor auftreffen. Der Materialfehler 20 wird im Röntgenbild als Materialfehler 20' abgebildet. Nach der Aufnahme des ersten Röntgenbildes wird das Rad weitergedreht und ein nächstes Röntgenbild wird aufgenommen, wenn sich das Rad in der Position p=Pi+1 befindet. Dasselbe erfolgt für eine weitere Position p=Pi+2. In diesem Beispiel wird das Röntgenbild Xi+1 aus der Position p=Pi+1 dem rechten Auge angeboten und gleichzeitig dann das Bild Xi+2 aus der Position p=Pi+2 dem linken Auge. Dadurch entsteht ein räumlicher Effekt, der die Abschätzung der Lage des Materialfehlers 20 im PrüfObjekt 10 durch den Techniker erlaubt. Der zusätzliche technische Aufwand besteht in der temporären Zwi- schenspeicherung des Bildes Xi+1 bis das Bild Xi+2 aufgenommen wurde .
Auf diese Weise wird die übliche Prüfabfolge einer 2D-Prüfung eines Rades, bei der das komplette Rad durch mehrere Röntgenaufnahmen in verdrehten Positionen geprüft wird, beibehalten und ohne wesentlichen technischen Mehraufwand ist durch die stereoskopische Darstellung eine gute Abschätzung über die Lage eines Materialfehlers in der Tiefe möglich.
Figur 2 zeigt eine Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrens und Teile einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei die Sichtprüfung der Speichen eines Rades 10 gezeigt ist. Der Untersuchungsbereich des Prüfobjektes 10 ist hier als schwarz umrandeter Bereich dargestellt. Der Materialfehler 20 liegt in einer Speiche des Rades 10. Die Röntgenstrahlquelle 30 ist auf der Höhe der Radnabe, leicht oberhalb der durch die Speichen definierte Ebene angeordnet und der Röntgen- Strahldetektor 50 leicht unterhalb dieser Ebene, in der Nähe des Felgenbettes.
Im Betrieb der Erfindung strahlen Röntgenstrahlen 31 im Wesentlichen durch die Speichen und erzeugen ein Abbild 20' des Fehlers 20 auf dem Rontgenstrahldetektor 50. Es werden weitere Röntgenbilder in verschiedenen Positionen des Rades auf diese Weise aufgenommen (Teilbilder mitte und rechts) und wie zu Figur 1 beschrieben stereoskopisch dargestellt.
Auf diese Weise sind auch Sichtprüfungen der Speichen eines Rades 10 über stereoskopische Darstellung möglich.
Figur 3 zeigt ein Schema der Komponenten einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Das PrüfObjekt 10 ist zwischen der Rönt- genstrahlquelle 30 und dem Rontgenstrahldetektor 50 angeordnet, gehalten durch eine Positioniereinrichtung 90 und ro- tierbar um die Achse A 40.1 und translatorisch bewegbar entlang der Achse D 40.2. Eine Speichereinrichtung 110 ist mit dem Rontgenstrahldetektor 50 verbunden, so dass sie mindestens ein Röntgenbild, das mit dem Rontgenstrahldetektor 50 aufgenommen wurde, speichern kann. Eine Recheneinheit
und/oder elektrische Schaltung 130 ist eingerichtet, ein
Bildpaar bestehend aus gespeicherten Röntgenbildern oder aus eine gerade aufgenommenen Röntgenbild und einem gespeicherten Röntgenbild an ein stereoskopisches Anzeigegerät 70 weiterzuleiten. Im Betrieb der Erfindung wird die Röntgenstrahlquelle 30 aktiviert und sendet Röntgenstrahlen durch das PrüfObjekt 10. Der Rontgenstrahldetektor 50 zeichnet das Röntgenbild auf und speichert es in der Speichereinrichtung 110. Durch die Positioniereinrichtung 90 wird das PrüfObjekt 10 bewegt. Zu einem nächsten Zeitpunkt wird nochmals ein Röntgenbild aufgenommen. Dieses gerade aufgenommene Röntgenbild wird durch die Recheneinheit und/oder elektrische Schaltung 130 zusammen mit dem gespeicherten Röntgenbild in der Speichereinheit 110 ausge- wählt und an das stereoskopische Anzeigegerät 70 weitergeleitet. Dort wird der durchleuchtete Teil des PrüfObjekts 10 stereoskopisch dargestellt.
Figur 4 zeigt ein Schema der Komponenten einer erfindungsge- mäßen Vorrichtung, wobei die Vorrichtung eine Einstell- einrichtung 150 und eine Aufnahmesteuerungseinrichtung 170 und optional eine Anpasseinrichtung 190 aufweist. In diesem Beispiel ist das stereoskopische Anzeigegerät 70 ein 3D- Monitor mit vorgeschalteter passender Grafikkarte, der ein Bild für das linke und ein Bild für das rechte Auge darstellen kann, das PrüfObjekt 10 ist ein Rohr (Stirnansicht) und die Achse A 40.1 fällt mit der Achse D 40.2 zusammen. Die Anpasseinrichtung 190 weist Drehknöpfe als Bedienelemente auf. In einem anderen Beispiel (nicht gezeigt) ist die Anpassein- richtung 190 in der Recheneinheit und/oder elektrischen
Schaltung 130 integriert. Die Bedienelemente der Anpasseinrichtung 190 sind dann als Elemente einer grafischen Benutzeroberfläche auf dem stereoskopischen Anzeigegerät dargestellt. Im Betrieb der Vorrichtung 1 wird das Prüfobjekt 10 durch die Positioniereinrichtung 90 kontinuierlich bewegt. Es erfolgt eine translatorische Bewegung entlang der Achse D 40.2 aus der Zeichnungsebene heraus und eine rotatorische Bewegung um die Achse A 40.1. Die Geschwindigkeiten dieser Bewegungen werden durch die Einsteilvorrichtung 150, und die Aufnahme von Röntgenbildern in zeitlich konstanten Abständen wird durch die Aufnahmesteuerungseinrichtung 170 gesteuert oder geregelt. Optional werden die Sollwerte für die Einsteilvorrichtung 150 und/oder die Aufnahmesteuerungseinrichtung 170 durch die Anpasseinrichtung 190 vorgegeben. Der Benutzer stellt über die Anpasseinrichtung 190 die geometrischen Randbedingungen ein, wie z.B. Abstand der Augen zum Monitor, menschlicher Augenabstand, Abstand des Detektors zum PrüfObjekt. Wenn keine Anpasseinrichtung vorhanden ist stellt der Benutzer direkt an der Einstellvorrichtung 150 und/oder an der Aufnahmesteuerungseinrichtung 170 Sollwerte ein, die zu einem subjektiv optimalen 3d-Effekt führen.
Figur 5 zeigt ein Beispiel eines Röntgenbildes aus der Sichtprüfungsgeometrie nach Figur 2. Dargestellt ist ein Achs- Schenkel (Knuckle). Z. B. kann mit einer Rot-Grün-Brille der Effekt geprüft werden, wenn das Bild nahezu formatfüllend auf einem Bildschirm dargestellt wird und der Betrachterabstand bei einem 19-Zoll Monitor ca. 40 cm beträgt. Diese Darstellung wurde, um den Formvorschriften einer Patentanmeldung zu genügen, gegenüber dem Original entfärbt und Graustufen wurden entfernt. Zusätzlich wurden Bereiche, die vornehmlich ma- gentafarben bzw. rotfarben sind, durch eine Schraffur von links unten nach rechts oben ersetzt und Bereiche, die vornehmlich cyanfarben bzw. grünfarben sind, durch eine Schraf- für von links oben nach rechts unten ersetzt.
Diese Erfindung beruht auf dem Grundprinzip der Stereoperspektive, die sich aus der Verschiebung eines Lichtaufpunktes im Abstand der Augen zueinander ergibt. In der Röntgentechnik gibt es für diese Anwendungen keine Reflexionen, sondern nur Durchstrahlungen. Bisher wird der Stereoeffekt durch Verschiebung der Beleuchtungsquelle (hier: Röntgenröhre) erzielt; das Auge ermittelt bei richtiger Geometrie dann fast automatisch die 3D-Perspektive und damit die Tiefenlage eines Fehlers im PrüfObjekt. Da allerdings das Verschieben der Röh- re Probleme bereitet, wird erfindungsgemäß die üblicherweise schon stattfindende Drehung des Prüfobjekts während der
Sichtprüfung ausgenutzt, z. B. wenn ein Felgenbett eines Rades überprüft werden soll. Die Erfindung ermöglicht es, nur mit einer Strahlquelle und nur mit einem Röntgenstrahldetek- tor eine dreidimensionale Darstellung in kürzester Zeit zu erreichen, ohne dass technisch ein erheblicher Mehraufwand zu leisten ist. Durch die Ausnutzung der meistens bereits stattfindenden Drehung des Prüfobjekts, indem das PrüfO jekt mit einer bevorzugt konstanten Geschwindigkeit bewegt wird, glie- dert sich die Erfindung in bestehende Prüfungsabläufe hervorragend ein, ohne längere Prüfzeiten zu verursachen.
Bezugszeichen
1 Vorrichtung zur Sichtprüfung eines mittels Röntgenstrahlung zu überprüfenden Prüfobjekts
10 Prüfobjekt
11 Untersuchungsbereich des Prüfobjekts
20 Materialfehler
20 ' Abbildung des Materialfehlers im Röntgenbild
30 Röntgenstrahlquelle
31 Röntgenstrahl
40 . 1 Achse A
40 . 2 Achse D
50 Röntgenstrahldetektor
70 stereoskopisches Anzeigegerät
90 Positioniereinrichtung
110 Speichereinrichtung
130 Recheneinheit und/oder elektrische Schaltung
150 EinStelleinrichtung
170 Aufnahmesteuerungseinrichtung
190 Anpasseinrichtung

Claims

Patentansprüche
Verfahren zur Sichtprüfung eines mittels Röntgenstrahlung zu überprüfenden PrüfObjekts (10), insbesondere eines Rades, umfassend die folgenden Schritte:
— Aufnehmen eines Röntgenbildes X± des PrüfObjekts (10), während sich das PrüfObjekt (10) in einer Position ρ=ΡΑ befindet, mit Hilfe einer feststehenden Rontgenstrahlquelle (30) und eines feststehenden Röntgenstrahldetek- tors (50);
— Rotieren des PrüfObjekts (10) um eine Achse A (40.1) und/oder Verschieben des PrüfObjekts (10) entlang einer Achse D (40.2) ;
— Aufnehmen mindestens eines weiteren Röntgenbildes Xi+1 des PrüfObjekts (10), während sich das PrüfObjekt (10) in mindestens einer weiteren Position p=Pi+1 befindet, mit Hilfe der feststehenden Rontgenstrahlquelle (30) und des feststehenden Röntgenstrahldetektors (50);
— Auswählen eines Bildpaares, bestehend aus dem Röntgenbild Xi und einem weiteren Röntgenbild X(a,d) aus der Menge der weiteren aufgenommenen Röntgenbilder, wobei das Röntgenbild (a,d) eine Aufnahme des PrüfObjekts (10) in einer Position p=P(a d) darstellt, die um einen Winkel α und/oder eine Strecke d gegenüber der Position
Figure imgf000026_0001
verdreht und/oder verschoben ist;
— Quasi-zeitgleiches Darstellen des ausgewählten Bildpaares auf einem stereoskopischen Anzeigegerät (70), wobei das Röntgenbilder Xi einem ersten Auge eines Benutzers des stereoskopischen Anzeigegeräts (70) und das Röntgenbild X(a,d) einem zweiten Auge des Benutzers des stereoskopischen Anzeigegeräts (70) dargestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1,
wobei das Rotieren und/oder das Verschieben des Prüfobjekts (10) kontinuierlich mit einer definierten Winkelgeschwindigkeit ω und/oder einer definierten Geschwindigkeit v durchgeführt wird und das Aufnehmen eines Röntgenbildes Xi mit i=l,
2, ... bzw. i=(a,d), zu einem bestimmten Zeitpunkt t=T± erfolgt.
3. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche,
wobei zusätzlich der Schritt durchgeführt wird:
— Anpassen des Winkels α und/oder der Strecke d an den menschlichen Augenabstand des Betrachters und/oder den Abstand der Augen zum stereoskopischen Anzeigegerät (70) und/oder den Abstand der vorhandenen Röntgenstrahldetek- toren (50, 50' ) zum PrüfObjekt (10).
4. Verfahren nach Anspruch 3,
wobei das Anpassen des Winkels α und/oder der Strecke d über
— ein Einstellen der Zeitdifferenz dt=T(C[fd)-Ti oder
Figure imgf000027_0001
— ein Einstellen der Winkelgeschwindigkeit ω und/oder der Geschwindigkeit v und/oder
— das Auswählen des Röntgenbildes X(a,d)
durchgeführt wird.
5. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche,
wobei durch wiederholtes
— Rotieren und/oder Verschieben des PrüfObjekts (10),
— Aufnehmen weiterer Röntgenbilder,
— Auswählen eines Bildpaares, das jeweils das PrüfObjekt (10) in zwei um den Winkel α verdrehten und/oder um die Strecke d verschobenen Positionen zeigen, und
— Darstellen des ausgewählten Bildpaares auf dem stereoskopischen Anzeigegerät (70)
das Prüfo jekt (10) aus verschiedenen Perspektiven stereoskopisch dargestellt wird.
6. Vorrichtung (1) zur Sichtprüfung eines mittels Röntgenstrahlung zu überprüfenden PrüfObjekts (10), umfassend
— eine Röntgenstrahlquelle (30),
— einen Röntgenstrahldetektor (50) zur Aufnahme von Röntgenbildern XL (i=l,2, ... ), — eine Positioniereinrichtung (90) zur Verschiebung und/oder Verdrehung des PrüfO jekts (10),
— eine Speichereinrichtung (110) zur Speicherung mindestens eines Röntgenbildes,
— ein stereoskopisches Anzeigegerät (70),
— eine Recheneinheit und/oder elektrische Schaltung (130) eingerichtet zur Auswahl eines Bildpaares bestehend aus Röntgenbildern, die das PrüfObjekt (10) in zwei um einen Winkel α verdrehten und/oder um eine Strecke d verschobenen Positionen zeigen.
Vorrichtung ( 1 ) nach Anspruch 6 ,
wobei die Vorrichtung (1) zusätzlich umfasst:
— eine EinStelleinrichtung (150) zur Einstellung einer definierten Winkelgeschwindigkeit ω und/oder einer definierten Geschwindigkeit v, mit welcher das Prüfobjekt (10) durch die Positioniereinrichtung (90) verdrehbar und/oder verschiebbar ist, und
— eine Aufnahmesteuerungseinrichtung (170) zur Aufnahme von Röntgenbildern XA zu Zeitpunkten T± (i=l,2,...).
Vorrichtung (1) nach Anspruch 6 bis 7,
wobei die Vorrichtung (1) zusätzlich umfasst:
— eine Anpasseinrichtung (190) zum Anpassen des Winkels α und/oder der Strecke d an den menschlichen Augenabstand eines Benutzers des stereoskopisches Anzeigegerät (70).
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