WO2014161903A1 - Vorrichtung und verfahren zur automatischen röntgenprüfung eines sich in bewegung befindenden prüfobjekts - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur automatischen röntgenprüfung eines sich in bewegung befindenden prüfobjekts Download PDF

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WO2014161903A1
WO2014161903A1 PCT/EP2014/056623 EP2014056623W WO2014161903A1 WO 2014161903 A1 WO2014161903 A1 WO 2014161903A1 EP 2014056623 W EP2014056623 W EP 2014056623W WO 2014161903 A1 WO2014161903 A1 WO 2014161903A1
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ray
test
test object
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detector
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Thomas Wenzel
Thomas Stocker
Markus Eberhorn
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Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
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    • G01N2223/33—Accessories, mechanical or electrical features scanning, i.e. relative motion for measurement of successive object-parts
    • G01N2223/3307—Accessories, mechanical or electrical features scanning, i.e. relative motion for measurement of successive object-parts source and detector fixed; object moves

Definitions

  • the present invention relates to an apparatus and a method for the automatic X-ray inspection of a moving test object with an X-ray device having an X-ray source and an area detector, and with an automatic image processing device.
  • X-ray inspection is widely used in the field of non-destructive testing.
  • the X-ray inspection for example, has established itself as the standard in series testing of light metal castings, and is demanded extensively by automobile manufacturers.
  • the interaction between the generated X-radiation and the material or the material of the test object (test specimen) is detected by means of an X-ray arrangement.
  • an X-ray source i. X-ray radiation in the form of a cone beam emitted from a focal spot (focus) of the X-ray tube, penetrates the test object and falls onto an X-ray detector.
  • X-radiation impinges on matter in the form of the material of the test object, depending on the material and object condition, e.g. Material density and transmission lengths, a different proportion of the radiation is absorbed by the material of the test object.
  • An X-ray image now arises from the detection and visualization of unabsorbed X-rays.
  • X-ray inspection is also used in the quality assurance of components, such as light metal castings, which are used, for example, in vehicle construction.
  • X-ray inspections and / or X-ray examinations are thus used in particular for safety-relevant components, such as suspension elements, load-bearing connections, light-alloy wheels and many other light metal castings
  • the light metal casting is introduced into a radiation protection cabin with a manipulation device corresponding to the casting and positioned and irradiated between the X-ray tube and the X-ray sensitive area detector based on the X-ray image recorded in the test position. Committee ".
  • the casting to be tested is irradiated in one or more test positions, which is set either by a movement of the test object, the imaging components (radiator and detector) or by a combination of both. Based on the X-ray images taken in the individual test positions, as far as possible the entire volume of the test object should be examined in order to make the test decision "component OK" or "reject".
  • This object is achieved by an apparatus for automatic X-ray inspection of a moving test object according to claim 1 and by a method for automatic X-ray inspection of a moving test object according to claim 20.
  • the core idea of the present invention is to carry out an automatic X-ray examination on a moving test object or body with an X-ray arrangement comprising an X-ray source and an area detector and with an automatic image processing device, the following specifications and boundary conditions being used ,
  • the test decision is made by an image processing system.
  • the high reproducibility of the test results compared to the human examiner is also advantageous with regard to the quantitative evaluations.
  • Embodiments thus make it possible to carry out the automatic X-ray examination in the movement, wherein a complete stop of the movement (ie of the test object or of the imaging components) can be dispensed with and at the same time the exposure time duration is shortened in order to eliminate or at least impede motion blur to reduce a tolerable level.
  • This is achieved, for example, by employing high performance x-ray sources for automatic inspection in motion, generating (relatively) short x-ray pulses to prevent motion blur in the automatic x-ray examination in motion, and further altering the moving velocity profile of the test object during the test procedure, to be able to satisfy the above relation 1 or 2 at the time of image acquisition.
  • test decision is made by an image processing system.
  • the evaluation is based on still images that are recorded by the test object.
  • the test object (component) is brought into a position to record the image and remains there during the image acquisition time (integration time) to avoid motion blur, as they would arise in the use of area or matrix detectors. These would restrict automatic evaluation and even make it impossible.
  • SNR signal-to-noise ratio
  • This stop-and-go operation has a number of disadvantages.
  • the interruption of the movement means a loss of time, which always precludes the desire for the shortest possible test duration.
  • the constant acceleration and deceleration of the device under test generate high loads in the mechanics, such as, e.g. on a robot, which positions the component.
  • the wear of the mechanical components is higher than with a continuous drive (transport movement).
  • the energy use is increased.
  • the vibrations that occur during the entire acceleration process during both positive and negative accelerations are critical. The test object is therefore set in vibrations, which are reflected as a blur in the X-ray image and thus affect the informational value of the X-ray.
  • the reduction of the image acquisition time has a further positive effect with regard to the resulting efficiency of the X-ray detector in that the scintillators generally installed in X-ray detectors are exposed to significantly reduced afterglow effects due to the achievable, low image acquisition time, so that such Reduction, for example, of the afterglow of scintillators (which, for example, comprise CsJ materials) on the detector side can lead to a further reduction of the image acquisition time.
  • the reduction in image acquisition time also referred to as the integration period, further enables the implementation of an automatic X-ray inspection using a surface or matrix detector and X-ray image automatic imaging, which maintains the test object in a continuous motion, unlike the previous one Realization of test procedures with a necessary stop-and-go process.
  • punctiform and position-dependent image acquisition of the automatic sequence is retained.
  • the control of the manipulation system is now carried out in such a way that the test positions of the test object determined in advance (in advance) in space, i. in terms of location and orientation, are approached one after the other in such a way that at the time of passing through the desired positions, i. Check positions or X-ray recording positions, the predetermined orientation of the test object is maintained relative to the X-ray arrangement between the X-ray source and X-ray detector and further triggering the Röntgensentaufhahme takes place while the test object with a relative speed to the X-ray device at the test position moves past.
  • the relative velocity at the time of image acquisition is set in correlation with the requirements of the inspection tasks with respect to the resolution to be achieved, i.
  • the resulting resolution also ensures sufficiently reliable evaluation of the X-ray image with respect to a material or texture feature.
  • the maximum permissible relative speed v B is determined during the image recording as a function of the effective pixel size or nominal spatial resolution and the required recording time duration. sets. This speed can thus serve as the maximum permissible speed with which a test object in motion can pass through the test position.
  • a plurality of movement speeds of the test object can be used to optimize the "test time gain" per test object.
  • the relative velocity v B indicates the speed with which the test position or the individual test positions can be traversed. As already stated above, this speed is dependent on the exposure time or the available tube power and the effective pixel size of the area detector. To obtain the highest possible test time, the test object should move as fast as possible during the image acquisition period, but with a maximum distance of one half, effective pixel edge length (taking into account the magnification-related magnification) or one-half of the desired spatial resolution (if that of the Application required spatial resolution is lower than the effective pixel size) corresponds, should be covered. Furthermore, the test object should be moved to the respective pickup position with the highest possible travel speed v A (intermediate speed).
  • the permissible dimension ie the maximum oscillation amplitude of the test object or of the manipulation system, is application-specific and lies in the range of approximately an effective pixel size or the desired spatial resolution.
  • the combination of at least two movement speeds for the test object and the omission of a complete standstill (ie a complete stop) in the test position numerous advantages can be achieved.
  • the total test time per test object can be significantly shortened.
  • the travel speed v A between the test positions can be maximized.
  • reduced acceleration and deceleration ramps in the speed profile can be achieved by the manipulation system, thereby minimizing vibration on the object under test, reducing the energy consumption of the drive system of the manipulation system, further reducing the wear of the drive technique, and further increasing the possibilities and degrees of freedom can be provided and used to optimize the design of the manipulation system.
  • high-performance x-ray sources for example are used for the x-ray arrangement, in which an operation can be realized in which short pulses (eg with a pulse length in the range of 1-10 ms) can be generated and which can ensure that the required X-ray power has been reached at the time of the X-ray exposure. Between two test positions, the X-ray power can then be (strongly) reduced or completely reduced to zero. This ensures that the heat balance of the X-ray tube is balanced, and thus essentially any number of successive, temporally spaced detection processes of X-ray images can be carried out.
  • short pulses eg with a pulse length in the range of 1-10 ms
  • Fig. 1 is a schematic diagram of an apparatus for automatic X-ray examination according to an embodiment of the present invention
  • 2 is a schematic representation of the relationship between the relative speed of the test body to the X-ray arrangement and the X-ray power over the time axis according to an embodiment of the present invention
  • 3 is a flowchart of a method for performing an automatic
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an apparatus 100 for automatic X-ray inspection of a test object 120 in motion with an X-ray apparatus 105.
  • the test apparatus 100 has, for example, an X-ray tube 110 and an X-ray tube 10 X-radiation 1 12 sensitive area detector 130, for example in the form of a flat-panel detector or surface X-ray detector, which is also referred to as area or matrix detector.
  • the X-ray radiation 12 emerging from the X-ray radiation source 1 12 penetrates or penetrates the test object 120 and strikes the X-ray-sensitive surface detector 130.
  • the X-ray image has a projection of at least one section of the test object 120, the X-ray image (transmission recording or projection) being formed by the X-rays 12 emerging from the X-ray radiation source 1 12 passing through the test object 120 onto the two-dimensional surface 132 of the X-ray-sensitive surface detector 130 are imaged.
  • the X-ray sensitive area detector 130 is formed, for example, as a solid area detector in a cone beam X-ray source.
  • the X-ray examination device 100 further has a manipulation device 150 for moving the test object 120 relative to the X-ray device 105 to a test position Yp between the X-ray source 110 and the X-ray detector 130, wherein the test object 120 passes through the test position Yp and has a relative velocity v B Having X-ray arrangement satisfying the following relation (relation 1): effective pixel size
  • a relative velocity VB and an effective pixel size based on the ratio between the source-detector distance Xi from the X-ray source 110 to the area detector 130 and the source-inspection object distance X 2 from the X-ray source 110 based on the test object 120.
  • a movement (relative movement) of the test object 120 relative to the X-ray device 105 e.g. in a test position Yp between the X-ray source 110 and the X-ray detector 130 may include a straight-line movement f or a curved movement course (curve).
  • deflection, tilt, or rotation (in the x, y, and / or z directions) of the test object 120 relative to the x-ray assembly 105 may be performed.
  • the arrangement-related (ie geometry-based te) enlargement is to be considered.
  • the magnification is based on the ratio between the distance Xi from the X-ray source 110 to the area detector 130 (ie the source-detector distance xi) and the distance X2 of the X-ray source 10 to the test body 120 (source-specimen distance x 2 ). ,
  • the object to be measured ie the specimen
  • the value for the magnification becomes smaller (with the same source-detector distance xj), the closer the test specimen 120 is to the surface detector 130 during the x-ray exposure, and becomes larger the closer the specimen 120 is during the x-ray exposure located at the x-ray source 130.
  • the required or still tolerable spatial resolution (nominal spatial resolution) of any discontinuities and / or other defects in the form of inclusions, material changes etc. in the test object is lower than the effective pixel size.
  • the required spatial resolution or tolerable blurring may be different, for example, for different test objects or types of test objects according to predetermined standards or test classes. If the spatial resolution required by the respective application is lower than the effective pixel size, the following relationship (relation 2) must be observed in order to comply with the predetermined or tolerable motion blur based on the predetermined desired spatial resolution:
  • the left side of the respective relation represents the distance traveled by the component at the relative speed during the image recording period, while the right side is in proportion to the half value of the effective pixel size and the target spatial resolution, respectively indicates. If, for example, manufacturing defects of the order of xo can be resolved in the component to be examined, then the component to be examined or the section of the component to be examined should move with the relative speed during the image acquisition period only by a distance that is less than or equal to half the distance. ben required spatial resolution is, ie at most by x 0/2 .
  • relation 1 therefore indicates the relative speed achievable based on the resolution capability of the X-ray arrangement between the test object to be examined and the X-ray arrangement
  • relation 2 determines the maximum relative speed between the component to be examined and X-ray arrangement based on a desired spatial resolution, e.g. based on a specific test class, if the spatial resolution required in this case is lower than the effective pixel size.
  • the X-ray arrangement could actually provide a higher spatial resolution.
  • the manipulation device 150 is further configured, for example, to rotate the test object 120 about an axis of rotation 140, for example, by an angle ⁇ into the respective test position.
  • the rotation axis 140 can be arbitrarily selected by the manipulation device 150 with respect to the specified xyz coordinate system, for example to bring the test object 120 into a predetermined test position Yp with respect to location and orientation or successively into a plurality of different test positions Inspection position when running through the same an X-ray is created.
  • the test apparatus 10 further has a processing device 160 for detecting an X-ray image of the test object 120 moving at the relative speed v B at the test position by means of the area detector 130.
  • an evaluation device 170 is provided for automatically evaluating the X-ray image of the test object 120 with regard to a material or texture feature by means of an image processing device, for example an image processing software.
  • an image processing device for example an image processing software.
  • care must be taken that, during the radiographic recording, either the complete test body or at least the section of the test body to be examined is imaged on the area detector 130 of the x-ray apparatus 105.
  • the evaluation device 170 is designed to determine a test result based on the generated X-ray image of the test object 120, wherein a positive test result indicates that a test object meets the test requirements, and a negative test result indicates that the test object does not meet the test requirements. A negative test result is therefore displayed if the evaluation device determines that the test object jekt 120 no longer tolerable material defects and / or shape defects (discontinuities), ie exceeding a threshold deviations from a desired state, has.
  • the automatic X-ray inspection device 100 further comprises (optionally) a transport device 180 for transporting the test object from an initial position Yo to a transfer position Yi, at which, for example, a transfer of the test object to the manipulation device 150 he follows.
  • the home position Yo may be, for example, a storage position of the test object 120.
  • the transport device 180 may also be part of the manipulation device 150, as shown by the dashed border in FIG.
  • the manipulation device 150 can also move the test object 120 directly from the home position Yo to the test position Y P , for example considering the position of the test object 120 as the transfer position, which has reached the respective test object 120 when it is the next X-ray automatic X-ray inspection object - Examination of the X-ray assembly 105 is supplied, ie as soon as the X-ray examination of the preceding test object is completed.
  • the manipulation device 150 is configured to move the test object 120 either from the home position Yo or from the transfer position Yi to the test position Yp.
  • a plurality of test objects 120 to be examined can be located on a transport device, eg a conveyor belt, wherein the manipulation device 150 successively moves the test objects 120 to be examined into the respective test position (s). After passing through the respective test position (s), the manipulation device 150 can transfer the test objects back to the transport device 180 or also deposit the test objects 120 in a storage position.
  • the transport device 180 is thus designed to transport the test object 120 with a transport speed v T up to the transfer position Y), the manipulation device 150 being designed to move the test object 120 past the respective test position or test positions with the relative velocity v B transport.
  • the manipulation device 150 moves the test object until shortly before the respective recording position and after passing through the recording position with the highest possible speed v A. If the test object 120 to be examined is irradiated at a plurality of test positions, the manipulation device 1 50 is designed to also move the test object between the respective pickup positions at the travel speed v A (intermediate speed). Since the travel speed v A iA is higher than the relative speed v B and the transport speed v T iA is higher than the travel speed v A. indicates the velocity profile at the transitions between see the different speeds of movement so-called acceleration and braking ramps (see Fig. 2).
  • the manipulation device 150 can now be configured to move the test object 120 in such a way that the test object 120 passes through the test position Yp in a direction perpendicular to the direction of the central ray of the fluoroscopy (x direction in FIG. 1) in the x-ray aperture 105.
  • the X-ray arrangement has, for example as an X-ray source, a high-power radiator. For example, typical tube outputs are currently up to 100 kW.
  • the X-ray arrangement has, for example, an X-ray flash tube , and is designed to emit X-ray pulses, for example with a pulse length tpuls of 0.1 to 10 ms (or 1 to 5 ms). If, for example, X-ray arrays become available in the future with even more powerful X-ray sources, a further reduction in the pulse lengths (ie the exposure times) is accordingly conceivable.
  • X-ray sources 110 are used which have a provide relatively high performance. Since the emission of the radiation power is generally only necessary for a short time, high-performance X-ray sources are used, which, for example, are capable of generating more than 100 kW of peak power. However, this peak power can generally only be provided by the X-ray sources for a few seconds or fractions of a second.
  • the efficiency of the X-ray detector 130 can be increased.
  • scintillators are available which, by means of a special doping, allow an optimization of the emitted wavelength of the visible light and thus a precise adaptation to the photosensitive sensor system.
  • the replacement of e.g. Cesium iodide (CsJ) as a substitute for the widely used gadolinium oxysulfite (GOS) increases the efficiency of the detector system.
  • CsJ Cesium iodide
  • GOS gadolinium oxysulfite
  • the automatic x-ray inspection apparatus 100 further includes (optionally) a controller 190.
  • the control device 190 is designed to control the manipulation device 150 in order to bring the test object 120 into the test position Yp and to control the X-ray source 120 in order to reach the test position, the X-ray source 110 for generating the X-ray radiation and for triggering the image acquisition to trigger.
  • the control device 190 can furthermore control the manipulation device 150 and the x-ray arrangement 105 in such a way that a plurality of fixed test positions are traversed with the relative velocity v B and a roentgen-precise detection of the test object 120 is triggered upon reaching the respective test position.
  • the control device 190 can also control the manipulation device 150 in order to receive the test object at the transfer position from the transport device 180. men.
  • the control device 190 can also activate (trigger) the processing device 160 for reading the area detector and for generating the X-ray image. when the test object 120 is in the test position Yp.
  • the control device 190 can also control the manipulation device (150) or another flashing device in order to sort out a "defective" test object in the presence of a negative test result.
  • the double arrows shown in FIG. 1 indicate that bidirectional data communication between the different arrangements and systems is also possible in each case. It should also be noted that the processing device 160, the evaluation device 170 and the control device 190 or their functions can also be combined in one process unit.
  • a punctual and position-dependent image acquisition of the automatic sequence of the X-ray examination is thus obtained, wherein the control device 190 now has, for example, the task of controlling the manipulation system 150 such that the previously determined positions Y ⁇ of the test object 120 in space (ie with respect to location and Orientation) successively approach so that at the time of passing through the desired positions (test positions), the previously set orientation is met and triggering of image acquisition takes place.
  • the speed at the time of image acquisition correlates with the requirements of the inspection tasks in relation to the resolution to be achieved.
  • the continuous movement of Due to the nature of the object under investigation a blurring arises, which must be limited to specific tasks.
  • the boundary conditions according to currently typical values are taken as a basis, with a pixel size of the area detector 130 or nominal spatial resolution of approximately 400 ⁇ m and a maximum permissible movement distance of approximately 200 ⁇ m (corresponding to half the pixel size) of the test object during the exposure period of .mu.m approx. 1 ms, the maximum permissible speed during image acquisition is approx. 200 mm / s for this application.
  • Traversing speed A (v A ): moving the DUT 120 between two picking positions. This can take place at the maximum possible speed at which it can still be ensured that a swinging up of the test body 120 or manipulation system 150 does not exceed the permissible level.
  • the permissible measure (maximum oscillation amplitude) is application-specific and lies in the range of approximately one pixel size, taking into account the magnification.
  • Relative Velocity B (v B ): The speed at which the individual test positions can be traversed depends on the exposure time and the available tube power. This speed will usually be less than speed v A to avoid fuzziness in image capture. During the image acquisition time, the specimen may move as fast as possible, but may travel a maximum of one half pixel edge length (including magnification) (see example above).
  • Transport speed C (v T - optional): The speed with which the test object 120 is transported to an (optional) transfer position at which the test object 120 is taken over by the manipulation device 150.
  • multiple objectives can be achieved, such as a shortening of the test time, a maximization of the travel speed between the test positions, and a reduction of the acceleration and deceleration ramps. This minimizes vibration on the component.
  • the energy consumption in drive technology is reduced.
  • the wear of the drive technology can be reduced.
  • x-ray sources 1 By using high power sources as x-ray sources 1 10, an operation can be realized in which short pulses of x-ray radiation are generated, which ensure that the full (required for image acquisition) power is reached at the time of x-ray exposure. Between two test positions, the power can be reduced or completely reduced to zero. This ensures that the heat balance of the tube is balanced. Assuming a pulse-to-pause ratio of 1: 50, which can be regarded as typical for applications from material testing (eg cast part testing) (eg with 10 ms pulse length, 500 ms travel time to the next test position), this results in a average power P of approx. 1 kW (based on a power during the pulse of 100 kW), which is significantly below the maximum permissible heat capacities or possible cooling capacities of this source technology. According to various manufacturers, these are about 5 kW.
  • the x-ray arrangement has a high-power radiator or an x-ray flash tube as the x-ray source, and is designed to generate x-ray pulses, for example with a pulse length tp u s from 0, 1 to 10 ms (or 1 to 5 ms) to emit.
  • Fig. 2 shows the time course of both the tube performance and the speed of the manipulation device and their dependence. For example, FIG.
  • the time duration ti indicates how long the test object 120 is moved by the manipulation device 150 with the relative speed v B.
  • the time duration t 3 indicates the time interval between two consecutive test procedures or X-ray recordings.
  • the x-ray pulses have, for example, a pulse length tpuls of 0.1 to 10 ms (or 1 to 5 ms), the time duration t 2 being selected so that the pulse length tp u i s is approximately equal to 0.2 to 0.6 ms. times (or about 0.4 times) the value of time t 2 .
  • the controller 190 of the manipulation system 150 to control the x-ray tube 110 and the detector 130, for example, by trigger signals. For example, shortly before the test position is reached, the X-ray source is started up so that it has reached the setpoint values (kV and mA) at the time the setpoint position is reached. If the test position is reached, the image acquisition at the detector 130 is triggered. This can in turn be done by a trigger signal from the controller 190.
  • so-called high-performance X-ray sources can be used for the automatic X-ray examination in the movement, whereby the image acquisition time can be reduced without obtaining a deterioration or change in the signal-to-noise behavior.
  • X-ray arrangements in the form of so-called flash tubes can be used to generate X-ray pulses in order to prevent or at least reduce any motion blurs in the automatic X-ray examination in the movement.
  • the image acquisition is made at several test positions of the test specimen by means of a plurality of X-ray arrays. If, for example, several (at least two or three, etc.) different test positions are provided for a test object in which X-ray recordings of different sections of the test object and / or X-ray recordings in different transmission directions of the test object are to be created, a corresponding number of X-ray arrangements can be provided be to create the respective x-rays.
  • the manipulation device is then provided, for example, to convey the test object to the different test positions and if necessary to make the predetermined orientations of the test object relative to the respective X-ray arrangement when passing through the test position (s).
  • the relative velocity v B again indicates the speed of movement of the test object, with which the test position or the individual test positions can be traversed. If the test object to be examined is irradiated at several test positions, the manipulation device is designed to move the test object between the respective pickup positions at the travel speed v A (intermediate speed).
  • Embodiments of the method 300 for the automatic X-ray examination of a test object in motion with an X-ray device having an X-ray source and an area detector will now be described below with reference to FIG.
  • the test object is moved relative to the X-ray arrangement to a test position between the X-ray source and the X-ray detector at step 310, the test object having a relative velocity v B to the X-ray arrangement when passing through the test position, wherein the following relationship (relation 1) is satisfied: effective pixel size or if the desired spatial resolution required for the application is lower than the effective pixel size (relation 2):
  • step 320 an X-ray image of the test object moving with the relative velocity v B is detected at the test position by means of the area detector. Subsequently, in step 330, the X-ray image of the test object is automatically evaluated with regard to a material or texture feature by means of an image processing device.
  • a test result is determined based on the X-ray image of the test object, wherein a positive test result indicates that the test requirements are met by the test object, and a negative test result indicates that the test requirements are not met by the test object ,
  • the manipulation device is actuated by means of a control device in order to bring the test object into the test position, and the X-ray source is actuated in order to reach the X-ray source for reaching the test position. Generation of X-rays and to trigger the image capture to activate.
  • the area detector is read out and the X-ray image is created by means of the Verarheitungs heard.
  • a plurality of fixed test positions are traversed with the relative velocity v B and an X-ray image of the test object is triggered upon reaching the respective test position an X-ray image.
  • the manipulation device and the X-ray arrangement are actuated, so that a plurality of fixed test positions are approached with the relative velocity v B , wherein upon reaching the respective test position, an X-ray image of the test object is triggered.
  • a test object that does not meet the test requirements is sorted out by means of the manipulation device or a further handling device in the presence of a negative test result.
  • aspects have been described in the context of an X-ray inspection apparatus for a moving specimen having an X-ray source and an area detector X-ray machine and automatic image processing apparatus, it will be understood that these aspects are also a description of the corresponding method Represent X-ray examination so that a block or a component of a device is to be understood as a corresponding method step or as a feature of a method step.
  • aspects described in connection with or as a method step also represent a description of a corresponding block or detail or feature of a corresponding device.
  • Some or all of the method steps may also be performed by a hardware device (or using hardware -Apparats), such as a microprocessor, a programmable computer or an electronic circuit. In some embodiments, some or more of the important method steps may be performed by such an apparatus.
  • embodiments of the invention may be implemented in hardware or in software.
  • the implementation may be using a digital storage medium, such as a Blu-ray Disc, a CD, a ROM. a PROM, an EPROM, an EEPROM or a FLASH memory, a hard disk or other magnetic or optical memory are stored on the electronically readable control signals that can cooperate with a programmable computer system or cooperate such that the respective method performed becomes. That's why the digital Storage medium to be computer readable.
  • some embodiments according to the invention include a data carrier having electronically readable control signals capable of interacting with a programmable computer system such that one of the methods described herein is performed.
  • embodiments of the present invention may be implemented as a computer program product having a program code, wherein the program code is operable to perform one of the methods when the computer program product runs on a computer.
  • the program code can also be stored, for example, on a machine-readable carrier.
  • Other embodiments include the computer program for performing any of the methods described herein, wherein the computer program is stored on a machine-readable medium.
  • an embodiment of the method according to the invention is thus a computer program which has a program code for performing one of the methods described herein when the computer program runs on a computer.
  • a further embodiment of the inventive method is thus a data carrier (or a digital storage medium or a computer-readable medium) on which the computer program is recorded for carrying out one of the methods described herein.
  • a further embodiment of the method according to the invention is thus a data stream or a sequence of signals, which represent the computer program for performing one of the methods described herein.
  • the data stream or the sequence of signals may be configured, for example, to be transferred via a data communication connection, for example via the Internet.
  • Another embodiment includes a processing device such as a computer or a programmable logic device that is configured or adapted to perform one of the methods described herein.
  • a processing device such as a computer or a programmable logic device that is configured or adapted to perform one of the methods described herein.
  • Another embodiment includes a computer on which the computer program is installed to perform one of the methods described herein.
  • a further embodiment according to the invention comprises a device or a system which is designed to use a computer program for carrying out least one of the methods described herein to a receiver.
  • the transmission can be done for example electronically or optically.
  • the receiver may be, for example, a computer, a mobile device, a storage device or a similar device.
  • the device or system may include a file server for transmitting the computer program to the recipient.
  • a programmable logic device eg, a field programmable gate array, an FPGA
  • a field programmable gate array may cooperate with a microprocessor to perform one of the methods described herein.
  • the methods are performed by any hardware device. This may be a universal hardware such as a computer processor (CPU) or hardware specific to the process, such as an ASIC.

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Abstract

Eine Vorrichtung (100) zur automatischen Röntgenprüfung eines sich in Bewegung befindenden Prüfobjekts (120) mit einer eine Röntgenquelle (110) und einen Flächendetektor (130) aufweisenden Röntgenanordnung (105) umfasst eine Manipulationseinrichtung (150) zum Bewegen des Prüfobjekts (120) relativ zu der Röntgenanordnung (105) in eine Prüfposition YP zwischen der Röntgenquelle (110) und dem Röntgendetektor (130), wobei das Prüfobjekt (120) bei Durchlaufen der Prüfposition Yp eine Relativgeschwindigkeit vB zu der Röntgenanordnung (105) aufweist, wobei folgende Beziehung bezüglich der Relativgeschwindigkeit vB erfüllt ist: (formula 1) oder falls die für die Applikation geforderte Ortsauflösung niedriger ist als die effektive Pixelgröße: (formula 2) mit einer Bildaufnahmezeitdauer tint, einer Relativgeschwindigkeit vB und einer effektiven Pixelgröße oder einer Soll-Ortsauflösung, die auf dem Verhältnis zwischen dem Quelle-Detektor- Abstand von Röntgenquelle zu dem Flächendetektor und dem Quelle-Prüfobjekt- Abstand von der Röntgenquelle zu dem Prüfobjekt basiert, eine Verarbeitungseinrichtung (160) zum Erfassen einer Röntgenaufnahme des sich mit der Relativgeschwindigkeit vB bewegenden Prüfobjekts (120) an der Prüfposition (Y2) mittels des Flächendetektors (130) und eine Auswerteeinrichtung (170) zum automatischen Auswerten der Röntgenaufnahme des Prüfobjekts (120) hinsichtlich eines Material- oder Beschaffenheitsmerkmals mittels einer Bildverarbeitungseinrichtung.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur automatischen Röntgenprüfung eines sich in Bewegung befindenden Prüfobjekts
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur automatischen Röntgenprüfung eines sich in Bewegung befindenden Prüfobjekts mit einer Röntgenanordnung, die eine Röntgenquelle und einen Flächendetektor aufweist, und mit einer automatischen Bildverarbeitungseinrichtung.
Die Röntgenprüfung wird auf dem Gebiet der zerstörungsfreien Materialprüfung weitverbreitet eingesetzt. So hat sich die Röntgenprüfung beispielsweise als Standard in der Serienprüfung von Leichtmetallgussteilen durchgesetzt und wird von den Automobilherstellern großflächig gefordert. Bei der Röntgenprüfung wird mittels einer Röntgenanordnung die Wechselwirkung zwischen der erzeugten Röntgenstrahlung und der Materie bzw. dem Material des Prüfobjekts (Prüfkörpers) erfasst. Bei üblichen Röntgenanordnungen wird von einer Röntgenquelle, d.h. einer Röntgenröhre, als Strahlungsquelle Röntgenstrahlung in Form eines Kegelstrahls ausgehend von einem Brennfleck (Fokus) der Röntgenröhre abge- strahlt, durchdringt das Prüfobjekt und fällt auf einen Röntgendetektor. Entsprechend dem Prinzip der Röntgenprüfung trifft Röntgenstrahlung auf Materie in Form des Materials des Prüfobjekts, wobei je nach Material- und Objektbeschaffenheit, z.B. Materialdichte und Durchstrahlungslängen, ein unterschiedlich großer Anteil der Strahlung von dem Material des Prüfobjekts absorbiert wird. Ein Röntgenbild entsteht nun aus der Detektion und Visu- alisierung nicht absorbierter Röntgenstrahlung.
So wird die Röntgenprüfung beispielsweise auch in der Qualitätssicherung von Bauteilen, wie z.B. Leichtmetallgussteilen, verwendet, die beispielsweise im Fahrzeugbau eingesetzt werden. Mit der Röntgenprüfung sollen„Ungänzen" und/oder andere Defekte, z.B. Her- stellungsfehler, aufgefunden werden. Röntgenprüfungen bzw. Röntgenuntersuchungen werden somit insbesondere bei sicherheitsrelevanten Bauteilen, wie z.B. bei Fahrwerk - selementen, tragenden Verbindungen, Leichtmetallräder und bei vielen weiteren Leichtmetallgussteilen, eingesetzt. Das Leichtmetallgussteil wird zur Überprüfung in eine Strahlen- schutzkabine mit einer dem Gußteil entsprechenden Manipulationseinrichtung eingebracht und zwischen Röntgenröhre und röntgenempfmdlichem Flächendetektor positioniert und durchstrahlt. Auf Basis des Röntgenbildes, das in der Prüfposition aufgenommen wurde, wird eine Prüfentscheidung„Bauteil in Ordnung" oder„Ausschuss" getroffen. Je nach Aufgaben.stellen wird das zu überprüfende Gußteil in einer oder auch mehreren Prüfpositionen durchstrahlt, die entweder durch eine Bewegung des Prüfobjekts, der bildgebenden Komponenten (Strahler und Detektor) oder durch eine Kombination von beiden eingestellt, wird. Auf Basis der Röntgenbilder, die in den einzelnen Prüfpositionen aufge- nommen wurden, soll möglichst das gesamte Volumen des Prüfobjekts untersucht werden, um die Prüfentscheidung„Bauteil in Ordnung" oder„Ausschuss" zu treffen.
Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht nun darin, ein verbessertes Konzept zur automatischen Röntgenprüfung eines Prüfobjekts zu schaffen, um auf- einanderfolgende Röntgenprüfungen an einer Vielzahl von zugeführten Prüfobjekten sowohl zuverlässig als auch möglichst zeit- und kosteneffektiv durchzuführen.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zur automatischen Röntgenprüfung eines sich in Bewegung befindenden Prüfobjekts gemäß Anspruch 1 und durch ein Verfahren zur automatischen Röntgenprüfung eines sich in Bewegung befindenden Prüfobjekts gemäß Anspruch 20 gelöst.
Der Kerngedanke der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, eine automatische Röntgenprüfung an einem sich in Bewegung befindenden Prüfobjekt bzw. Prüfkörper mit einer Röntgenanordnung, die eine Röntgenquelle und einen Flächendetektor aufweist, und mit einer automatischen Bildverarbeitungseinrichtung, durchzuführen, wobei die folgenden Vorgaben und Randbedingungen angewendet werden. Bei der automatischen Prüfung wird die Prüfentscheidung durch ein Bildverarbeitungssystem getroffen. Vorteilhaft ist die im Vergleich zum menschlichen Prüfer hohe Reproduzierbarkeit der Prüfergebnisse auch hin- sichtlich der quantitativen Auswertungen.
Um eine Beschleunigung der automatischen Röntgenprüfung zu erreichen und um die Problematik, wie sie durch den üblichen Stop-and-Go-Betrieb bei der automatischen Röntgenprüfung entstehen, zu umgehen, wird also eine automatische Röntgenprüfung in der Bewegung vorgeschlagen. Dies bedeutet, dass die Bewegung des Prüfobjekts und/oder der bildgebenden Komponenten in Form der Röntgenanordnung von einer Prüfposition zur anderen für die Röntgenbildaufnahme nicht unterbrochen wird, sondern kontinuierlich durchfahren wird. Um die Bewegungsunschärfe zu begrenzen, wird die Belichtungszeit nun soweit verkürzt, dass folgende Relation 1 sichergestellt ist:
+ effektive Pixelgröße mit "tjnt" der Bildaufnahmezeit, "vB" der Re lati vgeschwi ndigkeit Bauteil zu Zentralstrahl der Durchleuchtung (während der Durchleuchtung) und der "effektiven Pixelgröße", d.h. der Pixelgröße des Detektorsystems unter Berücksichtigung der (geometriebedingten) Vergrößerung. Durch Einhaltung der obigen Relation 1 wird dem Nyquist-Theorem Rechnung getragen, so dass die Bewegungsunschärfe im Vergleich zur Ortsauflösung des Röntgenbildes vernachlässigbar ist.
Falls nun die von der jeweiligen Applikation geforderte Ortsauflösung (Soll- Ortsauflösung) niedriger ist als die effektive Pixelgröße, ist zur Einhaltung der vorgegebe- nen bzw. tolerierbaren Bewegungsunschärfe basierend auf der vorgegebenen Soll- Ortsauflösung folgende Relation 2 einzuhalten:
_ Sollortsauflösung mit "tjnt" der Bildaufnahmezeitdauer, "vB" der Relativgeschwindigkeit Bauteil zu Zentral- strahl der Durchleuchtung (während der Durchleuchtung) und der geforderten Ortsauflösung. Durch Einhaltung dieser weiteren Relation 2 wird der vorgegebenen Ortsauflösung (Soll-Ortsauflösung) Rechnung getragen, so dass die resultierende Bewegungsunschärfe im Vergleich zur Ortsauflösung des Röntgenbildes noch vernachlässigbar bzw. tolerierbar ist.
Ausführungsbeispiele ermöglichen somit, dass die automatische Röntgenprüfung in der Bewegung durchführbar ist, wobei auf einen kompletten Stopp der Bewegung (d.h. des Prüflings bzw. der bildgebenden Komponenten) verzichtet werden kann und gleichzeitig die Belichtungszeitdauer verkürzt wird, um eine Bewegungsunschärfe zu eliminieren bzw. zumindest auf ein tolerierbares Maß zu reduzieren. Dies wird gemäß Ausführungsbeispielen beispielsweise erreicht, indem Hochleistungsröntgenquellen für die automatische Prüfung in der Bewegung eingesetzt werden, (relativ) kurze Röntgenpulse zur Verhinderung von Bewegungsunschärfen bei der automatischen Röntgenprüfung in der Bewegung erzeugt werden, und ferner das Bewegungsgeschwindigkeitsprofil des Prüfobjekts während des Prüfablaufes verändert wird, um zum Zeitpunkt der Bildaufnahme die obige Relation 1 oder 2 erfüllen zu können.
Im Vorliegenden wird nun anhand des vorliegenden Stands der Technik auf Probleme herkömmlicher Materialprüfungsanordnungen unter Verwendung von Röntgengeräten einge- gangen, wobei ferner die Erkenntnisse und Schlussfolgerungen der Erfinder unter Berück- sichtigung der der vorliegenden Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe herausgestellt werden.
Bei der bisherigen automatischen Röntgenprüfung wird die Prüfentscheidung durch ein Bildverarbeitungssystem getroffen. Die Auswertung basiert dabei auf Standbildern, die von dem Prüfobjekt aufgenommen werden. Das Prüfobjekt (Bauteil) wird zur Aufnahme des Bildes in eine Position gebracht und verharrt dort während der Bildaufnahmezeit (Integrationszeit), um Bewegungsunschärfen zu vermeiden, wie sie bei dem Einsatz von Flächen- oder Matrixdetektoren entstehen würden. Diese würden eine automatische Bewer- tung einschränken und sogar unmöglich machen. Die Notwendigkeit eines vollständigen Stopps während der Bildaufnahme ist durch die hohen Anforderungen an das Signal-zuRausch-Verhältnis (SNR) zu erklären.
Dieser Stop-and-Go-Betrieb, wie er auch bezeichnet wird, birgt eine Reihe von Nachteilen. Zum einen bedeutet die Unterbrechung der Verfahrbewegung einen Zeitverlust, der dem Wunsch nach einer möglichst kurzen Prüfzeitdauer immer entgegensteht. Außerdem erzeugen das ständige Beschleunigungen und Abbremsen des Prüflings hohe Lasten in der Mechanik, wie z.B. an einem Roboter, der das Bauteil positioniert. Der Verschleiß der mechanischen Komponenten ist höher als bei einer kontinuierlichen Fahrt (Transportbewe- gung). Darüber hinaus ist auch der Energieeinsatz erhöht. Kritisch sind zudem die Vibrationen zu sehen, die durch den gesamten Beschleunigungsprozess sowohl bei positiven als auch negative Beschleunigungen entstehen. Das Prüfobjekt wird daher in Schwingungen versetzt, die sich als Unschärfe im Röntgenbild niederschlagen und damit die Aussagefähigkeit der Röntgenaufnahme beeinträchtigen.
Dem wird durch eine Wartezeit zwischen Beendigung des Abbremsvorgangs und dem Beginn der Bildaufnahmezeit entgegengewirkt. Dies hat wiederum negative Folgen für die Prüfzeit. Alternativ kann durch eine steifere Auslegung der Manipulationseinrichtung den auftretenden Vibrationen entgegengewirkt werden. Dies erhöht aber wiederum die Kosten und benötigt eventuell mehr Bauraum für die Prüfanordnung.
Um nun die Nachteile, wie sie durch einen Stop-and-Go-Betrieb bei einer automatischen Röntgenprüfung gemäß dem Stand der Technik entstehen, möglichst zu umgehen, sollte eine Realisierung der automatischen Röntgenprüfung in der Bewegung, d.h. bei einem sich bewegenden Prüfobjekt, ermöglicht werden. Dies bedeutet nun allerdings, dass die Bewegung des Bauteils und/oder der bildgebenden Komponenten bei Erreichen der Prüfposition des Prüfobjekts oder, bei mehreren Prüfpositionen, von einer Prüfposition zur nächsten für die Bildaufnahme nicht unterbrochen wird, sondern kontinuierlich durchfahren wird. Dabei wird auch eine Relativgeschwindigkeit zwischen dem Prüfobjekt (Bauteil) und den bildgebenden Komponenten (Röntgenanordnung) beibehalten. Um nun eine Bewegungsunschärfe in der resultierenden Röntgenaufnahme, die mittels eines Flächen- oder Matrixdetektors erfasst und automatisch von einer Auswerteeinrichtung bzw. Bildverarbeitungseinrichtung ausgewertet wird, zu begrenzen bzw. zu minimieren, werden Belichtungszeiten bei einer solchen automatischen Röntgenprüfung eingesetzt, die dem sogenannten „Nyquist- Theorem" unter Berücksichtigung der Bildaufnahmezeit, der Relativgeschwindigkeit des Prüfobjekts (Bauteil oder Prüfkörper) zu dem Zentralstrahl der Durchleuchtung und der effektiven Pixelgröße, d.h. der Pixelgröße des Detektorsystems unter Berücksichtigung der (geometrischen) Vergrößerung, genügen.
Durch Einhaltung der Relation 1 mit "W, "vB" und der "effektiven Pixelgröße" wird das Nyquist- Theorem eingehalten, so dass erreicht werden kann, dass die Bewegungsunschärfe im Vergleich zur Ortsauflösung des Röntgenbildes vernachlässigbar ist. Aus der obigen Beziehung (Relation 1) wird nun deutlich, dass bei einem Detektorsystem mit einer vorgegebenen Pixelgröße und einer vorgegebenen Vergrößerung (basierend auf dem Detektor- Prüfobjekt- Abstand) für eine in der Praxis ausreichend hohe Bewegungsgeschwindigkeit (im folgenden Relativgeschwindigkeit vB) des Prüfobjekts bei Durchlaufen bzw. Durchfahren der Prüfposition ausreichend kurze Belichtungszeiten der Röntgenanordnung erforder- lieh sind. Um nun bei kurzen Belichtungszeiten ein ausreichendes Signal-zu-Rausch- Verhältnis (SNR) in der resultierenden Röntgenaufnahme zu erhalten, können erfindungsgemäß Hochleistungsquellen für die automatische Röntgenprüfung eingesetzt werden, um eine resultierende effektive Röhrenleistung (bei einer vergleichbaren Brennfleckgröße und Energie wie ein Standard-lndustriestrahler für typische automatische Röntgenprüfungen) mit Bildaufnahmezeitdauern im Millisekundenbereich zu erreichen, ohne dass eine nachteilige Veränderung des Signal-zu-Rausch- Verhältnisses in der resultierenden Röntgenaufnahme erhalten wird. Diesbezüglich wird auf die lineare Abhängigkeit zwischen der Dosisleistung PB (Bildaufnahmeleistung) einer Röntgenquelle bzw. Röntgenröhre und dem resultierenden Signal-zu-Rausch- Verhältnis hingewiesen. Um die Bildaufnahmezeitdauer möglichst gering zu halten, ist es auch möglich, möglichst empfindliche Detektoren bzw. eine Kombination aus Hochleistungsquellen und hoch-empfindlichen Detektoren einzusetzen.
Die Reduzierung der Bildaufnahmezeit hat einen weiteren positiven Effekt hinsichtlich der resultierenden Effizienz des Röntgendetektors dahin gehend, dass die im Allgemeinen in Röntgendetektoren verbauten Szintillatoren aufgrund der erreichbaren, niedrigen Bildaufnahmezeit deutlich verringerten Nachleuchteffekten ausgesetzt sind, so dass eine solche Reduktion z.B. des Nachleuchtens von Szintillatoren (die beispielsweise CsJ-Materialien aufweisen) detektorseitig zu einer weiteren Reduktion der Bildaufnahmezeit führen kann.
Die Verringerung der Bildaufnahmezeitdauer, die auch als Integrationszeitdauer bezeich- net wird, ermöglicht ferner die Umsetzung einer automatischen Röntgenprüfung unter Verwendung eines Flächen- oder Matrixdetektors und einer automatischen Bildauswertung der Röntgenaufnahme, bei dem das Prüfobjekt in einer kontinuierlichen Bewegung beibehalten wird, im Gegensatz zur bisherigen Realisierung von Prüfvorgängen mit einem notwendigen Stop-and-Go- Ablauf. Im Unterschied zu dem Ablauf bei der manuellen Prüfung bleibt die punktuelle und positionsabhängige Bildaufnahme des automatischen Ablaufes erhalten.
Erfindungsgemäß wird nun die Steuerung des Manipulationssystems so durchgeführt, dass die im Vorfeld (vorab) festgelegten Prüfpositionen des Prüfobjekts im Raum, d.h. hinsicht- lieh Ort und Orientierung, nacheinander so angefahren werden, dass zum Zeitpunkt des Durchlaufens der Sollpositionen, d.h. Prüfpositionen bzw. Röntgenaufnahmepositionen, die vorher festgelegte Orientierung des Prüfobjekts relativ zu der der Röntgenanordnung zwischen Röntgenquelle und Röntgendetektor eingehalten ist und ferner ein Auslösen der Röntgenbildaufhahme erfolgt, während sich das Prüfobjekt mit einer Relativgeschwindig- keit zu der Röntgenanordnung an der Prüfposition vorbei weiterbewegt.
Dabei wird nun die Relativgeschwindigkeit zum Zeitpunkt der Bildaufnahme in Korrelation zu den Anforderungen der Prüfaufgaben Bezug nehmend auf die zu erreichende Auflösung eingestellt, d.h. maximiert, um eine minimale Prüfzeitdauer pro Prüfobjekt zu erhal- ten, wobei ferner die resultierende Auflösung eine ausreichend zuverlässige Auswertung der Röntgenaufnahme hinsichtlich eines Material- oder Beschaffenheitsmerkmals sicherstellt.
Durch die erfindungsgemäß vorgegebene (maximale) Relativgeschwindigkeit des Prüfob- jekts zu der Röntgenanordnung zur Erfüllung des Nyquist-Theorems (Relation 1) oder der geforderten Ortauflösung (Soll-Ortsauflösung - Relation 2) entsteht zwar trotz der großen Reduktion der Aufnahmezeitdauer durch die kontinuierliche Bewegung prinzipbedingt eine gewisse aber letztendlich tolerierbare Unschärfe, die aufgabenspezifisch limitiert werden kann.
Gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung wird zunächst die maximal zulässige Relativgeschwindigkeit vB während der Bildaufnahme abhängig von der effektiven Pixelgröße bzw. Soll-Ortsauflösung und der erforderlichen Aufnahmezeitdauer festge- legt. Diese Geschwindigkeit kann somit als maximal zulässige Geschwindigkeit dienen, mit der sich ein in Bewegung befindliches Prüfobjekt die Prüfposition durchlaufen kann.
Somit können gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung beispielsweise mehrere Bewegungsgeschwindigkeiten des Prüfobjekts eingesetzt werden, um den„Prüfzeitgewinn" pro Prüfobjekt zu optimieren.
Aus diesem Grund können von dem Handhabungs- bzw. Manipulationssystem mehrere Geschwindigkeiten eingesetzt werden. Die Relativgeschwindigkeit vB gibt dabei die Ge- schwindigkeit an, mit der die Prüfposition bzw. die individuellen Prüfpositionen durchlaufen werden können. Diese Geschwindigkeit ist, wie bereits oben angegeben, abhängig von der Belichtungszeitdauer bzw. der zur Verfügung stehenden Röhrenleistung und der effektiven Pixelgröße des Flächendetektors. Für einen möglichst hohen Prüfzeitgewinn sollte sich das Prüfobjekt während der Bildaufnahmezeitdauer möglichst schnell bei Durchlaufen der Prüfposition bewegen, wobei aber maximal eine Strecke, die einer halben, effektiven Pixelkantenlänge (unter Berücksichtigung der geometriebedingten Vergrößerung) oder einer halben Soll-Ortsauflösung (falls die von der Applikation geforderte Ortsauflösung niedriger ist als die effektive Pixelgröße) entspricht, zurückgelegt werden sollte. Ferner sollte das Prüfobjekt zu der jeweiligen Aufnahmeposition mit einer möglichst hohen Verfahrgeschwindigkeit vA (Zwischengeschwindigkeit) bewegt werden. Bezüglich der Verfahrgeschwindigkeit vA ist nun dahingehend eine Abwägung zu treffen, dass diese einerseits möglichst hoch eingestellt werden sollte, aber andererseits ein Aufschwingen des Prüfobjekts oder des Manipulationssystems das zulässige Maß nicht überschreiten sollte. Das zulässige Maß, d.h. die maximale Schwingungsamplitude des Prüfobjekts oder des Manipulationssystems, ist applikationsspezifisch und liegt im Bereich etwa einer effektiven Pixelgröße oder der Soll-Ortsauflösung.
Durch die Kombination von zumindest zwei Bewegungsgeschwindigkeiten für das Prüfob- jekt und dem Verzicht auf einen vollständigen Stillstand (d.h. einen kompletten Stopp) in der Prüfposition können zahlreiche Vorteile erreicht werden. So kann die Gesamtprüfzeit pro Prüfobjekt deutlich verkürzt werden. Ferner kann die Verfahrgeschwindigkeit vA zwischen den Prüfpositionen maximiert werden. Ferner können verringerte Beschleunigungs- und Bremsrampen im Geschwindigkeitspro fil durch das Manipulationssystem erreicht werden, wodurch Vibrationen an dem Prüfobjekt minimiert werden, der Energieaufwand an der Antriebstechnik des Manipulationssystems verringert wird, ferner der Verschleiß der Antriebstechnik verringert wird, und ferner weitere Möglichkeiten bzw. Freiheitsgrade zur Optimierung der Auslegung des Manipulationssystems bereitgestellt und genutzt werden können.
Gemäß Ausfuhrungsbeispielen der vorliegenden Erfindung werden beispielsweise Hoch- leistungsröntgenquellen für die Röntgenanordnung verwendet, bei denen ein Betrieb realisiert werden kann, bei dem kurze Pulse (z.B. mit einer Pulslänge im Bereich von 1 - 10 ms) erzeugt werden können, und die sicherstellen können, dass die erforderliche Röntgenleis- tung zum Zeitpunkt der Röntgenaufnahme erreicht ist. Zwischen zwei Prüfpositionen kann dann die Röntgenleistung (stark) reduziert oder komplett auf Null heruntergefahren wer- den. Damit wird sichergestellt, dass der Wärmehaushalt der Röntgenröhre ausgeglichen ist, und somit im Wesentlichen eine beliebige Anzahl aufeinanderfolgender, zeitlich beabstan- deter Erfassungsvorgänge von Röntgenaufnahmen durchgeführt werden kann.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Prinzipdarstellung einer Vorrichtung zur automatischen Röntgenprüfung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; Fig. 2 eine Prinzipdarstellung des Zusammenhangs zwischen der Relativgeschwindigkeit von Prüfkörper zu Röntgenanordnung und der Röntgenleistung über der Zeitachse gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 3 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Durchführung einer automatischen
Röntgenprüfung eines sich in Bewegung befindenden Prüfobjekts gemäß einem
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Bevor nachfolgend Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung im Detail anhand der Zeichnungen näher erläutert werden, wird darauf hingewiesen, dass identische, funktionsgleiche oder gleichwirkende Elemente, Objekte und/oder Strukturen in den unterschiedlichen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind, so dass die in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen dargestellte Beschreibung dieser Elemente untereinander austauschbar ist bzw. aufeinander angewendet werden kann.
Fig. 1 zeigt eine Prinzipdarstellung einer Vorrichtung 100 zur automatischen Röntgenprüfung eines sich in Bewegung befindenden Prüfobjekts 120 mit einer Röntgenanordnung 105. Die Prüfvorrichtung 100 weist beispielsweise eine Röntgenröhre 1 10 und einen für Röntgenstrahlung 1 12 empfindlichen Flächendetektor 130, z.B. in Form eines Flachbilddetektors bzw. flächigen Röntgendetektors auf, der auch als Flächen- oder Matrixdetektor bezeichnet wird. Die von der Röntgenstrahlungsquclle 1 10 austretende Röntgenstrahlung 1 12 durchstrahlt bzw. durchdringt das Prüfobjekt 120 und trifft auf den röntgenempfmdli- chen Flächendetektor 130.
Bei Transmission bzw. Durchgang der Röntgenstrahlung 1 12 durch das Prüfobjekt bzw. den Prüfkörper 1 12 entsteht eine einzelne Röntgenaufnahme, d.h. eine Mess- Durchstrahlungsaufnahme. In Fig. 1 weist die Röntgenaufnahme eine Projektion zumindest eines Abschnitts des Prüfobjekts 120 auf, wobei die Röntgenaufnahme (Durchstrahlungsaufnahme bzw. Projektion) dadurch entsteht, dass die von der Röntgenstrahlungsquelle 1 10 austretenden Röntgenstrahlen 1 12 nach Durchgang durch das Prüfobjekt 120 auf die zweidimensionale Oberfläche 132 des röntgenempfmdlichen Flächendetektors 130 abgebildet werden. Der röntgenempfindliche Flächendetektor 130 ist beispielsweise als ein Festkör- perflächendetektor bei einer Konusstrahl-Röntgenquelle ausgebildet. Die Röntgenprü- fungsvorrichtung 100 weist ferner eine Manipulationseinrichtung 150 zum Bewegen des Prüfobjekts 120 relativ zu der Röntgenanordnung 105 in eine Prüfposition Yp zwischen der Röntgenquelle 1 10 und dem Röntgendetektor 130 auf, wobei das Prüfobjekt 120 bei Durchlaufen der Prüfposition Yp eine Relativgeschwindigkeit vB zu der Röntgenanordnung aufweist, die folgende Beziehung (Relation 1) erfüllt: effektive Pixelgröße
Mit einer Bildaufnahmezeitdauer tjnt, einer Relativgeschwindigkeit VB und einer effektiven Pixelgröße, die auf dem Verhältnis zwischen dem Quelle-Detektor-Abstand Xi von der Röntgenquelle 1 10 zu dem Flächendetektor 130 und dem Quelle-Prüfobjekt- Abstand X2 von der Röntgenquelle 1 10 zu dem Prüfobjekt 120 basiert.
Eine Bewegung (Relativbewegung) des Prüfobjekts 120 relativ zu der Röntgenanordnung 105 z.B. in eine Prüfposition Yp zwischen der Röntgenquelle 1 10 und dem Röntgendetektor 130 kann einen geradlinigen Bewegungsverlau f oder eine gekrümmten Bewegungsverlauf (Kurvenverlauf) umfassen. Zusätzlich kann eine Auslenkung, ein Kippen oder ein Drehung (in x-, y- und/oder z-Richtung) des Prüfobjekts 120 relativ zu der Röntgenanordnung 105 vorgenommen werden.
Bezüglich der effektiven Pixelgröße wird darauf hingewiesen, dass bei der Angabe der effektiven Pixelgröße des Detektorsystems die anordnungsbedingte (d.h. geometriebasier- te) Vergrößerung zu berücksichtigen ist. Die Vergrößerung basiert dabei auf dem Verhältnis zwischen dem Abstand Xi von Röntgenquelle 1 10 zu dem Flächendetektor 130 (d.h. dem Quelle-Detektor- Abstand xi) und dem Abstand X2 der Röntgenquellc 1 10 zu dem Prüfkörper 120 (Quelle-Prüfkörper-Abstand x2). So gilt für die Vergrößerung VPjX~xi/(xrx2). Befindet sich beispielsweise das Messobjekt (d.h. der Prüfkörper) in der Mitte zwischen Röntgenquelle und Flächendetektor wird eine (geometrische) Vergrößerung mit dem Wert 2 erhalten, da x2 = Vi \ . Der Wert für die Vergrößerung wird (bei gleichem Quelle-Detektor- Abstand xj) umso kleiner, je näher sich der Prüfkörper 120 während der Röntgenaufnahme an dem Flächendetektor 130 befindet, und wird umso größer, je nä- her sich der Prüfkörper 120 während der Röntgenaufnahme an der Röntgenquelle 130 befindet.
Ferner kann bei einer automatischen Röntgenprüfung eines sich in Bewegung befindenden Prüfobjekts der Fall auftreten, dass die erforderliche bzw. noch tolerierbare Ortsauflösung (Soll-Ortsauflösung) etwaiger Ungänzen und/oder anderer Defekte in Form von Einschlüssen, Materialveränderungen etc. in dem Prüfobjekt niedriger ist als die effektive Pixelgröße. Die geforderte Ortsauflösung oder tolerierbare Unschärfe kann beispielsweise für unterschiedliche Prüfobjekte bzw. Arten von Prüf Objekten entsprechend vorgegebenen Normen bzw. Prüfklassen unterschiedlich vorgebeben sein. Falls nun die von der jeweiligen Applikation geforderte Ortsauflösung niedriger ist als die effektive Pixelgröße, ist zur Einhaltung der vorgegebenen bzw. tolerierbaren Bewegungsunschärfe basierend auf der vorgegebenen Soll-Ortsauflösung folgende Beziehung (Relation 2) einzuhalten:
_ Sollortsauflösung mit "tint" der Bildaufnahmezeitdauer, "vB" der Relativgeschwindigkeit Bauteil zu Zentralstrahl der Durchleuchtung (während der Durchleuchtung) und der Soll-Ortsauflösung. Durch Einhaltung dieser weiteren Relation 2 wird der vorgegebenen Ortsauflösung (Soll- Ortsauflösung) Rechnung getragen, so dass die resultierende Bewegungsunschärfe im Vergleich zur Ortsauflösung des Röntgenbildes noch vernachlässigbar bzw. tolerierbar ist.
Bezüglich der obigen Relationen 1 und 2 ist zu beachten, dass die linke Seite der jeweiligen Relation die während der Bildaufnahmezeitdauer mit der Relativgeschwindigkeit zurückgelegte Wegstrecke des Bauteils darstellt, während die rechte Seite im Verhältnis dazu den halben Wert der effektiven Pixelgröße bzw. der Soll-Ortsauflösung angibt. Sollen beispielsweise Herstellungsdefekte in einer Größenordnung von xo in dem zu untersuchenden Bauteil aufgelöst werden können, sollte sich das zu untersuchende Bauteil bzw. der zu untersuchende Abschnitt des Bauteils während der Bildaufnahmezeitdauer mit der Relativgeschwindigkeit nur um eine Wegstrecke bewegen, die kleiner oder gleich der hal- ben geforderten Ortsauflösung ist, d.h. höchstens um x0/2.
Die obige Relation 1 gibt also die basierend auf dem Auflösungsvermögen der Röntgenan- ordnung erreichbare Relativgeschwindigkeit zwischen dem zu untersuchenden Prüfobjekt und der Röntgenanordnung an, während die Relation 2 die maximale Relativgeschwindig- keit zwischen zu untersuchendem Bauteil und Röntgenanordnung basierend auf einer Soll- Ortsauflösung, z.B. basierend auf einer spezifischen Prüfklasse bzw. Prüfnorm, angibt, falls die in diesem Fall geforderte Ortsauflösung niedriger ist als die effektive Pixelgröße. In diesem Fall (Relation 2) könnte also die Röntgenanordnung eigentlich eine höhere Ortsauflösung bereitstellen.
Die Manipulationseinrichtung 150 ist beispielsweise ferner ausgebildet, um das Prüfobjekt 120 um eine Rotationsachse 140 z.B. um einen Winkel Δα in die jeweilige Prüfposition zu drehen. Die Rotationsachse 140 kann dabei von der Manipulationseinrichtung 150 bezüglich des angegebenen x-y-z-Koordinatensystems beliebig gewählt werden, um beispiels- weise das Prüfobjekt 120 in eine vorgegebene Prüfposition Yp hinsichtlich Ort und Orientierung oder nacheinander in eine Mehrzahl von unterschiedlichen Prüfpositionen zu bringen, wobei an der jeweiligen Prüfposition bei Durchlaufen derselben eine Röntgenaufnahme erstellt wird. Die Prüfvorrichtung 1 10 weist ferner eine Verarbeitungseinrichtung 160 zum Erfassen einer Röntgenaufnahme des sich mit der Relativgeschwindigkeit vB bewe- genden Prüfobjekts 120 an der Prüfposition mittels des Flächendetektors 130 auf. Ferner ist eine Auswerteeinrichtung 170 zum automatischen Auswerten der Röntgenaufnahme des Prüfobjekts 120 hinsichtlich eines Material- oder Beschaffenheitsmerkmals mittels einer Bildverarbeitungseinrichtung, z.B. einer Bildverarbeitungssoftware, vorgesehen. Im Allgemeinen ist darauf zu achten, dass bei der Durchstrahlungsaufnahme entweder der vollständige Prüfkörper oder zumindest der zu untersuchende Abschnitt des Prüfkörpers auf dem Flächendetektor 130 der Röntgenanordnung 105 abgebildet wird.
Die Auswerteeinrichtung 170 ist ausgebildet, um basierend auf der erstellten Röntgenauf- nähme des Prüfobjekts 120 ein Prüfergebnis zu ermitteln, wobei ein positives Prüfergebnis anzeigt, dass ein Prüfobjekt die Prüfanforderungen erfüllt, und wobei ein negatives Prüfergebnis anzeigt, dass das Prüfobjekt die Prüfanforderungen nicht erfüllt. Ein negatives Prüfergebnis wird daher angezeigt, wenn die Auswerteeinrichtung ermittelt, dass das Prüfob- jekt 120 nicht mehr tolerierbare Materialdefekte und/oder Formdefekte (Ungänzen), d.h. einen Grenzwert überschreitende Abweichungen von einem Sollzustand, aufweist.
Wie in Fig. 1 ferner dargestellt ist, weist die Vorrichtung 100 zur automatischen Röntgen - prüfung ferner (optional) eine Transporteinrichtung 180 zum Transportieren des Prüfobjekts von einer Ausgangsposition Yo zu einer Übergabeposition Yi auf, an der z.B. eine Übergabe des Prüfobjekts an die Manipulationseinrichtung 150 erfolgt. Die Ausgangsposition Yo kann beispielsweise eine Lagerposition des Prüfobjekts 120 sein. Darüber hinaus sollte beachtet werden, dass die Transporteinrichtung 180 auch Teil der Manipulationsein- richtung 150 sein kann, wie dies durch die gestrichelte Umrandung in Fig. 1 dargestellt ist. Somit kann auch die Manipulationseinrichtung 150 das Prüfobjekt 120 direkt von der Ausgangsposition Yo zu der Prüfposition YP bewegen, wobei dann beispielsweise als Übergabeposition die Position des Prüfobjekts 120 angesehen wird, die das jeweilige Prüfobjekt 120 erreicht hat, wenn dasselbe als nächstes Prüfobjekt zur automatischen Röntgenüber- prüfung der Röntgenanordnung 105 zugeführt wird, d.h. sobald die Röntgenprüfung des vorangehenden Prüfobjekts abgeschlossen ist.
Somit ist die Manipulationseinrichtung 150 ausgebildet, um das Prüfobjekt 120 entweder von der Ausgangsposition Yo oder von der Übergabeposition Yi zu der Prüfposition Yp zu bewegen. So können sich beispielsweise eine Vielzahl von zu untersuchenden Prüf Objekten 120 auf einer Transporteinrichtung, z.B. einem Förderband, befinden, wobei die Manipulationseinrichtung 150 nacheinander die zu untersuchenden Prüfobjekte 120 in die jeweilige^) Prüfposition(en) bewegt. Nach Durchlaufen der jeweiligen Prüfposition(en) kann die Manipulationseinrichtung 150 die Prüfobjekte wieder an die Transporteinrichtung 180 übergeben oder auch die Prüfobjekte 120 in einer Ablageposition ablegen. Die Transporteinrichtung 180 ist somit ausgebildet, das Prüfobjekt 120 mit einer Transportgeschwindigkeit vT bis zu der Übergabeposition Y) zu transportieren, wobei die Manipulationseinrichtung 150 ausgebildet ist, das Prüfobjekt 120 mit der Relativgeschwindigkeit vB an der jeweiligen Prüfposition bzw. den jeweiligen Prüfpositionen vorbei zu transportieren.
Die Manipulationseinrichtung 150 bewegt das Prüfobjekt bis kurz vor der jeweiligen Aufnahmeposition und nach Durchlaufen der Aufnahmeposition mit einer möglichst hohen Verfahrgeschwindigkeit vA. Wenn das zu untersuchende Prüfobjekt 120 an mehreren Prüfpositionen durchstrahlt wird, ist die Manipulationseinrichtung 1 50 ausgebildet, das Prüfob- jekt auch zwischen den jeweiligen Aufnahmepositionen mit der Verfahrgeschwindigkeit vA (Zwischengeschwindigkeit) zu bewegen. Da die Verfahrgeschwindigkeit vA i.A. höher als die Relativgeschwindigkeit vB ist und die Transportgeschwindigkeit vT i.A. höher als die Verfahrgeschwindigkeit vA ist. weist das Geschwindigkeitsprofil bei den Übergängen zwi- sehen den unterschiedlichen Bewegungsgeschwindigkeiten sog. Beschleunigungs- und Bremsrampen auf (vgl. Fig. 2).
Die Manipulationseinrichtung 150 kann nun ausgebildet sein, um das Prüfobjekt 120 so zu bewegen, dass das Prüfobjekt 120 die Prüfposition Yp in einer Richtung senkrecht zur Richtung des Zentralstrahls der Durchleuchtung (x-Richtung in Fig. 1) in der Röntgenano- rdnung 105 durchläuft.
Die Röntgenanordnung weist beispielsweise als Röntgenquelle einen Hochleistungsstrahler auf. Typische Röhrenleistungen liegen beispielsweise derzeit bei bis zu 100 kW. Die Röntgenanordnung weist beispielsweise eine Röntgenblitzröhre auf, und ist ausgebildet, um Röntgenpulse beispielsweise mit einer Pulslänge tpuls von 0, 1 bis 10 ms (oder 1 bis 5 ms) zu emittieren. Wenn beispielsweise Röntgenanordnungen zukünftig mit noch leitungsstärkeren Röntgenquellen verfügbar sein werden, ist entsprechend eine weitere Reduzie- rung der Pulslängen (d.h. der Belichtungszeiten) denkbar. In diesem Zusammenhang wird auf die lineare Abhängigkeit zwischen Strahlendosis und erforderlicher Belichtungszeit hingewiesen, wobei eine umso höhere Strahlungsdosis eine umso niedrigere, erforderliche Belichtungszeit bewirkt. Um eine effiziente und schnelle Röntgenprüfung mit der im Vorhergehenden beschriebenen Röntgenanordnung sicher zu stellen, wird also die Bewegungsgeschwindigkeit, mit der das Prüfobjekt 120 die Prüfposition YB durchfährt, deutlich größer Null sein. Gleiches gilt für die Bewegungsgeschwindigkeit vA zwischen zwei Prüfpositionen. Um nun ein hinreichend gutes Bildmaterial bei (relativ) kurzen Belichtungszeiten erzeugen zu können und weiterhin ein ausreichend hohes Signal-zu-Rausch-Verhältnis (SNR) zu erhalten, um eine automatische Auswertung der Röntgenaufnahme zu ermöglichen, werden Röntgenquellen 1 10 eingesetzt, die eine relativ hohe Leistung zur Verfügung stellen. Da die Abgabe der Strahlungsleistung ist i.A. nur kurzzeitig nötig ist, werden Hochleistungs- Röntgenquellen eingesetzt, die beispielsweise in der Lage sind, über 100 kW an Spitzenleistung zu erzeugen. Diese Spitzenleistung kann aber allerdings i.A. nur für wenige Sekunden oder Sekundenbruchteile von den Röntgenquellen bereitgestellt werden.
In diesem Zusammenhang wird ferner auf den möglichen Einsatz von sog. Blitzröhren als Röntgenquelle 1 10 hingewiesen, die auch über die Möglichkeit verfügen, in sehr kurzen Impulsen hohe Leistungen abzugeben. Diese Blitzröhren benötigen allerdings auch Ruhezeiten zwischen Pulsen aus Gründen des Wärme- und Energiehaushalts. Für die automatische Röntgenprüfung ist also der der Einsatz der oben genannten Strahlquellen unter Berücksichtigung eines innovativen Prüfablaufes mit einem Geschwindigkeitsprofil für die Bewegung des Prüfobjekts 120 möglich, wie dies im Nachfolgenden noch detailliert anhand von Fig. 2 erläutert wird.
Unter Verwendung eines Hochleistungsstrahlers, der bei gleicher Brennfleckgröße und Energie wie ein Standard-Industriestrahler eine Leistung zur Bildaufnahme von 60 kW erreicht (dies entspricht einem Normwert einer Drehanodenquelle aus dem medizinischen Bereich), ergibt sich die Möglichkeit, die Bildaufnahmezeit z.B. innerhalb von 4 ms durch- zuführen, ohne dass ein zu niedriges SNR zu erwarten ist. In diesem Zusammenhang wird auf die lineare Abhängigkeit zwischen Strahlendosis und SNR hingewiesen.
Mit der niedrigen Bildaufnahmezeitdauer kann zusätzlich die Effizienz des Röntgendetek- tors 130 erhöht werden. Aktuell stehen beispielsweise Szinitillatoren zur Verfügung, die durch eine spezielle Dotierung eine Optimierung der emittierten Wellenlänge des sichtbaren Lichts und damit eine genaue Anpassung an die lichtempfindliche Sensorik ermöglichen. Auch der Ersatz von z.B. Cäsiumjodid (CsJ) als Ersatz für das weitverbreitete Gado- liniumoxysulfit (GOS) erhöht die Effizienz des Detektor Systems. Durch den Einsatz von CsJ ergibt beispielsweise ein Nachleuchten, das aber durch die Vorgehensweise der Ver- wendung von Röntgenimpulsen kompensiert werden kann, wie dies in nachfolgend noch näher erläutert wird. Durch die Maßnahmen auf der Detektorseite ist somit eine weitere Reduktion der Bildaufnahmezeit zur erwarten. Abgeschätzt wird hier ein zusätzlicher Faktor von ca. 2 - 5, so dass Bildaufnahmezeiten von ca. 1 ms (z.B. 0, l-3ms) durchaus erreichbar sind.
Wie in Fig. 1 dargestellt ist, weist die Vorrichtung 100 zur automatischen Röntgenprüfung ferner (optional) eine Steuerungseinrichtung 190 auf. Die Steuerungseinrichtung 190 ist ausgebildet, um die Manipulationseinrichtung 150 anzusteuern, um das Prüfobjekt 120 in die Prüfposition Yp zu bringen, und um die Röntgenquelle 120 anzusteuern, um bei Errei- chen der Prüfposition die Röntgenquelle 1 10 zur Erzeugung der Röntgenstrahlung und zum Auslösen der Bildaufnahme zu triggern. Die Steuerungseinrichtung 190 kann ferner die Manipulationseinrichtung 150 und die Röntgenanordnung 105 so anzusteuern, dass eine Mehrzahl von festgelegten Prüfpositionen mit der Relativgeschwindigkeit vB durchfahren werden und bei Erreichen der jeweiligen Prüfposition eine Rö ntgenau fnah e des Prüfobjekts 120 ausgelöst wird.
Die Steuerungseinrichtung 190 kann ferner die Manipulationseinrichtung 150 ansteuern, um das Prüfobjekt an der Übergabeposition von der Transporteinrichtung 180 zu überneh- men. Die Steuerungseinrichtung 190 kann auch die Verarbeitungseinrichtung 160 zum Auslesen des Flächendetektors und zum Erstellen der Röntgenau fnahme aktivieren (trig- gern). wenn sich das Prüfobjekt 120 in der Prüfposition Yp befindet. Die Steuerungsein- richtung 190 kann ferner die Manipulationseinrichtung (150) oder eine weitere Tlandha- bungseinrichtung ansteuern, um bei Vorliegen eines negativen Prüfergebnisses ein„defektes" Prüfobjekt auszusortieren.
Die in der Fig. 1 dargestellten Doppelpfeile geben an, dass jeweils auch eine bidirektionale Datenkommunikation zwischen den unterschiedlichen Anordnungen und Systemen mög- lieh ist. Ferner wird darauf hingewiesen, dass die Verarbeitungseinrichtung 160, die Auswerteeinrichtung 170 und die Steuerungseinrichtung 190 bzw. deren Funktionen auch in einer Prozesseinheit zusammengefasst sein können.
Im Folgenden wird nun anhand der in Fig. 1 dargestellten Komponenten der Vorrichtung 100 zur automatischen Prüfung und anhand der in Fig. 2 dargestellten Prinzipdarstellung des Zusammenhangs zwischen der Bewegungsgeschwindigkeit vno und der Röntgenleis- tung P über der Zeitachse t die Funktionsweise und das Zusammenwirken der einzelnen Komponenten der Vorrichtung 100 zur automatischen Röntgenprüfung beschrieben. Die Reduktion der Bildaufnahmezeit tjnt durch eine gepulste Bereitstellung einer hohen Strahlungsleistung durch die Röntgenquelle 1 10 der Röntgenanordnung 105 ermöglicht die Realisierung einer kontinuierlichen Bewegung des Prüfablaufes, d.h. eine automatische Röntgenprüfung eines sich in Bewegung befindenden Prüfobjekts 120 mit einer Röntgenanordnung 105, die eine Röntgenquelle und einen Flächendetektor aufweist, und mit einer automatischen Bildauswertung.
Gemäß Ausführungsbeispielen wird somit eine punktuelle und positionsabhängige Bildaufnahme des automatischen Ablaufes der Röntgenprüfung erhalten, wobei die Steuerungseinrichtung 190 nun beispielsweise die Aufgabe besitzt, des Manipulationssystems 150 so anzusteuern, dass die im Vorfeld festgelegten Positionen Yß des Prüflings 120 im Raum (d.h. bezüglich Ort und Orientierung) nacheinander so anzufahren, dass zum Zeitpunkt des Durchlaufens der Sollpositionen (Prüfpositionen) die vorher festgelegte Orientierung eingehalten ist und ein Auslösen der Bildaufnahme erfolgt. Zu beachten ist, dass die Geschwindig keit zum Zeitpunkt der Bildaufnahme in Korrelation zu den Anforderungen der Prüfaufgaben in Bezug auf die zu erreichende Auflösung steht. Trotz der großen Reduktion der Aufnahmezeitdauer kann durch die kontinuierliche Bewe- gung des Prüfobjekts Prinzip bedingt eine Unschärfe entstehen, die aufgabenspezifisch zu limitieren ist.
Legt man rein beispielhaft die Randbedingungen gemäß gegenwärtig typischen Werten zu Grunde, mit einer Pixelgröße des Flächendetektors 130 oder Soll-Ortsauflösung von ca. 400 μηι und einer maximal zulässigen Bewegungstrecke von ca. 200 μηι (entspricht der halben Pixelgröße) des Prüfobjekts während der Belichtungszeitdauer von ca. 1 ms, so beträgt die maximal zulässige Geschwindigkeit während der Bildaufnahme ca. 200 mm/s für diese Anwendung. Dies könnte als maximal zulässige Geschwindigkeit der Bewegung des Prüfobjekts 120 zwischen den Aufnahmepositionen eine Einschränkung darstellen, die den Prüfzeitgewinn begrenzt. Aus diesem Grund können mehrere Geschwindigkeiten eingesetzt werden:
• Verfahrgeschwindigkeit A (vA): Verfahren des Prüflings 120 zwischen zwei Aufnahmepositionen. Dies kann mit der maximal möglichen Geschwindigkeit ablaufen, bei der noch sichergestellt werden kann, dass ein Aufschwingen des Prüfkörpers 120 oder Manipulationssystems 150 das zulässige Maß nicht überschreitet. Das zulässige Maß (maximale Schwingungsamplitude) ist applikationsspezifisch und liegt im Bereich von ca. einer Pixelgröße unter Berücksichtigung der Vergrößerung.
Relativgeschwindigkeit B (vB): Die Geschwindigkeit, mit der die individuellen Prüfpositionen durchlaufen werden kann, ist abhängig von der Belichtungszeit und der zur Verfügung stehenden Röhrenleistung. Diese Geschwindigkeit wird in der Regel geringer als Geschwindigkeit vA sein, um Unscharfen bei der Bildaufnahme zu vermeiden. Während der Bildaufnahmezeit kann sich der Prüfling so schnell wie möglich bewegen, darf aber maximal eine Strecke, die einer halben Pixelkantenlänge (incl. Vergrößerung) entspricht, zurücklegen (siehe obiges Beispiel).
Transportgeschwindigkeit C (vT - optional): Die Geschwindigkeit, mit der das Prüfobjekt 120 bis zu einer (optionalen) Übergabeposition transportiert wird, an der das Prüfobjekt 120 von der Manipulationseinrichtung 150 übernommen wird.
Da die V erf ahrgesc h wi ndigkeit vA i.A. höher als die Relativgeschwindigkeit vB ist und die Transportgeschwindigkeit vT i.A. höher als die Verfahrgeschwindigkeit vA ist, weist das Geschwindigkeitsprofil bei den Übergängen zwischen den unterschiedlichen Bewegungsgeschwindigkeiten sog. Besch leunigungs- und Bremsrampen auf (vgl. Fig. 2). Die Steuerlingseinrichtung 190 kann ferner ein Geschwindigkeitsprofil der Bewegung des Prüfobjekts 120 durch Ansteuern der Manipulationseinrichtung 1 50 einstellen, dass das Prüfobjekt 120 zwischen aufeinanderfolgenden Prüfpositionen mit einer Verfahrgeseh indigkeit vA bewegt wird, die um den Faktor„a" höher ist als die Relativgeschwindigkeit vB, wobei gilt vA = a vB mit z.B. 1 < a < 3 (oder 1 ,5 < a < 2,5; oder 1.8 < a < 2,2; oder a ~ 2).
Die Steuerungseinrichtung 190 kann ferner ein Geschwindigkeitsprofil der Bewegung des Prüfobjekts 120 durch die Transporteinrichtung 180 und die Manipulationseinrichtung 150 einstellen, wobei die Transportgeschwindigkeit νχ um den Faktor b größer als die Verfahr- geschwindigkeit vA ist, wobei gilt vT = b vB; z.B. mit 1 < b < 3 (oder 1 ,5 < b < 2,5).
Durch die Kombination von mehreren Geschwindigkeiten und dem Verzicht auf den kompletten Stopp in der Prüfposition können mehrere Ziele erreicht werden, wie z.B. eine Verkürzung der Prüfzeit, eine Maximierung der Verfahrgeschwindigkeit zwischen den Prüf- Positionen, und eine Verringerung der Beschleunigung- und Bremsrampen. Dadurch werden Vibrationen auf dem Bauteil minimiert. Der Energieaufwand in der Antriebstechnik wird verringert. Der Verschleiß der Antriebstechnik kann verringert werden. Somit wird eine Möglichkeit zur Optimierung der Auslegung des Manipulationssystems 150 geschaffen.
Durch den Einsatz von Hochleistungsquellen als Röntgenquellen 1 10 kann ein Betrieb realisiert werden, bei dem kurze Pulse von Röntgenstrahlung erzeugt werden, die sicherstellen, dass die volle (zur Bildaufnahme erforderliche) Leistung zum Zeitpunkt der Röntgenaufnahme erreicht ist. Zwischen zwei Prüfpositionen kann die Leistung reduziert oder komplett auf Null heruntergefahren werden. Damit wird sichergestellt, dass der Wärmehaushalt der Röhre ausgeglichen ist. Geht man von einem Puls-Pause-Verhältnis von 1 :50 aus, was bei Applikationen aus der Materialprüfung (z.B. Gussteileprüfung) als typisch angesehen werden kann (z.B. mit 10 ms Pulslänge, 500 ms Verfahrzeit bis zur nächsten Prüfposition), dann ergibt sich eine mittlere Leistung P von ca. 1 kW (ausgehend von einer Leistung während des Pulses von 100 kW), was deutlich unter den maximal zulässigen Wärmekapazitäten bzw. möglichen Kühlleistungen dieser Quellentechnik liegt. Nach Angaben verschiedener Hersteller betragen diese ca. 5 kW.
Die Steuerungseinrichtung 190 somit die Relativgeschwindigkcit vB so einstellen, dass aufeinanderfolgende Röntgenpulse im Durchschnitt ein Puls-Pause-Verhältnis von 1 :N aufweisen, wobei gilt 10 < N < 100 (oder 25 < N < 75 oder N = 50). Die Röntgenanordnung weist beispielsweise als Röntgenquelle einen Hochleistungsstrahler bzw. eine Röntgenblitzröhre auf, und ist ausgebildet, um Röntgenpulse beispielsweise mit einer Pulslänge tpu|s von 0, 1 bis 10 ms (oder 1 bis 5 ms) zu emittieren. Die Fig. 2 zeigt den zeitlichen Verlauf sowohl der Röhrenleistung als auch den der Geschwindigkeit des Manipulationseinrichtung und deren Abhängigkeit. So zeigt Fig. 2 beispielhaft das Geschwindigkeitsprofil mit der Verfahrgeschwindigkeit vA der Relativgeschwindigkeit vB, und der Transportgeschwindigkeit vT. Ferner sind die Geschindigkeits- übergänge zwischen den unterschiedlichen Bewegungsgeschwindigkeiten als sog. Be- schleunigungs- und Bremsrampen angegeben. So gibt z.B. die Dauer einer Beschleuni- gungs- oder Bremsrampe als die Zeitdauer ti (z.B. mit ti < 1 ms) angegeben. Die Zeitdauer t2 gibt an, wie lange sich das Prüfobjekt 120 von der Manipulationseinrichtung 150 mit der Relativgeschwindigkeit vB bewegt wird. Die Zeitdauer t3 gibt den zeitlichen Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Prüfvorgängen bzw. Röntgenaufnahmen an. Die Rönt- genpulse weisen beispielsweise eine Pulslänge tpuls von 0,1 bis 10 ms (oder 1 bis 5 ms) auf, wobei die Zeitdauer t2 so gewählt ist, dass die Pulslänge tpuis etwa den 0.2 bis 0,6-fachen (oder etwa den 0,4-fachen) Wert der Zeitdauer t2 annimmt.
Durch die relativ kurzen Schaltzeiten und Zeitkonstanten obliegt es der Steuerung 190 des Manipulationssystems 150, die Röntgenröhre 1 10 und den Detektor 130 beispielsweise durch Triggersignale anzusteuern. Beispielsweise kurz vor Erreichen der Prüfposition wird die Röntgenquelle hochgefahren werden, damit sie zum Zeitpunkt des Erreichens der Sollposition die Sollwerte (kV und mA) erreicht hat. Ist die Prüfposition erreicht, ist die Bildaufnahme am Detektor 130 auszulösen. Dies kann wiederrum durch ein Triggersignal von der Steuerungseinrichtung 190 erfolgen.
Durch das kurzzeitige und punktgenaue Einschalten der Strahlung wird der Einfluss des Nachleuchteffekts bei einer Verwendung eines CsJ-Szintillators minimiert, wie dies im vorgehenden beschrieben wurde. Da zwischen den Prüfpositionen keine Röntgenstrahlung vorhanden ist, kann sich das Restsignal (Nachleuchten) im Szintillator weitestgehend abbauen. Dies ist einen weiteren wesentlichen Vorteil im Vergleich des Einsatzes unter Dauerstrahlern.
Gemäß den im vorhergehenden beschriebenen Ausfühmngsbeispielen wird einerseits eine automatische Röntgenprüfung unter Verwendung eines Flächen- oder Rasterdetektors in der Bewegung und dem damit verbundenen Verzicht auf einen kompletten Stopp der Bewegung (von Prüfobjekt und/oder bildgebenden Komponenten) bei gleichzeitiger Verkürzung der Belichtungszeit ermöglicht, wobei eine eventuell resultierende Bewegungsun- schärfe vermieden bzw. eliminiert werden kann, so dass eine aussagekräftige automatische Röntgenprüfung eines sich in Bewegung befindenden Prüfobjekts durchgeführt werden kann. So wird das Geschwindigkeitspro fil während des Prüfablaufs so verändert, um zum Zeitpunkt der Bildaufnahme unter Berücksichtigung der Bildaufnahmezeit, der Relativge- schwindigkeit zwischen Bauteil und Röntgenanordnung und der effektiven Pixelgröße, d.h. der Pixelgröße des Detektorsystems unter Berücksichtigung der Vergrößerung, das sog. Nyquist-Theorem erfüllen zu können.
So können sog. Hochleistungsröntgenquellen für die automatische Röntgenprüfung in der Bewegung eingesetzt werden, wodurch die Bildaufnahmezeit reduziert werden kann, ohne eine Verschlechterung bzw. Veränderung des Signal-zu-Rausch-Verhaltens zu erhalten. Ferner können Röntgenanordnungen in Form von sog. Blitzröhren eingesetzt werden, um Röntgenpulse zu erzeugen, um etwaige Bewegungsunschärfen bei der automatischen Röntgenprüfung in der Bewegung zu verhindern oder zumindest zu vermindern.
Gemäß Ausführungsbeispielen ist es ferner möglich, dass die Bildaufnahme an mehreren Prüfpositionen des Prüfkörpers mittels mehrerer Röntgenanordnungen vorgenommen wird. Sind zum Beispiel mehrere (zumindest zwei oder drei, etc.) unterschiedliche Prüfpositio- nen für ein Prüfobjekt vorgesehen, bei denen Röntgenaufnahmen von unterschiedlichen Abschnitten des Prüfobjekts und/oder Röntgenaufnahmen in unterschiedlichen Durchstrahlungsrichtungen des Prüfobjekts zu erstellen sind, kann eine entsprechende Anzahl von Röntgenanordnungen vorgesehen sein, um die jeweiligen Röntgenaufnahmen zu erstellen. Die Manipulationseinrichtung ist dann beispielsweise vorgesehen, um das Prüfobjekt zu den unterschiedlichen Prüfpositionen zu befördern und gegebenenfalls die vorgegebenen Ausrichtungen des Prüfobjekts relativ zu der jeweiligen Röntgenanordnung bei Durchlaufen der Prüfposition(en) vorzunehmen.
Die Relativgeschwindigkeit vB gibt dabei wieder die Bewegungsgeschwindigkeit des Prüfobjekts an, mit der die Prüfposition bzw. die individuellen Prüfpositionen durchlaufen werden können. W enn das zu untersuchende Prüfobjekt an mehreren Prüfpositionen durchstrahlt wird, ist die Manipulationseinrichtung ausgebildet, das Prüfobjekt auch zwischen den jeweiligen Aufnahmepositionen mit der Verfahrgeschwindigkeit vA (Zwischengeschwindigkeit) zu bewegen.
Somit kann auch bei Einsatz einer Mehrzahl von Röntgenanordnungen für unterschiedliche Prüfpositionen bei der Vorrichtung 100 zur automatischen Röntgenprüfung das in Fig. 2 dargestellte Geschwindigkeitsprofil erhalten werden. Im Folgenden werden nun anhand von Fig. 3 Ausführungsbeispiele des Verfahrens 300 zur automatischen Röntgenprüfung eines sich in Bewegung befindenden Prüfobjekts mit einer eine Röntgenquelle und einen Flächendetektor aufweisenden Röntgenanordnung beschrie- ben.
Bei dem Verfahren 300 zur automatischen Röntgenprüfung eines sich in Bewegung befindenden Prüfobjekts mit einer eine Röntgenquelle und einen Flächendetektor aufweisenden Röntgenanordnung wird bei Schritt 310 das Prüfobjekt relativ zu der Röntgenanordnung in eine Prüfposition zwischen der Röntgenquelle und dem Röntgendetektor bewegt, wobei das Prüfobjekt eine Relativgeschwindigkeit vB zu der Röntgenanordnung bei Durchlaufen der Prüfposition aufweist, wobei folgende Beziehung (Relation 1) erfüllt wird: effektive Pixelgröße oder falls für die Applikation geforderte Soll-Ortsauflösung niedriger ist als die effektive Pixelgröße (Relation 2):
Λ Sollortsauflösung
2 mit einer Bildaufnahmezeitdauer τ, einer Relativgeschwindigkeit vB und einer effektiven Pixelgröße bzw. einer Soll-Ortsauflösung, die auf dem Verhältnis zwischen dem Quelle- Detektor-Abstand von Röntgenquelle zu dem Flächendetektor und dem Quelle-Prüfobjekt- Abstand von der Röntgenquelle zu dem Prüfobjekt basiert.
Bei Schritt 320 wird eine Röntgenaufnahme des sich mit der Relativgeschwindigkeit vB bewegenden Prüfobjekts an der Prüfposition mittels des Flächendetektors erfasst. Darauf- hin wird bei Schritt 330 die Röntgenaufnahme des Prüfobjekts hinsichtlich eines Materialoder Beschaffenheitsmerkmals mittels einer Bildverarbeitungseinrichtung automatisch ausgewertet.
Bei einem weiteren Schritt wird ein Prüfergebnis basierend auf der Röntgenaufnahme des Prüfobjekts ermittelt, wobei durch ein positives Prüfergebnis angezeigt wird, dass die Prüfanforderungen von dem Prüföbjekt erfüllt werden, und wobei durch ein negatives Prüfergebnis angezeigt wird, dass die Prüfanforderungen von dem Prüfobjekt nicht erfüllt werden. Bei einem weiteren Schritt wird mittels einer Steuerungseinrichtung die Manipulationseinrichtung angesteuert, um das Prüföbjekt in die Prül osition zu bringen, und die Röntgenquelle angesteuert, um bei Erreichen der Prüfposition die Röntgenquelle zur Er- zeugung der Röntgenstrahlung und zum Auslösen der Bildaufnahme zu aktivieren. Bei einem weiteren Schritt wird der Flächendetektor ausgelesen und die Röntgenaufnahme mittels der Verarheitungseinrichtung erstellt. Bei einem weiteren Schritt wird eine Mehrzahl von festgelegten Prüfpositionen mit der Relativgeschwindigkeit vB durchfahren und eine Röntgenaufnahme des Prüfobjekts jeweils bei Erreichen der jeweiligen Prüfposition eine Röntgenaufnahme ausgelöst. Bei einem weiteren Schritt wird die Manipulationseinrichtung und die Röntgenanordnung angesteuert, so dass eine Mehrzahl von festgelegten Prüfpositionen mit der Relativgeschwindigkeit vB angefahren werden, wobei bei Erreichen der jeweiligen Prüfposition eine Röntgenaufnahme des Prüfobjekts ausgelöst wird. Bei einem weiteren Schritt wird ein die Prüfanforderungen nicht erfüllenden Prüfobjekt mittels der Manipulationseinrichtung oder einer weiteren Handhabungseinrichtung bei Vorliegen eines negativen Prüfergebnisses aussortiert. Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang einer Vorrichtung zur automatischen Rönt- genprüfung eines sich in Bewegung befindenden Prüfobjekts mit einer eine Röntgenquelle und einen Flächendetektor aufweisenden Röntgenanordnung und mit einer automatischen Bildverarbeitungseinrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens zur automatischen Röntgenprü- fung darstellen, so dass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschritts zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrensschritt beschrieben wurden auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar. Einige oder alle Verfahrens- schritte können auch durch einen Hardware-Apparat (oder unter Verwendung eines Hardware-Apparats), wie z.B. einem Mikroprozessor, einem programmierbaren Computer oder eine elektronische Schaltung ausgeführt werden. Bei einigen Ausführungsbeispielen können einige oder mehrere der wichtigen Verfahrensschritte durch einen solchen Apparat ausgeführt werden.
Je nach bestimmtem Implementierungsaufwand können Ausführungsbeispiele der Erfindung in Hardware oder in Software implementiert sein. Die Implementierung kann unter Verwendung eines digitalen Speichermediums, beispielsweise einer Blu-ray Disc, einer CD, eines ROM. eines PROM, eines EPROM, eines EEPROM oder eines FLASH- Speichers, einer Festplatte oder eines anderen magnetischen oder optischen Speichers durchgeführt werden, auf dem elektronisch lesbare Steuersignale gespeichert sind, die mit einem programmierbaren Computersystem derart zusammenwirken können oder zusammenwirken, dass das jeweilige Verfahren durchgeführt wird. Deshalb kann das digitale Speichermedium computerlesbar sein.
Manche Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung umfassen also einen Datenträger, der elektronisch lesbare Steuersignale aufweist, die in der Lage sind, mit einem programmier- baren Computersystem derart zusammenzuwirken, dass eines der hierin beschriebenen Verfahren durchgeführt wird.
Allgemein können Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung als Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode implementiert sein, wobei der Programmcode dahin gehend wirksam ist, eines der Verfahren durchzuführen, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Computer abläuft. Der Programmcode kann beispielsweise auch auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert sein. Andere Ausführungsbeispiele umfassen das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren, wobei das Computerprogramm auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist.
Mit anderen Worten ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens somit ein Computerprogramm, das einen Programmcode zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufweist, wenn das Computerprogramm auf einem Computer abläuft.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Verfahren ist somit ein Datenträger (oder ein digitales Speichermedium oder ein computerlesbares Medium), auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufgezeichnet ist. Ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist somit ein Datenstrom oder eine Sequenz von Signalen, der bzw. die das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren darstellt bzw. darstellen. Der Datenstrom oder die Sequenz von Signalen kann bzw. können beispielsweise dahin gehend konfiguriert sein, über eine Datenkommunikationsverbindung, beispielsweise über das Internet, transferiert zu werden.
Ein weiteres Aus führu n gsbei s p i el umfasst eine Verarbeitungseinrichtung, beispielsweise einen Computer oder ein pro gram m i erbare s Logikbauelement, die dahin gehend konfiguriert oder angepasst ist, eines der hierin beschriebenen V erfahren durchzuführen. Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst einen Computer, auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren installiert ist.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung umfasst eine Vorrichtung oder ein System, die bzw. das ausgelegt ist, um ein Computerprogramm zur Durchführung zumin- dest eines der hierin beschriebenen Verfahren zu einem Empfänger zu übertragen. Die Übertragung kann beispielsweise elektronisch oder optisch erfolgen. Der Empfänger kann beispielsweise ein Computer, ein Mobilgerät, ein Speichergerät oder eine ähnliche Vorrichtung sein. Die Vorrichtung oder das System kann beispielsweise einen Datei-Server zur Übertragung des Computerprogramms zu dem Empfänger umfassen.
Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein programmierbares Logikbauelement (beispielsweise ein feldprogrammierbares Gatterarray, ein FPGA) dazu verwendet werden, manche oder alle Funktionalitäten der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein feldprogrammierbares Gatterarray mit einem Mikroprozessor zusammenwirken, um eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Allgemein werden die Verfahren bei einigen Ausführungsbeispielen seitens einer beliebigen Hardwarevorrichtung durchgeführt. Diese kann eine universell einsetzbare Hardware wie ein Computerprozessor (CPU) sein oder für das Verfahren spezifische Hardware, wie beispielsweise ein ASIC.
Die oben beschriebenen Ausfuhrungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, beschränkt sei.

Claims

Patentansprüche
1 . Vorrichtung (100) zur automatischen Röntgenprüfung eines sich in Bewegung befindenden Prüfobjekts (120) mit einer eine Röntgenquelle ( 1 10) und einen Flächendetektor (130) aufweisenden Röntgenanordnung (105), mit folgenden Schritten: einer Manipulationseinrichtung (150) zum Bewegen des Prüfobjekts (120) relativ zu der Röntgenanordnung (105) in eine Prüfposition (Y2) zwischen der Röntgenquelle (110) und dem Röntgendetektor (130), wobei das Prüfobjekt (120) bei Durchlaufen der Prüfposition (Y2) eine Relativgeschwindigkeit VB zu der Röntgenanordnung (105) aufweist, wobei folgende Beziehung bezüglich der Relativgeschwindigkeit vB erfüllt ist:
# effektive Pixelgröße
'int V B— ~ oder falls eine Soll-Ortsauflösung niedriger ist als die effektive Pixelgröße:
Sollortsauflösung
† * V < —
'int VB— ~ mit einer Bildaufnahmezeitdauer IINT, einer Relativgeschwindigkeit B, einer effektiven Pixelgröße oder einer Soll-Ortsauflösung, die auf dem Verhältnis zwischen dem Quelle-Detektor-Abstand von Röntgenquelle zu dem Flächendetektor und dem Quelle-Prüf objekt- Abstand von der Röntgenquelle zu dem Prüfobjekt basiert; einer Verarbeitungseinrichtung (160) zum Erfassen einer Röntgenaufnahme des sich mit der Relativgeschwindigkeit vB bewegenden Prüfobjekts (120) an der Prüfposition (Y2) mittels des Flächendetektors (130); und einer Auswerteeinrichtung ( 170) zum automatischen Auswerten der Röntgenaufnahme des Prüfobjekts (120) hinsichtlich eines Material- oder Beschaffenheits- merkmals mittels einer Bildverarbeitungseinrichtung.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , die ferner eine Transporteinrichtung (180) zum Transportieren des Prüfobjekts ( 120) von einer Ausgangsposition (Y0) zu einer Übergabeposition (Y ) an die Manipulationseinrichtung (150) aufweist. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2. wobei die Transporteinrichtung ( 1 80) Teil der Manipulationseinrichtung (150) ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei die Manipulationseinrich- tung ( 150) ausgebildet ist, um das Prüfobjekt ( 120) an der Übergabeposition (Yi) von der Transporteinrichtung ( 180) zu übernehmen und zu der Prüfposition (Y2) zu bewegen.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Manipulationseinrich- tung (150) ausgebildet ist, das Prüfobjekt (120) nach Durchlaufen der Prüfposition
(Y2) wieder an die Transporteinrichtung (180) zu übergeben oder in einer Ablageposition (Y3) abzulegen.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei die Transporteinrichtung (180) ausgebildet ist, das Prüfobjekt (120) mit einer Transportgeschwindigkeit νχ bis zu der Übergabeposition (Y ) zu transportieren, und wobei die Manipulationseinrichtung (150) ausgebildet ist, das Prüfobjekt (120) mit der Relativgeschwindigkeit vB an der Prüfposition (Y2) vorbei zu transportieren. 7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Auswerteeinrichtung (170) ausgebildet ist, um basierend auf der Röntgenaufnahme des Prüfobjekts (120) ein Prüfergebnis zu ermitteln, wobei ein positives Prüfergebnis anzeigt, dass das Prüfobjekt die Prüfanforderungen erfüllt, und wobei ein negatives Prüfer- gebnis anzeigt, dass das Prüfobjekt die Prüfanforderungen nicht erfüllt.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Röntgenanord- nung ( 105 ) eine Röntgenblitzröhre (1 12) aufweist und ausgebildet ist, um Röntgenpulse mit einer Pulslänge von 0, 1 bis 60 ms oder 1 bis 5 ms zu emittieren. 9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit einer Steuerungseinrichtung (190), die ausgebildet ist, um die Manipulationseinrichtung ( 150) anzusteuern, um das Prüfobjekt ( 120) in die Prüfposition (Y2) zu bringen, und um die Röntgenquelle (1 10) anzusteuern, um bei Erreichen der Prüfposition (Yi) die Röntgenquelle (1 10) zur Erzeugung der Röntgenstrahlung und zum Auslösen der Bildaufnahme zu triggern.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Steuerungseinrichtung (190) ferner ausgebildet ist, um die Manipulationseinrichtung ( 1 50) anzusteuern, um das Prüfobjekt (120) an der Übergabeposition (Yi ) von der Transporteinrichtung ( 130) zu übernehmen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 oder 10. wobei die Steuerungseinrichtung (190) ferner ausgebildet ist, um die Verarbeitungseinrichtung (160) zum Auslesen des Flächendetektors (130) und zum Erstellen der Röntgenaufnahme zu aktivieren, wenn sich das Prüfobjekt (120) in der Prüfposition (Y2) befindet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei die Steuerungseinrichtung (190) ausgebildet ist, um die Manipulationseinrichtung (150) und die Röntgenano- rdnung (105) so anzusteuern, dass eine Mehrzahl von festgelegten Prüfpositionen (Y2, Y2 mit der Relativgeschwindigkeit VB angefahren und bei Erreichen der jeweiligen Prüfposition eine Röntgenaufnahme des Prüfobjekts (120) ausgelöst wird.
Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Steuerungseinrichtung (190) ausgebildet ist, um die Manipulationseinrichtung (150) so anzusteuern, dass das Prüfobjekt (120) zwischen aufeinanderfolgenden Prüfpositionen mit einer Verfahrgeschwin- digkeit VA bewegt wird, die um den Faktor„a" höher ist als die Relativgeschwindigkeit VB, wobei gilt vA = a VB mit 1,5 < a < 3.
Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Steuerungseinrichtung (190) ferner ausgebildet ist, um ein Geschwindigkeitsprofil der Bewegung des Prüfobjekts (120) durch die Manipulationseinrichtung (150) einzustellen.
Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, wobei die Steuerungseinrichtung ferner ausgebildet ist, um ein Geschwindigkeitsprofil der Bewegung des Prüfobjekts (120) durch die Transporteinrichtung (180) und die Manipulationseinrichtung (150) einzustellen, wobei die Transportgeschwindigkeit νχ um den Faktor n größer als die Verfahrgeschwindigkeit vA ist, wobei gilt vT = b vB mit 1 < b < 3.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 15, wobei die Steuerungseinrichtung (190) ferner ausgebildet ist, um die Manipulationseinrichtung (150) oder eine weitere Handhabungseinrichtung bei Vorliegen eines negativen Prüfergebnisses anzusteuern, um das Prüfobjekt auszusortieren.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 16, wobei die Steuerungseinrichtung ( 190) ausgebildet ist, um die Relativgeschwindigkeit VR so einzustellen, dass aufei- nanderfolgende Röntgenpulse im Durchschnitt ein Puls-Pause- Verhältnis von 1 :N aufweisen, wobei gilt 10 < N < 100.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Manipulationseinrichtung (150) ausgebildet ist, um das Prüfobjekt (120) so zu bewegen, dass das Prüfobjekt (120) die Prüfposition (Y2) in einer Richtung senkrecht zu der Zentralstrahlrichtung der Durchleuchtung der Röntgenanordnung (105) durchläuft.
Verfahren (300) zur automatischen Röntgenprüfung eines sich in Bewegung befindenden Prüfobjekts mit einer eine Röntgenquelle und einen Flächendetektor aufweisenden Röntgenanordnung, mit folgenden Schritten:
Bewegen (310) des Prüfobjekts relativ zu der Röntgenanordnung in eine Prüfposition zwischen der Röntgenquelle und dem Röntgendetektor, wobei das Prüfobjekt eine Relativgeschwindigkeit vB zu der Röntgenanordnung bei Durchlaufen der Prüfposition aufweist, wobei folgende Beziehung erfüllt wird: effektive Pixelgröße
oder falls eine Soll-Ortsauflösung niedriger ist als die effektive Pixelgröße:
„ Sollortsauflösung
t 'int * V v B <— mit einer Bildaufnahmezeitdauer IINT, einer Relativgeschwindigkeit vB und einer effektiven Pixelgröße oder einer Soll-Ortsauflösung, die auf dem Verhältnis zwischen dem Quelle-Detektor- Abstand von Röntgenquelle zu dem Flächendetektor und dem Quelle-Prüfobjekt- Abstand von der Röntgenquelle zu dem Prüfobjekt basiert;
Erfassen (320) einer Röntgenaufnahme des sich mit der Relativgeschwindigkeit vB bewegenden Prüfobjekts an der Prüfposition mittels des Flächendetektors; und Automatischem Auswerten (330) der Röntgenaufnahme des Prüfobjekts hinsichtlich eines Material- oder Beschaffenheitsmerkmals mittels einer Bildverarbeitungseinrichtung.
20. Verfahren nach Anspruch 19, ferner mit folgendem Schritt: Transportieren des Prüfobjekts mittels einer Transporleinrichtung von einer Ausgangsposition zu einer Übergabeposition an eine Manipulationseinrichtung zum Bewegen des Prüfobjekts in eine Prüfposition.
Verfahren nach Anspruch 20, wobei das Prüfobjekt durch die Manipulationseinrichtung an der Übergabeposition von der Transporteinrichtung übernommen wird, in die Prüfposition bewegt wird, und nach Durchlaufen der Prüfposition wieder an die Transporteinrichtung übergeben wird oder in eine Ablageposition abgelegt wird.
Verfahren nach einem Ansprüche 19 bis 21, ferner mit folgendem Schritt:
Ermitteln eines Prüfergebnisses basierend auf der Röntgenaufnahme des Prüfobjekts, wobei durch ein positives Prüfergebnis angezeigt wird, dass die Prüfanforderungen von dem Prüfobjekt erfüllt werden, und wobei durch ein negatives Prüfergebnis angezeigt wird, dass die Prüfanforderungen von dem Prüfobjekt nicht erfüllt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 22, ferner mit folgenden Schritten: mittels einer Steuerungseinrichtung, Ansteuern die Manipulationseinrichtung, um das Prüfobjekt in die Prüfposition zu bringen, und Ansteuern der Röntgenquelle, um bei Erreichen der Prüfposition die Röntgenquelle zur Erzeugung der Röntgenstrahlung und zum Auslösen der Bildaufnahme zu aktivieren.
Verfahren nach Anspruch 23, wobei die Manipulationseinrichtung von der Steuerungseinrichtung angesteuert wird, um das Prüfobjekt an der Übergabeposition von der Transporteinrichtung zu übernehmen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 oder 24, ferner mit folgendem Schritt:
Auslesen des Flächendetektors und Erstellen der Röntgenaufnahme mittels der Verarbeitungseinrichtung.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 oder 25, ferner mit folgenden Schritten:
Durchfal ren einer Mehrzahl von festgelegten Prüfpositionen mit der Relativgeschwindigkeit VB; und Auslösen einer Röntgenaufnahme des Prüfobjekts bei Erreichen der jeweiligen Prüfposition eine Röntgenaufnahme.
Verfahren nach Anspruch 26, ferner mit folgendem Schritt:
Bewegen des Prüfobjekts zwischen aufeinanderfolgenden Prüfpositionen mit einer Verfahrgeschwindigkeit VA, die um den Faktor„a" höher ist als die Relativgeschwindigkeit vB, wobei gilt VA = a vB mit 1,5 < a < 3.
Verfahren nach Anspruch 26 oder 27, ferner mit folgendem Schritt:
Einstellen eines Geschwindigkeitsprofils der Bewegung des Prüfobjekts (120) mittels der Manipulationseinrichtung (150).
Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 28, ferner mit folgendem Schritt:
Einstellen eines Geschwindigkeitsprofils, wobei die Transportgeschwindigkeit VT um den Faktor b größer als die Verfahrgeschwindigkeit vA ist, wobei gilt νχ = b VB mit 1 < b < 3.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 29, ferner mit folgendem Schritt:
Ansteuern der Manipulationseinrichtung und der Röntgenanordnung, so dass eine Mehrzahl von festgelegten Prüfpositionen mit der Relativgeschwindigkeit VB angefahren werden und bei Erreichen der jeweiligen Prüfposition eine Röntgenaufnahme des Prüfobjekts ausgelöst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 30, ferner mit folgendem Schritt:
Aussortieren eines die Prüfanforderungen nicht erfüllenden Prüfobjekts mittels der Manipulationseinrichtung oder einer weiteren H andhabungsei nri chtun g bei Vorliegen eines negativen Prüfergebnisses.
32. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 31 , ferner mit folgendem Schritt: Einstellen der Relativgeschwindigkeit vB, um aufeinanderfol gende Röntgenpulse zu erhalten, die im Durchschnitt ein Puls-Pause-Verhältnis von 1 :N aufweisen, wobei gilt 10 < N < 100.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 32, wobei das Prüfobjekt von der Manipulationseinrichtung so bewegt wird, dass das Prüfobjekt die Prüfposition in einer Richtung senkrecht zu einem Zentralstrahl der Durchleuchtung der Röntgenanord- nung durchläuft.
Vorrichtung (100) zur automatischen Röntgenprüfung eines sich in Bewegung befindenden Prüfobjekts (120) mit einer eine Röntgenquelle (110) und einen Flächendetektor (130) aufweisenden Röntgenanordnung (105), mit folgenden Schritten: einer Manipulationseinrichtung (150) zum Bewegen des Prüfobjekts (120) relativ zu der Röntgenanordnung (105) in eine Prüfposition (Y2) zwischen der Röntgenquelle (110) und dem Röntgendetektor (130), wobei das Prüfobjekt (120) bei Durchlaufen der Prüfposition (Y2) eine Relativgeschwindigkeit VB ZU der Röntgenanordnung (105) aufweist, wobei folgende Beziehung bezüglich der Relativgeschwindigkeit VB erfüllt ist:
„ effektive Pixelgröße
† *v < Ξ
'int v B— ~
mit einer Bildaufnahmezeitdauer ΪΙ Τ, einer Relativgeschwindigkeit B, einer effektiven Pixelgröße, die auf dem Verhältnis zwischen dem Quelle-Detektor-Abstand von Röntgenquelle zu dem Flächendetektor und dem Quelle-Prüfobjekt-Abstand von der Röntgenquelle zu dem Prüfobjekt basiert; einer Verarbeitungseinrichtung ( 160) zum Erfassen einer Röntgenaufnahme des sich mit der Relativgeschwindigkeit vB bewegenden Prüfobjekts (120) an der Prüfposition (Y2) mittels des Flächendetektors (130); und einer Auswerteeinrichtung ( 170) zum automatischen Auswerten der Röntgenaufnahme des Prüfobjekts (120) hinsichtlich eines Material- oder Beschaffenheitsmerkmals mittels einer Bildverarbeitungseinrichtung. Vorrichtung ( 100) zur automatischen Röntgenprüfung eines sich in Bewegung befindenden Prüfobjekts (120) mit einer eine Röntgenquelle ( 1 10) und einen Flächendetektor ( 130) aufweisenden Röntgenanordnung (105), mit folgenden Schritten: einer Manipulationseinrichtung (150) zum Bewegen des Prüfobjekts (120) relativ zu der Röntgenanordnung (105) in eine Prüfposition (Y2) zwischen der Röntgenquelle (110) und dem Röntgendetektor (130), wobei das Prüfobjekt (120) bei Durchlaufen der Prüfposition (Y2) eine Relativgeschwindigkeit VB zu der Röntgenanordnung (105) aufweist, wobei folgende Beziehung bezüglich der Relativgeschwindigkeit VB erfüllt ist: effektive Pixelgröße
'int v B— 2 oder falls eine Soll-Ortsauflösung niedriger ist als die effektive Pixelgröße:
Sollortsauflösung
/ 'int v V B„<— 2■ — mit einer Bildaufnahmezeitdauer X i, einer Relativgeschwindigkeit VB, einer effektiven Pixelgröße oder einer Soll-Ortsauflösung, die auf dem Verhältnis zwischen dem Quelle-Detektor-Abstand von Röntgenquelle zu dem Flächendetektor und dem Quelle-Prüfobjekt- Abstand von der Röntgenquelle zu dem Prüfobjekt basiert; einer Verarbeitungseinrichtung (160) zum Erfassen einer Röntgenaufnahme des sich mit der Relativgeschwindigkeit VB bewegenden Prüfobjekts (120) an der Prüfposition (Y2) mittels des Flächendetektors (130); einer Auswerteeinrichtung (170) zum automatischen Auswerten der Röntgenaufnahme des Prüf objekts (120) hinsichtlich eines Material- oder Beschaffenheitsmerkmals mittels einer Bildverarbeitungseinrichtung; und einer Steuerungseinrichtung (190), die ausgebildet ist, um die Manipulationseinrichtung (150) so anzusteuern, dass eine Mehrzahl von festgelegten Prüfpositionen (Y2, Y2 ) mit der Relativgeschwindigkeit vB angefahren und bei Erreichen der jeweiligen Prüfposition eine Röntgenaufnahme des Prüfobjekts (120) ausgelöst wird, wobei die Steuerungseinrichtung ( 190) ausgebildet ist, um die Manipulationseinrichtung (150) so anzusteuern, dass das Prüfobjekt ( 120) zwischen aufeinanderfol- genden Prü positionen mit einer Verfahrgeschwindigkeit VA bewegt wird, die höher ist als die Relativgeschwindigkeit vB.
Vorrichtung nach Anspruch 35. wobei die Steuerungseinrichtung ( 190) ausgebildet ist, um die Manipulationseinrichtung (150) so anzusteuern, dass das Prüfobjekt (120) zwischen aufeinanderfolgenden Prüfpositionen mit einer Verfahrgeschwindigkeit VA bewegt wird, die um den Faktor„a" höher ist als die Relativgeschwindigkeit VB, wobei gilt VA = a B mit 1,5 < a < 3.
Vorrichtung nach Anspruch 35 oder 36, wobei die Steuerungseinrichtung (190) ferner ausgebildet ist, um ein Geschwindigkeitsprofil der Bewegung des Prüfobjekts (120) durch die Manipulationseinrichtung (150) einzustellen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 35 bis 37, wobei die Steuerungseinrichtung ferner ausgebildet ist, um ein Geschwindigkeitsprofil der Bewegung des Prüfobjekts (120) durch die Transporteinrichtung (180) und die Manipulationseinrichtung (150) einzustellen, wobei die Transportgeschwindigkeit vT um den Faktor n größer als die Verfahrgeschwindigkeit vA ist, wobei gilt νχ = b VB mit 1 < b < 3.
Verfahren (300) zur automatischen Röntgenprüfung eines sich in Bewegung befindenden Prüfobjekts mit einer eine Röntgenquelle und einen Flächendetektor aufweisenden Röntgenanordnung, mit folgenden Schritten:
Bewegen (310) des Prüfobjekts relativ zu der Röntgenanordnung in eine Prüfposition zwischen der Röntgenquelle und dem Röntgendetektor, wobei das Prüfobjekt eine Relativgeschwindigkeit vB zu der Röntgenanordnung bei Durchlaufen der Prüfposition aufweist, wobei folgende Beziehung erfüllt wird: effektive Pixelgröße
mit einer Bildaufnahmezeitdauer tiNT, einer Relativgeschwindigkeit vB und einer effektiven Pixel große, die auf dem Verhältnis zwischen dem Quelle-Detektor- Abstand von Röntgenquelle zu dem Flächendetektor und dem Quelle-Prüfobjekt- Abstand von der Röntgenquelle zu dem Prüfobjekt basiert;
Erfassen (320) einer Röntgenaufnahme des sich mit der Relativgeschwindigkeit ß bewegenden Prüfobjekts an der Prüfposition mittels des Flächendetektors; und Automatischem Auswerten (330) der Röntgenaufnahme des Prüfobjekts hinsichtlich eines Material- oder Beschaffenheitsmerkmal s mittels einer Bildverarbeitungseinrichtung.
Verfahren (300) zur automatischen Röntgenprüfung eines sich in Bewegung befindenden Prüfobjekts mit einer eine Röntgenquelle und einen Flächendetektor aufweisenden Röntgenanordnung, mit folgenden Schritten:
Durchfahren einer Mehrzahl von festgelegten Prüfpositionen zwischen der Röntgenquelle und dem Röntgendetektor, wobei das Prüfobjekt eine Relativgeschwindigkeit vB zu der Röntgenanordnung beim Durchlaufen der Prüfpositionen aufweist, und wobei das Prüfobjekt zwischen aufeinanderfolgenden Prüfpositionen mit einer Verfahrgeschwindigkeit VA, die höher ist als die Relativgeschwindigkeit vB, bewegt wird, wobei folgende Beziehung erfüllt wird: effektive Pixelgröße
Figure imgf000035_0001
oder falls eine Soll-Ortsauflösung niedriger ist als die effektive Pixelgröße:
Sollortsauflösunj
-int mit einer Bildaufnahmezeitdauer ίικτ, einer Relativgeschwindigkeit vB und einer effektiven Pixelgröße oder einer Soll-Ortsauflösung, die auf dem Verhältnis zwischen dem Quelle-Detektor-Abstand von Röntgenquelle zu dem Flächendetektor und dem Quelle-Prüfobjekt-Abstand von der Röntgenquelle zu dem Prüfobjekt, basiert;
Erfassen (320) einer Röntgenaufnahme des sich mit der Relativgeschwindigkeit vB bewegenden Prüfobjekts an der Prüfposition mittels des Flächendetektors:
Automatischem Auswerten (330) der Röntgenaufnahme des Prüfobjekts hinsicht- lieh eines Material- oder Beschaffenheitsmerkmals mittels einer Bildverarbeitungseinrichtung,
41. Verfahren nach Anspruch 40, wobei das Prüfobjekt zwischen aufeinanderfolgenden Prüfpositionen mit der Verfahrgeschwindigkeit VA bewegt wird, die um den Faktor „a" höher ist als die Relativgeschwindigkeit v , wobei gilt νΛ = a vB mit 1 ,5 < a < 3. Computerprogramm mit einem Programmcode zur Durch tuhrung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 19 bis 33 und 39 bis 41 , wenn das Programm auf einem Computer abläuft.
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