WO2018149447A1 - Verfahren zur zerstörungsfreien untersuchung und klassifizierung eines metallischen werkstücks - Google Patents

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WO2018149447A1
WO2018149447A1 PCT/DE2018/100109 DE2018100109W WO2018149447A1 WO 2018149447 A1 WO2018149447 A1 WO 2018149447A1 DE 2018100109 W DE2018100109 W DE 2018100109W WO 2018149447 A1 WO2018149447 A1 WO 2018149447A1
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workpiece
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intensity
roughness
reflection intensity
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PCT/DE2018/100109
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Inventor
Tobias Geisler
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Pies, Gerrit
Rixen, Wolfgang
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/30—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring roughness or irregularity of surfaces
    • G01B11/303—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring roughness or irregularity of surfaces using photoelectric detection means

Definitions

  • the present application relates to a method for non-destructive examination and classification of a metallic workpiece by means of scattered light measurement, using a radiation source, a detector having a sensor and a signal and / or data technology connected to the sensor evaluation and control unit, wherein the workpiece of the irradiation the radiation source is exposed at an angle of incidence and the radiation backscattered from the workpiece at a plurality of failure angles is detected by the detector unit as a scattering angle dependent reflection intensity, and from the data thus acquired, scattering angle dependent roughness values are determined.
  • contact measurements are used to characterize metallic surfaces in terms of roughness and topography, such as contact profilers or atomic force microscopes.
  • investigation methods are only insufficiently suitable for in-line product monitoring in production units and / or transport lines, since they lack the required heat resistance and impact resistance.
  • such methods are costly and require relatively long acquisition times, so are not suitable for rapid quality control.
  • Non-contact imaging techniques based on camera techniques to characterize surface appearance are also known. These methods are based on the analysis of image gradients. Examples include GLGCM (Gray Level Gradient Co-Occurrence Matrices) or GOCM (Gradient Only Co-Occurrence Matrices). Although such methods are generally suitable for the determination of surface patterns such as stripes and grooves, however, the significance of microstructural and topographical material properties is lacking.
  • the measuring method of the scattered light measurement is also suitable for the examination of metallic surfaces.
  • scattered light measurements have hitherto been used for the investigation of shiny and polished metal surfaces.
  • the method of scattered light measurement is suitable for the determination of microstructural surface properties such as roughness, topography, color and appearance.
  • the method of angle-resolved light scattered measurement (ARS) is to be mentioned as a relevant method.
  • a section of the surface to be examined is irradiated with a light source, for example an LED, with a light beam at a defined angle of incidence.
  • the angle of incidence may be for example 90 °.
  • the suitability of the method of scattered light measurement for the characterization of workpiece surfaces is basically known (Brodmann, R. Allgauer, Comparison of light scattering from rough surfaces with optical and mechanical profilometry, Proc. Int., Congress on Optical Science and Engineering, p. 1 11-1 18, International Society for Optics and Photonics, 1989), however, lacks this in defined process and classification steps and the correlation of the measured parameters with the final requirements of the manufactured workpiece.
  • the invention is therefore based on the invention to provide a method for non-destructive examination and classification of metal workpieces, with which the quality of the workpieces with respect to the quality requirements for surface properties on the parameters obtained from scattered light measurements determined and the workpieces can be classified in this regard.
  • this involves a method for the non-destructive examination and classification of a metallic workpiece by means of scattered light measurement, using a radiation source, a sensor comprising a detector unit and an evaluation and / or data-related evaluation and evaluation unit A control unit, wherein the workpiece is exposed to irradiation by the radiation source at an angle of incidence, and the radiation backscattered from the workpiece at a plurality of failure angles is detected by the detector unit as scatter angle dependent reflection intensity, and from the data thus acquired, scattering angle dependent roughness values are determined.
  • the procedure uses the following steps. a) on the basis of series of experiments, determining setpoint ranges of the reflection intensity and the roughness values,
  • step f) making a negative determination including termination of the method, if the standard reflection intensity is outside of the setpoint range after step a), g) determining an intensity difference from the maximum and the minimum of a data set of reflection intensities, wherein the data set consists of reflection intensities recorded in a plurality of individual measurements and classifying the workpiece as being within, outside, or within the limits of a predetermined intensity range by comparing the determined intensity difference with intensity differences previously determined at reference workpieces.
  • the radiation source and the sensor together with the detector unit in a single component, for example to be arranged in one and the same housing.
  • a separate arrangement of the radiation source and the sensor is possible.
  • the decisive factor is that the workpiece to be examined is exposed at an angle of incidence to a light beam emitted by the radiation source.
  • the arrangement of the sensor or the detector unit is such that the backscattered radiation from the workpiece can be detected by the detector unit.
  • the workpiece can lie completely or partially in an incident plane of the light beam emitted by the radiation source.
  • the Arrangement of the workpiece can be done plane parallel or angled relative to the plane of incidence. A completely parallel arrangement of the workpiece or of an examination area irradiated by the light beam relative to the plane of incidence or radiation source can not be completely fulfilled, even on account of surface irregularities of the workpiece.
  • the setpoint ranges are calculated from averaged data of a plurality of measurement points and a plurality of workpieces. Even with each individual measurement, light from the different spatial positions of the irradiated area of the workpiece is reflected back in each case with different reflection intensities as a function of the angle of incidence and reflection, and detected by the detector unit. Even with only a single measurement, a plurality of measuring points is recorded, from which the setpoint ranges of the reflection intensity and the roughness values can be determined.
  • the individual measurement can also be repeated at one and the same location point or irradiated area or in addition to other location points of the workpiece in order, for example, to reduce measurement errors.
  • the setpoint ranges of the reflection intensity and the roughness values can then be determined for example from mean values of the individual measurements and / or of the individual location points.
  • a calculation of the setpoint ranges from measuring points of a plurality of workpieces additionally reduces the error susceptibility of the method. Furthermore, production-related inhomogeneities of the workpieces are averaged out.
  • the standard roughness and standard reflection intensity are averages of a plurality of individual values.
  • the individual values can reflect reflection values or roughness values which correspond to the values at different failure angles, that is to say the reflection intensities respectively measured at different detector positions and the roughness values determined therefrom.
  • the individual values thus output a data record representing the irradiated area of the workpiece.
  • These data can be averaged to a single value of the reflection intensity, ie a standard reflection intensity and from this the standard roughness can be determined.
  • distribution functions of the reflection intensities can be used for the evaluation, and with the help of which the roughness values and / or the standard roughness can be calculated.
  • individual values of several different irradiated areas of the workpiece can also be used for the evaluation.
  • the standard reflection intensity from the according to step b) of the method according to claim 1 measured scattering angle-dependent reflection intensity can be determined, in particular by averaging.
  • the standard reflection intensity can average as a representative value manufacturing-related, local inhomogeneities of the workpiece surface.
  • the standard roughness is determined from the scatter angle-dependent reflection intensity measured according to step b) of the method according to claim 1, in particular from its distribution function. Also based on the roughness values thus measuring errors are reduced.
  • the radiation source is an LED. Such radiation sources are particularly inexpensive and easily replaceable. With such an LED, the workpiece is irradiated with a light beam of a certain diameter at an angle of incidence. However, other sources of radiation such as light bulbs or lasers as a radiation source for the inventive method into consideration.
  • the detector unit is formed from a plurality of individual detector diodes.
  • the light which is backscattered to different spatial positions of the irradiated workpiece region can be detected and detected over a wide range.
  • records of reflection intensities representing the irradiation area of the workpiece can be recorded via the multiplicity of individual detector diodes.
  • the senor and the radiation source are arranged to be movable. As a result, different positions of the workpiece can be irradiated and examined in a simple manner.
  • the setpoint ranges of the reflection intensity and the roughness values are determined from test series of single or multiple measurements on a multiplicity of individual workpieces, a multiplicity of values being recorded for each single or multiple measurement.
  • a multiplicity of values being recorded for each single or multiple measurement.
  • a number of different, optionally preselected workpieces are irradiated at one or more locations and the angle-dependent reflection intensity is measured. From this, roughness values can then be calculated.
  • a variety of values are recorded, corresponding to the different backscatter angles.
  • an important advantage of the method according to the invention is that it is an in-line method of quality control and the radiation source and the sensor are arranged within or in proximity to a production unit and / or transport line. This makes it possible to automate the workpieces manufactured in a manufacturing unit and / or conveyed by a transport line and to check whether they meet the quality requirements. A separate, possibly manual examination step is thus avoided.
  • the examined workpiece is sorted out of the production unit and / or transport line in a negative determination in step d) or f) of the method according to claim 1.
  • a sorting out of the production flow is ensured. This leads to an increase in quality standards and verification certainty.
  • the inventive method for strip and / or pattern recognition on the surface of the examined workpiece can be suitable. The results can be included in the quality assessment.
  • FIG. 1 Schematic structure of the scattered light measurement for the invention
  • Fig. 2 Process schematic of the method according to the invention.
  • a radiation source 2 and a sensor in particular a scattered light sensor
  • a radiation source 2 or a scattered light sensor can be arranged inside or in proximity to a production unit and / or a Transport line are arranged.
  • the radiation source 2 and the sensor positionally fixed, ie stationary, or arranged to be movable. The latter can be realized by attachment to a suitable transport carriage.
  • the radiation source 2 and the sensor together with its detector unit 3 can be arranged in one and the same housing and thus form an integrated component.
  • the metallic workpieces 1 moved by the production unit and / or transport line are stopped as soon as they are in the vicinity of the radiation source 2 and the sensor together with its detector unit 3. This ensures a temporarily stationary position of the workpiece is ensured relative to the radiation source 2 and the sensor. Then the respective workpiece 1 can be examined. For this purpose, measurements can be made on different areas of the workpiece, either by the radiation source 2 and the sensor for the respective individual measurements relative to the fixed position workpiece or the workpiece is moved relative to the fixed position radiation source and the positionally fixed sensor. As FIG. 1 shows by way of example, the workpiece is irradiated at each individual measurement at a defined angle of incidence ⁇ by a light beam of a diameter d emitted by the radiation source 2.
  • the detector unit 3 comprises a plurality of individual detector diodes 5, which detects the backscattered light at n different detector positions ⁇ , '.
  • the radiation source 2 is designed such that it irradiates the workpiece 1 to be examined with light or a light beam of a suitable wavelength at a fixed or variably adjustable angle of incidence. In particular, an LED as the radiation source 2 is suitable for this purpose.
  • the detector unit 3 preferably consists of a diode array, ie a plurality of individual diodes 5 arranged side by side or in proximity to one another.
  • the radiation source 2 and the detector unit 3 of the sensor are arranged at a distance from the workpieces 1 to be examined, whereby the basic condition of a non-contact, non-destructive measurement is ensured.
  • angle-dependent reflection intensities are detected with the detector unit 3 of the sensor or scattered light sensor.
  • the sensor and also also the radiation source 2 interact with signal and / or data technology with an evaluation and control unit.
  • the determined data can be stored or buffered and compared with other data.
  • the evaluation and control unit also interacts with the production unit and / or transport line and ensures their smooth operation, taking into account the scattered light measurements to be performed.
  • this means that the method according to the invention is adapted in terms of time to the requirements and the operation of the production unit and / or transport line.
  • the workpiece 1 is sorted out or further transported after appropriate evaluation by the evaluation and control unit.
  • the sensor technology is closely linked to the production unit and / or the transport line by the evaluation and control unit.
  • step a) first of all necessary in series of experiments target value ranges ⁇ l m, AAQ m l m of the reflection intensity and the roughness Aq m to be determined.
  • the calculation is made by the above-mentioned and generally known metrological and mathematical relationships between the reflection intensity and the optical roughness.
  • the decisive factor is that the setpoint ranges ⁇ 1 m , ⁇ q m of the reflection intensity l m and the roughness values Aq m in the context of the invention are calculated from averaged data of a multiplicity of measuring points and a multiplicity of workpieces 1. Even during a single measurement, a certain spatial or areal area of the respective workpiece 1 is examined.
  • the target value ranges ⁇ l m For each individual measurement, a large number of different measuring points are already recorded. Furthermore, can be used AAQ m measured at several different locations of a workpiece 1 reflection intensities I and averaged to determine the target value ranges ⁇ l m. For example, about reflection intensities of the backscattered radiation from different areas of the workpiece, which are each irradiated and examined in individual measurements. Importantly, the target value ranges ⁇ l m to determine ⁇ Aq m measured at a variety of different workpieces 1 of each to be examined workpiece genus to minimize manufacturing or metrology errors.
  • the target value ranges ⁇ l m, AAQ m carry out by measurements on such workpieces that have been previously evaluated by experts by visual inspection as the quality required of the surface fulfilling, or which lie in predefined threshold ranges for the quality requirements.
  • upper and lower limits of the respective parameters can be determined depending on the expert evaluation.
  • the setpoint ranges ⁇ l m , AAq m can be stored and stored in the evaluation and control unit.
  • the data of the setpoint ranges ⁇ l m , AAq m may be stored on an external server, which is connected via a data and / or signal connection to the evaluation and control unit.
  • the data of the setpoint ranges ⁇ l m , AAq m can be stored, for example, as a function of the location, the failure angle ⁇ , or the diode number. It is possible to update the data of the setpoint ranges ⁇ l m , AAq m in periodic or aperiodic time intervals, to supplement or to replace them by new parameter sets. Depending on the production unit, it may be necessary, for example, to exchange the parameter sets if critical production parameters are changed or other workpieces are manufactured in the same system.
  • the radiation source and the scattered light sensor may also be advantageous to make the radiation source and the scattered light sensor portable, so that it can be used flexibly in various production plants and / or transport lines. Even then, it is essential to set point ranges ⁇ l m, m AAQ reflection intensity I m and the roughness Aq m adapted accordingly.
  • the scatter angle-dependent reflection intensities I of the respective workpiece 1 to be examined are measured by the sensor.
  • Each data set of the reflection intensities I is based on angle-dependent individual intensities, corresponding to the different spatial positions of the exposure area of the light beam 6 of the diameter d incident on the workpiece 1 from the LED.
  • a standard roughness Aqs is determined from the measured reflection intensities I. This is a purely optically determined roughness value.
  • the standard roughness Aqs is an average of a plurality of individual values, for example determined from the location-dependent and scatter angle-dependent measured reflection intensities I of different spatial positions of the exposure area.
  • other averaging methods are also conceivable, for example the averaging of the reflection data I from different exposure areas of a workpiece with subsequent roughness determination.
  • step d If the determined standard roughness Aqs lies outside the setpoint value range ⁇ Aq m of the roughness values Aq m previously determined or stored in the evaluation and control unit, a negative determination is made by the sensor or the evaluation and control unit (step d)) and the examination method for the respective workpiece completed.
  • the workpiece is sorted out and removed or not released from the production unit and / or transport line.
  • a standard reflection intensity ls is determined from the measured reflection intensities I according to step e).
  • the standard reflection intensity ls is an average of a plurality of individual values, for example, determined from the location-dependent and scatter angle-dependent measured reflection intensities of different spatial positions of the illuminated by the LED portion of the workpiece 1. Is the determined standard reflection intensity ls outside the previously determined or stored in the evaluation and control unit Setpoint range of the reflection intensity l m , a negative determination is made by the sensor or the evaluation and control unit (step f)) and the examination process for the respective workpiece finished. The workpiece is sorted out and removed from the production unit and / or transport line or not released.
  • the workpiece 1 is finally classified, see step g) of the process scheme in FIG. 2.
  • a predefinable subregion of the workpiece 1 is examined which is larger than the pure exposure range d of the light beam emitted by the radiation source or LED.
  • the radiation source 2, the detector unit 3 of the sensor and the workpiece 1 are positioned and moved relative to each other such that the light beam 6 reaches different positions of the workpiece 1 and thus scattered light measurements can be made at various points.
  • a surface profile of the reflection intensities I can be detected.
  • the reflection intensities I of the individual measurements thus obtained can be combined to form a combined location profile or spatially resolved profile of the reflection intensities.
  • the difference intensity difference ⁇ between the maximum and the minimum reflection intensity is determined according to the invention.
  • the value ⁇ determined for the respective workpiece is compared with predetermined reference to workpieces or intensity differences determined therefrom predetermined desired values so ⁇ l n. These setpoints are so ⁇ l n determined with the same procedure of spatially resolved reflectance intensity profiles of reference workpieces. Only those reference workpieces are used for the intensity measurements, which were previously assessed by visual inspection as having fulfilled the quality requirements for the surface by experts.
  • the evaluation is provided that the intensity difference ⁇ than outside the desired intensity range so ⁇ l n lying, the workpiece from the production unit and / or transport line is rejected.
  • the workpieces 1 may be separate from the production unit or transport line and stored, but may be provided in these samples, an additional human visual inspection or Make a visual check before finally sorting out the workpieces.
  • the workpiece 1 to be examined can be examined, evaluated and classified with regard to its surface properties such as patterns and / or stripes. Depending on the quality requirements, the workpiece can be sorted out or released.
  • the measurements form the basis of the stripe and / or pattern recognition.

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Abstract

Um ein Verfahren zur zerstörungsfreien Untersuchung und Klassifizierung metallischer Werkstücke bereitzustellen, mit welchem die Qualität der Werkstücke hinsichtlich den Qualitätsanforderungen an Oberflächeneigenschaften über die aus Streulichtmessungen erhaltenen Parameter bestimmt und die Werkstücke diesbezüglich klassifiziert werden kann, wird ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 vorgeschlagen.

Description

'Verfahren zur zerstörungsfreien Untersuchung und Klassifizierung eines metallischen
Werkstücks'
Die vorliegende Anmeldung betrifft ein Verfahren zur zerstörungsfreien Untersuchung und Klassifizierung eines metallischen Werkstücks mittels Streulichtmessung, unter Verwendung einer Strahlungsquelle, eines eine Detektoreinheit aufweisenden Sensors und einer signal- und/oder datentechnisch mit dem Sensor verbundenen Auswerte- und Steuereinheit, wobei das Werkstück der Bestrahlung durch die Strahlungsquelle unter einem Einfallswinkel ausgesetzt wird und die von dem Werkstück in einer Vielzahl von Ausfallwinkeln rückgestreute Strahlung durch die Detektoreinheit als streuwinkelabhängige Reflexionsintensität erfasst wird, und wobei aus den so erfassten Daten streuwinkelabhängige Rauheitswerte bestimmt werden.
Sowohl in der Forschung als auch im produzierenden Gewerbe besteht ein fortgehendes Interesse an Verfahren zur zerstörungsfreien Untersuchung und Klassifizierung von metallischen Werkstücken hinsichtlich ihrer Oberflächeneigenschaften wie Rauheit und Topographie. Von besonderem Interesse sind Verfahren die schnell und kostengünstig reproduzierbare Ergebnisse liefern. Idealerweise sollten für solche Verfahren geeignete Messgeräte bzw. Sensoren in Fertigungseinheiten und/oder Transportlinien integrierbar sein.
Standardmäßig werden Kontaktmessungen zur Charakterisierung metallischer Oberflächen hinsichtlich Rauheit und Topographie eingesetzt, beispielsweise Kontaktprofilometer oder Rasterkraftmikroskope. Solche Untersuchungsmethoden eignen sich jedoch nur unzureichend zur in-line-Produktüberwachung in Fertigungseinheiten und/oder Transportlinien, da sie die dazu erforderliche Hitzebeständigkeit und Stoßfestigkeit vermissen lassen. Ferner sind solche Verfahren kostenintensiv und bedingen relativ lange Akquisitionszeiten, eignen sich also nicht für eine schnelle Qualitätskontrolle.
Kontaktfreie, auf Kameratechniken basierende bildgebende Methoden zur Charakterisierung der Oberflächenerscheinung sind ebenfalls bekannt. Diese Methoden fundieren auf der Analyse von Bildgradienten. Beispielhaft seien GLGCM (gray level gradient co-occurence matrices) oder GOCM (gradient only co-occurence matrices) genannt. Zwar eignen sich solche Methoden generell zur Bestimmung von Oberflächenmustern wie Streifen und Riefen, jedoch mangelt es an der Aussagekraft über mikrostrukturelle und topographische Materialeigenschaften.
Auch das Messverfahren der Streulichtmessung eignet sich zur Untersuchung metallischer Oberflächen. Insbesondere wurden Streulichtmessungen bisher zur Untersuchung glänzender und polierter Metalloberflächen eingesetzt. Das Verfahren der Streulichtmessung eignet sich zur Bestimmung von mikrostrukturellen Oberflächeneigenschaften wie Rauheit, Topographie, Farbe und Erscheinung. Insbesondere ist das Verfahren der winkelaufgelösten Streulichtmessung (ARS, angle-resolved light scattered measurement) als relevante Methode zu erwähnen. Hierbei wird ein Ausschnitt der zu untersuchenden Oberfläche mit einer Lichtquelle, beispielsweise einer LED, mit einem Lichtstrahl unter einem definierten Einfallswinkel bestrahlt. Der Einfallswinkel kann beispielsweise 90° betragen. Die von der Oberfläche rückgestreute Strahlung wird für diskrete Profilwinkel φ,, i = 1 , ... , n, als Reflexionsintensität durch einen Fotodiodenarray-Detektor mit einer Anzahl n Fotodioden erfasst.
Die Eignung des Verfahrens der Streulichtmessung zur Charakterisierung von Werkstück- Oberflächen ist grundsätzlich bekannt (R. Brodmann, M. Allgauer, Comparison of light scattering from rough surfaces with optical and mechanical profilometry, Proc. Int. Congress on Optical Science and Engineering, S. 1 11-1 18, International Socienty for Optics and Photonics, 1989), jedoch mangelt es diesen an definierten Verfahrens- und Klassifizierungsschritten und der Korrelation der gemessenen Parameter mit den Endanforderungen des hergestellten Werkstücks. Der Erfindung liegt daher die A u f g a b e zu Grunde, ein Verfahren zur zerstörungsfreien Untersuchung und Klassifizierung metallischer Werkstücke bereitzustellen, mit welchem die Qualität der Werkstücke hinsichtlich den Qualitätsanforderungen an Oberflächeneigenschaften über die aus Streulichtmessungen erhaltenen Parameter bestimmt und die Werkstücke diesbezüglich klassifiziert werden kann.
Zur L ö s u n g dieser Aufgabe wird ein Verfahren mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 vorgeschlagen.
Erfindungsgemäß handelt es sich dabei um ein Verfahren zur zerstörungsfreien Untersuchung und Klassifizierung eines metallischen Werkstücks mittels Streulichtmessung, unter Verwendung einer Strahlungsquelle, eines eine Detektoreinheit aufweisenden Sensors und einer Signal- und/oder datentechnisch mit dem Sensor verbundenen Auswerte- und Steuereinheit, wobei das Werkstück der Bestrahlung durch die Strahlungsquelle unter einem Einfallswinkel ausgesetzt wird und die von dem Werkstück in einer Vielzahl von Ausfallwinkeln rückgestreute Strahlung durch die Detektoreinheit als streuwinkelabhängige Reflexionsintensität erfasst wird, und wobei aus den so erfassten Daten streuwinkelabhängige Rauheitswerte bestimmt werden.
Das Verfahren bedient sich dabei der nachfolgend aufgeführten Schritte. a) Aufgrund von Versuchsreihen Bestimmen von Sollwertbereichen der Reflexionsintensität und der Rauheitswerte,
b) Messen der streuwinkelabhängigen Reflexionsintensität (I) an dem zu untersuchenden Werkstück,
c) Bestimmen einer Standardrauheit des untersuchten Werkstücks aus den nach Schritt b) ermittelten Reflexionsintensitäten,
d) Treffen einer Negativfeststellung samt Beendigung des Verfahrens, sofern die Standardrauheit außerhalb des Sollwertbereichs nach Schritt a) liegt,
e) Bestimmen einer Standardreflexionsintensität des untersuchten Werkstücks aus den in Schritt b) ermittelten Reflexionsintensitäten,
f) Treffen einer Negativfeststellung samt Beendigung des Verfahrens, sofern die Standardreflexionsintensität außerhalb des Sollwertbereichs nach Schritt a) liegt, g) Bestimmen einer Intensitätsdifferenz aus dem Maximum und dem Minimum eines Datensatzes von Reflexionsintensitäten, wobei sich der Datensatz aus in einer Mehrzahl von Einzelmessungen erfassten Reflexionsintensitäten zusammensetzt, die über einen vorgegebenen Flächenbereich des untersuchten Werkstücks durchgeführt werden, und Klassifizieren des Werkstücks als innerhalb, außerhalb oder im Grenzbereich eines vorgegebenen Intensitätsbereichs liegend durch Vergleich der ermittelten Intensitätsdifferenz mit vorher an Referenzwerkstücken bestimmten Intensitätsdifferenzen.
Vorteilhaft ist dabei die Strahlungsquelle und den Sensor samt der Detektoreinheit in einem einzigen Bauteil zu verwirklichen, beispielsweise in ein und demselben Gehäuse anzuordnen. Auch eine getrennte Anordnung der Strahlungsquelle und des Sensors ist möglich. Entscheidend ist, dass das zu untersuchte Werkstück unter einem Einfallswinkel einem von der Strahlungsquelle ausgesendeten Lichtstrahl ausgesetzt ist. Die Anordnung des Sensors bzw. der Detektoreinheit ist derart, dass die von dem Werkstück rückgestreute Strahlung von der Detektoreinheit erfasst werden kann. Das Werkstück kann vollständig oder teilweise in einer Einfallsebene des von der Strahlungsquelle ausgesendeten Lichtstrahls liegen. Die Anordnung des Werkstücks kann plan parallel oder gewinkelt relativ zu der Einfallsebene erfolgen. Eine vollständig parallele Anordnung des Werkstücks oder eines von dem Lichtstrahl bestrahlten Untersuchungsbereichs relativ zur Einfallsebene bzw. Strahlungsquelle kann schon aufgrund von Oberflächenunregelmäßigkeiten des Werkstücks nicht vollständig erfüllt sein.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden die Sollwertbereiche aus gemittelten Daten einer Vielzahl von Messpunkten und einer Vielzahl von Werkstücken berechnet. Schon bei jeder Einzelmessung wird von den verschiedenen Ortspositionen des bestrahlten Bereich des Werkstücks Licht jeweils mit anderen Reflexionsintensitäten in Abhängigkeit vom Einfall- und Ausfallwinkel zurückgestrahlt und von der Detektoreinheit erfasst. Schon bei nur einer einzelnen Messung wird also eine Vielzahl von Messpunkten aufgenommen, aus welchen die Sollwertbereiche der Reflexionsintensität und der Rauheitswerte bestimmt werden können. Selbstverständlich kann die Einzelmessung auch an ein und demselben Ortspunkt, bzw. bestrahlten Bereich oder zusätzlich an anderen Ortspunkten des Werkstücks wiederholt werden, um beispielsweise Messfehler zu reduzieren. Die Sollwertbereiche der Reflexionsintensität und der Rauheitswerte können dann zum Beispiele aus Mittelwerten der Einzelmessungen und/oder der einzelnen Ortspunkte ermittelt werden. Eine Berechnung der Sollwertbereiche aus Messpunkten einer Vielzahl von Werkstücken reduziert zusätzlich die Fehleranfälligkeit des Verfahrens. Ferner werden dadurch fertigungsbedingte Inhomogenitäten der Werkstücke ausgemittelt.
Ferner ist vorteilhaft, dass die Standardrauheit und Standardreflexionsintensität Mittelwerte aus einer Mehrzahl von Einzelwerten sind. Die Einzelwerte können Reflexionswerte oder Rauheitswerte wiederspiegeln, die den Werten zu unterschiedlichen Ausfallwinkeln, also den jeweils an verschiedenen Detektorpositionen gemessenen Reflexionsintensitäten und daraus bestimmten Rauheitswerten entsprechen. Die Einzelwerte geben also einen den bestrahlten Bereich des Werkstücks repräsentierenden Datensatz ab. Diese Daten können zu einem einzelnen Wert der Reflexionsintensität, also einer Standardreflexionsintensität gemittelt und daraus die Standardrauheit bestimmt werden. Auch können Verteilungsfunktionen der Reflexionsintensitäten für die Auswertung herangezogen werden, und unter dessen Zuhilfenahme die Rauheitswerte und/oder die Standardrauheit berechnet werden. Selbstverständlich können auch Einzelwerte von mehreren unterschiedlichen bestrahlten Bereichen des Werkstücks zur Auswertung herangezogen werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann die Standardreflexionsintensität aus der gemäß Schritt b) des Verfahrens nach Anspruch 1 gemessenen streuwinkelabhängigen Reflexionsintensität bestimmt werden, insbesondere durch Mittelwertbildung. Hierdurch wird einerseits die Datenmenge reduziert und mögliche Messfehler ausgemittelt. Zudem kann die Standardreflexionsintensität als ein repräsentierender Wert fertigungsbedingte, lokale Inhomogenitäten der Werkstückoberfläche ausmitteln. In diesem Zusammenhang ist es ebenso vorteilhaft, dass die Standardrauheit aus der gemäß Schritt b) des Verfahrens nach Anspruch 1 gemessenen streuwinkelabhängigen Reflexionsintensität bestimmt wird, insbesondere aus deren Verteilungsfunktion. Auch bezogen auf die Rauheitswerte werden somit Messfehler reduziert. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Strahlungsquelle eine LED. Solche Strahlungsquellen sind besonders kostengünstig und einfach austauschbar. Mit einer solchen LED wird das Werkstück mit einem Lichtstrahl eines bestimmten Durchmessers unter einem Einfallswinkel bestrahlt. Jedoch kommen auch andere Strahlungsquellen wie zum Beispiel Glühbirnen oder Laser als Strahlungsquelle für das erfindungsgemäße Verfahren in Betracht.
Weiterhin ist vorteilhaft, dass die Detektoreinheit aus einer Vielzahl einzelner Detektordioden gebildet ist. Durch eine Array-Anordnung der Detektordioden kann das zu verschiedenen Ortspositionen des bestrahlten Werkstückbereichs korrespondierende unter Ausfallwinkeln rückgestreute Licht an über einen weiten Bereich detektiert und erfasst werden. Somit können über die Vielzahl einzelner Detektordioden den Bestrahlungsbereich des Werkstücks repräsentierende Datensätze von Reflexionsintensitäten aufgenommen werden.
Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es zudem von Vorteil, dass der Sensor und die Strahlungsquelle verfahrbar angeordnet sind. Dadurch können in einfacher Weise verschiedene Positionen des Werkstücks bestrahlt und untersucht werden.
Auch ist vorteilhaft, wenn die Sollwertbereiche der Reflexionsintensität und der Rauheitswerte aus Versuchsreihen von Einzel- oder Mehrfachmessungen an einer Vielzahl einzelner Werkstücke bestimmt werden, wobei bei jeder Einzel- oder Mehrfachmessung eine Vielzahl von Werten aufgenommen wird. Zur Sollwertbestimmung wird also eine Reihe verschiedener, gegebenenfalls vorausgewählter Werkstücke an einer Stelle oder mehreren Stellen bestrahlt und die winkelabhängige Reflexionsintensität gemessen. Daraus lassen sich dann Rauheitswerte berechnen. Bei jeder Einzel- oder Mehrfachmessung werden eine Vielzahl von Werten aufgenommen, entsprechend den unterschiedlichen Rückstreuwinkeln. Für das erfindungsgemäße Verfahren ist es vorteilhaft, die Mittelwerte durch arithmetische oder geometrische Mittelwertbildung oder durch exponentielle Glättung zu bestimmen. Dadurch wird ein hoher Genauigkeitsgrad der Mittelwertbildung gewährleistet und eine schnelle sowie unkomplizierte Bestimmung ermöglicht.
Auch ist ein wichtiger Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens, dass es sich um ein in-line Verfahren zur Qualitätskontrolle handelt und die Strahlungsquelle und der Sensor innerhalb oder in Nähe zu einer Fertigungseinheit und/oder Transportlinie angeordnet ist. Dadurch ist es möglich die in einer Fertigungseinheit gefertigten Werkstücke und/oder durch eine Transportlinie beförderte Werkstücke automatisiert zu untersuchen und zu überprüfen ob sie die Qualitätsanforderungen erfüllen. Eine separater, möglicherweise manueller Untersuchungsschritt wird somit vermieden.
Auch ist im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens bevorzugt, dass das untersuchte Werkstück bei einer Negativfeststellung in Schritt d) oder f) des Verfahrens nach Anspruch 1 aus der Fertigungseinheit und/oder Transportlinie aussortiert wird. Somit wird schon bei einem Mangel von nur einem Qualitätsmerkmal eine Aussortierung aus dem Produktionsfluss gewährleistet. Dies führt zu einer Erhöhung der Qualitätsstandards und Überprüfungssicherheit. So kann sich das erfindungsgemäße Verfahren zur Streifen- und/oder Mustererkennung auf der Oberfläche des untersuchten Werkstücks eignen. Die Ergebnisse können in die Qualitätsbewertung einfließen.
Auch ist in einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens der Erfindung von Vorteil, dass das untersuchte Werkstück bei einer Klassifizierung in Schritt g) des Verfahrens nach Anspruch 1 als außerhalb des vorgegebenen Intensitätsbereichs liegend aus der Fertigungseinheit und/oder Transportlinie aussortiert wird. Dies ist somit ein zusätzlich zu erfüllendes Qualitätsmerkmal, wodurch die Qualitätsanforderungen und Überprüfungssicherheit weiter erhöht wird. Vorteilhaft ist für das erfindungsgemäßen Verfahren ferner, dass die Verfahrensdurchführung über die Auswerte- und Steuereinheit gesteuert wird. Somit ist ein direktes Zusammenwirken der Fertigungseinheit und/oder Transportlinie mit dem Sensor und der Strahlungsquelle verwirklicht. Die Steuerung der Komponenten ist aufeinander abgestimmt. Ferner kann die Verfahrensdurchführung somit automatisiert erfolgen. Die Auswerte- und Steuereinheit kann ein stationär oder portabel ausgebildeter Computer oder ein Server sein. Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung und zwei zugehörigen Verfahrensschritten. In den Figuren zeigen: Fig. 1 : Schematischer Aufbau der Streulichtmessung für das erfindungsgemäße
Verfahren;
Fig. 2: Verfahrensschema des erfindungsgemäßen Verfahrens. Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bedarf es zunächst der Anordnung einer Strahlungsquelle 2 und eines Sensors, insbesondere eines Streulichtsensors, in der Nähe zu dem zu untersuchenden Werkstück 1. Dazu kann eine Strahlungsquelle 2 oder ein Streulichtsensor innerhalb oder in Nähe zu einer Fertigungseinheit und/oder einer Transportlinie angeordnet werden. Dabei kann die Strahlungsquelle 2 und der Sensor positionsfest, also stationär, oder verfahrbar angeordnet werden. Letzteres kann durch eine Befestigung an einem geeigneten Transportschlitten verwirklicht sein. Die Strahlungsquelle 2 und der Sensor samt seiner Detektoreinheit 3 können in ein und demselben Gehäuse angeordnet sein und somit ein integriertes Bauteil bilden. Die durch die Fertigungseinheit und/oder Transportlinie bewegten metallischen Werkstücke 1 werden, sobald sie sich in Nähe zu der Strahlungsquelle 2 und dem Sensor samt seiner Detektoreinheit 3 befinden, angehalten. Dadurch wird eine temporär ortsfeste Lage gewährleistet des Werkstücks relativ zur Strahlungsquelle 2 und dem Sensor gewährleistet. Sodann kann das jeweilige Werkstück 1 untersucht werden. Dazu können Messungen an verschiedenen Bereichen des Werkstücks vorgenommen werden, entweder indem die Strahlungsquelle 2 und der Sensor für die jeweiligen Einzelmessungen relativ zum positionsfesten Werkstück oder das Werkstück relativ zur positionsfesten Strahlungsquelle und dem positionsfesten Sensor verschoben wird. Wie die Figur 1 beispielhaft wiedergibt, wird das Werkstück bei jeder Einzelmessung unter einem definierten Einfallswinkel α von einem von der Strahlungsquelle 2 ausgesendeten Lichtstrahl eines Durchmessers d bestrahlt. Je nach Oberflächenkontur und Einfallswinkel wird das Licht an unterschiedlichen Orten des bestrahlten Bereichs mit unterschiedlichen Winkeln φ, rückgestreut. Die Detektoreinheit 3 umfasst eine Vielzahl einzelner Detektordioden 5, welche das rückgestreute Licht an n unterschiedlichen Detektorpositionen φ,' erfasst. Die Strahlungsquelle 2 ist derart ausgebildet, dass sie das zu untersuchende Werkstück 1 mit Licht bzw. einem Lichtstrahl einer geeigneten Wellenlänge unter einem feststehenden oder variabel einstellbaren Einfallswinkel bestrahlt. Insbesondere eignet sich hierzu eine LED als Strahlungsquelle 2. Die Detektoreinheit 3 besteht bevorzugt aus einem Diodenarray, also mehrerer nebeneinander oder in Nähe zu einander angeordneter einzelner Dioden 5. Diese detektieren das von dem Werkstück 1 je nach Position unter verschiedenen Ausfallwinkeln φ, rückgestreute Licht, welches wiederum in entsprechend unterschiedlichen Einfallwinkeln auf den Diodenoberflächen eintrifft. Die Strahlungsquelle 2 und die Detektoreinheit 3 des Sensors sind beabstandet zu den zu untersuchenden Werkstücken 1 angeordnet, wodurch die Grundbedingung einer kontaktfreien, zerstörungsfreien Messung gewährleistet ist.
Insbesondere werden mit der Detektoreinheit 3 des Sensors bzw. Streulichtsensors winkelabhängige Reflexionsintensitäten detektiert. Hierzu und zur weiteren Datenverarbeitung wirkt der Sensor und ferner auch die Strahlungsquelle 2 Signal- und/oder datentechnisch mit einer Auswerte- und Steuereinheit zusammen. Dort können die ermittelten Daten gespeichert oder zwischengespeichert und mit anderen Daten verglichen werden. Die Auswerte- und Steuereinheit wirkt auch mit der Fertigungseinheit und/oder Transportlinie zusammen und sorgt für deren reibungslosen Betrieb unter Berücksichtigung der durchzuführenden Streulichtmessungen. Konkret bedeutet dies, dass das erfindungsgemäße Verfahren zeitlich an die Anforderungen und den Betrieb der Fertigungseinheit und/oder Transportlinie angepasst sind. Je nach Messergebnis wird das Werkstück 1 nach entsprechender Bewertung durch die Auswerte- und Steuereinheit aussortiert oder weitertransportiert. Die Sensorik ist durch die Auswerte- und Steuereinheit eng mit der Fertigungseinheit und/oder der Transportlinie verknüpft.
Gemäß dem Verfahrensschema nach Figur 2 ist es zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß Schritt a) zunächst notwendig in Versuchsreihen Sollwertbereiche Älm, AAqm der Reflexionsintensität lm und der Rauheitswerte Aqm zu bestimmen. Die Berechnung erfolgt über die eingangs genannten und allgemein bekannten messtechnischen und mathematischen Zusammenhänge zwischen der Reflexionsintensität und der optischen Rauheit. Entscheidend ist, dass die Sollwertbereiche Älm, AAqm der Reflexionsintensität lm und der Rauheitswerte Aqm im Sinne der Erfindung aus gemittelten Daten einer Vielzahl von Messpunkten und einer Vielzahl von Werkstücken 1 berechnet werden. Schon während einer Einzelmessung wird ein gewisser räumlicher oder flächiger Bereich des jeweiligen Werkstücks 1 untersucht. Bei jeder Einzelmessung werden also schon eine Vielzahl verschiedener Messpunkte aufgenommen. Ferner können zur Bestimmung der Sollwertbereiche Älm, AAqm auch an mehreren unterschiedlichen Orten eines Werkstücks 1 gemessene Reflexionsintensitäten I herangezogen und gemittelt werden. Beispielsweise über Reflexionsintensitäten der rückgestreuten Strahlung von unterschiedlichen Bereichen des Werkstücks, die jeweils in Einzelmessungen bestrahlt und untersucht werden. Wichtig ist, die Sollwertbereiche Älm, ÄAqm durch Messungen an einer Vielzahl verschiedener Werkstücke 1 der jeweils zu untersuchenden Werkstückgattung zu bestimmen, um fertigungs- oder messtechnische Fehler zu minimieren. Insbesondere ist es sinnvoll die Sollwertbereiche Älm, AAqm durch Messungen an solchen Werkstücken vorzunehmen, die zuvor von Experten durch optische Inaugenscheinnahme als die Qualitätsanforderungen an die Oberfläche erfüllend bewertet wurden, oder die in vordefinierten Grenzwertbereichen für die Qualitätsanforderungen liegen. Anhand der erhaltenen Werte der gemittelten Reflexionsintensitäten lm und Rauheit Aqm können in Abhängigkeit der Expertenbewertung obere und untere Grenzen der jeweiligen Parameter festgelegt werden. Die Sollwertbereiche Älm, AAqm können in der Auswerte- und Steuereinheit abgelegt und gespeichert werden.
Ferner können die Daten der Sollwertbereiche Älm, AAqm auf einem externen Server gespeichert sein, der über eine Daten und/oder Signalverbindung mit der Auswerte- und Steuereinheit verbunden ist. Die Daten der Sollwertbereiche Älm, AAqm können beispielsweise als Funktion des Ortes, des Ausfallwinkels φ, oder der Diodennummer gespeichert werden. Es ist möglich die Daten der Sollwertbereiche Älm, AAqm in periodischen oder aperiodischen zeitlichen Intervallen zu aktualisieren, zu ergänzen oder durch neue Parametersätze auszutauschen. Je nach Fertigungseinheit kann es beispielsweise erforderlich sein die Parametersätze auszutauschen wenn entscheidende Fertigungsparameter verändert werden oder in der gleichen Anlage andere Werkstücke gefertigt werden.
Es kann sich ferner anbieten die Strahlungsquelle und den Streulichtsensor portabel auszubilden, sodass er flexibel in verschiedenen Fertigungsanlagen und/oder Transportlinien zum Einsatz kommen kann. Auch dann ist es unabdingbar die Sollwertbereiche Älm, AAqm Reflexionsintensität lm und der Rauheit Aqm entsprechend anzupassen.
In einem nächsten Schritt b) des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die streuwinkelabhängigen Reflexionsintensitäten I des jeweils zu untersuchenden Werkstücks 1 von dem Sensor gemessen. Jeder Datensatz der Reflexionsintensitäten I beruht dabei auf winkelabhängigen Einzelintensitäten, korrespondierend zu den verschiedenen Ortspositionen des Belichtungsbereichs von dem auf das Werkstück 1 aus der LED einfallenden Lichtstrahl 6 des Durchmessers d. Anschließend wird gemäß Schritt c) aus den gemessenen Reflexionsintensitäten I eine Standardrauheit Aqs ermittelt. Dabei handelt es sich um einen rein optisch bestimmten Rauheitswert. Die Standardrauheit Aqs ist ein Mittelwert aus einer Vielzahl von Einzelwerten, beispielsweise bestimmt aus den ortsabhängigen und streuwinkelabhängig gemessenen Reflexionsintensitäten I verschiedener Ortspositionen des Belichtungsbereichs. Jedoch sind auch andere Mittelungsverfahren vorstellbar, etwa die Mittelung der Reflexionsdaten I aus unterschiedlichen Belichtungsbereichen eines Werkstücks mit anschließender Rauheitsbestimmung.
Liegt die ermittelte Standardrauheit Aqs außerhalb des zuvor ermittelten oder in der Auswerte- und Steuereinheit gespeicherten Sollwertbereichs ÄAqm der Rauheitswerte Aqm, wird von dem Sensor oder der Auswerte- und Steuereinheit eine Negativfeststellung getroffen (Schritt d)) und das Untersuchungsverfahren für das jeweilige Werkstück beendet. Das Werkstück wird aussortiert und aus der Fertigungseinheit und/oder Transportlinie entfernt bzw. nicht freigegeben.
Insofern, es bei der Bestimmung der Standardrauheit Aqs nicht zu einer Negativfeststellung gekommen ist wird gemäß Schritt e) aus den gemessenen Reflexionsintensitäten I eine Standardreflexionsintensität ls ermittelt. Die Standardreflexionsintensität ls ist ein Mittelwert aus einer Vielzahl von Einzelwerten, beispielsweise bestimmt aus den ortsabhängigen und streuwinkelabhängigen gemessenen Reflexionsintensitäten verschiedener Ortspositionen des durch die LED belichteten Bereichs des Werkstücks 1. Liegt die ermittelte Standardreflexionsintensität ls außerhalb des zuvor ermittelten oder in der Auswerte- und Steuereinheit gespeicherten Sollwertbereichs der Reflexionsintensität lm, wird von dem Sensor oder der Auswerte- und Steuereinheit eine Negativfeststellung getroffen (Schritt f)) und das Untersuchungsverfahren für das jeweilige Werkstück beendet. Das Werkstück wird aus der aussortiert und aus der Fertigungseinheit und/oder Transportlinie entfernt bzw. nicht freigegeben.
Insofern, es weder bei der Bestimmung der Standardrauheit Aqs noch bei der Bestimmung der Standardreflexionsintensität ls zu einer Negativfeststellung gekommen ist, wird das Werkstück 1 abschließend klassifiziert, siehe Schritt g) des Verfahrensschemas in Fig. 2. Dazu wird ein vordefinierbarer Teilbereich des Werkstücks 1 untersucht, der größer ist als der reine Belichtungsbereich d des von der Strahlungsquelle bzw. LED ausgesendeten Lichtstrahls. Dies bedeutet, dass die Strahlungsquelle 2, die Detektoreinheit 3 des Sensors und das Werkstück 1 derart zueinander positioniert und verschoben werden, dass der Lichtstrahl 6 an verschiedene Positionen des Werkstücks 1 gelangt und somit an verschiedenen Stellen Streulichtmessungen vorgenommen werden können. Somit kann über einen definierten Ortsbereich des Werkstücks 1 ein Oberflächenprofil der Reflexionsintensitäten I erfasst werden. Die so erhaltenen Reflexionsintensitäten I der Einzelmessungen können zu einem kombinierten Ortsprofil bzw. ortsaufgelösten Profil der Reflexionsintensitäten zusammengesetzt werden. Aus einem solchen Profil der ortsaufgelösten Reflexionsintensitäten I wird erfindungsgemäß die Differenz Intensitätsdifferenz ΔΙ zwischen der maximalen und der minimalen Reflexionsintensität bestimmt. Der für das jeweilige Werkstück ermittelte Wert ΔΙ wird mit vorher an Referenzwerkstücken bestimmten Intensitätsdifferenzen bzw. daraus bestimmten vorgegebenen Sollwerten Älson abgeglichen. Diese Sollwerte Älson werden mit der gleichen Vorgehensweise aus ortsaufgelösten Reflexionsintensitätsprofilen an Referenzwerkstücken ermittelt. Es werden nur solche Referenzwerkstücke für die Intensitätsmessungen verwendet, die vorab von Experten durch optische Inaugenscheinnahme als die Qualitätsanforderungen an die Oberfläche erfüllend bewertet wurden.
Nach dem Abgleich wird die für das zu untersuchende Werkstück 1 ermittelte Intensitätsdifferenz ΔΙ anschließend, z. B. durch die Auswerte- und Steuereinheit als innerhalb, außerhalb oder im Grenzbereich eines gewünschten Intensitätsbereichs Älson liegend klassifiziert. Sofern die Intensitätsdifferenz ΔΙ als außerhalb des gewünschten Intensitätsbereichs Älson liegend bewertet wird, wird das Werkstück aus der Fertigungseinheit und/oder Transportlinie aussortiert. Bei Werkstücken 1 , bei welchen die ermittelte Intensitätsdifferenz ΔΙ als im Grenzbereich des gewünschten Intensitätsbereichs Älson liegend bewertet wird, können die Werkstücke 1 zwar von der Fertigungseinheit oder Transportlinie getrennt und zwischengelagert werden, jedoch kann bei diesen Proben vorgesehen sein eine zusätzliche menschliche Inaugenscheinnahme bzw. visuelle Überprüfung vorzunehmen, bevor die Werkstücke abschließend aussortiert werden.
Mit einem solchen Verfahren kann das zu untersuchende Werkstück 1 hinsichtlich seiner flächigen Oberflächeneigenschaften wie Mustern und/oder Streifen untersucht, bewertet und klassifiziert werden. Je nach Qualitätsanforderungen kann das Werkstück aussortiert oder freigegeben werden. Die Messungen bilden die Grundlage der Streifen- und/oder Mustererkennung. Bezugszeichenliste
1 Werkstück
2 Strahlungsquelle
3 Detektoreinheit
6 Lichtstrahl
5 Detektordiode α Einfallswinkel
φ, Ausfallwinkel
φ,' Detektorposition, Ortsposition
n Anzahl
d Durchmesser
I Reflexionsintensität
lm Reflexionsintensität
ls Standardreflexionsintensität
Aqm Rauheitswert
Aqs Standardrauheit
Alm Sollwertbereich
AAqm Sollwertbereich
ΔΙ Intensitätsdifferenz
Alsoii Intensitätsbereich

Claims

Patentansprüche
Verfahren zur zerstörungsfreien Untersuchung und Klassifizierung eines metallischen Werkstücks (1) mittels Streulichtmessung, unter Verwendung einer Strahlungsquelle (2), eines eine Detektoreinheit (3) aufweisenden Sensors und einer Signal- und/oder datentechnisch mit dem Sensor verbundenen Auswerte- und Steuereinheit, wobei das Werkstück (1) der Bestrahlung durch die Strahlungsquelle (2) unter einem Einfallswinkel (a) ausgesetzt wird und die von dem Werkstück (1) in einer Vielzahl von Ausfallwinkeln (φ,) rückgestreute Strahlung durch die Detektoreinheit (3) als streuwinkelabhängige Reflexionsintensität erfasst wird, und wobei aus den so erfassten Daten streuwinkelabhängige Rauheitswerte bestimmt werden, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: a) Aufgrund von Versuchsreihen Bestimmen von Sollwertbereichen (Älm, Aqm) der Reflexionsintensität (lm) und der Rauheitswerte (Aqm),
b) Messen der streuwinkelabhängigen Reflexionsintensität (I) an dem zu untersuchenden Werkstück (1),
c) Bestimmen einer Standardrauheit (Aqs) des untersuchten Werkstücks (1) aus den nach Schritt b) ermittelten Reflexionsintensitäten (I),
d) Treffen einer Negativfeststellung samt Beendigung des Verfahrens, sofern die Standardrauheit (Aqs) außerhalb des Sollwertbereichs nach Schritt a) liegt, e) Bestimmen einer Standardreflexionsintensität (ls) des untersuchten Werkstücks (1) aus den in Schritt b) ermittelten Reflexionsintensitäten (I),
f) Treffen einer Negativfeststellung samt Beendigung des Verfahrens, sofern die Standardreflexionsintensität (ls) außerhalb des Sollwertbereichs nach Schritt a) liegt,
g) Bestimmen einer Intensitätsdifferenz (ΔΙ) aus dem Maximum und dem Minimum eines Datensatzes von Reflexionsintensitäten (I), wobei sich der Datensatz aus in einer Mehrzahl von Einzelmessungen erfassten Reflexionsintensitäten (I) zusammensetzt, die über einen vorgegebenen Flächenbereich des untersuchten Werkstücks (1) durchgeführt werden, und Klassifizieren des Werkstücks (1) als innerhalb, außerhalb oder im Grenzbereich eines vorgegebenen Intensitätsbereichs (Älson) liegend durch Vergleich der ermittelten Intensitätsdifferenz (ΔΙ) mit vorher an Referenzwerkstücken bestimmten Intensitätsdifferenzen.
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Sollwertbereiche aus gemittelten Daten einer Vielzahl von Messpunkten und einer Vielzahl von Werkstücken (1) berechnet werden.
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Standardrauheit (Aqs) und Standardreflexionsintensität (ls) Mittelwerte aus einer Mehrzahl von Einzelwerten sind.
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Standardreflexionsintensität ls aus der gemäß Schritt b) des Verfahrens nach Anspruch 1 gemessenen streuwinkelabhängigen Reflexionsintensität (I) bestimmt wird, insbesondere durch Mittelwertbildung.
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Standardrauheit (Aqs) aus der gemäß Schritt b) des Verfahrens nach Anspruch 1 gemessenen streuwinkelabhängigen Reflexionsintensität (I) bestimmt wird, insbesondere aus deren Verteilungsunktion.
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle (2) eine LED ist.
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass Detektoreinheit (3) aus einer Vielzahl einzelner Detektordioden (15) gebildet ist.
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor und die Strahlungsquelle verfahrbar angeordnet sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Sollwertbereiche der Reflexionsintensität (lm) und der Rauheitswerte (Aqm) aus Versuchsreihen von Einzel- oder Mehrfachmessungen an einer Vielzahl einzelner Werkstücke (1) bestimmt werden, wobei bei jeder Einzel- oder Mehrfachmessung eine Vielzahl von Werten aufgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelwerte durch arithmetische oder geometrische Mittelwertbildung oder durch exponentielle Glättung bestimmt werden.
1 1. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um ein in-line-Verfahren zur Qualitätskontrolle handelt und die Strahlungsquelle (2) und der Sensor innerhalb oder in Nähe zu einer Fertigungseinheit und/oder Transportlinie angeordnet ist.
12. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das untersuchte Werkstück (1) bei einer Negativfeststellung in Schritt d) oder f) des Verfahrens nach Anspruch 1 aus der Fertigungseinheit und/oder Transportlinie aussortiert wird.
13. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das untersuchte Werkstück (1) bei einer Klassifizierung in Schritt g) des Verfahrens nach Anspruch 1 als außerhalb des vorgegebenen Intensitätsbereichs (Älson) liegend aus der Fertigungseinheit und/oder Transportlinie aussortiert wird.
14. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verfahrensdurchführung über die Auswerte- und Steuereinheit gesteuert wird.
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