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Dokumentenidentifikation DE10100467A1 19.07.2001
Titel Vorrichtung zur Untersuchung eines Objektes
Anmelder Visteon Global Technologies, Inc., Dearborn, Mich., US
Erfinder Kang, Hongling, Livonia, Minn., US;
Chen, Xiaolu Lou, Saline, Minn., US;
Wu, Zili, Saline, Minn., US
Vertreter Bonsmann & Bonsmann Patentanwälte, 41063 Mönchengladbach
DE-Anmeldedatum 08.01.2001
DE-Aktenzeichen 10100467
Offenlegungstag 19.07.2001
Veröffentlichungstag im Patentblatt 19.07.2001
IPC-Hauptklasse G01N 21/88
IPC-Nebenklasse G01H 9/00   G01N 29/04   G01M 11/08   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (10) zur Untersuchung von Bauteilen, Teilen oder anderen Objekten (12), insbesondere von Druckguss-Objekten. Die Vorrichtung (10) weist einen herkömmlichen programmgesteuerten Computer (14) mit einer Speichereinheit (16) auf. Der Computer (14) ist unter Verwendung eines Kommunikationsbusses oder Pfades (46) kommunikativ mit Videosensoren oder Kameras (18-26), einer selektiv betätigbaren Stoßvorichtung (28) und einem Vibrationssensor (30) gekoppelt. Der Computer (14) empfängt von den Kameras (18-26) und von dem Sensor (30) erzeugte Signale, verarbeitet und analysiert diese, um zu entscheiden, ob das Objekt (12) "nicht-konform" oder "beschädigt" ist, d. h. zum Beispiel, ob das Objekt (12) Risse, eine unerwünschte Porosität oder Oberflächenfehler aufweist.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Untersuchung eines Objektes, insbesondere zur Untersuchung eines Druckguss- Objektes, mit der Defekte wie Risse, Porosität und Oberflächenfehler innerhalb des Objektes zuverlässig erkannt werden können.

Systeme, Vorrichtungen und Verfahren zur Qualitätsprüfung werden zur Feststellung eingesetzt, ob hergestellte Bauteile, Anordnungen und andere Objekte bestimmte Defekte aufweisen. Beispielsweise werden Vorrichtungen und Verfahren zur Qualitätsprüfung zur Feststellung verwendet, ob Objekte - z. B. Druckgussteile - Defekte wie unerwünschte Risse, Porositäten und/oder Oberflächenfehler aufweisen.

Qualitätsüberprüfungssysteme für Druckguss-Objekte und -Bauteile nach dem Stand der Technik erfordern üblicherweise den Einsatz menschlicher Arbeitskraft, um jedes Druckguss- Objekt oder -Bauteil individuell zu überprüfen. Insbesondere ist bei den bekannten Systemen im Allgemeinen ein menschlicher Prüfer erforderlich, der jedes Druckguss-Objekt oder -Bauteil auf Risse und Oberflächenfehler visuell inspiziert. Wenn keine Defekte auf dem Objekt oder Hauteil visuell festgestellt werden, stößt der Prüfer das Objekt oder Bauteil üblicherweise in bestimmter Weise an und achtet darauf, ob er einen bestimmten Ton oder Nachklang hört, welcher ein Indiz für ein nicht-konformes oder "beschädigtes" Teil ist (zum Beispiel wird ein gebrochenes Druckgussteil typischerweise einen dumpfen Ton oder Klang produzieren). Derartige bekannte Qualitätsüberprüfungssysteme und -verfahren sind in unerwünschter Weise subjektiv (d. h., die Systeme basieren auf der menschlichen audiovisuellen Wahrnehmung und Interpretation, welche von Prüfer zu Prüfer variiert). Dementsprechend sind die bekannten Qualitätsüberprüfungssysteme unzuverlässig, ermüdend, zeitaufwendig und anfällig für menschliche Fehler. Weiterhin sind bei den bekannten Systemen nur verhältnismäßig große Risse und Fehler detektierbar, da kleine Risse und Schäden oft nicht durch das menschliche Auge detektiert oder wahrgenommen werden können bzw. da die auftretenden Ton- oder Klangabweichungen für das menschliche Ohr nicht detektierbar oder wahrnehmbar sind. Im Ergebnis werden bei den bekannten Methoden viele konforme oder "unbeschädigte" Teile fälschlicherweise ausrangiert, wobei andererseits viele beschädigte Teile fälschlicherweise und unerwünschterweise die Prüfung unbeanstandet passieren, was eine unnötig hohe Ausschussrate sowie unerwünschte Qualitätskontrollprobleme zur Folge hat.

Zur Überwindung der genannten Probleme wird mit der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zur Überprüfung eines Objektes bereitgestellt, bei der mehrere Sensoren verwendet werden, um objektive Daten zu sammeln, die mit Rissen, Porosität, Oberflächenfehlern und/oder anderen Defekten des Objektes in Verbindung stehen, und bei der die Daten analysiert werden, um zuverlässig zu entscheiden, ob das Objekt defekt ist.

Eine erste Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zur Untersuchung eines Objektes bereitzustellen, bei der zumindest einige der oben erläuterten Nachteile von bekannten Systemen, Vorrichtungen und/oder Verfahren überwunden werden.

Eine zweite Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zur Untersuchung eines Objektes bereitzustellen, bei der mehrere Sensoren verwendet werden, um festzustellen, ob ein Druckguss-Objekt irgendwelche Defekte wie Risse, Porosität oder Oberflächenfehler aufweist.

Eine dritte Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zur Untersuchung eines Objektes bereitzustellen, bei der visuelle Sensoren und Audio- oder Vibrationssensoren verwendet werden, um zuverlässig festzustellen, ob Defekte innerhalb eines Objektes vorhanden sind, und um basierend auf dieser Feststellung die Objekte richtig zu sortieren.

Ein vierte Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zur Untersuchung eines Objektes bereitzustellen, bei der ohne subjektive menschliche Interpretation entschieden werden kann, ob Defekte innerhalb des Objektes vorhanden sind.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zur Detektion von Defekten innerhalb eines Objektes bereitgestellt, die wenigstens eine Kamera, die selektiv Bilddaten von dem Objekt gewinnt und die ein erstes Datensignal übermittelt, das die gewonnenen Bilddaten repräsentiert; einen Impaktor (impactor), der selektiv das Objekt anstößt und dadurch eine Vibration des Objektes verursacht; wenigstens einen Sensor, der bestimmte Eigenschaften misst, die in Beziehung zur Vibration des Objektes stehen, und ein zweites Datensignal übermittelt, welches die bestimmten Eigenschaften repräsentiert; und einen Controller aufweist, der kommunikativ mit der wenigstens einen Kamera und dem wenigstens einen Sensor gekoppelt ist, der die ersten und zweiten Datensignale empfängt, und der unter Verwendung der ersten und zweiten Datensignale entscheidet, ob das Objekt Defekte aufweist.

Ein Verfahren zur Detektion von Defekten innerhalb eines Objektes enthält die folgenden Schritte: Bereitstellung wenigstens einer Kamera zur Gewinnung erster Bilddaten von dem Objekt; Vergleichen der ersten Bilddaten mit zweiten Bilddaten, die zur Feststellung geeignet sind, ob das Objekt irgendwelche Oberflächenfehler enthält; Anstoßen des Objektes, wodurch das Objekt zur Emission eines akustischen Signals veranlasst wird; Bereitstellen eines Sensors zum Messen des akustischen Signals; und Vergleichen des akustischen Signals mit akustischen Daten, die eine Feststellung ermöglichen, ob das Objekt irgendwelche Risse aufweist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Untersuchung eines Objektes gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung;

Fig. 2 ein Blockdiagramm der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung;

Fig. 3 ein Blockdiagramm zur Veranschaulichung der Funktionalität der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung;

Fig. 4 einen von der Vorrichtung aus Fig. 1 angezeigten Bildschirminhalt, wobei ein untersuchtes Bauteil veranschaulicht wird;

Fig. 5 einen von der Vorrichtung aus Fig. 1 angezeigten Bildschirminhalt, wobei ein Oberflächenfehler, der auf dem untersuchten Bauteil entdeckt worden ist, veranschaulicht wird;

Fig. 6 ein Diagramm, das die Amplitude eines akustischen . Signals über der Zeit für ein nicht beschädigtes Bauteil zeigt;

Fig. 7 ein Diagramm, das die zeitabhängige Amplitude eines akustischen Signals für ein defektes oder gebrochenes Bauteil zeigt;

Fig. 8 ein Diagramm, das die Frequenzantwort eines unbeschädigten Bauteils zeigt; und

Fig. 9 ein Diagramm, das die Frequenzantwort eines beschädigten Bauteils zeigt.

In Fig. 1 ist eine Vorrichtung 10 zur Untersuchung von Bauteilen, Teilen und/oder anderen Objekten 12 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dargestellt. In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Objekte 12 Druckguss-Objekte aus Aluminium oder Magnesium, die möglicherweise einen oder mehrere Defekte wie Risse, eine unerwünschte Porosität und/oder Oberflächenfehler aufweisen. Bei anderen Anwendungen können beliebige Objekte 12 verwendet werden, die bestimmte, auf Defekte innerhalb des Objektes hinweisende visuelle, Vibrations- und/oder Audiocharakteristiken, -eigenschaften oder -signaturen aufweisen.

Wie dargestellt, weist die Vorrichtung 10 einen herkömmlichen programmgesteuerten Mikroprozessor, Controller oder Computer 14 mit einer Speichereinheit 16 auf. Der Computer 14 ist elektrisch, physikalisch und kommunikativ unter Verwendung eines Kommunikationsbusses oder -pfades 46 mit Videosensoren oder Kameras 18-26, mit einer selektiv betätigbaren Anstoß- bzw. Stoßvorrichtung oder einem Stoßgerät 28, und mit einem Laservibrometer oder Vibrationssensor 30 verbunden. Die Kameras 18-26, die Vorrichtung 28 und der Sensor 30 sind funktionell innerhalb einer Untersuchungshülle, einem Untersuchungsgehäuse oder einer Untersuchungskammer 32 angebracht, die gegenüber Vibrationen und akustischen Störungen isoliert ist.

Die Vorrichtung 10 enthält ferner Lichtquellen 34, 36 mit einer oder mehreren diffusen LED-Lichtquellen, die das untersuchte Objekt 12 gut und gleichmäßig ausleuchten. Bei alternativen Ausgestaltungen können andere oder zusätzliche Lichtquellen verwendet werden. Ein Spiegelprisma 38 ist funktionell zwischen der Kamera 18 und dem Sensor 30 angeordnet oder angebracht und ermöglicht, dass das Objekt 12 beleuchtende Lichtstrahlen zur Kamera 18 reflektiert werden. Weiterhin wird durch das Prisma ein Abtaststrahl oder Laser 40 vom Sensor 30 zum Objekt 12 und zurück zum Sensor 30 reflektiert. Ein herkömmliches Förderband oder Fließband 42 mit einem üblichen Controller 41, der kommunikativ mit dem Computer 14 verbunden ist, bewegt und/oder transportiert im Betriebszustand die Objekte 12 zur Untersuchung in die Kammer 32. Bei der bevorzugten Ausgestaltung wird das Objekt 12 vor der Beförderung oder dem Transport in die Kammer 32 an eine Halterung 44 gekoppelt.

Wie nachstehend detaillierter beschrieben, empfängt der Controller 14 Signale, die durch die Kameras 18-26 und den Sensor 30 erzeugt wurden, und verarbeitet und analysiert die empfangenen Signale um festzustellen, ob das Objekt 12 "nicht-konform" oder "defekt" ist (d. h., ob das Objekt 12 Risse, eine unerwünschte Porosität oder Oberflächenfehler aufweist). Auf der Basis dieser Feststellung veranlasst der Controller 14 das Förderband 42 selektiv, das Objekt 12 entweder in eine "Nicht-konform"- bzw. "Defekt"-Objektablage bzw. in einen entsprechenden Kasten 48 oder in eine "Konform"- bzw. "Unbeschädigt"-Objektablage bzw. in einen entsprechenden Kasten 50 abzulegen. In einer optionalen Ausführungsform zeigt der Computer 14 darüber hinaus Bilder, Schäden, Untersuchungsergebnisse sowie andere Daten auf einem herkömmlichen Anzeigegerät 52 an.

In der bevorzugten Ausführungsform umfasst der Controller oder Computer 14 ein oder mehrere allgemein verfügbare, programmgesteuerte mikroprozessorbasierte Computersysteme. Weiterhin verfügt der Controller über signalverarbeitende Software und/oder Schaltungen, die dazu eingerichtet sind, die von den Kameras 18-26 und vom Sensor 30 kommenden Signale zu empfangen, umzusetzen und zu interpretieren. In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Speicher 16 als herkömmliche Speichereinheit ausgebildet, die sowohl dauerhaften als auch temporären Speicher umfasst, und die dazu eingerichtet ist und verwendet wird, zumindest einen Teil der Betriebssoftware zu speichern, die den Betrieb des Computers 14 steuert. Darüber hinaus ist der Speicher 16 dahingehend ausgebildet, selektiv andere Arten von Daten oder Informationen zu speichern, einschließlich Informationen, die mit dem Betrieb der bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung und/oder zugehörigen historischen Daten, Verarbeitungsdaten und/oder Betriebsdaten verbunden sind. Wie nachstehend ausführlicher diskutiert, sind derartige Daten beispielsweise (ohne hierauf beschränkt zu sein) Daten, die die Dimensions- und Geometriespezifikationen des Objektes 12 definieren, Muster (templates), Dimensionstoleranzen, Bilder von konformen oder "unbeschädigten" Objekten, aktuelle Bilder von dem Objekt 12, Vibrationskriterien für "beschädigte" und "unbeschädigte" Teile sowie andere Daten, die vom Computer 14 zur Entscheidungsfindung verwendet werden, ob das Objekt 12 nicht-konform oder "beschädigt" ist. Wie ersichtlich können der Computer 14 und der Speicher 16 weiterhin eine Vielzahl allgemein verfügbarer, verschiedenartiger Chips und Einrichtungen aufweisen, die funktionell und kommunikativ in kooperierender Weise verbunden sind.

Die Kameras 18-26 sind als herkömmliche und kommerziell erhältliche "Charge Coupled Device" (CCD)-Kameras ausgebildet, die innerhalb der Kammer 32 fest montiert sind und die aus verschiedenen Winkeln und Richtungen Bilddaten vom Objekt 12 erfassen und messen. Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfasst insbesondere die Kamera 18 selektiv Bilddaten von der Oberseite des Objektes 12. Die Kameras 20-26 sind ca. 90° voneinander entfernt angeordnet und erfassen selektiv Bilddaten von vier Seiten des Objektes 12. Bei anderen Ausgestaltungen können zusätzliche oder andere Anzahlen von Kameras verwendet werden, um selektiv Informationen von allen Oberflächen des Objektes 12 zu erfassen. Jede der Kameras 18-26 übermittelt ein die erfassten Bilder repräsentierendes Datensignal an den Computer 14, welcher die erfassten Bilder verarbeitet und zur Entscheidung verwendet, ob irgendwelche Fehler oder Defekte auf der Oberfläche des Objektes 12 vorhanden sind. Die Kameras 18-26 können Vorrichtungen oder Schaltungen zur Filterung und/oder Verarbeitung enthalten (zum Beispiel Tiefpass-, Hochpass- und/oder Bandpassfilter), die die gemessenen und/oder erfassten Bilddaten filtern und/oder verarbeiten, bevor die Daten an den Computer 14 weitergeleitet werden.

Die Stoßvorrichtung oder das Stoßgerät 28 ist als herkömmlicher und selektiv betätigbarer piezoelektrischer Wandler oder "PZT" Impaktor ausgebildet. Die Vorrichtung 28 enthält eine Stoßeinrichtung oder einen Hammer 27, der kontrolliert betätigt wird und mit einer vorgegebenen Kraft gegen das Objekt 12 schlägt, sowie einen piezoelektrischen Sensor 29, der an dem Hammer 27 angeordnet ist und den Wert der tatsächlichen Schlag- oder Stoßkraft misst oder detektiert und diesen Wert an den Controller 14 übermittelt.

Das Laservibrometer oder der Vibrationssensor 30 ist als übliches Vibrationsmessungsgerät ausgebildet, das die Vibrationscharakteristiken, -eigenschaften oder -antworten des Objektes 12 sensorisch erfasst, nachdem das Objekt 12 durch den Impaktor 28 angestoßen wurde. In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung projiziert der Sensor 30 einen Laserstrahl 40 auf das Objekt 12 und erfasst oder misst Variationen in der Reflexion des Strahles 40, die durch die Vibration des Objektes 12 verursacht werden. Der Sensor 30 übermittelt unter Verwendung des Busses 46 ein Datensignal an den Computer 14, welches die gewonnenen Daten repräsentiert. Der Computer 14 verwendet diese Daten, um die Vibrationseigenschaften und/oder -charakteristiken des Objektes 12 zu bestimmen, wie zum Beispiel die primären oder Resonanzfrequenzen des Objektes 12, die Vibrationsantwort des Objektes 12 und den Dämpfungskoeffizienten des Objektes 12.

Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel wird das Laservibrometer 30 durch ein oder mehrere herkömmliche Mikrofone oder akustische Sensoren ersetzt, welche in verhältnismäßig großer Nähe zum Objekt 12 angeordnet sind und selektiv die von dem Objekt 12 ausgehenden akustischen Signale messen, und die ein Datensignal an den Computer 14 übermitteln, das den gewonnenen Daten entspricht. Der Computer 14 verwendet die gewonnenen Daten, um die akustische Antwort bzw. die Eigenschaften des Objektes 12 zu bestimmen. Der Sensor 30 kann Vorrichtungen oder Schaltungen zur Filterung und/oder Verarbeitung enthalten (zum Beispiel Tiefpass-, Hochpass- und/oder Bandpassfilter), welche die gemessenen oder erfassten Vibrations- bzw. akustischen Daten filtern und/oder verarbeiten, bevor die Daten an den Computer 14 gesandt werden.

Um den Funktionsablauf bei der bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung 10 näher zu erläutern, wird nunmehr auf das (Ablauf-) Flussdiagramm 60 gemäß Fig. 3 Bezug genommen. Sobald das Objekt 12 an der Halterung 44 befestigt worden ist, übermittelt der Controller 14 ein Signal an den Förderbandcontroller 41, was das Förderband 42 - wie in Funktionsblock oder Schritt 62 dargestellt - dazu veranlasst, das Objekt 12 in die Kammer 32 zu bewegen. Die Kammer 32 wird dann abgedichtet oder verschlossen, und, wie in Schritt 64 dargestellt, die Untersuchung auf Oberflächenfehler begonnen. Die Bilddaten und/oder Bilder des Objektes 12 werden von jeder der Kameras 18-26 gewonnen und dem Computer oder Controller 14 unter Verwendung des Kommunikationsbusses oder Pfades 46 mitgeteilt (Schritt 66). In einer möglichen Ausführungsform werden die Bilder von den Kameras 18-26 der Reihe nach gewonnen und nacheinander dem Computer oder Controller 14 mitgeteilt. In einer alternativen Ausführungsform werden die Bilder im Wesentlichen gleichzeitig oder parallel gewonnen und übermittelt.

Im Funktionsblock oder Schritt 68 werden die gewonnenen Bilddaten verarbeitet und analysiert. Unter Verwendung von üblicher Software und üblichen Algorithmen für maschinelles Sehen vergleicht der Computer oder Controller 14 insbesondere die empfangenen Daten, die das Objekt 12 beschreiben, mit einer oder mehreren Spezifikationen, Dimensionen und/oder Beispielbildern, die innerhalb einer oder mehreren Datenbanktabellen des Speichers 16 gespeichert sind und Spezifikationen, Dimensionen und/oder Bilder von konformen oder unbeschädigten Objekten des Typs des Objekts 12 repräsentieren. In der bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung enthält der Speicher 16 verschiedene Spezifikationen, Dimensionen und Bilder für verschiedene Arten von Objekten oder Bauteilen, die durch das System 10 untersucht werden. Der Computer 14 vergleicht die Bilder der Kameras 18-26 unter Verwendung von herkömmlicher Graphikanalysesoftware und analysiert automatisch die Unterschiede zwischen den Bildern des Objektes 12 und den gespeicherten Bildern von "konformen" oder "unbeschädigten" Objekten des Typs des Objekts 12. Speziell vergleicht der Computer 14 die verschiedenen geometrischen und Dimensionsmessungen des Objektes 12 mit den gewünschten oder "konformen" geometrischen und Dimensionsspezifikationen und mit Akzeptanzkriterien, die im Speicher 16 gespeichert sind. Der Computer 14 vergleicht diese gespeicherten und gewonnenen Bilder auch, um zu entscheiden, ob irgendwelche Oberflächenfehler oder Unvollständigkeiten auf dem Objekt 12 vorhanden sind. In der bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden die während dieses Überprüfungsprozesses erzeugten Ergebnisse und Bilder der Anzeige 52 übermittelt.

In den Fig. 4 beziehungsweise 5 sind Bildschirminhalte 90 und 94 dargestellt, die in einem Anwendungsbeispiel der Erfindung von dem System 10 erzeugt und angezeigt werden. Der Bildschirminhalt 90 gemäß Fig. 4 stellt die Aufsicht auf ein Lichtmaschinengehäuse 92 dar, welches durch die Vorrichtung 10 überprüft wird. Der Bildschirminhalt 94 von Fig. 5 stellt einen Fehler 96 dar, der auf der oberen Oberfläche des Lichtmaschinengehäuses 92 festgestellt worden ist.

Wie in Schritt 70 dargestellt, wird das Objekt 12 "zurückgewiesen", wenn der Computer 14 feststellt, dass das Objekt 12 entweder in Bezug auf Dimensionstoleranzen oder aufgrund der Größe und/oder Menge von Oberflächenfehlern die Akzeptanzkriterien nicht erfüllt. Im Funktionsblock oder Schritt 72 wird das zurückgewiesene Bauteil oder Objekt 12 unter Verwendung des Förderbandes 42 in den Kasten oder den Behälter 48 für nicht-konforme oder beschädigte Bauteile gelenkt oder transportiert. Nachdem das Objekt 12 in dem Kasten 48 abgelegt worden ist, wird das Testverfahren erneut gestartet, und das nächste Objekt 12 auf dem Förderband 42 wird in die Kammer 32 bewegt.

Wenn das Objekt 12 die gespeicherten Toleranzen und/oder Akzeptanzkriterien in Bezug auf die Dimensionen, die Geometrie und/oder die Größe/Anzahl von Fehlern erfüllt, beginnt der Computer 14 mit der Bruch-/Porositätsuntersuchung, wie in Schritt 74 dargestellt. Der Computer sendet ein Befehlssignal an den Impaktor 28, was den Impaktor 28 - wie in Schritt 76 gezeigt - dazu veranlasst, das Objekt 12 mit einer vorgegebenen Kraft und Geschwindigkeit anzuschlagen. Die tatsächliche Schlagkraft und Geschwindigkeit wird durch den piezoelektrischen Sensor 29 gemessen und dem Computer 14 zur Verwendung bei der Vibrations- und/oder akustischen Analyse des Objektes 12 mitgeteilt.

In Schritt 78 wird die Vibrationsantwort oder "Signatur" des Objektes 12 durch das Vibrometer 30 erfasst und/oder gemessen. Bei alternativen Ausgestaltungen wird die akustische Antwort oder Signatur des Objektes 12 unter Verwendung von einem oder mehreren Mikrofonen erfasst und/oder gemessen.

Die gemessene Vibration und/oder die akustischen Daten werden dann dem Computer 14 mitgeteilt, wo sie wie im Funktionsblock oder Schritt 80 gezeigt analysiert werden. Insbesondere vergleicht der Computer 14 die Vibrations- und/oder akustischen Daten, die er vom Objekt 12 empfängt, mit Vibrations- und/oder akustischen Daten, die im Speicher 16 gespeichert sind und "konformen" oder "unbeschädigten" Teilen entsprechen (das heißt Teilen ohne Risse und mit einem akzeptablen Niveau bezüglich der Porosität). In der bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vergleicht der Computer 14 die Frequenzantwort des Objektes 12 mit einer "erwarteten" oder vorgegebenen Frequenzantwort eines konformen Objektes desselben Objekttyps. Der Computer 14 vergleicht ferner die Antwort des Objektes 12 im "Zeitbereich" mit einer erwarteten oder vorgegebenen Antwort des konformen Objektes im zeitbereich. Insbesondere wird die Frequenzantwort für einen oder mehrere primäre oder resonante Frequenzwerte des Objektes 12 analysiert und mit einem oder mehreren vorgegebenen oder bekannten primären oder resonanten Frequenzwerteri eines konformen Objektes verglichen. Zusätzlich wird die Zerfalls- bzw. Abklingrate oder der "exponentielle Abklingkoeffizient" der Zeitbereichs-Antwort der Vibration oder des akustischen Signals in üblicher Weise berechnet und mit der Abklingrate oder dem "exponentiellen Abklingkoeffizienten" der Vibration und/oder des akustischen Signals verglichen, die durch ein konformes Objekt erzeugt werden, wenn das konforme Objekt durch den Impaktor 28 mit derselben Kraft und/oder Geschwindigkeit angestoßen wird.

Es sei darauf hingewiesen, dass die folgende Analyse eine verlässliche Anzeige für Risse und für Porosität gewährleistet, da das Vorhandensein von Rissen und Porosität in einem Objekt typischerweise die Frequenzantwort des Objektes verändert und die Dämpfungsfaktoren erhöht. Beispielhaft ist die Amplitude eines akustischen Signals, das von einem Druckguss-Objekt (zum Beispiel einem Lichtmaschinengehäuse) ohne Risse erzeugt wird, in dem Diagramm 100 von Fig. 6 dargestellt. Die Amplitude fällt über die Zeit mit einer langsameren Rate ab als die Amplitude eines akustischen Signals eines ähnlichen Druckguss-Objektes (zum Beispiel eines Lichtmaschinengehäuses) mit Rissen, welche in dem Diagramm 110 von Fig. 7 dargestellt ist. Weiterhin ist die primäre oder Resonanzfrequenz 122 eines Druckguss-Objektes ohne Risse, die in dem Diagramm 120 von Fig. 8 dargestellt ist, größer als die primäre oder Resonanzfrequenz 132 eines ähnlichen Druckguss-Objektes mit Rissen, die im Diagramm 130 von Fig. 9 dargestellt ist.

Wie in Schritt 82 dargestellt, entscheidet der Computer 14, dass das Objekt 12 "beschädigt" oder "nicht-konform" ist und weist das Teil zurück, wenn entweder die primäre oder Resonanzfrequenz des Objektes 12 oder der exponentielle Abklingkoeffizient außerhalb bestimmter Akzeptanzkriterien oder Toleranzen liegen, die im Speicher 16 abgelegt sind. Wenn der Computer 14 entscheidet, dass das Objekt 12 konform ist, akzeptiert er wie in Schritt 84 dargestellt das Objekt 12 und übermittelt ein Befehlssignal an den Förderbandcontroller 41, wodurch die Förderanordnung 42 das Objekt 12 in einen "konformen" Kasten oder Behälter 50 bewegt. Sobald das Objekt 12 an den Kasten 50 abgeliefert wurde, wird das Testverfahren erneut gestartet, und das nächste Objekt 12 auf der Förderlinie 42 in die Kammer 32 bewegt.

Es sei darauf hingewiesen, dass die Vorrichtung 10 durch Verwendung von sowohl Bilddaten als auch akustischen Daten zuverlässig das Vorhandensein von Oberflächenfehlern, von Porosität und von Rissen innerhalb des Objektes 12 detektiert. Darüber hinaus vollzieht die Vorrichtung 10 diese Überprüfung oder Detektionsprozedur auf objektive Art und Weise, ohne sich auf die subjektive menschliche Interpretation zu verlassen. Weiterhin ermöglichen der Computer 14, die Kameras 18-26 und der Sensor 30 gemeinsam mit der Vorrichtung 10 die Detektion verhältnismäßig kleiner Defekte, Unvollständigkeiten und/oder Unregelmäßigkeiten, die andernfalls für das menschliche Auge oder Gehör nicht erkennbar oder wahrnehmbar wären.


Anspruch[de]
  1. 1. Vorrichtung (10) zur Detektion von Defekten innerhalb eines Objektes (12), enthaltend:

    wenigstens eine Kamera (18-26), die selektiv Bilddaten von dem Objekt gewinnt und die ein die gewonnenen Bilddaten repräsentierendes erstes Datensignal übermittelt;

    einen Impaktor (28), der das Objekt selektiv anstößt, wodurch das Objekt zu Vibrationen veranlasst wird;

    wenigstens einen Sensor (30), der bestimmte, mit der Vibration des Objektes in Beziehung stehende Eigenschaften misst, und der ein die bestimmten Eigenschaften repräsentierendes zweites Datensignal übermittelt; und

    einen Controller (14), der mit der wenigstens einen Kamera und dem wenigstens einen Sensor kommunikativ gekoppelt ist, der die ersten und zweiten Datensignale empfängt, und der unter Verwendung der ersten und zweiten Datensignale entscheidet, ob das Objekt Defekte aufweist.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Controller (14) unter Verwendung des ersten Datensignals bestimmt, ob das Objekt (12) Oberflächenfehler enthält.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Controller (14) unter Verwendung des zweiten Datensignals entscheidet, ob das Objekt (12) Risse enthält.
  4. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Sensor ein Laservibrometer (30) aufweist, welches eine Vibrationsfrequenzantwort des Objektes (12) misst.
  5. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das vibrierende Objekt (12) ein akustisches Signal emittiert und dass der wenigstens eine Sensor ein Mikrofon aufweist, welches das akustische Signal misst.
  6. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine isolierte Kammer (32), in der die wenigstens eine Kamera (18-26), der Impaktor (28) und der wenigstens eine Sensor (30) enthalten sind.
  7. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Controller (14) jedes der ersten und zweiten Datensignale mit wenigstens einem vorgegebenen Spezifikationswert vergleicht, um festzustellen, ob das Objekt (12) defekt ist.






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