CLASEN, Ralf (Keferloherstrasse 117B, München, 80807, DE)
Ansprüche
1. Verfahren zur Erkennung von Materialfehlern, insbesondere Rissen (4), in einem Werkstück (2), wobei das Werkstück (2) mit einem Prüfmittel beaufschlagt wird, welches Farbpigmente enthält, die durch kurzwelliges Licht (10) anregbar sind, das Werkstück (2) anschließend mit kurzwelligem Licht einer Lichtquelle (6) bestrahlt, das vom Werkstück (2) emittierte Licht durch einen Detektor (14) erfasst wird, und die Signale des Detektors (14) durch eine elektronische Auswerteinrichtung (20) zur Ermittlung der Materialfehler ausgewertet werden; oder das vom Werkstück (2) emittierte Licht durch das Auge (118) eines menschlichen Beobachters erfasst wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtquelle (6) ein erster optischer Interferenzfilter (12) zugeordnet ist, welcher das von der Lichtquelle (6) ausgesandte Licht (10) vor dem Auftreffen auf das Werkstück (2) nach Art eines Bandpasses selektiert.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Farbpigmente mit Licht in einem Wellenlängenbereich zwischen 300 nm und 480 nm anregbar sind, dass die Lichtquelle (6) Licht in einem Wellenlängenbereich zwischen 460 nm und 490 nm erzeugt, und dass der erste optische Interferenzfilter (12) einen Transmissionsbereich zwischen 380 nm und 480 nm besitzt.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Detektor (14) ein zweiter optischer Interferenzfilter (16) zugeordnet ist, welcher das vom Werkstück (2) emittierte Licht vor dem Auftreffen auf den Detektor (14) nach Art eines Bandpasses selektiert.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Farbpigmente Licht im Wellenlängenbereich zwischen 500 nm und 600nm emittieren, und dass der zweite optische Interferenzfilter (14) einen Transmissionsbereich zwischen 500 nra und 580 nm für das vom Werkstück (2) emittierte Licht besitzt.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (2) gegenüber dem Detektor (14) mit einer insbesondere konstanten Geschwindigkeit (V) bewegt wird, dass der Detektor eine CCD-Zeilenkamera (14a, 14b) mit wenigsten einer CCD-Zeile (18) umfasst, und dass das Auslesen der lichtempfindlichen Zellen (22) der CCD-Zeile (18) mit einer Geschwindigkeit erfolgt, die proportional zur Geschwindigkeit (V) des Werkstücks (2) ist.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die CCD-Zeilenkamera (14a, 14b) in Bewegungsrichtung des Werkstücks (2) betrachtet wenigstens zwei nebeneinander liegende CCD-Zeilen (18.1, 18.2 bis 18.n) mit jeweils nacheinander auf einer Achse (24) angeordneten korrespondierenden lichtempfindlichen Zellen (22.1, 22.2 bis 22.n) umfasst, und dass die aus zueinander korrespondierenden lichtempfindlichen Zellen (22.1, 22.2 bis 22.n) der ersten und zweiten CCD-Zeilen (18.1, 18.2 bis 18.n) ausgelesenen Signalwerte miteinander addiert werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass dem Auge (118) des Beobachters (114) ein zweiter optischer Filter (116a, 116b) zugeordnet ist, welcher das vom Werkstück (2) emittierte Licht vor dem Auftreffen auf das Auge (118) nach Art eines Bandpasses selektiert.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Farbpigmente Licht im Wellenlängenbereich zwischen 500 nm und 600 nm emittieren, und dass der zweite optische Filter (116a, 116b) ein Interferenzfilter mit einem Transmissionsbereich zwischen 500 nm und 580 nm für das vom Werkstück (2) emittierte Licht ist.
9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Farbpigmente Licht im Wellenlängenbereich zwischen 500 nm und 600 nm emittieren, und dass der zweite optische Filter (116a, 161b) eine Kunststofffolie mit einem im Wesentlichen glockenförmigen Transmissionsbereich zwischen 460 nm und 620 nm, und einem Transmissionsmaximum im Bereich zwischen 500 nm und 550 nm, insbesondere 510 und 530 nm, für das vom Werkstück (2) emittierte licht ist.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Transmission des ersten optischen Interferenzfilters (12) und/oder des zweiten optischen Filters (16; 116a, 116b) im Durchlassbereich größer 90 %, insbesondere größer 98% ist.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (14) mehrere nach Art einer Matrix angeordnete LEDs (8) umfasst, die Licht (10) in einem Wellenlängenbereich zwischen 460 nm und 490 nm emittieren.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (6) kontinuierlich betrieben wird.
13. Anordnung (1) zur Erkennung von Materialfehlern, insbesondere Rissen (4), in einem Werkstück (2), das mit einem Prüfmittel beaufschlagt wird, welches durch Licht anregbare Farbpigmente enthält, mit einer das Werkstück (2) mit Licht (10) bestrahlenden Lichtquelle (6), einem das vom Werkstück emittierte Licht erfassenden Detektor (14) und einer die Signale des Detektors (14) zur Ermittlung der Materialfehler auswertenden elektronischen Auswerteinrichtung (20), zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtquelle (6) ein erster optischer Interferenzfilter (12) zugeordnet ist, welcher das von der Lichtquelle (6) ausgesandte Licht (10) vor dem Auftreffen auf das Werkstück (2) nach Art eines Bandpasses selektiert.
14. Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass dem Detektor (14) ein zweiter optischer Interferenzfilter (16) zugeordnet ist, welcher das vom Werkstück (2) emittierte Licht vor dem Auftreffen auf den Detektor (14) nach Art eines Bandpasses selektiert.
15. Anordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Farbpigmente Licht im Wellenlängenbereich zwischen 500 nm und 600 nm emittieren, und dass der zweite optische Interferenzfilter (16) einen Transmissionsbereich zwischen 500 nm und 580 nm für das vom Werkstück (2) emittierte Licht besitzt.
16. Anordnung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (2) gegenüber dem Detektor (14) mit einer insbesondere konstanten Geschwindigkeit (V) bewegt wird, dass der Detektor eine CCD-Zeilenkamera (14a,
14b) mit wenigsten einer CCD-Zeile (18) umfasst, und dass das Auslesen der wenigstens einen CCD-Zeile (18) mit einer Geschwindigkeit erfolgt, die proportional zur Geschwindigkeit (V) des Werkstücks (2) ist.
17. Anordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die CCD-Zeilenkamera (14a, 14b) in Bewegungsrichtung des Werkstücks (2) betrachtet wenigstens zwei nebeneinander liegende CCD-Zeilen (18.1, 18.2, ...18.n) mit jeweils nacheinander auf einer Achse (24) angeordneten korrespondierenden lichtempfindlichen Zellen (22.1, 22.1, ...22.n) umfasst, und dass die aus den zueinander korrespondierenden lichtempfindlichen Zellen der ersten und zweiten CCD-Zeilen (18.1, 18.2, ...18.n) ausgelesenen Signalwerte zur Ermittlung des
Materialfehlers (4) miteinander addiert werden.
18. Anordnung zur Erkennung von Materialfehlern, insbesondere Rissen (4), in einem Werkstück (2), das mit einem Prüfmittel beaufschlagt ist, welches durch Licht anreg- bare Farbpigmente enthält, umfassend eine Lichtquelle (6), die das Werkstück (2) mit kurzwelligem, die Farbpigmente anregendem Licht (10) bestrahlt, deren vom Werkstück (2) emittiertes Licht durch das Auge (118) eines menschlichen Beobachters (114) erfasst wird, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtquelle (6) ein erster optischer Interferenzfilter (12), zugeordnet ist, welcher das von der Lichtquelle (6) ausgesandte Licht (10) vor dem Auftreffen auf das Werkstück (2) nach Art eines Bandpasses selektiert, und dass dem Auge (118) des Beobachters (114) ein zweiter optischer Filter (116a; 116b) zugeordnet ist, welcher das vom Werkstück (2) emittierte Licht vor dem Auftreffen auf das Auge (118) nach
Art eines weiteren Bandpasses selektiert.
19. Anordnung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (6), das Werkstück (2) und der zweite optische Filter (116a; 116b) räumlich in der Weise zueinander angeordnet sind, dass ausschließlich vom Werkstück (2) emittiertes Licht direkt durch den zweiten optischen Filter (116a; 116b) hindurch in das Auge (118) fällt.
20. Anordnung nach einem der Ansprüche 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Auge (118) des Beobachters (114) und dem Werkstück (2) eine Schutzreinrichtung (120, 122) vorgesehen ist, welche einen direkten Einfall von seitlich am zweiten optischen Filter (116a; 116b) vorbei in Richtung des Auges (118) des Beobachters (114) gestreuten Lichts verhindert.
21. Anordnung nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Beobachter (118) das Werkstück (2) durch eine den zweiten optischen Filter in Form eines Brillenglases (116b) aufweisende Brille (122) oder eine zwischen dem Werkstück (2) und dem Beobachter (118) angeordnete, den zweiten optischen Filter enthaltende Sichtscheibe (116a) hindurch beobachtet.
22. Anordnung nach einem der Ansprüche 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Farbpigmente Licht im Wellenlängenbereich zwischen 500 nm und 600 nm emittieren, und dass der zweite optische Filter (116a,116b) ein Interferenzfilter mit einem Transmissionsbereich zwischen 500 nm und 580 nm für das vom Werkstück (2) emittierte Licht ist.
23. Anordnung nach einem der Ansprüche 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Farbpigmente Licht im Wellenlängenbereich zwischen 500 nm und 600 nm emittieren, und dass der zweite optische Filter (116a, 116b) eine Kunststofffolie mit einem im Wesentlichen glockenförmigen Transmissionsbereich zwischen 460 nm und 620 nm, und einem Transmissionsmaximum im Bereich zwischen 500 nm und 550 nm, insbesondere 510 und 530 nm, für das vom Werkstück (2) emittierte Licht ist.
24. Anordnung nach einem der Ansprüche 13 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (6) mehrere nach Art einer Matrix angeordnete LEDs (8) umfasst, die
Licht in einem Wellenlängenbereich zwischen 460 nm und 490 nm emittieren, und dass jeder LED (8) ein erster optischer Interferenzfilter (12a) zugeordnet ist. |
VERFAHREN UND ANORNUNG ZUR ERKENNUNG VON MATERIALFEHLERN, IN
WERKSTüCKEN
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Erkennung von Materialfehlern in Werkstücken gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 und 13.
Auf dem Gebiet der Werkstoffprüfung werden zur optischen Ermittlung von Beschädigungen und Rissen in Werkstücken Verfahren eingesetzt, bei denen die Werkstücke mit einer Farbstoffpartikel enthaltenen Lösung oder einem Pulver beaufschlagt und anschließend durch eine Beleuchtungseinrichtung, insbesondere in Form einer UV- Lampe, mit kurzwelligem Licht bestrahlt werden.
Durch die Bestrahlung mit kurzwelligem Licht werden die Farbpigmente zur Emission von Fluoreszenz- oder Phosphoreszenzlicht angeregt, welches entweder visuell durch das Auge eines Beobachters oder mit Hilfe von Kameras detektiert wird, die mit einer elektronischen Auswerteinrichtung gekoppelt sind, welche aus den aufgenommenen Lichtintensitäten Materialfehler, insbesondere Risse, ermittelt, an denen sich die Farbpartikel bevorzugt anlagern.
Hierbei kann es bei magnetisierbaren Prüflingen zur Verbesserung des Kontrasts vorgesehen sein, dass die Farbpigmente an magnetisierbare Partikel gebunden sind, wie beispielsweise an Magnetpulver oder Eisenspäne, um durch Anlegen eines externen Magnetfeldes an die Werkstücke eine infolge der entstehenden Streufelder verstärkte Anlagerung der Farbpigmente im Bereich von Rissen zu erhalten.
Ein grundsätzliches Problem bei der visuellen Prüfung von Werkstücken nach den zuvor beschriebenen Verfahren besteht darin, dass es durch den zwangsweisen Einsatz von kurzwelligem Licht im UV-Bereich in der Regel nicht nur zu einer hohen Belastung des menschlichen Auges kommt, sondern dass im Falle eines direkten Kontakts mit der kurzwelligen Strahlung auch Schädigungen der Haut sowie von anderen Organen auftreten
können, wobei sich das Risiko hierfür insbesondere stark erhöht, wenn die Intensität des anregenden UV-Lichts vergrößert wird, um auch bei kleinen Rissen einen ausreichend großen Kontrast zu erhalten, der deren visuelle Erkennung durch das menschliche Auge eines Beobachters überhaupt erst ermöglicht.
Ein solcher hoher Kontrast zwischen Rissen und unbeschädigten Oberflächenteilen eines Werkstücks ist jedoch für eine fehlerfreie visuelle Sichtprüfung zwangsweise erforderlich, da nur hierdurch ein ermüdungsfreies Arbeiten auch über einen längeren Zeitraum hinweg überhaupt erst ermöglicht wird.
Aus dem genannten Grund eignen sich beispielsweise Blitzlampen, die häufig bei einer automatischen Werkstückprüfung eingesetzt werden in der Regel nicht für die visuelle Prüfung der Werkstücke, da die stark schwankenden Lichtintensitäten der Blitzlampen in Verbindung mit der Trägheit des menschlichen Auges zu einer Blendwirkung führen, welche die Möglichkeit zum Erkennen von Fehlern in einem Werkstück ausschließt.
Aus der DE 299 022 18 Ul ist ein Verfahren der zuvor beschriebenen Art bekannt, bei welchem zur Beleuchtung der Prüflinge bekannte Leuchtdioden (LEDs) eingesetzt werden, die Licht mit einer Wellenlänge im Bereich zwischen 200 nm und 970 nm emittieren. Obgleich der Einsatz von LEDs gegenüber den sonst üblicherweise eingesetzten UV- Blitzlampen eine deutliche Verlängerung der Lebensdauer der Beleuchtungseinrichtung mit sich bringt, weist das von den LEDs erzeugte UV-Licht einen vergleichsweise großen Spektralbereich und eine geringe Intensität auf, so dass sich im Vergleich zu UV- Blitzlampen ein geringer Kontrast ergibt, wodurch Risse in nicht homogenen Werkstückoberflächen nur schwer erkennbar sind, was die Fehlerquote bei einer automatischen Rissprüfung von bewegten Werkstücken drastisch erhöht.
Demgemäß ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Anordnung zu schaffen, mit denen sich auch Materialfehler auf inhomogenen Werkstückoberflächen mit hoher Zuverlässigkeit erkennen lassen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale von Anspruch 1, 13 und 18 gelöst.
Weitere Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.
Gemäß der Erfindung wird bei einem Verfahren zur automatischen Erkennung von Materialfehlern, insbesondere von Rissen in oder an Werkstücken, die zuvor mit einem Prüfmittel, insbesondere einer Prüflösung, mit darin enthaltenen Farbpigmenten besprüht oder in diese eingetaucht wurden und bei denen das Werkstück anschließend mit kurz- welligem Licht, insbesondere mit Licht einer UV- oder einer blauen Lichtquelle bestrahlt wird, das vom Werkstück emitierte Licht durch einen Detektor erfasst und die Signale des Detektors durch eine elektronische Auswerteinrichtung zur Ermittlung der Materialfehler ausgewertet. Die Farbpigmente sind hierbei bevorzugt fluoreszierende oder phosphoreszierende Substanzen, die in den gewünschten Wellenlängenbereichen beispielsweise unter der Bezeichnung „Lumogen Gelb" von der BASF AG in Ludwigshafen, Deutschland, vertrieben werden.
Die Werkstücke können hierbei insbesondere auch einem Magnetfeld ausgesetzt sein, wobei die Lösung in diesem Falle an die Farbstoffpigmente gebundene magnetische oder magnetisierbare Partikel wie beispielsweise Eisenpartikel enthält, die sich nach Anlegen des magnetischen Feldes an den Kanten von Rissen in erhöhter Konzentration anlagern. Durch Bestrahlen mit kurzwelligem Licht emittieren die Farbpartikel Fluoreszenzlicht, wodurch die Risse für einen Betrachter in Form von Rissraupen sichtbar werden.
Die Farbpigmente sind bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung' bevorzugt durch Licht in einem Wellenlängenbereich zwischen- 300 nm und 480 nm anregbar, wobei die Lichtquelle das Licht bevorzugt in einem Wellenlängenbereich zwischen 460 nm und 490 nm erzeugt.
Gemäß der Erfindung ist der Lichtquelle zur Erhöhung des Kontrastes ein erster optischer Interferenzfilter zugeordnet, welcher das von der Lichtquelle ausgesandte, bevorzugt blaue Licht, vor dem Auftreffen auf das Werkstück nach Art eines Bandpasses selektiert.
Der erste optische Interferenzfilter besitzt dabei einen Transmissionsbereich, d. h. einen Bereich, in dem das Licht einer vorgegebenen Wellenlänge den Filter nahezu ungehindert passieren kann, der zwischen 380 nm und 480 nm liegt. Die Transmission oder der Transmissionsgrad des optischen Interferenzfilters im Durchlassbereich liegt hierbei vorzugsweise oberhalb von 90 %, besonders bevorzugt sogar oberhalb von 98 %.
Nach einem weiteren der Erfindung zugrundeliegenden Gedanken ist dem Detektor ein zweiter optischer Interferenzfilter zugeordnet, welcher das vom Werkstück emittierte Fluoreszenz- oder Phosphoreszenzlicht vor seinem Auftreffen auf den Detektor nach Art eines Bandpasses wellenlängenspezifisch selektiert.
Obgleich die zuvor genannten Wellenlängenbereiche des ersten Filters sowie der Absorptionsbereich der Farbpigmente auch anders gewählt oder verschoben sein können, wird insbesondere in Kombination mit den Wellenlängenbereichen für die Anregbarkeit der Farbpigmente (300 nm - 480 nm) und dem Wellenlängenbereich für die Lichtquelle (460 nm - 490 nm) sowie dem Transmissionsbereich des ersten optischen Interferenzfilters (380 nm - 480 nm) ein zweiter Interferenzfilter gewählt, der einen Transmissionsbereich für das eingestrahlte Licht zwischen 500 nm und 580 nm besitzt.
In Kombination mit Farbpigmenten, die nach ihrer Anregung Fluoreszenzlicht oder Phosphoreszenzlicht im Bereich zwischen 500 nm und 600 nm emittieren, konnte von der Anmelderin in überraschender Weise ein besonders hoher Kontrast beobachtet werden, der eine automatisierte Erkennung von kleinsten Rissen oder sonstigen Beschädigungen auf Oberflächen von kontinuierlich bewegten Werkstücken in der Praxis überhaupt erst ermöglicht.
Hierbei wurde weiterhin in überraschender Weise gefunden, dass durch die zusätzliche Beschneidung des Anregespektrums durch den ersten optischen Interferenzfilter, welcher einen sehr steilflankigen Absorptionsbereich zwischen insbesondere 380 nm und 480 nm aufweist, gegenüber einer vergleichbaren Vorrichtung, bei der ein solcher Filter nicht zum Einsatz gelangt, ein zusätzlicher Kontrastgewinn zu beobachten ist, der dadurch noch
gesteigert werden kann, dass als Lichtquelle eine schmalbandige LED zum Einsatz gelangt, die im Bereich zwischen 460 nm und 490 nm bläuliches Licht abstrahlt.
Der erste und bevorzugt auch der zweite Interferenzfilter bestehen aus mehreren dünnen Schichten eines dielektrischen transparenten Materials wie z.B. Glimmer oder geeignete Polymere, die im Hochvakuum auf ein geeignetes Substrat, wie insbesondere einen Glasträger, aufgedampft werden. Durch die an den Grenzflächen zweier aneinandergrenzender Schichten erfolgenden Reflexionen eines einfallenden Lichtstrahls und der sich anschließenden überlagerung der reflektierten Wellen kommt es zu Interferenzerscheinungen, durch die in Abhängigkeit von der Dicke der dünnen Schichten Licht eines bestimmten Wellenlängenbereichs durch eine destruktive überlagerung ausgelöscht wird, wohingegen Licht mit einer Wellenlänge im Transmissionsbereich des Filters nahezu ungehindert durch diesen hindurchgelangt.
Gemäß einem weiteren der Erfindung zugrundeliegenden Gedanken lässt sich die Erkennungsrate von Rissen und Oberflächenfehlern bei bewegten Werkstücken, wie z.B. Werkstück-Rohlingen in einer Gießerei, dadurch weiter erhöhen, dass als Lichtquelle eine Vielzahl von nach Art einer Matrix oder eines Arrays in einer Ebene angeordneten Halbleiter-LEDs zur Beleuchtung des Werkstücks eingesetzt werden, deren bläuliches Licht mit einer Wellenlänge im Bereich zwischen 460 nm und 490 nm im Wesentlichen parallel in Richtung zum Werkstück hin abgestrahlt wird. Obgleich hierbei jeder LED ein eigener erster optischer Interferenzfilter zugeordnet sein kann, kommt bevorzugt ein gemeinsamer Interferenzfilter für die gesamte Dioden-Matrix von beispielsweise 4x4- LEDs zum Einsatz.
Zur weiteren Erhöhung der Lichtintensität können zudem auch mehrere Lichtquellen in Form von Dioden-Arrays vorgesehen sein, die das Werkstück während seiner Bewegung kontinuierlich von mehreren Seiten und ggf. überlagernd bestrahlen.
Obgleich als Lichtquelle beispielsweise ebenfalls eine aus dem Stand der Technik bekannte UV-Blitzlampe mit einem entsprechenden Spektrum einsetzbar ist, wird bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die Lichtquelle in Form der LEDs bevorzugt
kontinuierlich betrieben, wodurch sich der zusätzliche Vorteil ergibt, dass bei der Aufnahme von bewegten Werkstücken keine Synchronisation der Werkstückbewegung mit der Lichtquelle erforderlich ist.
Wie von der Anmelderin dabei beobachtet werden konnte, wird insbesondere beim Einsatz von nach Art einer Matrix angeordneten LEDs trotz der gegenüber UV-Blitzlampen deutlich reduzierten Strahlungsintensität aufgrund der überlagerung der Lichtintensitäten der einzelnen LEDs einer Matrix und der in einem großen Raumwinkelbereich im Wesentlichen parallelen Abstrahlung der Lichtwellen eine so hohe Intensität erhalten, dass selbst bei kontinuierlich bewegten Werkstücken in Kombination mit einer kontinuierlich betriebenen Lichtquelle eine hinreichend starke Anregung der Farbpigmente durch die Lichtquelle erfolgt, durch die die Intensität des zu einer größeren Wellenlänge hin verschobenen Fluoreszenz- oder Phosphoreszenzlichtes trotz des zwischengeschalteten ersten und/oder zweiten Interferenzfilters im nachgeordneten Detektor zu Signalen führt, die unter Anwendung bekannter Bildverarbeitungsverfahren eine zuverlässige Erkennung von kleinen Rissen, ermöglicht, welche eine Rissbreite von beispielsweise 20 μm bei einer Geschwindigkeit des Werkstücks von beispielsweise 1 m/s besitzen können.
Nach einem weiteren der Erfindung zugrundeliegenden Gedanken ist der Detektor als eine CCD-Zeilenkamera mit wenigstens einer CCD-Zeile ausgestaltet, wobei das Auslesen der lichtempfindlichen Zellen der CCD-Zeile bei einer kontinuierlichen Bewegung des Werkstücks bevorzugt mit einer Geschwindigkeit erfolgt, die proportional zur Geschwindigkeit des Werkstücks ist.
Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besitzt die CCD-Zeilenkamera in Bewegungsrichtung des Werkstücks betrachtet wenigstens zwei, bevorzugt jedoch 64 oder mehr nebeneinander liegende CCD-Zeilen, bei denen zwei benachbarte nebeneinander liegende lichtempfindliche Zellen - nachfolgend als korrespondierende lichtempfindliche Zellen bezeichnet - nacheinander entlang einer Achse angeordnet sind, die bevorzugt als eine sich parallel zur Bewegungsrichtung des Werkstücks erstreckende Gerade ausgestaltet ist, wenn das Werkstück geradlinig bewegt wird.
Um bei dieser Ausgestaltung der Erfindung die Erkennungsrate weiter zu erhöhen, kann es vorgesehen sein, dass die aus den zueinander korrespondierenden lichtempfindlichen Zellen der CCD-Zeilen ausgelesenen Signalwerte addiert werden, was beispielsweise in digitaler Form durch eine entsprechende Abspeicherung und Addition der Signalwerte in der elektronischen Auswerteinrichtung mit Hilfe eines Mikroprozessors erfolgen kann. Ebenso ist es jedoch denkbar, die Signale zweier oder mehrerer korrespondierender lichtempfindlicher Zellen auf elektronischem Wege durch den Einsatz bekannter elektronischer Bauteile zu addieren, wenn diese mit einer der Werkstück-Geschwindigkeit entsprechenden Geschwindigkeit ausgelesen werden. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die Intensität des von einem Riss emittierten Fluoreszenzlichtes von jeder der korrespondierenden Zellen bei der Vorbeibewegung des Werkstücks nacheinander registriert wird und dort einen der eingefallenen Intensität des emittierten Lichts entsprechenden Signalwert erzeugt. Obgleich die Größe des Signalwerts einer einzelnen Zelle bei kleinen Rissen mitunter nicht ausreicht, einen Riss einwandfrei zu identifizierten, wird durch die erfindungsgemäße Addition der Signalwerte mehrerer oder aller korrespondierender lichtempfindlicher Zellen, die auf einer parallel zur Bewegungsrichtung des Werkstücks verlaufenden Achse angeordnet sind, der aufintegrierte Signalwert um einen Faktor erhöht, der bei einer konstanten Lichtintensität im Wesentlichen der Anzahl der korrespondierenden lichtempfindlichen Zellen entspricht.
Hierdurch wird die Möglichkeit geschaffen, selbst bei sehr schwachen Lichtsignalen, beziehungsweise bei hohen Werkstückgeschwindigkeiten und einer konstanten Beleuchtung mit vergleichsweise niedriger Intensität durch eine entsprechende Vergrößerung der Anzahl der CCD-Zeilen eine zur zuverlässigen Erkennung von Rissen erforderliche Signalhöhe zu erhalten.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird unter entsprechender Anwendung der zuvor beschriebenen Lehre bei einem Verfahren zur visuellen Erkennung von Materialfehlern wie Rissen in oder an Werkstücken, die zuvor mit einem Prüfmittel, insbesondere einer Prüflösung mit darin enthaltenen Farbpigmenten besprüht oder in diese eingetaucht wurden und bei denen das Werkstück anschließend mit kurzwelligem Licht, insbesondere mit Licht einer UV- oder einer blauen Lichtquelle bestrahlt wird, das vom
Werkstück emittierte Licht durch das Auge eines menschlichen Beobachters erfasst, der das Werkstück einer Sichtprüfung unterzieht. Die Farbpigmente sind hierbei bevorzugt fluoreszierende oder phosphoreszierende Substanzen, die in den gewünschten Wellenlängenbereichen beispielsweise unter der Bezeichnung „Lumogen Gelb" von der BASF AG in Ludwigshafen, Deutschland, vertrieben werden.
Die Werkstücke können hierbei insbesondere auch einem Magnetfeld ausgesetzt sein, wobei die Lösung in diesem Falle an die Farbstoffpigmente gebundene magnetische oder magnetisierbare Partikel wie beispielsweise Eisenpartikel enthält, die sich nach Anlegen des magnetischen Feldes an den Kanten von Rissen in erhöhter Konzentration anlagern. Durch Bestrahlen mit kurzwelligem Licht emittieren die Farbpartikel Fluoreszenzlicht, wodurch die Risse für den Betrachter in Form von Rissraupen sichtbar werden.
Die Farbpigmente sind bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bevorzugt durch Licht in einem Wellenlängenbereich zwischen 300 nm und 480 nm anregbar, wobei die Lichtquelle das Licht bevorzugt in einem Wellenlängenbereich zwischen 460 nm und 490 nm erzeugt.
In gleicher Weise wie bei dem zuvor beschriebenen Verfahren zur automatischen Risserkennung ist der Lichtquelle auch im Falle der visuellen Erkennung von
Materialfehler in Werkstücken zur Erhöhung des Kontrastes ein erster optischer Filter, insbesondere ein Interferenzfilter, zugeordnet, welcher das von der Lichtquelle ausgesandte, bevorzugt blaue Licht, vor dem Auftreffen auf das Werkstück nach Art eines
Bandpasses selektiert. Dem Auge des Beobachters, der die Sichtprüfung durchführt, ist ein zweiter optischer Filter, insbesondere ebenfalls ein Interferenzfilter zugeordnet, der das vom Werkstück emittierte Licht vor dem Auftreffen auf das Auge nach Art eines weiteren
Bandpasses wellenlängenspezifisch selektiert. Der zweite optische Filter kann jedoch ebenso eine optisch aktive Folie sein, z.B. eine Polyethylen oder Polyurethanfolie, die das
Licht ebenfalls nach Art eines Bandpasses wellenlängenspezifisch filtert.
Der erste optische Interferenzfilter besitzt dabei einen Transmissionsbereich, d. h. einen Bereich, in dem das Licht einer vorgegebenen Wellenlänge den Filter nahezu ungehindert
passieren kann, der zwischen 380 nm und 480 nm liegt. Die Transmission oder der Transmissionsgrad des optischen Interferenzfilters liegt hierbei im Durchlassbereich vorzugsweise oberhalb von 90 %, besonders bevorzugt sogar oberhalb von 98 %.
Obgleich die zuvor genannten Wellenlängenbereiche des ersten Filters sowie der Absorptionsbereich der Farbpigmente auch anders gewählt oder verschoben sein können, wird insbesondere in Kombination mit den Wellenlängenbereichen für die Anregbarkeit der Farbpigmente (300 nm - 480 nm) und dem Wellenlängenbereich für die Lichtquelle (460 nm - 490 nm) sowie dem Transmissionsbereich des ersten optischen Filters (380 nm - 480 nm) ein zweiter optischer Filter gewählt, der im Falle eines optischen Interferenzfilters einen Transmissionsbereich für das eingestrahlte Licht zwischen 500 nm und 580 nm besitzt.
In Kombination mit Farbpigmenten, die nach ihrer Anregung Fluoreszenzlicht oder Phosphoreszenzlicht im Bereich zwischen 500 nm und 600 nm emittieren, konnte von der Anmelderin in überraschender Weise ein besonders hoher Kontrast beobachtet werden, der eine visuelle augenschonende Erkennung selbst von kleinsten Rissen oder sonstigen Beschädigungen auf den Oberflächen von Werkstücken in der Praxis überhaupt erst ermöglicht.
Hierbei wurde weiterhin in überraschender Weise gefunden, dass durch die zusätzliche Beschneidung des Anregespektrums durch den ersten optischen Filter, welcher bei der Ausgestaltung als Interferenzfilter einen sehr steilflankigen Transmissiosbereich zwischen insbesondere 380 nm und 480 nm aufweist, gegenüber einer vergleichbaren Vorrichtung, bei der ein solcher Filter nicht zum Einsatz gelangt, ein zusätzlicher Kontrastgewinn zu beobachten ist, der dadurch noch gesteigert werden kann, dass als Lichtquelle eine schmalbandige LED zum Einsatz gelangt, die im Bereich zwischen 460 nm und 490 nm bläuliches Licht abstrahlt.
Auch im Falle der visuellen Risserkennung durch das Auge eines Beobachters bestehen der erste und bevorzugt auch der zweite Interferenzfilter bei bevorzugt aus mehreren dünnen Schichten eines dielektrischen transparenten Materials wie z.B. Glimmer oder geeignete
Polymere, die im Hochvakuum auf ein geeignetes Substrat, wie insbesondere einen Glasträger, aufgedampft werden. Durch die an den Grenzflächen zweier aneinandergrenzender Schichten erfolgenden Reflexionen eines einfallenden Lichtstrahls und der sich anschließenden überlagerung der reflektierten Wellen kommt es zu Interferenzerscheinungen, durch die in Abhängigkeit von der Dicke der dünnen Schichten Licht eines bestimmten Wellenlängenbereichs durch eine destruktive überlagerung ausgelöscht wird, wohingegen Licht mit einer Wellenlänge im Transmissionsbereich des Filters nahezu ungehindert durch diesen hindurchgelangt.
Wie von der Anmelderin weiterhin gefunden wurde, ergibt sich in überraschender Weise auch dann noch ein guter optischer Kontrast bei der visuellen Beobachtung von Rissen in der zuvor beschriebenen Weise, wenn gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung anstelle des zweiten optischen Interferenzfilters eine wesentlich günstigere Kunststofffolie, insbesondere eine Beleuchterfolie, zum Einsatz gelangt, die einen im Wesentlichen glockenförmigen Transmissionsbereich zwischen 460 nm und 620 nm mit einem Tansmissionsmaximum im Bereich zwischen 500 nm und 550 nm, insbesondere 510 und 530nm, für das vom Werkstück (2) emittierte Licht besitzt. Durch den Einsatz einer solchen Folie, die z.B. aus Polypropylen oder auch aus einem sonstigen Polymeren bestehen kann, ergibt sich der Vorteil, dass diese zum einen als Massenware auch in größeren Mengen kostengünstig bezogen werden kann, und sich zum anderen durch Zuschneiden sehr leicht an die Form von optischen Hilfseinrichtungen wie insbesondere Sehbrillen etc. anpassen und/oder auf diese z.B. durch Kleben aufbringen lässt. Ebenso lassen sich mit den zuvor erwähnten optisch aktiven Folien sehr kostengünstig überbrillen herstellen, die auch von Brillenträgern nach Art einer Skibrille über ihrer eigentlichen Sehhilfe getragen werden können, um eine Sichtprüfung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren durchzuführen.
Gemäß einem weiteren der Erfindung zugrundeliegenden Gedanken lässt sich die Erkennungsrate von Rissen und Oberflächenfehlern bei ruhenden oder bewegten Werkstücken, wie z.B. Werkstück-Rohlingen in einer Gießerei, dadurch weiter erhöhen, dass als Lichtquelle eine Vielzahl von nach Art einer Matrix oder eines Arrays in einer Ebene angeordneten Halbleiter-LEDs zur Beleuchtung des Werkstücks eingesetzt werden, deren bläuliches Licht mit einer Wellenlänge im Bereich zwischen 460 nm und 490 nm im
Wesentlichen parallel in Richtung zum Werkstück hin abgestrahlt wird. Obgleich hierbei jeder LED ein eigener erster optischer Interferenzfilter zugeordnet sein kann, kommt bevorzugt ein gemeinsamer Interferenzfilter für die gesamte Dioden-Matrix von beispielsweise 4x4-LEDs zum Einsatz.
Zur weiteren Erhöhung der Lichtintensität können zudem auch mehrere Lichtquellen in Form von Dioden-Arrays vorgesehen sein, die das Werkstück von mehreren Seiten ggf. überlagernd bestrahlen. Das Bestrahlen des Werkstücks erfolgt dabei durch einen kontinuierlichen Betrieb der LEDs, wodurch sich der zusätzliche Vorteil eines für das menschliche Auge besonders ruhigen Bilds ergibt.
Wie von der Anmelderin dabei beobachtet werden konnte, wird insbesondere beim Einsatz von nach Art einer Matrix angeordneten LEDs trotz der gegenüber UV-Blitzlampen deutlich reduzierten Strahlungsintensität aufgrund der überlagerung der Lichtintensitäten der einzelnen LEDs einer Matrix und der in einem großen Raumwinkelbereich im Wesentlichen parallelen Abstrahlung der Lichtwellen eine solch hohe Intensität erhalten, dass selbst bei kontinuierlich bewegten Werkstücken in Kombination mit einer kontinuierlich betriebenen Lichtquelle eine hinreichend starke Anregung der Farbpigmente durch die Lichtquelle erfolgt, deren Intensität dazu ausreicht, dass die beschädigten Bereiche trotz des zwischengeschalteten ersten und zweiten Interferenzfilters vom Beobachter als deutlich heller strahlende Rissraupen wahrgenommen werden können.
Hierbei sind die Lichtquelle, das Werkstück und der zweite optische Filter räumlich in der Weise zueinander angeordnet, dass ausschließlich vom Werkstück emittiertes Licht direkt durch den zweiten optischen Filter hindurch in das Auge des Beobachters fällt.
Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist zwischen dem Auge des Beobachters und dem Werkstück eine Schutzreinrichtung, z.B. in Form einer für das Licht nicht durchlässigen Wand, angeordnet, welche verhindert, dass vom Werkstück oder umliegenden Objekten seitlich am zweiten optischen Filter vorbei in Richtung des Auges gestreutes Licht direkt in das Auge des Beobachters fällt. Wie die Anmelderin beobachten
konnte, lässt sich hierdurch der Kontrast nochmals erhöhen, da keine Streustrahlung von umliegenden Objekten in das Auge gelangt und dort zu störenden Lichtreflexen führt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beobachtet der Beobachter das Werkstück durch eine den zweiten optischen Filter aufweisende Sichtscheibe hindurch, die zwischen dem Werkstück und dem Beobachter angeordnet ist, und die beispielsweise in die Schutzreinrichtung eingefasst sein kann.
In gleicher Weise besteht die Möglichkeit, den zweiten Interferenzfilter als Brillenglas auszugestalten, welches in eine entsprechende Schutzbrille eingefasst ist, wobei die Brille mit einem bekannten Seitenschutz versehen sein kann, der wenigstens einem der beiden Augen des Beobachters zugeordnet ist und ein seitliches Einringen von Streulicht verhindert.
Der Einsatz einer solchen Brille, bei der bevorzugt beide Brillengläser als zweite optische Filter, insbesondere Interferenzfilter oder auch als optische Folie oder Folien ausgestaltet sind, ermöglicht ein freies, ungehindertes Arbeiten des Beobachters, welcher das Werkstück zur optischen Sichtprüfung im Bereich des eingestrahlten kurzwelligen Lichts der Lichtquelle oder Lichtquellen frei mit den Händen in die gewünschte Position drehen kann. Hierbei ist es bei der Verwendung einer zuvor beschriebenen Matrix aus Hochleistungs-LEDs, die bläuliches Licht abstrahlen, noch nicht einmal erforderlich, dass besondere Schutzbekleidung wie z.B. UV-resistente Handschuhe oder sonstige UV- resistente Schutzbekleidung getragen werden muss, da die Intensität des Lichts im Vergleich zu bekannten UV-Dampflampen um Größenordnungen geringer ist, und die Wellenlänge des abgestrahlten Lichts im bläulichen Bereich und nicht im UV-Bereich liegt.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die zugehörige Anordnung zur automatischen sowie auch zur visuellen Erkennung von Materialfehlern in insbesondere kontinuierlich bewegten Werkstücken werden nachfolgend mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Anordnung mit insgesamt 3 Lichtquellen und 2 Detektoren, die über einen Winkelbereich von ca. 160° um ein Werkstück herum angeordnet sind, welches sich aus der Zeichenebene heraus, bzw. in diese hinein, bewegt,
Fig. 2 eine schematische räumliche Darstellung eines als CCD-Zeilenkamera mit mehreren nebeneinander liegenden CCD-Zeilen ausgestalteten erfindungsgemäßen Detektors bei der Erfassung eines mit kontinuierlicher Geschwindigkeit am Detektor vorbeibewegten Werkstücks,
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung zur visuellen Erkennung von Materialfehlern mit einem als Sichtschutzscheibe ausgestalteten zweiten optischen Filter sowie insgesamt drei Lichtquellen, die über einen Winkelbereich von ca. 160° um ein Werkstück herum angeordnet sind, welches sich z.B. aus der Zeichenebene heraus, bzw. in diese hinein bewegt, und
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der in Fig. 3 gezeigten Anordnung, bei der der zweite optische Filter in Form eines Brillenglases in einer Schutzbrille aufgenommen ist, welche der Betrachter zur visuellen überprüfung des Werkstücks trägt.
Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung 1 zur automatischen Erkennung von Materialfehlern in einem Werkstück 2, welche insbesondere als Risse 4 auftreten, die in den Zeichnungen aus darstellungstechnischen Gründen deutlich vergrößert dargestellt sind.
Das oder die Werkstücke 2 werden dabei durch ein nicht dargestelltes Transportmittel, wie einem Greifer oder ein Förderband, mit einer konstanten Geschwindigkeit transportiert, die beim Werkstück 2 in Fig. 2 durch den Pfeil V angedeutet ist. Die Bewegungsrichtung des Werkstücks 2 verläuft in Fig. 1 in die Zeichenebene hinein, bzw. aus dieser heraus.
Das Werkstück 2 wurde zuvor in bekannter Weise mit einer Lösung beaufschlagt - beispielsweise in diese eingetaucht oder mit dieser besprüht -, welche fluoreszierende oder phosphoreszierende Farbpigmente enthält, die durch kurzwelliges Licht, beispielsweise blaues Licht oder UV-Licht anregbar sind, und das eingestrahlte Licht ihrerseits wieder als langwelligeres Fluoreszenz- oder Phosphoreszenzlicht emittieren.
Die Farbpartikel lagern sich dabei bevorzugt in Rissen 4 der Werkstücke 2 an, und werden bei einer Bestrahlung mit kurzwelligem Licht in bekannter Weise als Rissraupen sichtbar.
Bei der in Fig. 1 gezeigten erfindungsgemäßen Anordnung 1 wird das kurzwellige Licht bevorzugt durch drei Lichtquellen 6a, 6b und 6c erzeugt, die jeweils eine Vielzahl von LEDs 8 umfassen, die bevorzugt nach Art einer Matrix plan in einer Ebene angeordnet sind und ihr Licht in Form von Lichtstrahlen 10a, 10b und 10c in Richtung zum Werkstück 2 hin abstrahlen.
Zwischen den Lichtquellen 6a, 6b und 6c und dem Werkstück 2 ist in erfindungsgemäßer Weise jeweils ein erster optischer Interferenzfilter 12a, 12b und 12c angeordnet, welcher das von den Lichtquellen 6a, 6b und 6c ausgesandte Licht 10a, 10b und 10c vor dem Auftreffen auf das Werkstück 2 nach Art eines Bandpasses selektiert.
Die erfindungsgemäße Anordnung 1 umfasst weiterhin einen optischen Detektor 14, der gemäß der Ausführungsform von Fig. 1 eine erste CCD-Zeilenkamera 14a und eine zweite CCD-Zeilenkamera 14b enthält, die bezogen auf die Bewegungsrichtung des Werkstücks 2 bevorzugt in der selben Ebene wie die Lichtquellen 6a, 6b, 6c und jeweils zwischen zwei der Lichtquellen angeordnet sind, wie dies in Fig. 1 angedeutet ist. Durch diese wechselweise räumliche Anordnung von Lichtquellen 6a, 6b, 6c und Detektoren 14a, 14b entlang eines Halbbogens oder Kreisbogens um das Werkstück 2 herum ergibt sich eine besonders kompakte Bauform und eine Reduzierung von störenden Lichtreflexen, die insbesondere durch Licht hervorgerufen werden, das direkt von einer Lichtquelle 6 in die Detektoren/Kameras 14 eingestrahlt wird.
Wie den Darstellungen von Fig. 1 und Fig. 2 weiterhin entnommen werden kann, befindet sich vor den CCD-Zeilenkameras 14a, 14b jeweils ein zweiter optischer Interferenzfilter 16a, 16b, der das von den Farbpigmenten im Bereich des Risses 4 emittierte Licht vor dem Auftreffen auf die jeweilige CCD-Zeile 18.1, 18.2 bis 18.n der betreffenden CCD- Zeilenkamera 14a, 14b nach Art eines Bandpasses wellenlängenselektiv filtert.
Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung liegt der Wellenlängenbereich des Lichts, mit welchem die Farbpigmente zur Fluoreszenz bzw. Phosphoreszenz angeregt werden, bevorzugt bei 300 nm bis 480 nm, und das die Farbpigmente anregende Licht der Hochleistungs-LEDs 8 besitzt ein vorzugsweise glockenförmiges Spektrum in einem
Wellenlängenbereich zwischen 460 nm und 490 nm, mit einem Intensitätsmaximum bei ca. 470 nm. Hierbei weist der erste optische Interferenzfilter 12a, 12b, 12c bevorzugt einen Transmissionsbereich zwischen 380 nm und 480 nm auf..
Anders ausgedrückt liegt der Transmissionsbereich des ersten optischen Interferenzfilters 12a, 12b, 12c im Bereich des langwelligen Endes des Anregungsspektrums der Farbpigmente, wobei die obere Grenze von Transmissionsbereich und Anregungsspektrum im Wesentlichen gleich ist. Gleichzeitig wird erfindungsgemäß durch die Hochleistungs- LEDs 8 kurzwelliges, insbesondere blaues Licht mit einem sehr schmalbandigen Wellenlängenbereich eingestrahlt, welcher die obere Grenzwellenlänge (480 nm) des
Transmissionsbereichs des ersten Interferenzfilters sowie des Anregungsspektrums in etwa zur Hälfte überdeckt, wobei das Intensitätsmaximum (470 nm) des eingestrahlten Lichts 10a, Ib, 10c nahe der zuvor genannten Grenzwellenlänge (480 nm) jedoch noch unterhalb von dieser liegt.
Wie in Fig. 1 weiterhin gezeigt ist, sind die beiden CCD-Zeilenkameras 14a und 14b mit einer elektronischen Auswerteinrichtung 20 verbunden, welche die Signale der CCD- Zeilen 18a, 18b bevorzugt mit einer Geschwindigkeit ausliest, die im Wesentlichen proportional zur Geschwindigkeit V des Werkstücks 2 ist. Die Auswerteinheit 20, die in bekannter Weise einen Mikroprozessor und Speicher umfasst, bestimmt aus den jeweiligen Signalwerten der lichtempfindlichen Zellen 22.1 bis 22. n der CCD-Zeilen 18 der Kameras
14a, 14b auf der Basis von bekannten optischen Bildverarbeitungsverfahren das Vorliegen eines Risses 4 im Werkstück 2.
Gemäß der Darstellung von Fig. 2 sind in jeder CCD-Zeilenkamera 14a, 14b bevorzugt mehrere, z.B. 64 CCD-Zeilen 18 auf einem bekannten CCD-Chips angeordnet, wobei benachbart nebeneinander liegende lichtempfindliche Zellen 22.1, 22.2 ... 22.n entlang einer Achse 24 angeordnet sind, die im Wesentlichen parallel zur Bewegungsrichtung V des Werkstücks 2 verläuft.
Um die Erkennungsrate von Rissen 4 auch bei einer kontinuierlichen Beleuchtung des
Werkstücks 2 mit Licht niedriger Intensität auf das erforderliche Maß zu erhöhen, werden die zu der jeweils eingefallenen Lichtmenge korrespondierenden Signalwert zweier benachbarter lichtempfindlicher Zellen 22.1, 22.2 ... 22. n nach dem Auslesen der Zellen durch die elektronische Auswerteinheit 20 miteinander addiert, wodurch bei einer zur Geschwindigkeit V des Werkstücks 2 proportionalen Auslesegeschwindigkeit der benachbarten CCD-Zeilen 18.1, 18.2 ... 18.n der in Fig. 2 gezeigte streifenförmige Bereich 26 fortschreitend nacheinander auf jeder der CCD-Zeilen 18.1, 18.2 ... 18.n abgebildet wird.
Anders ausgedrückt wird durch das Aufsummieren der Signalwerte der korrespondierenden lichtempfindlichen Zellen 22.1, 22.2 ... 22. n mit einer zur Werkstückgeschwindigkeit V proportionalen Geschwindigkeit ein statisches Abbild des vorbeibewegten Werkstücks 2 auf den CCD-Zeilen 18 erzeugt, wodurch sich die Möglichkeit eröffnet, die Menge des von den lichtempfindlichen Zellen erfassten Fluoressenzlichts aufzuintegrieren, um die Auflösung der erfindungsgemäßen Anordnung 1 zu erhöhen.
Weiterhin zeigt Fig. 3 eine erfindungsgemäße Anordnung 101 zur visuellen Erkennung von Materialfehlern in einem Werkstück 2, welche insbesondere als Risse 4 auftreten, die in den Zeichnungen aus darstellungstechnischen Gründen deutlich vergrößert dargestellt sind.
Das oder die Werkstücke 2 werden dabei durch ein nicht dargestelltes Transportmittel, wie einen Greifer oder ein Förderband bevorzugt mit einer konstanten Geschwindigkeit transportiert, oder aber manuell auf einer geeigneten Unterlage positioniert.
Das Werkstück 2 wurde vor der Sichtprüfung in bekannter Weise mit einer Lösung beaufschlagt - beispielsweise in diese eingetaucht oder mit dieser besprüht -, welche fluoreszierende oder phosphoreszierende Farbpigmente enthält, die durch kurzwelliges Licht, beispielsweise blaues Licht oder UV-Licht anregbar sind, und das eingestrahlte Licht ihrerseits wieder als langwelligeres Fluoreszenz- oder Phosphoreszenzlicht emittieren.
Die Farbpartikel lagern sich dabei bevorzugt in Rissen 4 der Werkstücke 2 an, und werden bei einer Bestrahlung mit kurzwelligem Licht in bekannter Weise als Rissraupen sichtbar.
Bei der in Fig. 3 gezeigten erfindungsgemäßen Anordnung 101 wird das kurzwellige Licht bevorzugt durch drei Lichtquellen 6a, 6b und 6c erzeugt, die jeweils eine Vielzahl von LEDs 8 umfassen, die bevorzugt nach Art einer Matrix plan in einer Ebene angeordnet sind und ihr Licht in Form von Lichtstrahlen 10a, 10b und 10c kontinuierlich in Richtung zum Werkstück 2 hin abstrahlen.
Zwischen den Lichtquellen 6a, 6b und 6c und dem Werkstück 2 ist in erfindungsgemäßer Weise jeweils ein erster optischer Filter in Form eines Interferenzfilters 12a, 12b und 12c oder einer optisch aktiven Folie angeordnet, welcher das von den Lichtquellen 6a, 6b und 6c ausgesandte Licht 10a, 10b und 10c vor dem Auftreffen auf das Werkstück 2 nach Art eines Bandpasses wellenlängenspezifisch selektiert.
Wie in der Darstellung von Fig. 3 gezeigt ist, ist zwischen dem Werkstück 2 und dem Auge 118 eines Beobachters 114, der die Sichtprüfung des Werkstücks vornimmt, ein zweiter optischer Filter in Form einer Sichtscheibe 116a aus geeignetem optischen Filtermaterial angeordnet, die in eine ebenfalls schematisch angedeutete Schutzeinrichtung in Form einer Sichtschutzwand 120 eingefasst ist, und die den Blick des Beobachters zwischen den beiden Lichtquellen 6a und 6b hindurch auf das Werkstück 2 gestattet. Das Auge 118 des Beobachters 114 und die Lichtquellen 6a, 6b, 6c befinden sich dabei bevorzugt im
Wesentlichen in einer Ebene. Durch die gezeigte räumliche Anordnung der Lichtquellen 6a, 6b, 6c entlang eines Halbbogens oder Kreisbogens um das Werkstück 2 herum ergibt sich in Kombination mit der zwischen den Lichtquellen angeordneten Sichtscheibe 116a eine besonders kompakte Bauform der Anordnung und eine Reduzierung von störenden Lichtreflexen, die insbesondere durch Licht hervorgerufen werden, das direkt von einer Lichtquelle 6 in das Auge 118 des Beobachters 114 eingestrahlt wird.
Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung liegt der Wellenlängenbereich des Lichts, mit welchem die Farbpigmente zur Fluoreszenz bzw. Phosphoreszenz angeregt werden, bevorzugt bei 300 nm bis 480 nm, und das die Farbpigmente anregende Licht der Hochleistungs-LEDs 8 besitzt ein vorzugsweise glockenförmiges Spektrum in einem Wellenlängenbereich zwischen 460 nm und 490 nm, mit einem Intensitätsmaximum bei ca. 470 nm. Hierbei weist der erste, bevorzugt als Interferenzfilter ausgestaltetet optische Filter 12a, 12b, 12c vorzugsweise einen Transmissionsbereich zwischen 380 nm und 480 nm auf.
Anders ausgedrückt liegt der Transmissionsbereich des ersten optischen Filters 12a, 12b, 12c im Bereich des langwelligen Endes des Anregungsspektrums der Farbpigmente, wobei die obere Grenze von Transmissionsbereich und Anregungsspektrum im Wesentlichen gleich ist. Gleichzeitig wird erfindungsgemäß durch die Hochleistungs-LEDs 8 kurz- welliges, insbesondere blaues Licht mit einem sehr schmalbandigen Wellenlängenbereich eingestrahlt, welcher die obere Grenzwellenlänge (480 nm) des Transmissionsbereichs des ersten optischen Filters sowie des Anregungsspektrums in etwa zur Hälfte überdeckt, wobei das Intensitätsmaximum (470 nm) des eingestrahlten Lichts 10a, Ib, 10c nahe der zuvor genannten Grenzwellenlänge (480 nm) jedoch noch unterhalb von dieser liegt.
Gemäß der Darstellung von Fig. 4 besteht ebenfalls die Möglichkeit, dass der Beobachter 114 das Werkstück 2 durch eine den zweiten optischen Filter als Brillenglas 116b aufweisende Brille 122 hindurch beobachtet, bei der bevorzugt beide Brillengläser 116b aus dem optischen Filtermaterial gefertigt sind, und seitlich an den Brillenbügeln jeweils ein Seitenschutz vorgesehen ist, der den seitlichen Einfall von Licht verhindert,
welches z.B. Tageslicht oder Streulicht aus einer der Lichtquellen 6a, 6b oder 6c sein kann. Der Seitenschutz ist in Fig. 4 aus darstellungstechnischen Gründen nicht mit eingezeichnet.