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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Identifikation eines Bauteils anhand wenigstens eines Bauteil-inhärenten Identifikationsmerkmals gemäß dem Anspruch 1. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Erzeugung von Identifikationsdaten zur Nutzung in dem zuvor genannten Verfahren gemäß dem Anspruch 10, eine Einrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens gemäß Anspruch 11 sowie ein Computerprogramm gemäß Anspruch 12.
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Allgemein betrifft die Erfindung die Identifikation von Bauteilen anhand wenigstens eines Bauteil-inhärenten Identifikationsmerkmals. Mittels einer solchen Identifikation kann ein bestimmtes Bauteil nach seiner Herstellung später jederzeit wiedererkannt werden. Mit Wiedererkennung bzw. Identifikation des Bauteils ist gemeint, dass zumindest mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit festgestellt werden kann, dass es sich tatsächlich um das identische Bauteil handelt und nicht um ein z. B. baugleiches, aber anderes Bauteil oder ein anderes Bauteil der gleichen Herstellungsserie. Insofern erlaubt die Erfindung eine eindeutige Identifikation des Bauteils.
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Ein Verfahren zur Identifikation eines Bauteils anhand wenigstens eines Bauteil-inhärenten Identifikationsmerkmals ist aus der
DE 10 2011 110 478 A1 bekannt. Beim dortigen Verfahren werden Oberflächeneigenschaften des Bauteils ausgewertet, z. B. bei der Bauteilherstellung erzeugte Schleifabdrücke. Unterliegt das Bauteil bei seiner Benutzung einem äußeren Verschleiß an seiner Oberfläche, kann es vorkommen, dass eine Wiedererkennung des Bauteils erschwert wird oder sogar unmöglich wird. Weitere derartige Vorschläge sind aus der
DE 32 16 867 A1 und der
US 2007/0119518 A1 bekannt.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Identifikation eines Bauteils anzugeben. Ferner soll ein Verfahren zur Erzeugung von Identifikationsdaten, eine Einrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens sowie ein Computerprogramm dafür angegeben werden.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Identifikation eines Bauteils gemäß Anspruch 1 gelöst.
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Die Erfindung hat den Vorteil, dass wenigstens ein Bauteil-inhärentes Identifikationsmerkmal ausgewertet wird, das im Inneren des zu prüfenden Bauteils nachweisbar ist. Hierdurch ist das erfindungsgemäße Verfahren besonders manipulationssicher und eignet sich auch für Bauteile, die im Betrieb einem äußeren Verschleiß unterliegen. Da die Untersuchung des zu prüfenden Bauteils zerstörungsfrei erfolgt, kann das Identifikationsverfahren jederzeit durchgeführt werden, je nach verwendeter Prüfeinrichtung sogar bei noch eingebautem Bauteil. Die Erfindung eignet sich daher für alle Bereiche, in denen es auf eine zuverlässige Wiedererkennung eines Bauteils ankommt. Insbesondere eignet sich die Erfindung auch für sicherheitsrelevante Bereiche, z. B. für die Identifikation von Bauteilen in der Luftfahrtindustrie, aber auch für Bereiche wie Nukleartechnik, Eisenbahntechnik, Wehrtechnik und ähnliche Bereiche. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können ungültige, gefälschte oder nicht korrekt zertifizierte Bauteile erkannt werden und von korrekten Bauteilen unterschieden werden.
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Ein weiterer Vorteil ist, dass keine gesonderte Markierung oder Plakette an dem Bauteil angebracht werden muss, wodurch die Gefahr von Manipulationen deutlich reduziert wird. Außerdem wird der Aufwand für die Herstellung verringert, da kein gesonderter Schritt für die Anbringung der Markierung oder Plakette erforderlich ist.
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Die eindeutigen Identifikationsdaten des zu identifizierenden Bauteils werden vorab in einem Datenerfassungsschritt nach der Herstellung des zu identifizierenden Bauteils erfasst. Der Datenerfassungsschritt wird vorteilhafterweise vor der ersten bestimmungsgemäßen Verwendung des zu identifizierenden Bauteils durchgeführt. Der Datenerfassungsschritt kann z. B. vor dem ersten Inverkehrbringen des zu identifizierenden Bauteils durchgeführt werden, z. B. vor dessen Verkauf oder Auslieferung.
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In einem späteren Wiedererkennungsschritt, der jederzeit z. B. bei eingebautem Bauteil durchgeführt werden kann, werden die Prüfdaten bestimmt. Die Prüfdaten werden mit den Identifikationsdaten verglichen. Das Auswerten des Vergleichs und Bestimmen, ob das zu prüfende Bauteil identisch mit dem zu identifizierenden Bauteil ist, kann z. B. derart durchgeführt werden, dass geprüft wird, ob die Abweichungen zwischen den Prüfdaten und den Identifikationsdaten ein vorbestimmtes Maß nicht überschreiten. Wenn dies der Fall ist, kann ein Ausgangssignal abgegeben werden, das eine Identität des zu prüfenden Bauteils mit dem zu identifizierenden Bauteil signalisiert. Andernfalls kann ein Ausgangssignal abgegeben werden, das die Identität nicht signalisiert. Auf diese Weise ist eine einfache Unterscheidung möglich, ob es sich um das identische Bauteil handelt oder nicht.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird als Prüfeinrichtung eine für Materialuntersuchungen geeignete Prüfeinrichtung verwendet, wobei die Prüfdaten ganz oder teilweise anhand von Signalen der Prüfeinrichtung erzeugt werden, die nicht die bei einer Materialuntersuchung erwünschten Daten sind. So können z. B. die Prüfdaten anhand von Signalen erzeugt werden, die normalerweise bei einer Materialuntersuchung durch die Prüfeinrichtung unterdrückt werden. Hierzu kann die Prüfeinrichtung entsprechend modifiziert werden, sodass die unterdrückten Signale ausgewertet werden können und unter Umständen die bei einer Materialuntersuchung gewünschten Signale ganz oder teilweise ausgeblendet werden. Als Materialuntersuchung wird in diesem Zusammenhang insbesondere eine Untersuchung eines Bauteils auf Defekte wie z. B. innere Risse oder sonstige Materialunregelmäßigkeiten verstanden.
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Als Prüfeinrichtung können dabei diverse Arten von Prüfeinrichtungen verwendet werden, wie z. B. optische Prüfeinrichtungen, mit Röntgenstrahlung arbeitende Prüfeinrichtungen, mit Ultraschall arbeitende Prüfeinrichtungen, thermografische Prüfeinrichtungen, Wirbelstromprüfeinrichtungen, Terahertzspektroskopie-Prüfeinrichtungen und weitere. Bestimmte Arten von Prüfeinrichtungen, wie z. B. Ultraschallprüfeinrichtungen oder thermografische Prüfeinrichtungen, sind aufgrund ihres Funktionsprinzips besonders geeignet für die Erfassung der Prüfdaten an dem zu prüfenden Bauteil, wenn es sich noch im eingebauten Zustand befindet. Dies hat den Vorteil, dass ein Ausbauen des Bauteils nicht erforderlich ist, was Zeit und Kosten spart.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung werden zur Erfassung der Prüfdaten Rauschsignale und/oder Störsignale der Prüfeinrichtung ausgewertet, insbesondere die Amplitude solcher Signale. Durch die Nutzung solcher ansonsten häufig unerwünschten Signale lassen sich Identifikationsdaten und Prüfdaten erzeugen, die sehr charakteristisch für das jeweilige Bauteil sind und wie ein Fingerabdruck eindeutig sind und sich damit für eine Identifizierung besonders eignen.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung werden die Prüfdaten anhand einer durch die Prüfeinrichtung ermittelten Kornorientierung eines metallischen Materials des zu prüfenden Bauteils erfasst. Dies erlaubt insbesondere bei Bauteilen, die ganz oder teilweise aus Metall sind, eine besonders sichere Identifikation anhand des Charakteristikums des spezifischen metallurgischen Gefüges. Hierbei ist eine Erkennung der Orientierung ganzer Körner des Gefüges möglich.
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Die Erfindung eignet sich jedoch auch für Bauteile, die keine metallischen Anteile haben, z. B. für Kunststoffbauteile. So können z. B. bei Faserverbundbauteilen bestimmte Faserstruktureigenschaften, die charakteristisch für ein bestimmtes Bauteil sind, als Prüfdaten oder Identifikationsdaten erfasst werden. Im Falle von Schaumstoffen kann z. B. ein Charakteristikum aus der Porosität abgeleitet werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird beim Vergleichen der Prüfdaten mit dem Identifikationsdaten wenigstens ein Korrelationskoeffizient zwischen diesen Daten bestimmt und von einer Identität des zu prüfenden Bauteils mit dem zu identifizierenden Bauteil ausgegangen, wenn der Korrelationskoeffizient einen bestimmten Mindestwert erreicht oder überschreitet. Dies hat den Vorteil, dass anhand einer definierten mathematischen Vorgehensweise eine sichere Identifikation des zu prüfenden Bauteils durchgeführt werden kann. Der Vergleichs- und Auswerteschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens kann dadurch gut automatisiert werden, z. B. durch einen Computer oder sonstigen Rechner, insbesondere in Form eines Mikroprozessors oder Mikrocontrollers.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung werden die Prüfdaten über einen bestimmten eindimensionalen oder zweidimensionalen Bereich der Oberfläche des zu prüfenden Bauteils und/oder ein bestimmtes eindimensionales oder zweidimensionales Tiefenprofil des zu prüfenden Bauteils mittels der Prüfeinrichtung erfasst. Das bedeutet, dass z. B. ein Prüfkopf der Prüfeinrichtung über den bestimmten eindimensionalen oder zweidimensionalen Bereich der Oberfläche des zu prüfenden Bauteils relativ zum zu prüfenden Bauteil bewegt werden kann und/oder die Prüftiefe des Prüfkopfs über ein bestimmtes eindimensionales oder zweidimensionales Tiefenprofil des zu prüfenden Bauteils variiert wird. Dies kann z. B. vorteilhaft mittels einer Ultraschallprüfeinrichtung durchgeführt werden. Auf diese Weise kann je nach Art des Bauteils und der erforderlichen Menge an zu erfassenden Prüfdaten ein mehr oder weniger großer Volumenbereich des zu prüfenden Bauteils untersucht werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird bei der Erfassung der Prüfdaten eine Filterung der erfassten Daten abhängig von der Ortskoordinate der Datenerfassung im Volumen des Bauteils durchgeführt. Im Fall einer Ultraschallprüfeinrichtung kann die Ortskoordinate, insbesondere hinsichtlich der Prüftiefe im Bauteil, anhand der Laufzeit der Ultraschallsignale bestimmt werden. Diese Weiterbildung hat den Vorteil, dass durch gezielte Umschaltung auf unterschiedliche Filter bestimmte, störende oder nicht charakteristische Signalabschnitte ausgeblendet werden können. Im Falle eines metallischen Materials des zu prüfenden Bauteils kann z. B. ein bestimmter Signalabschnitt an einer Korngrenze herausgefiltert werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird die Prüfeinrichtung in gleicher Weise bezüglich des zu prüfenden Bauteils ausgerichtet wie im Datenerfassungsschritt bezüglich des zu identifizierenden Bauteils, insbesondere hinsichtlich einer relativen identischen Position des jeweiligen Bauteils. Dies hat den Vorteil, dass von gleichen Voraussetzungen im Datenerfassungsschritt wie auch beim späteren Wiedererkennungsschritt, in dem die Prüfdaten erfasst werden, ausgegangen wird. Hierdurch wird die Zuverlässigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens weiter erhöht.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird eine funktionsgleiche Prüfeinrichtung verwendet wie beim Datenerfassungsschritt. Auch hierdurch wird die Zuverlässigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens weiter verbessert.
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Die eingangs genannte Aufgabe wird gemäß Anspruch 10 ferner gelöst durch ein Verfahren zur Erzeugung von Identifikationsdaten zur Nutzung in einem Verfahren der zuvor beschriebenen Art, wobei in einem Datenerfassungsschritt nach der Herstellung des zu identifizierenden Bauteils mittels einer Prüfeinrichtung wenigstens eine im Inneren des zu prüfenden Bauteils vorhandene fertigungsbedingte Eigenschaft des zu prüfenden Bauteils oder seines Materials erfasst wird und gegebenenfalls nach einer Signalverarbeitung als Identifikationsdaten bereitgestellt werden. Auf diese Weise können zuverlässig die Identifikationsdaten geschaffen und bereitgestellt werden. Die Identifikationsdaten können, wenn es sich bei den zu prüfenden Bauteilen um Flugzeugteile handelt, z. B. in Datenbanken für Flugzeugteile abgelegt werden, z. B. in einer Datenbank des Luftfahrtbundesamts.
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Gemäß vorteilhafter Weiterbildungen der Erfindung können die zuvor anhand der Unteransprüche erläuterten Verfahrensschritte in gleicher Weise bei dem Datenerfassungsschritt durchgeführt werden, wobei dann anstelle der Prüfdaten die Identifikationsdaten erzeugt werden.
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Die eingangs genannte Aufgabe wird ferner gemäß Anspruch 11 gelöst durch eine Einrichtung zur Durchführung eines Verfahrens der zuvor beschriebenen Art, wobei die Einrichtung wenigstens eine Prüfeinrichtung aufweist, anhand der eine fertigungsbedingte Eigenschaft des zu prüfenden und/oder des zu identifizierenden Bauteils erfasst wird, wobei die Einrichtung zur Bereitstellung der erfassten Daten gegebenenfalls nach einer Signalverarbeitung als Prüfdaten und/oder Identifikationsdaten eingerichtet ist. Mittels einer solchen Einrichtung können somit die Prüfdaten, wenn es sich um das zu prüfende Bauteil handelt, und die Identifikationsdaten, wenn es sich um das ursprüngliche, zu identifizierende Bauteil handelt, bereitgestellt werden. Hierzu kann die Einrichtung z. B. einen Rechner aufweisen, der die genannten Verfahrensschritte mittels eines Computerprogramms durchführt. Dem Rechner kann von der Prüfeinrichtung ein Eingangssignal zugeführt sein, das der Rechner auswertet. Der Rechner kann auch zur Erzeugung des eingangs genannten Ausgangssignals, welches eine Information über die Identität des zu prüfenden Bauteils mit dem zu identifizierenden Bauteil gibt, eingerichtet sein. Hierzu kann die Einrichtung ein Ausgabemittel aufweisen, das eingerichtet ist zur Ausgabe des Ausgabesignals. Das Ausgabemittel kann z. B. ein optisches oder akustisches Ausgabemittel sein, z. B. eine Leuchte, ein Bildschirm, ein Lautsprecher oder ein Summer. Das Ausgabemittel kann auch an entfernter Stelle von der Prüfeinrichtung angeordnet sein, z. B. in der Zentrale einer Kontrollorganisation.
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Die eingangs genannte Aufgabe wird ferner gemäß Anspruch 12 gelöst durch ein Computerprogramm mit Programmcodemitteln, insbesondere auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichertes Computerprogramm, das eingerichtet ist zur Durchführung eines Verfahrens der zuvor beschriebenen Art, wenn das Computerprogramm auf einem Rechner ausgeführt wird. Das Computerprogramm kann z. B. auf einem Rechner der zuvor erläuterten Einrichtung ausgeführt werden.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und unter Verwendung von Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen
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1 eine Einrichtung zur Durchführung eines Datenerfassungsschritts und/oder eines Wiedererkennungsschritts und
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2 der Verlauf eines Korrelationskoeffizienten bei Vergleich unterschiedlicher Bauteile und
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3 den Verlauf eines Korrelationskoeffizienten beim Vergleich identischer Bauteile.
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Die 1 zeigt eine Einrichtung 1 zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, mit der Prüfdaten und/oder Identifikationsdaten erzeugt werden können. Die Einrichtung 1 weist eine Prüfeinrichtung 2, 3, 4, 5 auf, die als Ultraschall-Prüfeinrichtung für Materialprüfungszwecke ausgebildet ist. Die Prüfeinrichtung weist einen Ultraschall-Prüfkopf 2 mit einer stirnseitigen Linse 13 auf. An dem der Linse 13 abgewandten Ende weist der Ultraschall-Prüfkopf 2 einen Schallwandler 14 auf. Dieser ist über eine Leitung und einem Umschalter 5 wahlweise mit einem Sender 3 oder einem Empfänger 4 verbindbar. Ist der Ultraschall-Prüfkopf 2 über den Schalter 5 mit dem Sender 3 verbunden, werden über den Sender 3 in den Schallwandler 14 Signale eingespeist, die zur Abgabe von Ultraschallwellen über die Linse 13 führen. Ist der Schalter 5 umgeschaltet, so dass der Schallwandler 14 mit dem Empfänger 4 verbunden ist, können über die Linse 13 im Ultraschall-Prüfkopf 2 empfangene Ultraschallwellen über den Schallwandler 13 an den Empfänger 4 abgegeben werden. Der Empfänger 4 gibt dann ein entsprechendes aufbereitetes Signal an eine Auswerteeinrichtung 6 ab.
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Die Ultraschall-Prüfeinrichtung ist für die Prüfung eines Bauteils 9 mittels eines Koppelmediums 11 ausgebildet. Das Bauteil 9 befindet sich auf einer Auflagefläche 10. Das Bauteil 9 kann auch in einem Gerät oder einer Maschine eingebaut sein. Dargestellt sind auf das Bauteil 9 einwirkende Schallwellen des Ultraschall-Prüfkopfs 2 sowie zum Ultraschall-Prüfkopf 2 reflektierte Wellen. Als Koppelmedium 11 kann z. B. Glykol, Öl, Koppelpaste oder Wasser verwendet werden.
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Die Auswerteeinrichtung 6 weist einen Rechner 7 auf, der ein Computerprogramm ausführt. Mittels des Computerprogramms werden die Signale des Empfängers 4 ausgewertet und in die Prüfdaten gewandelt. Es wird ein Vergleich der Prüfdaten mit aus einer nicht dargestellten Datenbank entnommenen Identifikationsdaten, die von einem zu identifizierenden Bauteil zuvor mittels einer identischen Prüfeinrichtung bestimmt wurden, durchgeführt. Hierbei wird durch den Rechner ein Korrelationskoeffizient nach dem nachfolgend noch beschriebenen Verfahren bestimmt. Erreicht der Korrelationskoeffizient im Mittel einen bestimmten Mindestwert, z. B. größer als 0,5, wird von der Auswerteeinrichtung 6 ein Ausgangssignal 8 abgegeben, das die Identität des zu prüfenden Bauteils 9 mit einem vormals durch die Prüfeinrichtung untersuchten, zu identifizierenden Bauteil signalisiert.
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Mit der anhand der 1 beschriebenen Einrichtung können in gleicher Weise auch die Identifikationsdaten des zu identifizierenden Bauteils erstmalig ermittelt werden. Dafür wird statt des zu prüfenden Bauteils 9 an dieser Stelle das zu identifizierende Bauteil angeordnet. Es wird die gleiche Untersuchung mittels der Ultraschall-Prüfeinrichtung durchgeführt. Die mittels des Computerprogramms ausgewerteten Signale des Empfängers 4 werden dann in die Identifikationsdaten gewandelt und in der nicht dargestellten Datenbank für eine spätere Verwendung gespeichert.
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Die Übereinstimmung oder Korrelation zwischen den aufgenommenen Prüfdaten und den Identifikationsdaten kann z. B. wie folgt bestimmt werden; hierbei wird als Ähnlichkeitsmaß der Korrelationskoeffizient ρxy verwendet. Dabei bezeichnet x die Messwerte des zu identifizierenden Bauteils und y die Messwerte des zu prüfenden Bauteils 9. Der Korrelationskoeffizient ist wie folgt definiert: ρxy = (E[x·y]) – mx·my)/σx·σy mit mx = E[x], my = E[y2] – my 2, und σ2 = E[x2] – mx 2, σ2 = E[y2] – my 2, d. h. mx und my sind die Mittelwerte, σx und σy die Standardabweichungen der Messwerte der Bauteile x bzw. y.
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Durch den Korrelationskoeffizienten ρxy wird die lineare Ähnlichkeit zwischen zwei Messwertreihen dargestellt, d. h. ob sich y in der Form y = ax + b, a, b: Konstanten, beschreiben lässt. Dabei beschreibt a einen möglichen Kontrastparameter und b einen möglichen Offset zwischen den beiden Messreihen x und y. a ≠ 1 und b ≠ 0 können z. B. auch bei identischem Messaufbau entstehen, wenn die Sendeleistung des Ultraschall-Prüfkopfs 2 schwankt. ρxy = 1 bedeutet, dass sich y exakt linear durch x darstellen lässt, ρxy = –1, ebenfalls, nur mit dem Unterschied, dass a negativ wird. ρxy = 0 bedeutet, dass es keine lineare Ähnlichkeit zwischen den Messwerten gibt. Je größer ρxy desto linear ähnlicher sind sich die Werkstücke, je kleiner ρxy desto linear unähnlicher sind sich die Werkstücke.
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Der Korrelationskoeffizient ρxy beim Vergleich unterschiedlicher Bauteile ist in 2, der Korrelationskoeffizient ρxy beim Vergleich identischer Bauteile für unterschiedliche Aufnahmescanns ist in 3 dargestellt.
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Die Figuren lassen sich wie folgt interpretieren:
- • Bei unterschiedlichen Bauteilen schwankt der Korrelationskoeffizient um 0, d. h. im Mittel sind die Messdaten der Bauteile unkorreliert und lassen sich damit nicht durch eine Lineartransformation ineinander umrechnen.
- • Bei identischen Bauteilen ist der Korrelationskoeffizient betragsmäßig deutlich größer, immer positiv und in vielen Fällen deutlich größer als 0,5.
- • Die Korrelationskoeffizienten einer bestimmten Tiefenschicht unterscheiden sich signifikant, d. h. in vielen Fällen ist der Faktor größer als 5, in einigen Fällen sogar größer als 10.
- • Die verschiedenen Tiefenmesswerte liefern unterschiedliche Klassifizierungsmöglichkeiten, d. h. in einigen Tiefenschichten variieren die Korrelationskoeffizienten erheblich, in manchen nicht. Dieses Messergebnis deutet darauf hin, dass die Betonung unterschiedlicher Tiefenschichten bei unterschiedlichen Materialien sinnvoll erscheint.
