DE102017213558A1

DE102017213558A1 - Verfahren zur Erfassung und Identifikation von miteinander mit einem Fügeverfahren verbundenen Bauteilen

Info

Publication number: DE102017213558A1
Application number: DE102017213558.1A
Authority: DE
Inventors: Frank Riedel; Thomas Wiener
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2017-08-04
Filing date: 2017-08-04
Publication date: 2019-02-07
Also published as: WO2019025556A1

Abstract

Bei dem Verfahren zur Erfassung und Identifikation von miteinander mit einem Fügeverfahren verbundenen Bauteilen wird optisch eine Abbildung mindestens eines Bereiches der Oberfläche einer Fügeverbindung mit einer dazu ausgebildeten Einrichtung erfasst und die einzelnen Bildpunkte der erfassten Abbildung werden digitalisiert und einem Datenfeld einer elektronischen Datenbank zugeordnet und gespeichert. Das jeweilige Datenfeld wird mindestens einem Identifikationscode für die jeweils gefügten Bauteile oder der jeweiligen Fügeverbindung zugeordnet. Zu einem späteren Zeitpunkt wird erneut eine Abbildung des vorab optisch erfassten Bereiches der Oberfläche der jeweiligen Fügeverbindung mit einer Einrichtung zur optischen Erfassung von Abbildungen erfasst und die einzelnen Bildpunkte werden digitalisiert. In einer elektronischen Auswerteeinrichtung wird ein Vergleich mit vorab in Datenfeldern der Datenbank erfassten und gespeicherten Abbildungen von Oberflächen von Fügeverbindungen durchgeführt, wobei bei einer Übereinstimmung von mindestens 75 % von Bildpunkten mit einer gespeicherten Abbildung die Identität von zwei Abbildungen festgestellt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung und Identifikation von miteinander mit einem Fügeverfahren verbundenen Bauteilen.
Fügeverbindungen sind die Kopplungsstelle zwischen den einzelnen miteinander verbundenen Bauteilen eines Produktes und stellen oft eine Schwachstelle bezüglich deren Eigenschaften im Vergleich zu den einzelnen Bauteileigenschaften dar. Nachfolgend für eine Erläuterung soll das Beispiel Schweißverbindungen verwendet werden.
Schweißverbindungen sind eine der am häufigsten verwendeten Verbindungsarten für unzählbare Produkte weltweit (mobile [Automobil, Schienenfahrzeug, Schiffe, Luft- und Raumfahrzeuge], Maschinenbau, Chemieindustrie, Brückenbau, Stahlbau etc.). Da diese aber im technologischen Prozess die jeweiligen Grundwerkstoffe in den Fügezonen bis zur Schmelztemperatur erhitzen (auch partiell erschmelzen), unterscheidet sich die erstarrte Schweißnaht in deren Eigenschaften oft stark von den verschweißten Grundwerkstoffen. In der Regel werden in einer Schweißnaht verringerte Eigenschaften ausgebildet. Zuzüglich besteht eine große Häufigkeit von auftretenden Imperfektionen (Poren, geometrische oder metallurgische Abweichungen) und auch nahtfehlern (Risse, Bindefehler) die die Eigenschaften weiter verschlechtern und teilweise für den vorgesehenen Gebrauch ungeeignet machen.
Wegen dieser Gründe besteht weltweit ein großer Bedarf, die Schweißverbindungen zu prüfen (insbesondere auch zerstörungsfrei), die Ergebnisse zu dokumentieren und letztlich eine finale Bewertung über die Eignung abzugeben.
Bei Löt- und Klebeverbindungen treten ähnliche Effekte auf. Bei Schraubverbindungen kommt es zu plastischen Verformungen und einer jeweiligen Ausrichtung der Schraube in einer bestimmten Winkelstellung, die man ausnutzen könnte. Niet-, Biege- oder Bördelverbindungen können individuell plastisch verformt sein. Je nachdem kann die Festigkeit der entsprechenden Fügeverbindungen individuell unterschiedlich sein.
Das System der Zuordnung dieser verbindungs(schweißnaht-)spezifischen Eigenschaften/Informationen (auch zur Historie, wie Prozess, Reparatur etc.) erfolgt über Dokumentationen bezüglich des finalen Produktes bzw. über geometrische Zuordnungen der Fügeverbindungen. In den selteneren Fällen werden Fügeverbindungen, wie z.B. Schweißnähte direkt physisch gekennzeichnet, was z. B. durch Schlagzahlen [Stahl, Schiffbau], mittels an- oder aufgebrachter Codierungssysteme [Strichcode, DataMatrix-Code, QR-Code] u. a. erreicht werden kann.
Dies trifft sinngemäß auch auf die anderen erwähnten Fügeverfahren zu.
All diese Systeme erfordern zusätzlichen Aufwand/Kosten. Des Weiteren haben sie den Nachteil, dass angebrachte Codierungen oder Kennzeichnungen über die Lebensdauer an der Fügeverbindung insbesondere einer Schweißnaht und/oder die Zuordnung zur Informationsspeicherung verloren gehen können. Unabhängig davon, dass es schier unmöglich ist alle Verbindungen zusätzlich zu kennzeichnen.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, dass eine Fügeverbindung nicht mehr zusätzlich gekennzeichnet werden muss, um dieser Fügeverbindung individuell Informationen zuordnen zu können und eine Wiedererkennung der jeweiligen Fügeverbindung zu einem späteren Zeitpunkt ohne zusätzliche Kennzeichnung zu ermöglichen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Verfahren, das die Merkmale des Anspruch 1 aufweist, gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung können mit in untergeordneten Ansprüchen bezeichneten Merkmalen realisiert werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird optisch eine Abbildung mindestens eines Bereiches der Oberfläche einer Fügeverbindung mit einer dazu ausgebildeten Einrichtung erfasst und die einzelnen Bildpunkte der erfassten Abbildung werden dann digitalisiert und einem Datenfeld einer elektronischen Datenbank zugeordnet und gespeichert. Das jeweilige Datenfeld wird mindestens einem Identifikationscode für die jeweils gefügten Bauteile oder der jeweiligen Fügeverbindung zugeordnet.
Zu einem späteren Zeitpunkt wird erneut eine Abbildung des vorab optisch erfassten Bereiches der Oberfläche der jeweiligen Fügeverbindung mit einer Einrichtung zur optischen Erfassung von Abbildungen erfasst. Die einzelnen Bildpunkte werden dann digitalisiert werden und in einer elektronischen Auswerteeinrichtung wird ein Vergleich mit vorab in Datenfeldern der Datenbank erfassten und gespeicherten Abbildungen von Oberflächen von Fügeverbindungen durchgeführt. Bei einer Übereinstimmung von mindestens 75 % von Bildpunkten, bevorzugt von mindestens 80 % mit einer gespeicherten Abbildung wird die Identität von zwei Abbildungen festgestellt wird.
Die einzelnen Bildpunkte der Abbildungen sollten orts- und spektralaufgelöst oder mittels Grauwerten erfasst und jeweils in einem Datenfeld gespeichert werden.
Die jeweils erfassten Abbildungen sollten so groß sein, dass eine Identifikation im Nachgang ohne Weiteres möglich ist. Die erforderliche Größe von Abbildungen kann von der Oberflächenstruktur der Fügeverbindung abhängen. Sie sollte jedoch mindestens 2 mm² betragen.
Vorteilhaft sollten Oberflächenbereiche für die Erfassung von Abbildungen gewählt werden, die für die Art der Fügeverbindung und/oder die miteinander zu fügenden Bauteile typisch sind. Dies können beispielsweise Bereiche einer Fügeverbindung sein, in denen ein Richtungswechsel auftritt oder sich Fügeverbindungen schneiden.
Wichtig ist es nur, dass für eine spätere Identifikation der Aufwand für das Auffinden der Position, an der eine Abbildung der Oberfläche erfolgen soll, in vertretbarem Rahmen bleibt.
So kann eine Fügeverbindung bzw. es können entsprechend gefügte Bauteile auch nach einer längeren Zeit und Nutzung ohne zusätzliche Maßnahmen für eine individuelle Kennzeichnung identifiziert werden.
In weiteren Datenfeldern, die einem Identifikationscode zugeordnet sind, können Angaben über die Prüfung, die Qualität, den Zeitpunkt der Herstellung der Fügeverbindung und/oder weitere bauteilspezifische Informationen, wie z.B. Werkstoff(e), Einsatzbedingungen, Betriebsdauer gespeichert werden. Sämtliche erfassten und gespeicherten Informationen können so archiviert werden und für eine Dokumentation genutzt werden.
Es können Abbildungen von Oberflächen einer Schweiß-, Löt-, Klebe-, Niet-, Schraub-, einer durch Biegen oder Bördeln erreichten Fügeverbindung erfasst, zugeordnet, verglichen und/oder gespeichert werden.
Insbesondere bei Niet- und Schraubverbindungen sollte eine Abbildung zumindest den jeweiligen gesamten Kopf einer Niete oder Schraube berücksichtigen.
Als Einrichtung zur Erfassung und Digitalisierung der einzelnen Bildpunkte einer Abbildung mindestens eines Bereichs der Oberfläche der jeweiligen Fügeverbindung kann eine Video-, eine CCD-,eine CMOS-, eine 3D-Kamera oder ein Laserscanner eingesetzt werden.
Jede Fügeverbindung, insbesondere Schweißnähte, haben eine individuelle Oberflächenstruktur, die bei hinreichender Auflösung erfasster Abbildungen ein redundantes Vorhandensein ausschließt.
Mit der Erfindung kann lebensdauerlang eine eindeutige Identifikation von Produkten, Bauteilen, Fügeverbindungen, Bereichen oder auch Bauteilen erreicht werden. Damit ist es möglich, lebensdauerlang diesen Fügeverbindungen Informationen zuzuordnen, wie Entstehungshistorie (Prozessparameter), Prüfergebnisse, Beanspruchungen, Instandsetzung, Reparatur etc.
Das Verfahren unterteilt sich in einen Erfassungs-/Registrierungs- und einen Identifikationsschritt:
Der Erfassungs-/Registrierungsschritt betrifft die Aufnahme und Speicherung eines neuen Oberflächenbereiches in einer Datenbank und basiert auf der Digitalisierung eines definierten Ausschnittes einer zumindest bereichsweise strukturierten Oberfläche durch einen optischen Scanvorgang. Weiterhin wird ein eineindeutiger Identifikationscode anhand des digitalen Abbildes generiert, der als Kennzeichnung eines Produktes/des Bauteils/der Schweißnaht/der Fügeverbindung dient. Unter diesem Identifikationscode können Informationen über das betreffende Produkt/das Teil/die Schweißnaht/die Fügeverbindung in der Datenbank abgelegt werden.
Ein Identifikationsschritt dient dazu ein Produkt/ein Teil/eine Schweißnaht/eine Fügeverbindung, die bereits erfasst und registriert wurde, zu identifizieren. Dazu ist ein weiterer Scanvorgang eines Ausschnittes der jeweiligen Oberflächen erforderlich. Im Identifikationsschritt erfolgt der Abgleich dieses Ausschnittes mit allen in der Datenbank enthaltenen digitalen Abbildungen. Wird eine Entsprechung in der Datenbank gefunden, kann diese dem Identifikationscode in der Datenbank zugeordnet werden. Dazu können in anderen Datenfeldern gespeicherte Informationen abgerufen werden.
Für die Anwendbarkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens sollten Positionen und Maße der zu optisch zu erfassenden Oberflächenbereiche definiert werden. Die Oberflächenbereiche sollten im Identifikationsschritt bis auf geringe Toleranzen mit den Oberflächenbereichen im Registrierungsschritt übereinstimmen.
Die Robustheit des Abgleichs von digitalen Abbildungen gegenüber Positions- und Lageabweichungen innerhalb eines definierten Toleranzbereiches beim optischen Erfassungsvorgang kann durch den Einsatz von Bildregistrierungs- und Matching-Verfahren abgesichert werden.
Die Erfindung stellt einen wichtiger Baustein für die 100%-ige Dokumentation von Fügeverbindungen für ein jeweiliges Produkt und somit ein wichtiger Baustein für das Qualitätsmanagement von Produkten dar. Bei Inspektionen oder auch im Schadensfall kann die eindeutige Zuordnung von spezifischen Informationen erfolgen.
Die Erfindung erfordert keine zusätzlichen Aufwendungen/Kosten für die heutige übliche Identifikation von Fügeverbindungen (Kennzeichnung von Verbindungen). Sie ist auf alle Fügeverbindungen übertragbar und über die gesamte Lebensdauer beständig.

Claims

Verfahren zur Erfassung und Identifikation von miteinander mit einem Fügeverfahren verbundenen Bauteilen, bei dem optisch eine Abbildung mindestens eines Bereiches der Oberfläche einer Fügeverbindung mit einer dazu ausgebildeten Einrichtung erfasst und die einzelnen Bildpunkte der erfassten Abbildung digitalisiert und einem Datenfeld einer elektronischen Datenbank zugeordnet und gespeichert werden, wobei das jeweilige Datenfeld mindestens einem Identifikationscode für die jeweils gefügten Bauteile oder der jeweiligen Fügeverbindung zugeordnet wird und zu einem späteren Zeitpunkt erneut eine Abbildung des vorab optisch erfassten Bereiches der Oberfläche der jeweiligen Fügeverbindung mit einer Einrichtung zur optischen Erfassung von Abbildungen erfasst und die einzelnen Bildpunkte digitalisiert werden und in einer elektronischen Auswerteeinrichtung ein Vergleich mit vorab in Datenfeldern der Datenbank erfassten und gespeicherten Abbildungen von Oberflächen von Fügeverbindungen durchgeführt wird, wobei bei einer Übereinstimmung von mindestens 75 % von Bildpunkten mit einer gespeicherten Abbildung die Identität von zwei Abbildungen festgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Bildpunkte der Abbildungen orts- und spektralaufgelöst, mittels Grauwerten und/oder Tiefeninformationen erfasst und jeweils in einem Datenfeld gespeichert werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in weiteren Datenfeldern, die einem Identifikationscode zugeordnet sind, Angaben über die Prüfung, die Qualität, den Zeitpunkt der Herstellung der Fügeverbindung und/oder weitere bauteilspezifische Informationen gespeichert werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Abbildungen von Oberflächen einer Schweiß-, Löt-, Klebe-, Niet-, Schraub-, einer durch Biegen oder Bördeln erreichten Fügeverbindung erfasst, zugeordnet, verglichen und/oder gespeichert werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Einrichtung zur Erfassung und Digitalisierung der einzelnen Bildpunkte einer Abbildung mindestens eines Bereichs der Oberfläche der jeweiligen Fügeverbindung eine Video-, eine CCDeine CMOS-, eine 3D-Kamera oder ein Laserscanner eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit den in Datenfeldern erfassten und gespeicherten Abbildungen mit den einem Identifikationscode zugeordneten Angaben über die Prüfung, die Qualität, den Zeitpunkt der Herstellung der Fügeverbindung und/oder weitere bauteilspezifische Informationen archiviert werden.