DE102018133567A1 - Process for computer-aided optical status assessment of an object - Google Patents

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Abstract

Eine computergestützte optische Zustandsbewertung eines Gegenstands, in der eine optische Aufnahme eines Ist-Zustands des Gegenstands in Form einer Ist-Pixeldarstellung mit einer optischen Aufnahme eines Ausgangszustands des Gegenstands oder eines vergleichbaren Gegenstands in Form einer Ursprungs-Pixeldarstellung durch folgende Schritte in Zusammenhang gebracht wird: Festlegen eines flächigen Vergleichsbereichs des Gegenstands, der aufgrund eines äußeren Einflusses veränderbar und über eine äußere Zugänglichkeit optisch erfassbar ist, Erstellen einer Aufnahme des Vergleichsbereichs des Gegenstands mit einer optischen Kamera und Speichern der Aufnahme als Ist-Pixeldarstellung des Vergleichsbereichs, die einen Ist-Zustand des Gegenstands im Vergleichsbereich repräsentiert, Vergleichen der Ist-Pixeldarstellung des Vergleichsbereichs mit der Ursprungs-Pixeldarstellung des Vergleichsbereichs, die den Vergleichsbereich des Gegenstands im Ursprungszustand oder den Vergleichsbereich eines dem Gegenstand im Ursprungszustand entsprechenden Vergleichsgegenstands umfasst, Bestimmen eines Korrelationsfaktors aus dem Vergleich der Ist-Pixeldarstellung mit der Ursprungs-Pixeldarstellung und Zuordnen des bestimmten Korrelationsfaktors zu einem Zustandswertebereich, aus dem anhand des bestimmten Korrelationsfaktors ein Zustand des Gegenstands auf Grundlage des ausgewerteten Vergleichsbereichs des Gegenstands bestimmbar ist.A computer-aided optical status evaluation of an object, in which an optical recording of an actual state of the object in the form of an actual pixel representation is associated with an optical recording of an initial state of the object or a comparable object in the form of an original pixel representation by the following steps: Determining a flat comparison area of the object, which can be changed due to an external influence and can be optically detected via an external accessibility, taking a picture of the comparison area of the object with an optical camera and storing the picture as an actual pixel representation of the comparison area, which shows an actual state of the Represented object in the comparison area, comparing the actual pixel representation of the comparison area with the original pixel representation of the comparison area, the comparison area of the object in the original state or the comparison area of one of the Includes the object of comparison corresponding to the original state, determining a correlation factor from the comparison of the actual pixel representation with the original pixel representation and assigning the determined correlation factor to a state value range, from which a state of the object can be determined on the basis of the evaluated comparison region of the object on the basis of the determined correlation factor .

Description

Gebiet der ErfindungField of the Invention

Die vorliegende Erfindung betrifft eine computergestützte optische Zustandsbewertung eines Gegenstands, insbesondere eines Werkzeugs, wie eine Matrize oder ein Stempel, eines Bauteils, einer Fügestelle oder einer Verbindung, in der eine optische Aufnahme eines Ist-Zustands des Gegenstands in Form einer Ist-Pixeldarstellung mit einer optischen Aufnahme eines Ausgangszustands des Gegenstands oder eines vergleichbaren Gegenstands in Form einer Ursprungs-Pixeldarstellung in Zusammenhang gebracht wird. Zudem betrifft vorliegende Erfindung ein neuronales Netz zur Überwachung von Zuständen von verwendeten Werkzeugen, in welchem die obige computergestützte optische Zustandsbewertung eingesetzt wird.The present invention relates to a computer-aided optical status evaluation of an object, in particular a tool, such as a die or a stamp, a component, a joint or a connection, in which an optical recording of an actual state of the object in the form of an actual pixel representation with a optical recording of an initial state of the object or a comparable object in the form of an original pixel representation. In addition, the present invention relates to a neural network for monitoring the status of tools used, in which the above computer-aided optical status evaluation is used.

Hintergrund der ErfindungBackground of the Invention

Die großtechnische Herstellung von Teilen, beispielsweise im Maschinenbau durch spanabhebende Verfahren, ist durch eine hohe Effizienz bestimmt. Eine Grundlage dieser Effizienz ist die Taktzeit, innerhalb derer ein bestimmter Gegenstand hergestellt oder seine Bearbeitung abgeschlossen wird. Eine Reduktion der Taktzeit bedeutet gleichzeitig eine Reduktion von Bearbeitungskosten, Maschinenarbeitszeit und häufig auch Arbeitszeit von damit beschäftigten Arbeitskräften.The large-scale production of parts, for example in mechanical engineering by machining processes, is determined by high efficiency. A basis of this efficiency is the cycle time within which a certain item is manufactured or its processing is completed. A reduction of the cycle time means at the same time a reduction in processing costs, machine working hours and often also working hours of the workers involved.

Während dieser Herstellung von Gegenständen werden beispielsweise in Kombination mit zerspanenden Verfahren Werkzeuge eingesetzt, wie Bohrer, Fräser, Sägeblätter oder dergleichen. Werden großtechnisch Klebeverfahren eingesetzt, dann bildet eine Düse zum Aufbringen einer Klebstoffmenge eine Grundlage für ein zeiteffizient ablaufendes Klebeverfahren. Die Düse kann somit ebenfalls als Werkzeug betrachtet werden.During this manufacture of objects, tools such as drills, milling cutters, saw blades or the like are used, for example, in combination with machining processes. If adhesive processes are used on an industrial scale, a nozzle for applying an amount of adhesive forms the basis for a time-efficient adhesive process. The nozzle can thus also be viewed as a tool.

Wird im oben genannten Bearbeitungsverfahren ein Werkzeug beschädigt oder zerstört, hat dies Stillstandszeiten der Werkzeugmaschine zum Wechseln des Werkzeugs zur Folge. Diese Stillstandszeiten reduzieren die Effizienz der ablaufenden Verfahren und bewirken in der Gesamtbetrachtung eine Steigerung der Taktzeiten und Kosten zur Herstellung einzelner Gegenstände.If a tool is damaged or destroyed in the machining process mentioned above, this results in downtimes of the machine tool for changing the tool. These downtimes reduce the efficiency of the processes running and, when viewed as a whole, increase the cycle times and costs for the production of individual items.

Zur Vermeidung von Stillstandszeiten beschreibt EP 0 127 751 A1 eine Werkzeugbruch-Überwachungseinrichtung. Diese soll verhindern, dass mit einem beschädigten Werkzeug, beispielsweise ein abgebrochener Bohrer, ein Werkstück bearbeitet wird. Denn neben dem notwendigen Tausch des abgebrochenen Bohrers wäre es ebenfalls erforderlich, ein zusätzlich beschädigtes Werkstück aus dem Bearbeitungszyklus zu entfernen. Entsprechend soll mit der beschriebenen Vorrichtung das Werkzeug ohne Verlust von Arbeitszeit überwacht werden, indem die Werkzeuge außerhalb der Arbeitsspindel, zum Beispiel in einem Werkzeugmagazin, auf ihre Länge geprüft werden. Dieses System basiert darauf, dass die Bohrer während eines Bearbeitungszyklus aus der Maschine entnommen und in einem Magazin zwischengelagert werden, bis der erneute Ablauf eines Arbeitszyklus den Einsatz dieses Bohrers erfordert. Innerhalb dieses Zwischenmagazins ist es möglich, die Länge des Werkzeugs, hier der Bohrer, zu prüfen. Überschreitet der untersuchte Bohrer eine zulässige Längendifferenz, wird dieser Bohrer aus dem weiteren Bearbeitungszyklus ausgeschieden.Describes how to avoid downtimes EP 0 127 751 A1 a tool breakage monitoring device. This is to prevent a workpiece from being machined with a damaged tool, for example a broken drill. In addition to the necessary replacement of the broken drill, it would also be necessary to remove an additionally damaged workpiece from the machining cycle. Accordingly, the tool is to be monitored with the described device without loss of working time by checking the length of the tools outside the work spindle, for example in a tool magazine. This system is based on the fact that the drills are removed from the machine during a machining cycle and temporarily stored in a magazine until a new cycle requires the use of this drill. Within this intermediate magazine it is possible to check the length of the tool, here the drill. If the examined drill exceeds a permissible length difference, this drill is eliminated from the further machining cycle.

WO 2000/15082542 beschreibt ein Verfahren zur Überwachung eines Zerspanungswerkzeugs, welches in der Zerspannung von hauptsächlich metallischen Werkstoffen verwendet wird. Bei diesem Zerspanungswerkzeug handelt es sich um ein Schneidwerkzeug, bei dem die Schnittkraft, die Vorschubkraft und die Passivkraft aussagekräftig für einen optimalen Ablauf eines Bearbeitungsvorgangs sind. Mithilfe von einzelnen Sensoren werden die genannten Kräfte kontinuierlich erfasst. Sollte während einer Bearbeitung eine plötzliche Reduktion der erfassten Kraft auftreten, wird der Bearbeitungsvorgang automatisch gestoppt. Dies führt zwar zu einem Stillstand der Bearbeitungsabläufe, vermeidet aber eine größere Schädigung des bearbeiteten Werkstücks. Nachdem erkannt worden ist, welcher Werkzeugschaden vorliegt, erfolgen ein Austausch des Werkzeugs und eine Fortsetzung des Bearbeitungsvorgangs. WO 2000/15082542 describes a method for monitoring a cutting tool, which is used in the cutting of mainly metallic materials. This cutting tool is a cutting tool in which the cutting force, the feed force and the passive force are meaningful for an optimal execution of a machining process. With the help of individual sensors, the forces mentioned are continuously recorded. If there is a sudden reduction in the force detected during machining, the machining process is automatically stopped. Although this leads to a stoppage of the machining processes, it avoids major damage to the machined workpiece. After it has been recognized which tool damage is present, the tool is replaced and the machining process is continued.

Die oben zusammengefassten Überwachungsverfahren zeichnen sich durch einen hohen apparativen sowie zeitlichen Aufwand aus. Zudem greifen sie erst dann in den Bearbeitungszyklus ein, wenn tatsächlich die Schädigung eines Werkzeugs vorliegt. Das hat zur Folge, dass zwangsläufig der Bearbeitungszyklus unterbrochen werden muss, um ein Werkzeug auszutauschen. The monitoring methods summarized above are characterized by a high expenditure of equipment and time. In addition, they only intervene in the machining cycle when there is actually damage to a tool. As a result, the machining cycle has to be interrupted in order to replace a tool.

Aufbauend auf diese bekannten Überwachungsverfahren ist es die Aufgabe vorliegender Erfindung, eine effektivere Überwachung zu realisieren, die den Ausfall von Bearbeitungszeiten reduziert und eine effizientere Bewertung von Werkzeugzuständen ermöglicht. Based on these known monitoring methods, it is the object of the present invention to realize more effective monitoring, which reduces the loss of machining times and enables a more efficient evaluation of tool states.

Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention

Die obige Aufgabe wird durch eine computergestützte optische Zustandsbewertung eines Gegenstands gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1 gelöst. Zudem löst obige Aufgabe ein neuronales Netz gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 13, mit dem eine Zustandsbewertung von gleichen Werkzeugen, vorzugsweise eine Stanznietmatrize, bei mindestens einem Anwender im Betrieb erfolgt und ein Ergebnis der Zustandsbewertung verarbeitet wird.The above object is achieved by a computer-aided optical status evaluation of an object according to independent claim 1. In addition, the above object is achieved by a neural network according to independent claim 13, with which a condition assessment of the same tools, preferably a punch rivet die, is carried out for at least one user in operation and a result of the condition assessment is processed.

Die computergestützte optische Zustandsbewertung eines Gegenstands dient insbesondere der Überwachung eines Werkzeugs, wie eine Matrize oder ein Stempel eines Stanznietsetzgeräts, der Überwachung eines Bauteils, einer Fügestelle oder einer hergestellten Verbindung. Im Rahmen der optischen Zustandsbewertung wird eine optische Aufnahme eines Ist-Zustands des Gegenstands in Form einer Ist-Pixeldarstellung mit einer optischen Aufnahme eines Ausgangszustands des Gegenstands oder eines vergleichbaren Gegenstands in Form einer Ursprungs-Pixeldarstellung in Zusammenhang gebracht. Diese Zustandsbewertung weist die folgenden Schritte auf: Festlegen eines flächigen Vergleichsbereichs des Gegenstands, der aufgrund eines äußeren Einflusses veränderbar und über eine äußere Zugänglichkeit optisch erfassbar ist, Erstellen einer Aufnahme des Vergleichsbereichs des Gegenstands mit einer optischen Kamera und Speichern der Aufnahme als Ist-Pixeldarstellung des Vergleichsbereichs, die einen Ist-Zustand des Gegenstands im Vergleichsbereich repräsentiert, Vergleichen der Ist-Pixeldarstellung des Vergleichsbereichs mit der Ursprungs-Pixeldarstellung des Vergleichsbereichs, die den Vergleichsbereich des Gegenstands im Ursprungszustand oder den Vergleichsbereich eines dem Gegenstand im Ursprungszustand entsprechenden Vergleichsgegenstands umfasst, Bestimmen eines Korrelationsfaktors aus dem Vergleich der Ist-Pixel Darstellung mit der Ursprungs-Pixeldarstellung und Zuordnen des bestimmten Korrelationsfaktors zu einem Zustandswertebereich, aus dem anhand des bestimmten Korrelationsfaktors ein Zustand des Gegenstands auf Grundlage des ausgewerteten Vergleichsbereichs des Gegenstands bestimmbar ist.The computer-aided optical status evaluation of an object is used, in particular, to monitor a tool, such as a die or a stamp of a punch rivet setting device, to monitor a component, a joint or a connection that has been made. As part of the optical status evaluation, an optical recording of an actual state of the object in the form of an actual pixel representation is associated with an optical recording of an initial state of the object or a comparable object in the form of an original pixel representation. This condition assessment has the following steps: defining a flat comparison area of the object, which can be changed due to an external influence and can be optically detected via an external accessibility, creating a picture of the comparison area of the object with an optical camera and storing the picture as an actual pixel representation of the Comparison area, which represents an actual state of the object in the comparison area, comparing the actual pixel representation of the comparison region with the original pixel representation of the comparison region, which includes the comparison region of the object in the original state or the comparison region of a comparison object corresponding to the object in the original state, determining a correlation factor from the comparison of the actual pixel representation with the original pixel representation and assignment of the determined correlation factor to a state value range, from which on the basis of the determined correlation a factor of the object can be determined on the basis of the evaluated comparison region of the object.

Grundlage der bevorzugten computergestützten optischen Zustandsbewertung eines Gegenstands bildet dessen optische Zugänglichkeit und somit die Möglichkeit, diesen mithilfe einer optischen Kamera zu erfassen. Bei derartigen Gegenständen handelt es sich beispielsweise um Werkzeuge, wie eine Stanznietmatrize oder ein Stempel zum Clinchen oder Fügen von Stanznieten. Zudem ist es bevorzugt, die Geometrie einer Düse zu erfassen, mit der definierte Klebstoffmuster auf eine Klebefläche aufgebracht werden müssen. Denn sobald diese Düse eine Beschädigung erfährt oder durch Klebstoff zumindest teilweise zugesetzt ist, wird das prozessmäßig erforderliche Klebstoffmuster gestört und dadurch die Verbindungsqualität beeinträchtigt.The basis of the preferred computer-aided optical status evaluation of an object is its optical accessibility and thus the possibility of capturing it with the aid of an optical camera. Such objects are, for example, tools such as a punch rivet die or a punch for clinching or joining punch rivets. It is also preferred to record the geometry of a nozzle with which defined adhesive patterns have to be applied to an adhesive surface. Because as soon as this nozzle is damaged or at least partially clogged by adhesive, the adhesive pattern required for the process is disturbed and the connection quality is thereby impaired.

Im Weiteren wird vorliegende Erfindung am Beispiel der Überwachung einer Stanznietmatrize als Werkzeug beschrieben. Derartige Stanznietmatrizen zeichnen sich durch eine Rotationssymmetrie in ihrer Formgebung aus. Während der Benutzung der Stanznietmatrize, ist diese hohen mechanischen Belastungen während der Herstellung einer Verbindung ausgesetzt. Eine Vielzahl von Fügevorgängen kann zu einer Verschmutzung und somit zu einer Beeinträchtigung der ursprünglichen Form der Matrize führen. Des Weiteren können die mechanischen Belastungen im Rahmen einer Vielzahl von Fügevorgängen die Matrize beschädigen, sodass ihre rotationssymmetrische Form gestört ist.The present invention is described below using the example of monitoring a punch rivet die as a tool. Such punch rivet dies are distinguished by a rotational symmetry in their shape. When using the punch rivet die, it is exposed to high mechanical loads during the establishment of a connection. A large number of joining processes can lead to contamination and thus to an impairment of the original shape of the die. Furthermore, the mechanical loads in the course of a large number of joining processes can damage the die, so that its rotationally symmetrical shape is disturbed.

Zur optischen Überwachung der Funktionsfähigkeit einer Matrize oder einer schrittweisen Beeinträchtigung der Konfiguration der Matrize werden bevorzugt regelmäßige Aufnahmen der Matrize angefertigt. Dazu wird zunächst ein Teil der Matrize als Vergleichsbereich definiert. Eine charakteristische Abbildung einer Matrize bildet vorzugsweise eine Draufsicht auf eine Vertiefung der Matrize, mit deren Hilfe der Schließkopf, beispielsweise einer Stanznietverbindung, ausgebildet wird. In gleicher Weise ist es bevorzugt, die Struktur eines Amboss oder eines Stanzwerkzeugs oder Ähnliches zu überwachen.For optical monitoring of the functionality of a die or a gradual impairment of the configuration of the die, regular recordings of the die are preferably made. For this purpose, part of the die is first defined as a comparison area. A characteristic illustration of a die preferably forms a plan view of a recess in the die, with the aid of which the closing head, for example a punch rivet connection, is formed. In the same way, it is preferred to monitor the structure of an anvil or a punch or the like.

Um eine möglichst schnelle und vorzugsweise vom Ort der Benutzung des Werkzeugs, hier der Matrize, unabhängige Auswertung des Zustands der Matrize zu gewährleisten, wird der Vergleichsbereich durch eine optische Kamera erfasst. Nach dem Erfassen wird diese Aufnahme in Form einer Ist-Pixeldarstellung gespeichert. Die Speicherung und spätere Auswertung findet bevorzugt in einem an die Kamera angeschlossenen Computer statt. Um im Rahmen der erfassten Ist-Pixeldarstellung mögliche Schädigungen der Matrize erkennen zu können, findet ein Vergleich mit der ursprünglichen Form dieser Matrize statt. Für diesen Vergleich ist eine Ursprungs-Pixeldarstellung bevorzugt, die dem Ursprungszustand der verwendeten Matrize entspricht, nicht aber ursprünglich mit dieser aufgenommen worden sein muss. Entsprechend repräsentiert die Ursprungs-Pixeldarstellung eine optische Aufnahme des Vergleichsbereichs der Matrize vor deren Benutzung. In diesem Zusammenhang ist es bevorzugt, anstelle der Matrize vor der Benutzung eine vergleichbare Matrize gleicher Geometrie im Vergleichsbereich als ursprungs-Pixeldarstellung aufzunehmen.In order to ensure that the status of the die is evaluated as quickly as possible and preferably independently of the location of the use of the tool, here the die, the comparison area is captured by an optical camera. After the acquisition, this image is saved in the form of an actual pixel representation. The storage and later evaluation preferably takes place in a computer connected to the camera. In order to be able to recognize possible damage to the matrix within the scope of the recorded actual pixel representation, a comparison is made with the original shape of this matrix. For this comparison, an original pixel representation is preferred which corresponds to the original state of the die used, but does not have to have been originally recorded with it. Accordingly, the original pixel representation represents an optical image of the comparison area of the die before it is used. In this context, it is preferred to record a comparable matrix of the same geometry in the comparison area as the original pixel representation instead of the matrix before use.

Die Pixel der Ursprungs-Pixeldarstellung repräsentieren die rotationssymmetrischen Geometriemerkmale, die die Matrize noch vor Beeinträchtigung durch die Benutzung auszeichnen. Um einen Hinweis auf eine eventuelle Schädigung oder Abnutzung der betrachteten Matrize im Vergleichsbereich zu erhalten, wird ein Korrelationsfaktor zwischen der Ist-Pixeldarstellung und der Ursprungs-Pixeldarstellung bestimmt. Dieser Korrelationsfaktor ist ein Maß dafür, inwieweit die Ist-Pixeldarstellung gegenüber der Ursprungs-Pixeldarstellung optische Veränderungen wiedergibt.The pixels of the original pixel representation represent the rotationally symmetrical geometry features which characterize the die before it is impaired by use. A correlation factor between the actual pixel representation and the original pixel representation is determined in order to obtain an indication of possible damage or wear of the matrix under consideration in the comparison area. This correlation factor is a measure of the extent to which the actual pixel representation reflects optical changes compared to the original pixel representation.

Vorzugsweise signalisiert der Korrelationsfaktor mit einem Wert von 1 oder nahe 1 eine annähernde Identität zwischen der Ist-Pixeldarstellung und der Ursprungs-Pixeldarstellung. Das bedeutet, dass die Matrize durch die bisherige Benutzung nahezu keine Veränderungen erfahren hat.The correlation factor with a value of 1 or close to 1 preferably signals an approximate identity between the actual pixel representation and the original pixel representation. This means that the die has undergone almost no changes due to its previous use.

Sollte der Korrelationsfaktor Werte < 1 angeben, dann zeigt dies die Auswirkungen der Benutzung auf die Konfiguration der Matrize im Vergleichsbereich. Entsprechend ist es bevorzugt, einen Wertebereich für den Korrelationsfaktor zwischen Ist-Pixeldarstellung und der Ursprungs-Pixeldarstellung zu definieren, aus dem ein Zustand der verwendeten Matrize ableitbar ist. Somit repräsentiert vorzugsweise der Korrelationsfaktor einen Indikator für die Funktionsfähigkeit der verwendeten Matrize im Vergleich zur Ursprungsform der Matrize. In Abhängigkeit von der Matrizenform signalisiert ein unterschiedlicher Korrelationsfaktor eine fehlende Funktionstüchtigkeit der Stanznietmatrize. Der Korrelationsfaktor kann bei 0,8 oder 0,72 liegen, was in Abhängigkeit von der Matrizenform definiert werden muss.If the correlation factor specifies values <1, then this shows the effects of the use on the configuration of the die in the comparison area. Accordingly, it is preferred to define a value range for the correlation factor between the actual pixel representation and the original pixel representation, from which a state of the matrix used can be derived. Thus, the correlation factor preferably represents an indicator of the functionality of the die used in comparison to the original form of the die. Depending on the shape of the die, a different correlation factor signals that the punch rivet die is not functioning properly. The correlation factor can be 0.8 or 0.72, which must be defined depending on the form of the matrix.

Während man vorzugsweise aus dem Korrelationsfaktor eine Schädigung der Matrize im Vergleichsbereich ablesen kann, die auf die Vermeidung einer weiteren Benutzung der Matrize hinweisen soll, ist es ebenfalls bevorzugt, ein bevorstehendes Versagen der Matrize anhand der zunehmenden Abnahme des Korrelationsfaktors zu erkennen. Ein derartiger Hinweis aus dem Korrelationsfaktor wird vorzugsweise dazu verwendet, um Stillstandszeiten von Maschinen zu vermeiden. Denn im Rahmen einer produktionsbedingten Pause ist es möglich, eine Matrize mit einem kritischen Zustand im Vergleichsbereich auszutauschen, bevor diese im Rahmen der Produktion versagt. Entsprechend erfolgt im Rahmen der erfindungsgemäß bevorzugten Zustandsbewertung eine Zuordnung des bestimmten Korrelationsfaktors zu einem Zustandswertebereich des Gegenstands bzw. der hier beispielgebend diskutierten Matrize.While damage to the die in the comparison area, which should indicate the avoidance of further use of the die, can preferably be read from the correlation factor, it is also preferred to recognize imminent failure of the die on the basis of the increasing decrease in the correlation factor. Such an indication from the correlation factor is preferably used to avoid machine downtimes. Because during a production-related break it is possible to replace a die with a critical condition in the comparison area before it fails during production. Correspondingly, in the context of the state assessment preferred according to the invention, the determined correlation factor is assigned to a state value range of the object or the die discussed here by way of example.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vorliegende Erfindung wird die Zustandsbewertung mit den folgenden weiteren Schritten durchgeführt: Darstellen der Ist-Pixeldarstellung mit n·m Pixelwerten gemäß {x1,1 ... xn,m}, Darstellen der Ursprungs-Pixeldarstellung mit n·m Pixelwerten gemäß {y1,1 ... yn,m}, Berechnen des Korrelationskoeffizienten für beide Darstellungen gemäß r = i = 1 n j = 1 m ( x i , j x ¯ ) ( y i , j y ¯ ) i = 1 n j = 1 m ( x i , j x ¯ ) 2 i = 1 n j = 1 m ( y i , j y ¯ ) 2 ,

Figure DE102018133567A1_0001
der eine Zustandsänderung zwischen den in Zusammenhang gebrachten Gegenständen der verglichenen Darstellungen repräsentiert.According to a preferred embodiment of the present invention, the status evaluation is carried out with the following further steps: representation of the actual pixel representation with n · m pixel values according to {x 1,1 ... xn, m}, representation of the original pixel representation with n · m pixel values according to {y 1,1 ... y n, m }, calculate the correlation coefficient for both representations according to r = i = 1 n j = 1 m ( x i , j - x ¯ ) ( y i , j - y ¯ ) i = 1 n j = 1 m ( x i , j - x ¯ ) 2nd i = 1 n j = 1 m ( y i , j - y ¯ ) 2nd ,
Figure DE102018133567A1_0001
which represents a change in state between the related objects of the compared representations.

Mithilfe der bevorzugten optischen Aufnahme des Vergleichsbereichs und dessen digitale Erfassung und Speicherung in einer Mehrzahl von Pixeln ist gewährleistet, dass jedem betrachteten Bildpunkt des Vergleichsbereichs die Datenmenge eines Pixels zugeordnet ist. Zu dieser Datenmenge gehört eine Angabe der Anteile der Grundfarben Rot, Grün, Blau eine Angabe der Sättigung sowie der Helligkeit des Pixels. Da sich der optisch betrachtete und digital abgespeicherte Vergleichsbereich aus der Mehrzahl der Pixeldaten zusammensetzt, lassen sich diese gezielt nach Regelmäßigkeiten, vorzugsweise in der Helligkeit, auswerten. Wird eine Änderung in dieser Regelmäßigkeit durch den Vergleich zwischen der Ist-Pixeldarstellung und der Ursprungs-Pixeldarstellung erkannt, deutet dies auf einen veränderten Zustand der Matrize im Vergleichsbereich hin. Eine Änderung des Zustands der Matrize im Vergleichsbereich hat vorzugsweise ihre Ursache in den mechanischen Belastungen aufgrund der durchgeführten Fügeprozesse. Zudem haben diese mechanischen Belastungen die Wirkung einer Beschädigung der Matrize im Vergleichsbereich oder einer Verschmutzung der Matrize im Vergleichsbereich.The preferred optical recording of the comparison area and its digital acquisition and storage in a plurality of pixels ensures that the data volume of a pixel is assigned to each pixel of the comparison area under consideration. This amount of data includes an indication of the proportions of the primary colors red, green and blue, an indication of the saturation and the brightness of the pixel. Since the optically viewed and digitally stored comparison area is composed of the majority of the pixel data, these can be evaluated specifically according to regularities, preferably in terms of brightness. If a change in this regularity is recognized by the comparison between the actual pixel representation and the original pixel representation, this indicates a changed state of the matrix in the comparison area. A change in the state of the die in the comparison area is preferably due to the mechanical loads due to the joining processes carried out. In addition, these mechanical loads have the effect of damage to the die in the comparison area or contamination of the die in the comparison area.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens zur Zustandsbewertung sind die weiteren Schritte vorgesehen: Aufnehmen zeitlich voneinander beabstandeter und aufeinanderfolgender Ist-Pixeldarstellungen des Vergleichsbereichs als zumindest aktuelle Ist-Pixeldarstellung und vorhergegangene Ist-Pixeldarstellung und Berechnen des Korrelationsfaktors aus einem Vergleich der aktuellen Ist-Pixeldarstellung und der der aktuellen Ist-Pixeldarstellung vorhergegangenen, vorzugsweise der direkt vorhergegangenen Ist-Pixel darstellung. According to a further preferred embodiment of the method for status evaluation, the further steps are provided: recording temporally spaced and successive actual pixel representations of the comparison area as at least the current actual pixel representation and previous actual pixel representation and calculating the correlation factor from a comparison of the current actual pixel representation and the one that preceded the current actual pixel representation, preferably the directly preceding actual pixel representation.

Erfindungsgemäß bevorzugt findet der Vergleich der Ist-Pixeldarstellung und der Ursprungs-Pixeldarstellung rechnergestützt statt. Denn mit üblichen Computern steht mittlerweile ausreichend Rechenleistung zur Verfügung, dass ein derartiger Pixelvergleich zwischen der Ist-Pixeldarstellung und der Ursprungs-Pixeldarstellung mit keiner Verzögerung in der Bearbeitung von Werkstücken verbunden ist. In diesem Zusammenhang wurde als bevorzugt festgestellt, dass neben dem Vergleich zwischen der Ist-Pixeldarstellung und der Ursprungs-Pixeldarstellung ebenfalls ein Vergleich zwischen der Ist-Pixeldarstellung und einer dieser vorhergegangenen Ist-Pixeldarstellungen aussagekräftig ist. Denn in einer zeitlichen Sequenz oder Aufeinanderfolge von Ist-Pixeldarstellungen sind schrittweise stattfindende Veränderungen an dem Werkzeug bzw. der Matrize im Vergleichsbereich erkennbar. Häufig ist es der Fall, dass die mechanische Belastung des Werkzeugs bzw. der Matrize sukzessive zu einer Schädigung im Vergleichsbereich führt, die in ihrem Schädigungsgrad mit der Zahl der Fügeprozesse zunimmt. Betrachtet man also eine Sequenz von Ist-Pixeldarstellungen, die vorzugsweise zeitlich hintereinander aufgenommen worden sind, dann ist in diesen bevorzugt bereits eine bevorstehende Schädigung erkennbar, die eine weitere Nutzung des Werkzeugs bzw. der Matrize verneint.According to the invention, the comparison of the actual pixel representation and the original pixel representation preferably takes place with the aid of a computer. Sufficient computing power is now available with conventional computers that such a pixel comparison between the actual pixel representation and the original pixel representation is not associated with any delay in the processing of workpieces. In this context, it was found preferred that in addition to the comparison between the actual pixel representation and the original pixel representation, a comparison between the actual pixel representation and one of these preceding actual pixel representations is also meaningful. Because in a temporal sequence or a succession of actual pixel representations, step-by-step changes to the tool or the die can be seen in the comparison area. It is often the case that the mechanical load on the tool or the die gradually leads to damage in the comparison range, which increases in its degree of damage with the number of joining processes. If you therefore consider a sequence of actual pixel representations, which have preferably been recorded one after the other in time, then an impending damage is preferably already recognizable, which denies further use of the tool or the die.

Auf dieser Grundlage ist es somit bevorzugt, die Zustandsbewertung um die Angabe einer zunehmenden Versagenswahrscheinlichkeit der Matrize zu erweitern. Denn sobald anhand der zeitlich aufeinanderfolgenden Ist-Pixeldarstellungen eine zunehmende Schädigung im Vergleichsbereich der Matrize vorhersehbar oder erkennbar ist, dann deutet dies auf ein zeitlich bevorstehendes Versagen der Matrize hin.On this basis, it is preferred to extend the condition assessment to include an increasing probability of failure of the die. Because as soon as an increasing damage in the comparison area of the die is predictable or recognizable on the basis of the successive actual pixel representations, then this indicates an imminent failure of the die.

Erfindungsgemäß bevorzugt wird im Rahmen der Zustandsbewertung ein rotationssymmetrischer Gegenstand, hier vorzugsweise eine Matrize, ausgewertet. Des Weiteren erfindungsgemäß bevorzugt ist der rotationssymmetrische Gegenstand eine rotationssymmetrische Matrize oder Stanznietmatrize, eine rotationssymmetrische Fügestelle oder eine rotationssymmetrische Stempelfläche.According to the invention, a rotationally symmetrical object, here preferably a die, is preferably evaluated as part of the condition assessment. Furthermore, according to the invention, the rotationally symmetrical object is preferably a rotationally symmetrical die or punch rivet die, a rotationally symmetrical joint or a rotationally symmetrical stamp surface.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform vorliegender Erfindung sind folgende weitere Schritte vorgesehen: Definieren einer Mehrzahl von sternförmig verlaufenden Linien £k mit k=1...n in der Ist-Pixeldarstellung basierend auf dem Bresenham-Algorithmus, die an einem symmetrischen Mittelpunkt der Ist-Pixeldarstellung jeweils einen Anfangspunkt haben und einen Helligkeitsverlauf basierend auf den Pixeldaten je Linie £k liefern. Zudem sind die folgenden weiteren Schritte erfindungsgemäß bevorzugt: Darstellen der Mehrzahl von Linien £k jeweils als Helligkeitsverlauf £ k β = { p 1 β , , p l β }

Figure DE102018133567A1_0002
basierend auf den Pixelwerten, Vergleichen der Linien £k untereinander und Erkennen von Abweichungen der Linien £k untereinander, um Schäden an der Matrize zu qualifizieren.According to a further preferred embodiment of the present invention, the following further steps are provided: Defining a plurality of lines running in a star shape £ k with k = 1 ... n in the actual pixel representation based on the Bresenham algorithm, which each have a starting point at a symmetrical center of the actual pixel representation and a brightness curve based on the pixel data per line £ k deliver. In addition, the following further steps are preferred according to the invention: Representation of the plurality of lines £ k each as a brightness curve £ k β = { p 1 β , ... , p l β }
Figure DE102018133567A1_0002
based on the pixel values, comparing the lines £ k with each other and recognizing deviations of the lines £ k among themselves to qualify damage to the die.

Der rotationssymmetrisch angeordnete Vergleichsbereich der Matrize zeichnet sich durch charakteristische Geometriemerkmale aus, die konzentrisch angeordnet sind. Entsprechend ist es bevorzugt, sternförmig im Zentrum des Vergleichsbereichs startende Linien radial auswärts verlaufend zu legen. Diese Linien werden durch die Helligkeitswerte der sie bildenden Pixel charakterisiert. Denn die Helligkeitswerte der Pixel geben in der Darstellung des Vergleichsbereichs vorzugsweise eine Höhen- und Tiefenänderung im Hohlraum der betrachteten Matrize wieder. Aufgrund der Rotationssymmetrie des Vergleichsbereichs, also der Matrize selbst, sollte sich jede zentral beginnende Linie durch den gleichen Helligkeitsverlauf auszeichnen. Sobald aber ein geometrischer Schaden in der Matrize vorliegt, wird eine diesen schädigenden Bereich kreuzende Linie einen anderen Helligkeitsverlauf im Vergleich zu den übrigen Linien zeigen. Vergleicht man nun vorzugsweise direkt die Vielzahl der sternförmig verlaufenden Linien untereinander, dann ist aus den erkennbaren Unterschieden zwischen den Linien eine Schädigung oder eine Verschmutzung oder beides innerhalb des Vergleichsbereichs der Matrize erkennbar.The rotationally symmetrically arranged comparison area of the die is characterized by characteristic geometry features that are arranged concentrically. Accordingly, it is preferred to place lines starting in a star shape in the center of the comparison area and extending radially outward. These lines are characterized by the brightness values of the pixels forming them. This is because the brightness values of the pixels in the representation of the comparison area preferably reflect a change in height and depth in the cavity of the matrix under consideration. Due to the rotational symmetry of the comparison area, i.e. the die itself, each centrally starting line should be characterized by the same brightness curve. However, as soon as there is geometrical damage in the die, a line crossing this damaging area will show a different brightness curve compared to the other lines. If one compares the plurality of star-shaped lines directly with one another, then damage or soiling or both can be recognized from the discernible differences between the lines within the comparison area of the die.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform vorliegender Erfindung zeichnet sich die Zustandsbewertung durch die weiteren Schritte aus: Berechnen jeweils einer Mittelwert-Linie £β aus der Mehrzahl von Linien £k als Helligkeitsverlauf für die Matrize im Ausgangszustand anhand der Ursprungs-Pixeldarstellung und für die Matrize zumindest im Ist-Zustand anhand der Ist-Pixeldarstellung und Vergleichen der Mittelwert-Linien £β für die Matrize im Ausgangszustand und für die Matrize zumindest im Ist-Zustand.According to a further preferred embodiment of the present invention, the condition assessment is characterized by the further steps: calculating a mean value line in each case £ β from the plurality of lines £ k as a brightness curve for the matrix in the initial state on the basis of the original pixel representation and for the matrix at least in the actual state on the basis of the actual pixel representation and comparing the mean value lines £ β for the matrix in the initial state and for the matrix at least in the actual state.

Gemäß einer alternativen Ausgestaltung vorliegender Erfindung ist es nicht zwingend erforderlich, einen absoluten Vergleich zwischen der Mehrzahl von sternförmig verlaufenden Linien der Pixeldarstellung durchzuführen. Bevorzugt ist es ebenfalls möglich, aus der Mehrzahl von sternförmig verlaufenden Linien für die Ist-Pixeldarstellung eine Mittelwert-Linie zu berechnen. Diese Mittelwert-Linie repräsentiert dann einen mittleren Helligkeitsverlauf für den Vergleichsbereich der betrachteten Matrize bzw. des betrachteten Gegenstands. Im Vergleich dazu wird aus einer ähnlichen Mehrzahl von sternförmig verlaufenden Linien der Ursprungs-Pixeldarstellung ebenfalls eine Mittelwert-Linie berechnet. Ein bevorzugter Vergleich der Mittelwert-Linien für die Ist-Pixeldarstellung und die Ursprungs-Pixeldarstellung signalisiert bei Übereinstimmung eine bevorzugte Funktionstüchtigkeit der betrachteten Matrize. Sollte der Vergleich der Mittelwert-Linien der Ist-Pixeldarstellung und der Ursprungs-Pixeldarstellung erkennbare Abweichungen zeigen, dann weist dies auf Verschmutzungen und/oder Beschädigungen der Matrize im Vergleichsbereich hin. According to an alternative embodiment of the present invention, it is not absolutely necessary to carry out an absolute comparison between the plurality of star-shaped lines of the pixel representation. It is also preferably possible to calculate an average value line from the plurality of star-shaped lines for the actual pixel representation. This mean value line then represents an average brightness curve for the comparison area of the matrix under consideration or of the object under consideration. In comparison, a mean value line is also calculated from a similar plurality of star-shaped lines of the original pixel representation. A preferred comparison of the mean value lines for the actual pixel representation and the original pixel representation signals, if they match, a preferred functionality of the matrix under consideration. Should the comparison of the mean value lines of the actual pixel representation and the original pixel representation show recognizable deviations, then this indicates dirt and / or damage to the die in the comparison area.

Anhand der Unterschiede zwischen den verglichenen Mittelwert-Linien wird bevorzugt ein Entscheidungskriterium definiert, ob eine betrachtete Matrize weiter benutzt werden darf oder nicht.On the basis of the differences between the compared mean value lines, a decision criterion is preferably defined whether a matrix under consideration may continue to be used or not.

Zudem ist es bevorzugt, dass derartig bestimmte Mittelwert-Linien der Ist-Darstellung und einer zeitlich vorhergegangenen Ist-Darstellung miteinander verglichen werden. Aus diesem Vergleich ist ablesbar, ob eine zunehmende Verschmutzung und/oder Beschädigung der Matrize im Vergleichsbereich auf eine bevorstehende Funktionsstörung der betrachteten Matrize hinweist.In addition, it is preferred that average lines of the actual representation and a previous actual representation determined in this way are compared with one another. From this comparison it can be seen whether increasing soiling and / or damage to the die in the comparison area indicates an impending malfunction of the die in question.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Zustandsbewertung werden die folgenden weiteren Schritte durchgeführt: Berechnen einer Mittelwert-Linie £β aus der Mehrzahl von Linien £ n e u β , £ d e f β ,

Figure DE102018133567A1_0003
als Helligkeitsverlauf für eine Matrize im Ausgangszustand anhand der Ursprungs-Pixeldarstellung und für eine Matrize zumindest im Ist-Zustand anhand der Ist-Pixeldarstellung und Berechnen des Korrelationsfaktors r £ n e u β ¯ , £ d e f . β ¯ ,
Figure DE102018133567A1_0004
zwischen der Mittelwert-Linie £ n e u β
Figure DE102018133567A1_0005
der Matrize im Ausgangszustand und der Mittelwertlinie £ d e f β ,
Figure DE102018133567A1_0006
der Matrize im Ist-Zustand und Bestimmen eines Grads der Schädigung der Matrize basierend auf dem berechneten Korrelationsfaktors r £ n e u β ¯ , £ d e f . β ¯ .
Figure DE102018133567A1_0007
According to a further preferred embodiment of the condition assessment, the following further steps are carried out: Calculating an average line £ β from the plurality of lines £ n e u β , £ d e f β ,
Figure DE102018133567A1_0003
as a brightness curve for a matrix in the initial state using the original pixel representation and for a matrix at least in the actual state using the actual pixel representation and calculating the correlation factor r £ n e u β ¯ , £ d e f . β ¯ ,
Figure DE102018133567A1_0004
between the mean line £ n e u β
Figure DE102018133567A1_0005
the matrix in the initial state and the mean value line £ d e f β ,
Figure DE102018133567A1_0006
the die in the actual state and determining a degree of damage to the die based on the calculated correlation factor r £ n e u β ¯ , £ d e f . β ¯ .
Figure DE102018133567A1_0007

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Zustandsbewertung wird für die Ist-Pixeldarstellung sowie für die Ursprungs-Pixeldarstellung jeweils eine Mittelwert-Linie aus den Helligkeitsverläufen (siehe oben) bestimmt. Während es gemäß der oben beschriebenen Ausgestaltung bevorzugt ist, diese Mittelwert-Linien untereinander zu vergleichen, ist es ebenfalls alternativ bevorzugt, den Korrelationsfaktor zwischen der Mittelwert-Linie der Ist-Pixeldarstellung und der Mittelwert-Linie der Ursprungs-Pixeldarstellung zu berechnen. Vorzugsweise liegt der Korrelationsfaktor zwischen 1 und 0. In Abhängigkeit von der Abweichung des Korrelationsfaktors von 1, also der Annahme von Werten < 1, ist eine mögliche Schädigung der Matrize im Vergleichsbereich bestimmbar. In diesem Zusammenhang ist es erfindungsgemäß bevorzugt, einen Wertebereich für den Korrelationsfaktor anzugeben, aus dem sich der Grad der Schädigung der Matrize im Vergleichsbereich ablesen lässt.According to a further preferred embodiment of the state evaluation according to the invention, a mean value line is determined from the brightness profiles for the actual pixel representation and for the original pixel representation (see above). While it is preferred according to the embodiment described above to compare these mean value lines with one another, it is also alternatively preferred to calculate the correlation factor between the mean value line of the actual pixel representation and the mean value line of the original pixel representation. The correlation factor is preferably between 1 and 0. Depending on the deviation of the correlation factor from 1, ie the assumption of values <1, possible damage to the die can be determined in the comparison range. In this context, it is preferred according to the invention to specify a range of values for the correlation factor from which the degree of damage to the die in the comparison range can be read.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Zustandsbewertung sind folgende weitere Schritte vorgesehen: Berechnen des Korrelationsfaktors zwischen jeder Linie £k und den anderen Linien £k der Mehrzahl von Linien £k für die Matrize im Ausgangszustand und im Ist-Zustand, Berechnen des Mittelwerts der berechneten Korrelationsfaktoren für die Matrize im Ausgangszustand und Berechnen des Mittelwerts der berechneten Korrelationsfaktoren für die Matrize im Ist-Zustand und Bestimmen eines Grads der Schädigung der Matrize im Ist-Zustand anhand eines Vergleichs zwischen den gemittelten Korrelationsfaktoren der Matrize im Ist-Zustand und im Ausgangszustand.According to a further preferred embodiment of the condition assessment according to the invention, the following further steps are provided: calculating the correlation factor between each line £ k and the other lines £ k the majority of lines £ k for the matrix in the initial state and in the current state, calculating the mean value of the calculated correlation factors for the matrix in the initial state and calculating the average value of the calculated correlation factors for the matrix in the current state and determining a degree of damage to the matrix in the current state using a Comparison between the mean correlation factors of the matrix in the current state and in the initial state.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Zustandsbewertung wird die Pixel-Darstellung des Ist-Zustands und des Ursprungs-Zustands oder eines vorhergegangenen Ist-Zustands in die bereits oben beschriebene Mehrzahl von Linien zerlegt. Neben den oben beschriebenen Verfahrensalternativen ist es gemäß einer weiteren Verfahrensalternative bevorzugt, den Korrelationsfaktor zwischen jeder Linie und dem Rest des Satzes an Linien für jede Pixeldarstellung zu berechnen. Entsprechend ergibt sich eine Mehrzahl an Korrelationsfaktoren, die der Anzahl an Linien der jeweils betrachteten Pixel-Darstellung entspricht. Aus dieser Mehrzahl an Korrelationsfaktoren wird dann vorzugsweise der Mittelwert der berechneten Korrelationsfaktoren für die jeweils betrachtete Matrize berechnet. Daraus ergibt sich ein Mittelwert der berechneten Korrelationsfaktoren für die Matrize im Ausgangszustand sowie für die Matrize im Ist-Zustand. Vergleicht man diese Mittelwerte der berechneten Korrelationsfaktoren ist auch daraus ein Grad der Schädigung der Matrize im Vergleichsbereich ableitbar. Denn sobald geometrische Unterschiede zwischen untereinander korrelierten Linien vorliegen, führt dies zu einer Reduktion des Korrelationsfaktors. Diese Reduktion schlägt sich ebenfalls bei der Mittelwertbildung des Korrelationsfaktors nieder. Entsprechend ist es bevorzugt, auf Grundlage eines zuvor definierten Wertebereichs für die gemittelten Korrelationsfaktoren der Matrize im Ist-Zustand ein Grad der Schädigung im Vergleich zum gemittelten Korrelationsfaktor der Matrize im Ausgangszustand festzulegen.According to a further preferred embodiment of the state evaluation according to the invention, the pixel representation of the current state and the original state or a previous current state is broken down into the plurality of lines already described above. In addition to the method alternatives described above, according to another method alternative, it is preferred to calculate the correlation factor between each line and the rest of the set of lines for each pixel representation. Correspondingly, a plurality of correlation factors result, which corresponds to the number of lines of the pixel representation in each case. From this plurality of correlation factors, the mean value of the calculated correlation factors for the matrix in question is then preferably calculated. This results in an average of the calculated correlation factors for the matrix in the initial state and for the matrix in the actual Status. If one compares these mean values of the calculated correlation factors, a degree of damage to the die in the comparison range can also be derived therefrom. Because as soon as there are geometric differences between correlated lines, this leads to a reduction in the correlation factor. This reduction is also reflected in the averaging of the correlation factor. Accordingly, it is preferred, based on a previously defined range of values for the averaged correlation factors of the die in the actual state, to determine a degree of damage in comparison to the averaged correlation factor of the die in the initial state.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Zustandsbewertung ist folgender weiterer Schritt vorgesehen: Bestimmen des Mittelpunkts der Matrize in der Ist-Pixeldarstellung und in der Ursprungs-Pixeldarstellung.According to a further preferred embodiment of the condition assessment according to the invention, the following further step is provided: determining the center point of the matrix in the actual pixel representation and in the original pixel representation.

Vorzugsweise bildet der Mittelpunkt der jeweiligen Pixeldarstellung einen Ausgangspunkt, um die radial auswärts laufenden sternförmigen Linien zur Auswertung der Geometriemerkmale im Ursprungs-Zustand und im Ist-Zustand durchzuführen. Da die auszuwertenden Gegenstände bevorzugt rotationssymmetrisch aufgebaut sind, bildet ein im Zentrum bzw. im konzentrischen Mittelpunkt des betrachteten Vergleichsbereichs angeordneter Mittelpunkt eine optimale Ausgangsposition, um die sternförmig verlaufenden Linien miteinander zu vergleichen. Das gilt gleichermaßen für einen direkten Vergleich derartiger Linien der Ist-Pixeldarstellung und der Ursprungs-Pixeldarstellung wie auch für einen Vergleich der Mittelwert-Linien und/oder einen Vergleich der berechneten Korrelationsfaktoren der unterschiedlichen oben beschriebenen Ausführungsformen.The center point of the respective pixel representation preferably forms a starting point in order to carry out the radially outward running star-shaped lines for evaluating the geometry features in the original state and in the actual state. Since the objects to be evaluated are preferably constructed to be rotationally symmetrical, a center point arranged in the center or in the concentric center point of the comparison region under consideration forms an optimal starting position for comparing the star-shaped lines with one another. This applies equally to a direct comparison of such lines of the actual pixel representation and the original pixel representation as well as to a comparison of the mean value lines and / or a comparison of the calculated correlation factors of the different embodiments described above.

Zur Unterstützung der Bestimmung des Mittelpunkts der Matrize ist es ebenfalls bevorzugt, die aufnehmende optische Kamera konzentrisch zum aufzunehmenden Vergleichsbereich und insbesondere zum Mittelpunkt der konzentrisch ausgebildeten Matrize anzuordnen. Eine derartige Anordnungsgenauigkeit zwischen Matrize und Kamera ist vorzugsweise durch die Verwendung eines genau arbeitenden Bewegungsmechanismus, wie beispielsweise ein Industrieroboter, realisierbar.To support the determination of the center point of the die, it is also preferred to arrange the recording optical camera concentrically to the comparison area to be recorded and in particular to the center of the concentrically formed matrix. Such an accuracy of arrangement between the die and the camera can preferably be achieved by using a precisely working movement mechanism, such as an industrial robot.

Zudem erfindungsgemäß bevorzugt sind die folgenden Schritte zum Bestimmen des Mittelpunkts in der jeweiligen Pixeldarstellung vorgesehen: Definieren einer Mehrzahl von sternförmig verlaufenden Linien £k mit k=1...n in der Ist-Pixeldarstellung als Helligkeitsverlauf £ k β = { p 1 β , , p l β }

Figure DE102018133567A1_0008
basierend auf den Pixelwerten und dem Bresenham-Algorithmus, Bestimmen von drei Pixeln pro Linie £k ausgehend von der Mitte, an denen die Helligkeitsdifferenz zum darauffolgenden Pixel maximal ist gemäß p m a x g r a d = max i = 1 l 1 | p i + 1 β p i β | ,
Figure DE102018133567A1_0009
Segmentieren der Mehrzahl von Pixeln zu unterschiedlichen Kreiskonturen der Matrize, indem für jede Kreiskontur ein Cluster mit Hilfe einer Menge von Gaußfunktionen nach dem Gaußschen Mischungsmodell modelliert wird, danach Ermitteln der dominanten Gaußverteilung mit der geringsten Varianz und daraus Bestimmen des Kreises aus den Pixelkoordinaten und dessen Mittelpunkt und Festlegen des Mittelpunkts als Matrizenmittelpunkt.In addition, according to the invention, the following steps are preferably provided for determining the center point in the respective pixel representation: Defining a plurality of lines running in a star shape £ k with k = 1 ... n in the actual pixel representation as the brightness curve £ k β = { p 1 β , ... , p l β }
Figure DE102018133567A1_0008
based on the pixel values and the Bresenham algorithm, determining three pixels per line £ k starting from the center, at which the difference in brightness to the next pixel is maximum according to p m a x G r a d = Max i = 1 ... l - 1 | p i + 1 β - p i β | ,
Figure DE102018133567A1_0009
Segmentation of the plurality of pixels into different circular contours of the matrix by modeling a cluster for each circular contour using a set of Gaussian functions according to the Gaussian mixture model, then determining the dominant Gaussian distribution with the least variance and determining the circle from the pixel coordinates and its center and setting the center point as the matrix center point.

Vorliegende Erfindung offenbart zudem ein neuronales Netz, mit dem eine Zustandsbewertung von gleichen Werkzeugen, vorzugsweise eine Stanznietmatrize, bei mindestens einem Anwender im Betrieb erfolgt, in welchem ein Ergebnis einer Zustandsbewertung gemäß einem der vorhergehenden Patentansprüche verarbeitbar ist.The present invention also discloses a neural network with which a condition assessment of the same tools, preferably a punch rivet die, is carried out for at least one user in the company, in which a result of a condition assessment according to one of the preceding claims can be processed.

Vorzugsweise wird eine Mehrzahl von gleichartigen Werkzeugen, im Speziellen von gleichartigen Stanznietmatrizen, bei einem oder mehreren Anwendern eingesetzt. Diese Stanznietmatrizen werden basierend auf der oben beschriebenen computergestützten optischen Zustandsbewertung regelmäßig bewertet und überwacht. Anhand der Vielzahl von Fügevorgängen, die mit der gleichen Stanznietgeometrie realisiert werden, werden Daten zur Beschreibung der Lebensdauer und der Versagenswahrscheinlichkeit der Stanznietmatrize in Abhängigkeit von den Fügevorgängen gesammelt. Als weitere Parameter werden in diesem Zusammenhang bevorzugt die gefügten Materialien, die Umgebungsbedingungen sowie weitere denkbare Begleitumstände des jeweiligen Fügevorgangs gespeichert. Unter bevorzugter Berücksichtigung der verschiedenen Umgebungsbedingungen erfasst das neuronale Netz Zusammenhänge zwischen den äußeren Bedingungen und deren Beeinflussung von Versagensmechanismen des verwendeten Werkzeugs, im Speziellen der Stanznietmatrize. Diese gesammelten Daten und in diesen bevorzugt erkannte Zusammenhänge unterstützen die Möglichkeit einer Voraussage, nach wievielen Fügevorgängen ein kritischer Schädigungszustand einer verwendeten Stanznietmatrize eintreten könnte. Somit unterstützt die Auswertung der Daten der computergestützten optischen Zustandsbewertung einen wirtschaftlichen aber dennoch rechtzeitigen Austausch einer Stanznietmatrize bzw. eines Werkzeugs, bevor deren/dessen Versagen zu einem Produktionsstillstand führt.A plurality of similar tools, in particular punch rivet dies of the same type, are preferably used by one or more users. These punch rivet matrices are regularly evaluated and monitored based on the computer-assisted optical condition assessment described above. On the basis of the large number of joining processes which are realized with the same punch rivet geometry, data for describing the service life and the failure probability of the punch riveting die are collected depending on the joining processes. In this context, the joined materials, the ambient conditions and other conceivable accompanying circumstances of the respective joining process are preferably stored as further parameters. Taking the various environmental conditions into account, the neural network captures relationships between the external conditions and their influence on failure mechanisms of the tool used, in particular the punch rivet die. These collected data and the relationships that are preferably recognized in these support the possibility of predicting after how many joining processes a critical damage state of a punch rivet die used could occur. Thus, the evaluation of the data of the computer-aided optical condition assessment supports an economical but nevertheless timely exchange of a punch rivet die or a tool before its failure leads to a production shutdown.

Figurenliste Figure list

Die bevorzugten Ausführungsformen vorliegender Erfindung werden unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

  • 1 eine seitliche Schnittansicht einer Stanznietmatrize mit darüber angeordneter optischer Kamera,
  • 2 eine Draufsicht auf die Stanznietmatrize aus 1 entlang der Mittelachse M,
  • 3 eine Veranschaulichung eines bevorzugten Vergleichsbereichs V zur Auswertung der Draufsicht auf die Stanznietmatrize gemäß 2,
  • 4 a-c drei vereinfachte Rastergrafiken a) einer Ursprungsmatrize, b) einer defekten oder beschädigten Matrize und c) einer gebrauchten oder abgenutzten Matrize,
  • 5 a-c mehrere Ist-Pixeldarstellungen einer Matrize a) im Ursprungszustand, b) im benutzten Zustand und c) im beschädigten Zustand,
  • 6 eine bevorzugte Mehrzahl von sternförmig von der Mitte der Pixeldarstellung der Stanznietmatrize M ausgehend radial auswärts verlaufende Linien £k nach dem Bresenham-Algorithmus,
  • 7 die bevorzugten Helligkeitsverläufe der Linien £k aus 6,
  • 8 die gemittelten und auf den Bereich 0...1 normierten Helligkeitsverlauf L β
    Figure DE102018133567A1_0010
    der einzelnen Linien £k aus 7,
  • 9 a-c die bevorzugte Darstellung unterschiedlicher Matrizen im Vergleichsbereich als Ist-Pixel darstellungen,
  • 10 die bevorzugten Helligkeitsverläufe der Linien aus 9 a-c,
  • 11 die bevorzugten gemittelten Korrelationsfaktoren in den 5 a-c,
  • 12 die bevorzugten Linien ähnlich zu 6 ausgehend vom Mittelpunkt als Pixeldarstellung,
  • 13 bevorzugte Darstellung des geometrischen Schwerpunkts,
  • 14 ein bevorzugtes Histogramm zur Clusterung der Pixel der Ist-Pixeldarstellung,
  • 15 bevorzugte Ergebnisse der Clusterung der Pixel,
  • 16 bevorzugte berechnete kreise der drei Hauptcluster der Pixel, und
  • 17 bevorzugte Clusterung von Pixel einer Ist-Pixeldarstellung einer beschädigten Matrize.
The preferred embodiments of the present invention are explained in more detail with reference to the accompanying drawing. Show it:
  • 1 2 shows a sectional side view of a punch rivet die with an optical camera arranged above it,
  • 2nd a plan view of the punch rivet 1 along the central axis M ,
  • 3rd an illustration of a preferred comparison area V to evaluate the top view of the punch rivet die according to 2nd ,
  • 4 ac three simplified raster graphics a) an original matrix, b) a defective or damaged matrix and c) a used or worn matrix,
  • 5 ac several actual pixel representations of a matrix a) in the original state, b) in the used state and c) in the damaged state,
  • 6 a preferred plurality of star-shaped from the center of the pixel representation of the punch rivet die M starting radially outward lines £ k according to the Bresenham algorithm,
  • 7 the preferred brightness gradients of the lines £ k out 6 ,
  • 8th the averaged brightness curve normalized to the range 0 ... 1 L β
    Figure DE102018133567A1_0010
    of the individual lines £ k out 7 ,
  • 9 ac the preferred representation of different matrices in the comparison area as actual pixel representations,
  • 10 the preferred brightness gradients of the lines 9 ac ,
  • 11 the preferred averaged correlation factors in the 5 ac ,
  • 12th the preferred lines similar to 6 starting from the center as a pixel representation,
  • 13 preferred representation of the geometric center of gravity,
  • 14 a preferred histogram for clustering the pixels of the actual pixel representation,
  • 15 preferred results of pixel clustering,
  • 16 preferred calculated circles of the three main clusters of pixels, and
  • 17th preferred clustering of pixels of an actual pixel representation of a damaged matrix.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen vorliegender ErfindungDetailed description of the preferred embodiments of the present invention

Im Bereich des Maschinenbaus werden unterschiedliche Fügeverbindungen mit rotationssymmetrisch aufgebautem Werkzeug realisiert. Zu diesen Werkzeugen zählen bevorzugt aber nicht abschließend Stempel, Stanznietmatrizen, Klebstoffdüsen und dergleichen.In the field of mechanical engineering, different joint connections are realized with a rotationally symmetrical tool. These tools preferably do not include, but are not limited to, punches, punch rivet dies, adhesive nozzles and the like.

Sobald diese Werkzeuge verschmutzt oder beschädigt sind, ist anhand einer Abbildung eines Vergleichsbereichs der einzelnen Werkzeuge eine Störung der Rotationssymmetrie erkennbar. Die Störung der Rotationssymmetrie unterstreicht eine eingeschränkte Funktionsfähigkeit des Werkzeugs. Dies wird im Folgenden beispielgebend anhand einer Stanznietmatrize erläutert. Es ist auf andere rotationssymmetrische Werkzeuge, Fügestellen, Bauteilgeometrien und dergleichen übertragbar.As soon as these tools are soiled or damaged, a disturbance in the rotational symmetry can be identified by means of an illustration of a comparison area of the individual tools. The disturbance of the rotational symmetry underlines a restricted functionality of the tool. This is explained below using a punch rivet as an example. It can be transferred to other rotationally symmetrical tools, joints, component geometries and the like.

Beispielgebend zeigt 1 einen Radialschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform einer Stanznietmatrize 10. Diese umfasst eine zentrale Vertiefung 12 sowie eine weitere konzentrische Vertiefung 14. Es versteht sich, dass die Vertiefungen 12, 14 konzentrisch um die Mittelachse M angeordnet sind.As an example shows 1 a radial section through a preferred embodiment of a punch rivet die 10 . This includes a central deepening 12th as well as another concentric depression 14 . It is understood that the recesses 12th , 14 concentric around the central axis M are arranged.

In einer Draufsicht D auf den konkaven Hohlraum der Stanznietmatrize 10 entlang der Mittelachse M sind die Vertiefungen 12, 14 als Ringe erkennbar. Dies zeigt 2.In a top view D on the concave cavity of the punch rivet die 10 along the central axis M are the recesses 12th , 14 recognizable as rings. this shows 2nd .

Für die erfindungsgemäß bevorzugte Zustandsbewertung eines rotationssymmetrischen Werkzeugs, hier die Stanznietmatrize 10, wird die Draufsicht D entlang der Mittelachse M auf die Stanznietmatrize 10 als Grundlage verwendet. In diesem Zusammenhang wird ein Ausschnitt aus der Draufsicht D oder die gesamte Draufsicht D als Vergleichsbereich V definiert.For the status evaluation of a rotationally symmetrical tool preferred according to the invention, here the punch rivet die 10 , the top view D along the central axis M on the punch rivet die 10 used as a basis. In this context, a section of the top view D or the entire top view D as a comparison area V Are defined.

Den Vergleichsbereich V erfasst eine optische Kamera K. Diese ist vorzugsweise mittig zum Vergleichsbereich V in Verlängerung der Mittelachse M angeordnet. Der optisch erfasste Vergleichsbereich V wird in Form von analogen oder digitalen elektrischen Signalen an einen Computer C übertragen. Im Computer werden die Bilddaten des optisch erfassten Vergleichsbereichs V als eine Mehrzahl von Pixeln gespeichert. The comparison area V captures an optical camera K . This is preferably centered on the comparison area V in extension of the central axis M arranged. The optically captured comparison area V is sent to a computer in the form of analog or digital electrical signals C. transfer. In the computer, the image data of the optically captured comparison area V stored as a plurality of pixels.

Vorzugsweise werden die Bilddaten oder die Mehrzahl von Pixeln an einen Monitor M übermittelt und dort dargestellt. Daher erfolgt vorzugsweise eine visuelle und/oder eine computergestützte bzw. rechnerische Auswertung der Bilddaten des Vergleichsbereichs V.The image data or the plurality of pixels are preferably sent to a monitor M transmitted and displayed there. Therefore, a visual and / or a computer-aided or arithmetic evaluation of the image data of the comparison area is preferably carried out V .

Bildaufnahmen der optischen Kamera K liegen in computerlesbarer Form als Rastergrafik vor. Diese besteht aus der Anordnung von Bildpunkten - den sogenannten Pixeln. Die Pixel enthalten jeweils als Informationen neben dem Farbton auch die Farbsättigung σ und die Helligkeit β.Images of the optical camera K are available in computer-readable form as raster graphics. This consists of the arrangement of pixels - the so-called pixels. In addition to the hue, the pixels also each contain the color saturation σ and the brightness β.

Der Farbton wird durch das additive Mischen der drei Grundfarben Rot (R), Grün (G), Blau (B) nachgebildet und abkürzend als RGB-Farbraum bezeichnet. Die Farbsättigung beschreibt die Qualität der Farbwirkung, also die Stärke des farbigen Reizes im Vergleich zu unbunten Farben. Die Farben Weiß, Grau und Schwarz besitzen eine Sättigung von 0. Neben Farbton und Sättigung ist die Helligkeit β eine weitere Farbeigenschaft. Diese beschreibt, wie hell oder dunkel eine Farbe erscheint. Entsprechend enthält ein Pixel p die Eigenschaften E: p E = ( R , G , B , β , σ )

Figure DE102018133567A1_0011
The color tone is reproduced by the additive mixing of the three primary colors red (R), green (G), blue (B) and abbreviated as the RGB color space. The color saturation describes the quality of the color effect, i.e. the strength of the colored stimulus compared to achromatic colors. The colors white, gray and black have a saturation of 0. In addition to hue and saturation, the brightness β is another color property. This describes how light or dark a color appears. Accordingly, a pixel p contains the properties E: p E = ( R , G , B , β , σ )
Figure DE102018133567A1_0011

Die genannten Eigenschaften können jeweils Werte zwischen 0 und 1 annehmen (entsprechend 0 % und 100 %). Dies wird anhand der nachfolgenden Beispiele von Pixeln unterschiedlicher Farbe deutlich: p weiß = ( 1,1,1,1,0 )

Figure DE102018133567A1_0012
p schwarz = ( 0,0,0,0,0 )
Figure DE102018133567A1_0013
p r o t = ( 1,0,0,0.5,1 )
Figure DE102018133567A1_0014
p g r a u = ( 0.5,0.5,0.5,0.5,0 )
Figure DE102018133567A1_0015
p orange = ( 1,0.4,0,0.5,1 )
Figure DE102018133567A1_0016
The properties mentioned can each take values between 0 and 1 (corresponding to 0% and 100%). This can be seen from the following examples of pixels of different colors: p White = ( 1,1,1,1,0 )
Figure DE102018133567A1_0012
p black = ( 0,0,0,0,0 )
Figure DE102018133567A1_0013
p r O t = ( 1,0,0,0.5,1 )
Figure DE102018133567A1_0014
p G r a u = ( 0.5.0.5.0.5.0.5.0 )
Figure DE102018133567A1_0015
p orange = ( 1.0.4.0.0.5.1 )
Figure DE102018133567A1_0016

Für zwei Messreihen bzw. Darstellungen mit jeweils n·m Werten {x1,1 ... xn,m} und {y1,1 ... yn,m} wird bevorzugt ein Korrelationskoeffizient r als Maß für die Ähnlichkeit dieser beiden Messreihen zueinander genutzt. Der Korrelationskoeffizient r nimmt Werte zwischen -1 und +1 an und berechnet sich nach folgender mathematischer Definition r = i = 1 n j = 1 m ( x i , j x ¯ ) ( y i , j y ¯ ) i = 1 n j = 1 m ( x i , j x ¯ ) 2 i = 1 n j = 1 m ( y i , j y ¯ ) 2

Figure DE102018133567A1_0017
For two series of measurements or representations, each with n · m values {x 1.1 ... x n, m } and {y 1.1 ... y n, m }, a correlation coefficient r is preferred as a measure of the similarity of these used two series of measurements to each other. The correlation coefficient r takes values between -1 and +1 and is calculated according to the following mathematical definition r = i = 1 n j = 1 m ( x i , j - x ¯ ) ( y i , j - y ¯ ) i = 1 n j = 1 m ( x i , j - x ¯ ) 2nd i = 1 n j = 1 m ( y i , j - y ¯ ) 2nd
Figure DE102018133567A1_0017

Der Mittelwert x̅ - analog dazu der Mittelwert y̅ - berechnet sich gemäß x ¯ = 1 n m i = 1 n j = 1 m x i , j

Figure DE102018133567A1_0018
The mean value x̅ - analogously to the mean value y̅ - is calculated according to x ¯ = 1 n m i = 1 n j = 1 m x i , j
Figure DE102018133567A1_0018

Bei einem Wert für r von +1 (bzw. –1) besteht ein vollständiger positiver (bzw. negativer) linearer Zusammenhang zwischen den Messreihen. Wenn der Korrelationskoeffizient r den Wert 0 aufweist, hängen beide Messreihen überhaupt nicht linear voneinander ab.With a value for r of +1 (or –1) there is a completely positive (or negative) linear relationship between the measurement series. If the correlation coefficient r is the value 0 , the two series of measurements do not depend linearly on one another at all.

Der Korrelationskoeffizient r wird für drei Beispielgrafiken aus 4 exemplarisch berechnet. In 4 zeigen die Darstellungen vereinfacht die Vergleichsbereiche V für a) die Stanznietmatrize im Ursprungszustand, b) die Stanznietmatrize im beschädigten/defekten Zustand und c) die Stanznietmatrize im gebrauchten oder abgenutzten Zustand. Pro Darstellung des Vergleichsbereichs V werden 14·14=196 Pixel angegeben. The correlation coefficient r is made for three example graphics 4th calculated as an example. In 4th show the representations simplified the comparison areas V for a) the punch rivet die in its original state, b) the punch rivet die in the damaged / defective condition and c) the punch rivet die in the used or worn condition. Per representation of the comparison area V 14 x 14 = 196 pixels are specified.

Zur vereinfachten Darstellung der berechneten Werte werden diese auf kleinere aber qualitative ähnliche Pixeldarstellungen bezogen. Diese umfassen bevorzugt nur 4·4 PixelFor a simplified representation of the calculated values, these are related to smaller but qualitatively similar pixel representations. These preferably comprise only 4 × 4 pixels

Die Helligkeitswerte p i , j β = { p 1,1 β , , p n , m β }

Figure DE102018133567A1_0019
mit n = 4 und m = 4 lauten

  1. a) p l i n k s β { p 1,1 β = 0, p 1,2 β = 1, p 1,3 β = 0, p 1,4 β = 1, p 2,1 β = 1, p 2,2 β = 0, p 2,3 β = 1, p 2,4 β = 1, p 3,1 β = 1, p 3,2 β = 1, p 3,3 β = 1, p 3,4 β = 0, p 4,1 β = 0, p 4,2 β = 0, p 4,3 β = 1, p 4,4 β = 1 }
    Figure DE102018133567A1_0020
  2. b) p mitte β = { 0,1,0,1,1,0,1,1,1,1,1,0,0,1,0,1 } sowie
    Figure DE102018133567A1_0021
  3. c) p rechts β = { 1,0,0,0,1,1,0,1,0,1,0,0,0,1,0,0 }
    Figure DE102018133567A1_0022
    mit den Mittelwerten 10/16, 10/16 und 6/16. Der Korrelationskoeffizient r zwischen der linken (4 a) und der mittleren Pixeldarstellung (4 b) beträgt r=0,66, zwischen der linken (4 a) und der rechten Pixeldarstellung (4 c) r=0,92 und zwischen der mittleren (4 b) und der rechten Pixeldarstellung (4 c) r=0,66. Dieses Ergebnis zeigt die Aussage des Korrelationskoeffizienten r zur Ähnlichkeit der gezeigten Vergleichsbereiche V der Stanznietmatrize M gemäß den Pixeldarstellungen der 4 a bis c.
The brightness values p i , j β = { p 1.1 β , ... , p n , m β }
Figure DE102018133567A1_0019
with n = 4 and m = 4
  1. a) p l i n k s β { p 1.1 β = 0, p 1.2 β = 1, p 1.3 β = 0, p 1.4 β = 1, p 2.1 β = 1, p 2.2 β = 0, p 2.3 β = 1, p 2.4 β = 1, p 3.1 β = 1, p 3.2 β = 1, p 3.3 β = 1, p 3.4 β = 0, p 4.1 β = 0, p 4.2 β = 0, p 4.3 β = 1, p 4.4 β = 1 }
    Figure DE102018133567A1_0020
  2. b) p center β = { 0.1.0.1.1.0.1.1.1.1.1.0.0.1.0.1 } such as
    Figure DE102018133567A1_0021
  3. c) p right β = { 1,0,0,0,1,1,0,1,0,1,0,0,0,1,0,0 }
    Figure DE102018133567A1_0022
    with the mean values 10/16, 10/16 and 6/16. The correlation coefficient r between the left ( 4 a) and the average pixel representation ( 4 b) is r = 0.66, between the left ( 4 a) and the right pixel display ( 4 c) r = 0.92 and between the middle ( 4 b) and the right pixel display ( 4 c) r = 0.66. This result shows the statement of the correlation coefficient r on the similarity of the comparison areas shown V the punch rivet die M according to the pixel representations of the 4 a to c .

Die obige theoretische Vorgehensweise wird beispielgebend auf Aufnahmen einer realen Stanznietmatrize, also Ist-Pixeldarstellungen des Vergleichsbereichs V der Stanznietmatrize M, angewendet. Als Beispiel dienen die 5 a bis c. In 5 a) ist eine Aufnahme des Vergleichsbereiche V einer neuen Stanznietmatrize M - also eine Ursprungs-Pixeldarstellung - gezeigt. 5 b) zeigt eine Darstellung einer gebrauchten Stanznietmatrize M und 5 c) zeigt eine Aufnahme einer defekten Stanznietmatrize M gleichen Typs.The above theoretical procedure is used as an example on images of a real punch rivet die, that is to say actual pixel representations of the comparison area V the punch rivet die M , applied. The serve as an example 5 a to c . In 5 a) is a recording of the comparison areas V a new punch rivet die M - So an original pixel representation - shown. 5 b) shows an illustration of a used punch rivet die M and 5 c) shows a picture of a defective punch rivet die M same type.

Die Kameraaufnahmen weisen jeweils bevorzugt 1624·1234=2004016 Pixel auf, wobei an dieser Stelle auch andere Auflösungen mit mehr oder weniger Pixeln nutzbar sind. Erfindungsgemäß bevorzugt werden alle Pixel des Vergleichsbereichs V zur Berechnung des Korrelationskoeffizienten r herangezogen.The camera recordings each preferably have 1624 * 1234 = 2004016 pixels, although other resolutions with more or fewer pixels can also be used at this point. According to the invention, all pixels of the comparison area are preferred V used to calculate the correlation coefficient r.

Zwischen der Ursprungs-Pixeldarstellung der Stanznietmatrize (5 a) und der Ist-Pixeldarstellung der gebrauchten Stanznietmatrize (5 b) jeweils aufgenommen im Vergleichsbereich V liegt der Korrelationskoeffizient bei 0,94. Zwischen der der Ursprungs-Pixeldarstellung der neuen Stanznietmatrize (5 a) und der Ist-Pixeldarstellung der defekten oder beschädigten Stanznietmatrize (5 c) jeweils aufgenommen im Vergleichsbereich V liegt der Korrelationskoeffizient bei 0,77. Zwischen der Ist-Pixeldarstellung der gebrauchten Stanznietmatrize (5b) und der Ist-Pixeldarstellung der defekten oder beschädigten Stanznietmatrize (5 c) jeweils aufgenommen im Vergleichsbereich V liegt der Korrelationskoeffizient bei 0,79.Between the original pixel representation of the punch rivet die ( 5 a) and the actual pixel representation of the used punch rivet die ( 5 b) each recorded in the comparison area V the correlation coefficient is 0.94. Between the original pixel representation of the new punch rivet die ( 5 a) and the actual pixel representation of the defective or damaged punch rivet die ( 5 c) each recorded in the comparison area V the correlation coefficient is 0.77. Between the actual pixel representation of the used punch rivet die ( 5b) and the actual pixel representation of the defective or damaged punch rivet die ( 5 c) each recorded in the comparison area V the correlation coefficient is 0.79.

Die obigen Ergebnisse zeigen, dass eine defekte Stanznietmatrize M anhand des Korrelationskoeffizienten r erkennbar ist. Auch die Erkennung einer verschmutzen oder abgenutzten Stanznietmatrize ist durch den entsprechend abnehmenden Korrelationswert r identifizierbar. Zu diesem Zweck ist es bevorzugt, einen Werkbereich für den Korrelationseffizienten r im Zusammenhang mit einem Matrizen- oder Werkzeugzustand zu definieren.The above results show that a broken punch rivet die M can be recognized from the correlation coefficient r. The detection of a dirty or worn punch rivet die can also be identified by the correspondingly decreasing correlation value r. For this purpose, it is preferred to define a work area for the correlation coefficient r in connection with a die or tool state.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vorliegender Erfindung wird der Korrelationsfaktor r einer Ist-Pixeldarstellung des Vergleichsbereichs V nicht nur mit der Ursprungs-Pixeldarstellung der Stanznietmatrize im nicht benutzten Zustand bestimmt. Es hat sich zudem als vorteilhaft herausgestellt, die Ist-Pixeldarstellung des Vergleichsbereichs V der Stanznietmatrize M mit der zeitlich vorhergegangenen, vorzugsweise der direkt vorhergegangenen, Ist-Pixeldarstellung des Vergleichsbereichs V der Stanznietmatrize M über den Korrelationsfaktor r in Zusammenhang zu bringen. Durch die bevorzugte Korrelation zeitlich aufeinanderfolgender Ist-Pixeldarstellungen der Stanznietmatrize M wird eine Änderung des Korrelationsfaktors r erkennbar, beispielsweise bei einer stetigen Abnahme oder schrittweisen Abnahme des Korrelationsfaktors r, der eine größere Schädigung oder ein bevorstehendes Versagen der Stanznietmatrize M im Vergleichsbereich V signalisiert.According to a preferred embodiment of the present invention, the correlation factor r becomes an actual pixel representation of the comparison area V not just with the original pixel representation of the Punch rivet die determined when not in use. The actual pixel representation of the comparison area has also proven to be advantageous V the punch rivet die M with the previous, preferably the directly previous, actual pixel representation of the comparison area V the punch rivet die M to correlate via the correlation factor r. Due to the preferred correlation of temporally successive actual pixel representations of the punch rivet die M a change in the correlation factor r is discernible, for example in the event of a steady decrease or gradual decrease in the correlation factor r, the greater damage or an impending failure of the punch rivet die M in the comparison area V signals.

Um noch genauer auf den Zustand der Stanznietmatrize M im Vergleichsbereich V schließen zu können, wird vorzugsweise die Berechnung des oben beschriebenen Korrelationskoeffizienten r nicht nur auf die Pixeldarstellung des Vergleichsbereichs V angewandt. Es ist ebenfalls bevorzugt, bestimmte Bildmerkmale in den erfassten Pixeldarstellungen auszuwerten.To be more precise on the condition of the punch rivet die M in the comparison area V to be able to conclude, the calculation of the correlation coefficient r described above is preferably not only the pixel representation of the comparison area V applied. It is also preferred to evaluate certain image features in the captured pixel representations.

Die betrachtete Stanznietmatrize M ist bevorzugt kreisförmig und rotationssymmetrisch mit - je nach Matrizentyp - einem charakteristischen Oberflächenverlauf. Diese Eigenschaften werden genutzt, indem mit Hilfe des bekannten Bresenham-Algorithmus sternförmig von der Mitte der Pixeldarstellung der Stanznietmatrize M ausgehend radial auswärts Linien gelegt werden. Diese Linien sind bevorzugt durch jeweilige Pixelverläufe aus den Aufnahmen des Vergleichsbereichs V beschreibbar. Sie enthalten weitere auswertbare Informationen über den Matrizenzustand, wie bevorzugt den Helligkeitsverlauf entlang einer Linie. Dies ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vorliegender Erfindung in 6 gezeigt.The punch rivet die considered M is preferably circular and rotationally symmetrical with - depending on the die type - a characteristic surface profile. These properties are used by using the well-known Bresenham algorithm in a star shape from the center of the pixel representation of the punch rivet die M lines starting radially outward. These lines are preferred due to the respective pixel courses from the recordings of the comparison area V writable. They contain further evaluable information about the matrix status, such as preferably the brightness curve along a line. This is according to a preferred embodiment of the present invention in 6 shown.

In 6 sind vorzugsweise die radial verlaufenden Linien £k mit k = 1 ...10 eingezeichnet, die jeweils l Pixel enthalten, also £k = {p1, ...,p1}. Diese Linien £k beginnen bevorzugten am zentralen Mittelpunkt der im Vergleichsbereich V aufgenommenen Stanznietmatrize M.In 6 are preferably the radial lines £ k marked with k = 1 ... 10, each containing 1 pixel, i.e. £ k = {p 1 , ..., p 1 }. These lines £ k preferred start at the central midpoint of the comparison area V punch rivet die M .

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vorliegender Erfindung werden die Helligkeitswerte der einzelne Pixel jeder Linie £k ausgewertet. Betrachtet man den sich daraus ergebenden bevorzugten Helligkeitsverlauf £ k β = { p 1 β , , p l β }

Figure DE102018133567A1_0023
der Pixel pro Linie £k , erhält man aufgrund der Rotationssymmetrie der Stanznietmatrize M ähnliche Helligkeitsverläufe. Diese bevorzugten Helligkeitsverläufe sind für die jeweilige Stanznietmatrize M charakteristisch, da sich hell/dunkel Wechsel aus geometrischen Höhen und Tiefen des Matrizenprofils ergeben.According to a preferred embodiment of the present invention, the brightness values of the individual pixels of each line £ k evaluated. Consider the resulting preferred brightness curve £ k β = { p 1 β , ... , p l β }
Figure DE102018133567A1_0023
the pixels per line £ k , is obtained due to the rotational symmetry of the punch rivet die M similar brightness gradients. These preferred brightness profiles are for the respective punch rivet die M characteristic, since light / dark changes result from geometrical heights and depths of the die profile.

7 zeigt die sich bevorzugt ergebenden Helligkeitsverläufe der Linien £k aus 6. Diese Linien £k umfassen gemäß einer bevorzugten Ausführungsform jeweils l = 570 Pixel. Die Anzahl k der Linien £k wird bevorzugte erhöht, um genauere Ergebnisse zu erzielen. In gleicher Weise ist es bevorzugt, die Zahl der Pixel pro Linie £k über die Auflösung der Aufnahme im Vergleichsbereich V zu erhöhen. 7 shows the preferred resulting brightness curves of the lines £ k out 6 . These lines £ k According to a preferred embodiment, each comprise l = 570 pixels. The number k of lines £ k is preferably increased to get more accurate results. In the same way, it is preferred to have the number of pixels per line £ k about the resolution of the recording in the comparison area V to increase.

Der direkte Vergleich der Helligkeitsverläufe der Linien £k in 7 zeigt bevorzugt mögliche geometrische Unterschiede entlang des Verlaufs der einzelnen Linien £k im Vergleich zueinander. Dazu ist auf der x-Achse die Anzahl der Pixel aufgetragen. Am Koordinatenursprung befindet sich bevorzugt der Pixel am Mittelpunkt der Stanznietmatrize M. Zunehmende Pixelwerte auf der x-Achse beschreiben eine radial auswärts laufende Position auf der jeweils betrachteten Linie £k . Entsprechend ist auf der y-Achse der Helligkeitswert zu jedem Pixel aufgetragen.The direct comparison of the brightness curves of the lines £ k in 7 preferably shows possible geometric differences along the course of the individual lines £ k compared to each other. For this purpose, the number of pixels is plotted on the x-axis. The pixel at the center of the punch rivet die is preferably located at the coordinate origin M . Increasing pixel values on the x-axis describe a position running radially outwards on the line under consideration £ k . Accordingly, the brightness value for each pixel is plotted on the y-axis.

Die blaue Linie in 8 zeigt bevorzugt den gemittelten und auf den Bereich 0...1 normierten Helligkeitsverlauf £β der einzelnen Linien £k aus 7. Vorzugsweise zeigt die gelbe Linie die ebenfalls gemittelten und normierten Verläufe der einzelnen Linien £k aus der Ist-Pixeldarstellung der gebrauchten Stanznietmatrize gemäß 5 b. Ebenfalls bevorzugt zeigt die rote Linie die gemittelten und normierten Verläufe der einzelnen Linien £k aus der Ist-Pixeldarstellung der defekten oder beschädigten Stanznietmatrize gemäß 5 c.The blue line in 8th preferably shows the averaged brightness curve normalized to the range 0 ... 1 £ β of the individual lines £ k out 7 . The yellow line preferably shows the likewise averaged and normalized courses of the individual lines £ k from the actual pixel representation of the used punch rivet die according to 5 b . The red line also preferably shows the averaged and normalized courses of the individual lines £ k from the actual pixel representation of the defective or damaged punch rivet die according to 5 c .

In der roten Linie ist im Bereich der Pixel 350 bis etwa 450 bevorzugt die defekte Stelle erkennbar. Aufgrund des Ausbruchs im Stanznietmatrizenprofil ist die Reflektion bzw. Helligkeit im Mittel deutlich geringer als in den Helligkeitsverläufen der gemittelten Linien £k der Stanznietmatrize M im Ursprungszustand oder im gebrauchten Zustand.The red line in the area of pixels 350 to approximately 450 preferably shows the defective location. Due to the breakout in the punch rivet die profile, the reflection or brightness is significantly lower on average than in the brightness profiles of the averaged lines £ k the punch rivet die M in original condition or in used condition.

Anhand der gemittelten Helligkeitsverläufe bestätigen sich auch bevorzugt die Ergebnisse der Korrelationsberechnung. Werden nämlich die gemittelten Helligkeitsverläufe korreliert bzw. in Zusammenhang gebracht, ergeben sich folgende Korrelationskoeffizienten r. Für den Vergleich zwischen der Ursprungs-Pixeldarstellung des Vergleichsbereichs V der ungebrauchten oder neuen Stanznietmatrize M (Bezeichnung „neu“) mit der Ist-Pixeldarstellung des Vergleichsbereichs V der gebrauchten Stanznietmatrize M (Bezeichnung „gebr.“) ergibt sich r   £ n e u β ¯ , £ g e b r . β ¯ = 0,92.

Figure DE102018133567A1_0024
Für den Vergleich zwischen der Ursprungs-Pixeldarstellung des Vergleichsbereichs V der ungebrauchten oder neuen Stanznietmatrize M (Bezeichnung „neu“) mit der Ist-Pixeldarstellung des Vergleichsbereichs V der defekten Stanznietmatrize M (Bezeichnung „def.“) ergibt sich r   £ n e u β ¯ , £ d e f . β ¯ = 0,75.
Figure DE102018133567A1_0025
The results of the correlation calculation are also preferably confirmed on the basis of the averaged brightness profiles. If the averaged brightness profiles are correlated or linked, the following correlation coefficients r result. For the comparison between the original pixel representation of the comparison area V the unused or new punch rivet die M (Description "new") with the actual pixel representation of the comparison area V the used punch rivet die M (Term "used") results r £ n e u β ¯ , £ G e b r . β ¯ = 0.92.
Figure DE102018133567A1_0024
For the comparison between the original pixel representation of the comparison area V the unused or new punch rivet die M (Description "new") with the actual pixel representation of the comparison area V the defective punch rivet die M (Name "def.") Results r £ n e u β ¯ , £ d e f . β ¯ = 0.75.
Figure DE102018133567A1_0025

Ebenfalls bevorzugt besteht eine weitere Verwendungsmöglichkeit dieser Helligkeitsverläufe der Linien £k darin, den verwendeten Matrizentyp der Stanznietmatrize M zu erkennen. Beispielgebend zeigt 9 a bis c drei unterschiedliche Matrizen. Die Stanznietmatrizen der 9 a und b sind vom gleichen Typ.Another preferred use of these lines of brightness is also possible £ k in the type of punch rivet die used M to recognize. As an example shows 9 a to c three different matrices. The punch rivet dies of the 9 a and b are of the same type.

Vorzugsweise sind die entsprechenden Helligkeitsverläufe der Linien £k für die Matrizengeometrien der 9 a-c in 10 dargestellt. Der Korrelationsfaktor r der Matrize aus 9 b zur Matrize gemäß 9 a beträgt bevorzugt 0,98. Der Korrelationsfaktor r der Matrize aus 9 b zur Matrize gemäß 9 c beträgt bevorzugt nur 0,32. Der Typ der Matrize aus 9 b entspricht also dem der Matrize aus 9 a, nicht aber dem der Matrize aus 9 c. Das dokumentiert der Korrelationsfaktor r < 0,35.The corresponding brightness gradients of the lines are preferred £ k for the die geometries of the 9 ac in 10 shown. The correlation factor r of the matrix 9 b according to the die 9 a is preferably 0.98. The correlation factor r of the matrix 9 b according to the die 9 c is preferably only 0.32. The type of die 9 b corresponds to that of the matrix 9 a , but not that of the die 9 c . This is documented by the correlation factor r <0.35.

Dieses Verfahren lässt sich bevorzugt auf mehrere Matrizentypen im Vergleich erweitern. Dabei werden die Korrelationsfaktoren r zu jedem einzelnen Matrizentyp berechnet. Anhand der größten Übereinstimmung, d. h. des größten Korrelationsfaktors r, lässt sich der entsprechende Matrizentyp bestimmen bzw. verifizieren. Dieses Verfahren ist ebenfalls bevorzugt auf gebrauchte Matrizen anwendbar.This method can preferably be expanded to compare several types of matrices. The correlation factors r are calculated for each individual matrix type. Based on the closest match, i.e. H. of the largest correlation factor r, the corresponding matrix type can be determined or verified. This method is also preferably applicable to used matrices.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Bewertungsverfahrens wird folgendes Verfahren genutzt: Statt die Helligkeitsverläufe der Linien £k aus 7 zu mitteln, werden die einzelnen Helligkeitsverläufe der Linien £k nach folgender Formel mit den Helligkeitsverläufen aller anderen Linien £k korreliert und die Korrelationskoeffizienten gemittelt: r b ¯ = 1 k i = 1 k r £ b β , £ i β , i b , b = { 1, , k }

Figure DE102018133567A1_0026
According to a further preferred embodiment of the evaluation method according to the invention, the following method is used: instead of the brightness curves of the lines £ k out 7 to average, the individual brightness gradients of the lines £ k according to the following formula with the brightness curves of all other lines £ k correlated and the correlation coefficients averaged: r b ¯ = 1 k i = 1 k r £ b β , £ i β , i b , b = { 1, ... , k }
Figure DE102018133567A1_0026

Entsprechend ergeben sich aus den zehn Helligkeitsverläufen der Linien £k gemäß 6 bevorzugt zehn gemittelte Korrelationskoeffizienten r gemäß oben genannter Formel.Accordingly, the ten brightness gradients of the lines result £ k according to 6 preferably ten averaged correlation coefficients r according to the above formula.

Wird dieses bevorzugte Verfahren für die Stanznietmatrizen M der 5 a bis c durchgeführt, ergibt sich der in 11 dargestellte Verlauf. In 11 repräsentiert die blaue Kurve den gemittelten Korrelationskoeffizienten für die Helligkeitsverläufe der Linien £k in der Ursprungs-Pixeldarstellung (siehe 5 a). Der Verlauf der blauen Kurve entspricht auch der Erwartung. Die Stanznietmatrize M im Vergleichsbereich V der Ursprungs-Pixeldarstellung ist gleichmäßig und unbeschädigt, so dass die Helligkeitsverläufe durchgehend eine hohe Ähnlichkeit zueinander aufweisen. Dies spiegelt sich in dem hohen Korrelationsfaktor von über 0,9 wider.This is the preferred method for punch rivet dies M of the 5 a to c carried out, the result is in 11 shown history. In 11 the blue curve represents the averaged correlation coefficient for the brightness curves of the lines £ k in the original pixel representation (see 5 a) . The course of the blue curve also corresponds to the expectation. The punch rivet die M in the comparison area V the original pixel representation is uniform and undamaged, so that the brightness gradients are very similar to one another throughout. This is reflected in the high correlation factor of over 0.9.

Ähnlich ist es bei der Ist-Pixeldarstellung für die gebrauchte Stanznietmatrize M gemäß 5 b. Die gemittelten Korrelationskoeffizienten sind in Gelb in 11 dargestellt. Hier zeigt sich die Abnutzung in Form von ungleichmäßigen Verläufen und dadurch geringeren Korrelationskoeffizienten mit Werte um 0,87.It is similar with the actual pixel display for the used punch rivet die M according to 5 b . The averaged correlation coefficients are in yellow in 11 shown. This shows the wear in the form of uneven courses and therefore lower correlation coefficients with values around 0.87.

Ein anderes Ergebnis liefern die Helligkeitsverläufe der Linien £k der defekten oder beschädigten Stanznietmatrize M gemäß 5 c. Die gemittelten Korrelationskoeffizienten r sind in Rot in 11 dargestellt. Die gemittelten Korrelationsfaktoren r sind bedingt durch den Ausbruch (ein deutlicher Einbruch an der Stelle des Matrizendefekts) und die dadurch verursachten unterschiedlichen Helligkeitsverläufe der Linien £k niedriger mit ca. 0,7. Dies liegt daran, dass die Helligkeitsverläufe, die die Bruchstelle überstreichen, kaum Ähnlichkeit mit den anderen Verläufen der Linien £k besitzen.The brightness gradients of the lines provide another result £ k the defective or damaged punch rivet die M according to 5 c . The averaged correlation coefficients r are in red in 11 shown. The averaged correlation factors r are due to the breakout (a significant drop at the location of the die defect) and the resulting different brightness gradients of the lines £ k lower at around 0.7. This is because the brightness gradients that sweep over the break point are hardly similar to the other gradients on the lines £ k have.

Die beschriebenen Verfahren lassen sich nicht nur auf Stanznietmatrizen anwenden. Es ist ebenfalls bevorzugt, diese auf beliebige Oberflächen oder Werkstücke, vorzugsweise mit rotationssymmetrischer Geometrie, anzuwenden, bei denen ein Verlauf der vorhandenen Pixeleigenschaften (Helligkeit, Farbe, Sättigung) betrachtet und mit bekannten (Verlaufs-) Mustern verglichen werden kann.The described methods can not only be applied to punch rivet dies. It is also preferred to apply these to any surfaces or workpieces, preferably with rotationally symmetrical geometry, in which a course of the existing pixel properties (brightness, color, saturation) can be viewed and compared with known (course) patterns.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung oben beschriebener Verfahren wird der Mittelpunkt der rotationssymmetrischen Stanznietmatrize M in den auszuwertenden Pixeldarstellungen genauer bestimmt. Auf diese Weise lässt sich die Rotationssymmetrie der Stanznietmatrize im Vergleichsbereich V optimal ausnutzen. Würden nämlich die Helligkeitsverläufe der Linien £k nicht vom Mittelpunkt der rotationssymmetrischen Pixeldarstellung im Vergleichsbereich V starten, wären diese von vornherein zu unterschiedlich, um mit Hilfe des Korrelationskoeffizienten r Aussagen über den Matrizenzustand treffen zu können.According to a further preferred embodiment of the methods described above, the center of the rotationally symmetrical punch rivet die becomes M determined more precisely in the pixel representations to be evaluated. In this way, the rotational symmetry of the punch rivet die can be compared V make optimal use of it. Would be the brightness gradients of the lines £ k not from the center of the rotationally symmetrical pixel representation in the comparison area V start, these would be too different from the start to be able to use the correlation coefficient r to make statements about the state of the matrix.

12 zeigt die Linien £k mit k = 1 ...400 ähnlich wie in 6, nur dass sie ausgehend vom Mittelpunkt der Pixeldarstellung radial auswärts verlaufen. Der Mittelpunkt der Pixeldarstellung stimmt nicht mit einem Mittelpunkt der Stanznietmatrize M überein. 12th shows the lines £ k with k = 1 ... 400 similar to in 6 , except that they run radially outwards from the center of the pixel representation. The center of the pixel representation does not match the center of the punch rivet die M match.

Da der Matrizenmittelpunkt unbekannt ist, werden zunächst bevorzugt pro Linie £k ausgehend vom Mittelpunkt der Pixeldarstellung die drei Pixel bestimmt, an denen die Helligkeitsdifferenz zum darauffolgenden Pixel maximal ist. Die entsprechende mathematische Vorschrift dazu zeigt die folgende Gleichung p m a x g r a d = max i = 1 l 1 | p i + 1 β p i β |

Figure DE102018133567A1_0027
Since the center of the die is unknown, we prefer to use it per line £ k Starting from the center point of the pixel representation, the three pixels are determined at which the brightness difference to the next pixel is maximum. The corresponding mathematical rule for this is shown in the following equation p m a x G r a d = Max i = 1 ... l - 1 | p i + 1 β - p i β |
Figure DE102018133567A1_0027

Die auf diese Weise gewonnenen Pixel sind in 13 grün dargestellt. Der Kreis in der Mitte zeigt den geometrischen Schwerpunkt psp der Punktewolke. Dieser berechnet sich bevorzugt über eine Mittelung sämtlicher X- bzw. Y-Werte aller Pixelkoordinaten der Punktewolke.The pixels obtained in this way are in 13 shown in green. The circle in the middle shows the geometric center of gravity p sp of the point cloud. This is preferably calculated by averaging all the X and Y values of all the pixel coordinates of the point cloud.

Die Koordinaten der Punktewolke ergeben sich bevorzugt aus einem ausgewählten Bereich in der betrachtet Pixeldarstellung. Gemäß unterschiedlicher bevorzugter Ausführungsformen vorliegender Erfindung ist dieser Bereich unterschiedlich groß, der in die Berechnung des geometrischen Schwerpunkts einfließt.The coordinates of the point cloud preferably result from a selected area in the pixel representation considered. According to different preferred embodiments of the present invention, this area has different sizes, which is included in the calculation of the geometric center of gravity.

In der bevorzugten Ausgestaltung gemäß 12 werden 400 Linien betrachtet. Aus diesen Linien werden jeweils drei Pixel mit maximaler Helligkeitsdifferenz bestimmt. Diese Auswertung der 400 Linien liefert insgesamt 1200 Pixel, die als Veranschaulichung bzw. symbolisch als kleine grüne Punkte in 13 dargestellt sind. Da nur diese grünen Punkte/Pixel der 400 Linien aus 13 die Punktewolke bilden, fließen nur die Koordinaten dieser Pixel in die Berechnung des Schwerpunkts der Punktewolke ein.In the preferred embodiment according to 12th 400 lines are considered. From these lines, three pixels with a maximum difference in brightness are determined. This evaluation of the 400 lines provides a total of 1200 pixels, which are used as an illustration or symbolically as small green dots in 13 are shown. Because only these green dots / pixels made up of 400 lines 13 form the point cloud, only the coordinates of these pixels are included in the calculation of the center of gravity of the point cloud.

Weiterhin erfindungsgemäß bevorzugt werden nur die Pixel zur Kreisberechnung herangezogen, die auf einer (Kreis-)Kontur der Stanznietmatrize M liegen. Diese Pixel werden bevorzugt genutzt, den Matrizenmittelpunkt zu bestimmen. Um festzustellen, auf welcher Kreiskontur welcher Pixel liegt, werden die Pixel bevorzugt segmentiert, d.h. sie werden verschiedenen Clustern zugeordnet. Ein Cluster entspricht damit bevorzugt einer Kreiskontur in der Pixeldarstellung der Stanznietmatrize. Als Maß für die Zugehörigkeit zu einem solchen Cluster wird der Abstand des Pixels zum Mittelpunkt verwendet. Dies basiert auf der Annahme, dass Pixel mit ähnlichem oder sogar identischem Abstand wahrscheinlich auf derselben Kreiskontur liegen.Furthermore, according to the invention, only the pixels that are on a (circular) contour of the punch rivet die are preferably used for the circle calculation M lie. These pixels are preferably used to determine the center of the matrix. To determine which pixel lies on which circular contour, the pixels are preferably segmented, ie they are assigned to different clusters. A cluster thus preferably corresponds to a circular contour in the pixel representation of the punch rivet die. The distance from the pixel to the center is used as a measure of the membership of such a cluster. This is based on the assumption that pixels with a similar or even identical distance are likely to lie on the same circular contour.

Da die Pixelkoordinaten des wahren Mittelpunkts der Matrize unbekannt sind, wird zunächst der Schwerpunkt der Punktewolke als Mittelpunkt verwendet.Since the pixel coordinates of the true center of the matrix are unknown, the center of gravity of the point cloud is used as the center.

Danach wird vorzugsweise der Abstand eines jeden Pixels zu dem angenommenen Mittelpunkt berechnet. Ein beispielhaftes Histogramm dieser Abstände zeigt der farbige obere Balken in 14. Die bevorzugte Zuordnung zu den Clustern ist nicht immer eindeutig. Daher wird bevorzugt eine Zugehörigkeit zu einem Cluster mit Hilfe einer Menge von Gaußfunktionen modelliert. Jede Funktion bildet ein solches Cluster mit jeweils charakteristischem Erwartungswert µ, einer Standardabweichung σ und einer Gewichtung ω. Die Gewichtung nimmt vorzugsweise Werte zwischen 0 und 1 an. Damit wird ebenfalls bevorzugt prozentual angegeben, wie viele Pixel diesem Cluster bzw. dieser Gauß-Funktion zugeordnet sind.The distance of each pixel to the assumed center point is then preferably calculated. The colored upper bar in shows an example histogram of these distances 14 . The preferred assignment to the clusters is not always clear. Therefore, membership of a cluster is preferably modeled using a set of Gaussian functions. Each function forms such a cluster with a characteristic expected value µ, a standard deviation σ and a weighting ω. The weighting preferably takes on values between 0 and 1. This also preferably indicates in percentage terms how many pixels are assigned to this cluster or this Gaussian function.

Die Abstandswerte werden vorzugsweise der Gaußfunktion mit der höchsten Wahrscheinlichkeit in diesem Bereich zugeordnet. In 14 sind das insgesamt vier Segmente und die zugehörigen Abstandswerte sind entsprechend rot, blau, grün und schwarz eingefärbt. Die dominante Verteilung mit der geringsten Varianz ist die Gaußkurve, der die blauen Werte zugeordnet sind. Mit diesen Pixelkoordinaten wird dann bevorzugt der Kreis bestimmt und dessen Mittelpunkt als Matrizenmittelpunkt festgelegt.The distance values are preferably assigned to the Gaussian function with the highest probability in this area. In 14 there are a total of four segments and the corresponding distance values are colored red, blue, green and black accordingly. The dominant distribution with the least variance is the Gaussian curve to which the blue values are assigned. With these pixel coordinates, the circle is then preferably determined and its center is defined as the center of the matrix.

Diese Art des Clusterns ist als „Gaußsches Mischungsmodell“ bekannt. Die Eigenschaften der einzelnen Gaußverteilungen werden iterativ mit Hilfe des sogenannten Expectation-Maximization-Algorithmus (kurz EM-Algorithmus) berechnet. Insgesamt bezeichnet man das Verfahren als Maximum-Likelihood-Schätzmethode (kurz ML-Schätzer).This type of clustering is known as the "Gaussian mixture model". The properties of the individual Gaussian distributions are calculated iteratively using the so-called Expectation Maximization algorithm (EM algorithm for short). Overall, the method is referred to as the maximum likelihood estimation method (ML estimator for short).

Angenommen es liegen die Abstandswerte ai mit i = {1 ... n} vor, die bevorzugt k verschiedenen Clustern - also Gaußverteilungen - zugeordnet werden. Dann läuft bevorzugt der EM-Algorithmus in vier Schritten ab (der in Klammern angegebene und hochgestellte Buchstabe m steht dabei für die Anzahl der Durchläufe): Assume there are the distance values a i with i = {1 ... n}, which are preferably assigned to k different clusters - that is, Gaussian distributions. Then the EM algorithm preferably runs in four steps (the letter m in brackets and superscript stands for the number of runs):

Initialisierung:Initialization:

Wähle erste Schätzwerte für die Gaußverteilungen, also ω j ( 0 ) , μ j ( 0 ) , σ j ( 0 ) , j = { 1 k } ,

Figure DE102018133567A1_0028
und berechne den Wert der sog. Likelihood-Funktion l. Diese gibt an, wie gut die Gaußverteilungen die gegebenen Abstandsdaten beschreiben: l ( 0 ) = 1 n i = 1 n l o g ( j = 1 k ω j ( 0 ) ϕ ( α i | μ j ( 0 ) , σ j ( 0 ) ) ) ,
Figure DE102018133567A1_0029
mit der Gaußverteilung ϕ ( α i | μ j , σ j ) 1 2 π σ e ( α i μ j ) 2 2 σ .
Figure DE102018133567A1_0030
Choose first estimates for the Gaussian distributions ω j ( 0 ) , μ j ( 0 ) , σ j ( 0 ) , j = { 1 ... k } ,
Figure DE102018133567A1_0028
and calculate the value of the so-called likelihood function l. This indicates how well the Gaussian distributions describe the given distance data: l ( 0 ) = 1 n i = 1 n l O G ( j = 1 k ω j ( 0 ) ϕ ( α i | μ j ( 0 ) , σ j ( 0 ) ) ) ,
Figure DE102018133567A1_0029
with the Gaussian distribution ϕ ( α i | μ j , σ j ) 1 2nd π σ e - ( α i - μ j ) 2nd 2nd σ .
Figure DE102018133567A1_0030

E-Schritt:E step:

Berechne für j = {1... k} jeweils den Wert γ i j ( m ) .

Figure DE102018133567A1_0031
Dieser Wert bezeichnet den Schätzwert der Wahrscheinlichkeit bei der m-ten Iteration, dass der i-te Abstandswert ai der j-ten Gaußverteilung zugehörig ist: γ i j ( m ) = ω j ( m ) ϕ ( α i | μ j ( m ) , σ j ( m ) ) l = 1 k ω l ( m ) ϕ ( α i | μ l ( m ) , σ l ( m ) ) , i = { 1 n } ,
Figure DE102018133567A1_0032
und b j ( m ) = i = 1 n γ i j ( m ) .
Figure DE102018133567A1_0033
Calculate the value for j = {1 ... k} γ i j ( m ) .
Figure DE102018133567A1_0031
This value denotes the estimated value of the probability during the m th iteration that the i th distance value a i belongs to the j th Gaussian distribution: γ i j ( m ) = ω j ( m ) ϕ ( α i | μ j ( m ) , σ j ( m ) ) l = 1 k ω l ( m ) ϕ ( α i | μ l ( m ) , σ l ( m ) ) , i = { 1 ... n } ,
Figure DE102018133567A1_0032
and b j ( m ) = i = 1 n γ i j ( m ) .
Figure DE102018133567A1_0033

M-Schritt:M-step:

Berechne die neuen Schätzwerte für j = {1... k}: ω j ( m + 1 ) = b j ( m ) b ,

Figure DE102018133567A1_0034
μ j ( m + 1 ) = 1 b j ( m ) i = 1 n γ i j ( m ) α i ,
Figure DE102018133567A1_0035
σ j ( m + 1 ) = 1 b j ( m ) i = 1 n γ i j ( m ) ( α i μ j ( m + 1 ) ) 2
Figure DE102018133567A1_0036
Calculate the new estimates for j = {1 ... k}: ω j ( m + 1 ) = b j ( m ) b ,
Figure DE102018133567A1_0034
μ j ( m + 1 ) = 1 b j ( m ) i = 1 n γ i j ( m ) α i ,
Figure DE102018133567A1_0035
σ j ( m + 1 ) = 1 b j ( m ) i = 1 n γ i j ( m ) ( α i - μ j ( m + 1 ) ) 2nd
Figure DE102018133567A1_0036

Prüfen des Abbruchkriteriums:Checking the termination criterion:

Berechne die neue Likelihood-Funktion: l ( m + 1 ) = 1 b i = 1 n l o g ( j = 1 k ω j ( m + 1 ) ϕ ( α i | μ j ( m + 1 ) , σ j ( m + 1 ) ) ) ,

Figure DE102018133567A1_0037
und gehe zu Schritt 2, falls |l(m+1) - l(m) | > δ für eine zuvor gewählte Abbruchgrenze δ oder falls die maximale Anzahl der Iterationsschritte m noch nicht erreicht ist. Andernfalls beende den Algorithmus.Calculate the new likelihood function: l ( m + 1 ) = 1 b i = 1 n l O G ( j = 1 k ω j ( m + 1 ) ϕ ( α i | μ j ( m + 1 ) , σ j ( m + 1 ) ) ) ,
Figure DE102018133567A1_0037
and go to step 2nd if | l (m + 1) - l (m) | > δ for a previously selected termination limit δ or if the maximum number of iteration steps m has not yet been reached. Otherwise, exit the algorithm.

Das Ergebnis dieser Berechnung basierend auf den Daten aus 13 wird bevorzugt in einem Histogramm veranschaulicht. Dieses dient der Übersicht und Auswertung. Das beispielgebende Histogramm aus 14 baut nicht auf die Daten aus obiger Auswertung auf, zeigt aber die qualitativen Inhalte eines nutzbaren Histogramms. Es verdeutlicht qualitativ das Gaußsche Mischungsmodell, in dem Punkte gleicher Farbe dem gleichen Cluster zugeordnet sind.The result of this calculation based on the data 13 is preferably illustrated in a histogram. This serves for an overview and evaluation. The exemplary histogram 14 does not build on the data from the above evaluation, but shows the qualitative content of a usable histogram. It qualitatively illustrates the Gaussian mixture model, in which points of the same color are assigned to the same cluster.

Losgelöst von dem Histogramm in 14 zeigt 15 ebenfalls über die qualitative Zuordnung der Farben die verschiedenen Cluster aus der Pixeldarstellung.
Mit den Punkten aus den signifikantesten jeweiligen Clustern - also die Cluster, denen die meisten Pixel zugeordnet sind - werden mit Hilfe des „Modified Least Squares Circle Fit“-Verfahrens bevorzugt Kreise berechnet. 16 zeigt die berechneten Kreise der drei Hauptcluster.
Detached from the histogram in 14 shows 15 the different clusters from the pixel display also via the qualitative assignment of the colors.
With the points from the most significant respective clusters - i.e. the clusters to which the most pixels are assigned - circles are preferably calculated using the “Modified Least Squares Circle Fit” method. 16 shows the calculated circles of the three main clusters.

Wie bereits erwähnt, wird vorzugsweise der Schwerpunkt sämtlicher Punkte zu Beginn als erste Schätzung für den Mittelpunkt der rotationssymmetrischen Pixeldarstellung herangezogen. Je nach Lage der Punkte ist diese Schätzung ungenau. Daher wird vorzugsweise nach der ersten Ausführung des EM-Algorithmus der Cluster mit den meisten zugeordneten Punkten gewählt und darauf die MLS-Berechnung angewendet. Die Berechnung liefert einen Kreis und damit einen neuen Wert für den Mittelpunkt. Die ML-Clusterung wird bevorzugt darauf aufbauend erneut durchgeführt.As already mentioned, the center of gravity of all points is preferably used at the beginning as a first estimate for the center point of the rotationally symmetrical pixel representation. Depending on the location of the points, this estimate is inaccurate. Therefore, the cluster with the most assigned points is preferably selected after the first execution of the EM algorithm and the MLS calculation is applied to it. The calculation provides a circle and thus a new value for the center. The ML clustering is preferably carried out again based on this.

Ähnlich wie beim EM-Algorithmus wird dieser Ablauf solange durchgeführt, bis sich die Position des Mittelpunkts nicht mehr ändert. Dies lässt sich in den 15 bis 17 anhand der verschieden farbigen Kreise in der Mitte sehen. Der erste Mittelpunkt ist (siehe oben) der berechnete Schwerpunkt (siehe oben; hier grün dargestellt). In 17 liegt dieser unter dem roten Kreis. Nach weiteren Iterationen entspricht der Mittelpunkt dem roten Punkt und danach dem Punkt in Magenta. Die letzte Iterationsstufe ist als Punkt in Cyan dargestellt. Mit jedem genauer berechneten Mittelpunkt verbessert sich auch die anschließende Clusterung. Dieses Verfahren funktioniert auch bei defekten Matrizen, wie 17 zeigt.Similar to the EM algorithm, this process is carried out until the position of the center point no longer changes. This can be seen in the 15 to 17th see with the different colored circles in the middle. The first center point (see above) is the calculated center of gravity (see above; shown here in green). In 17th it is under the red circle. After further iterations, the center point corresponds to the red point and then the point in magenta. The last iteration level is shown as a dot in cyan. With each more precisely calculated center, the subsequent clustering also improves. This procedure also works with defective dies, such as 17th shows.

Es ist ebenfalls bevorzugt, die Stanznietmatrize M zur Aufnahme der Ist-Pixeldarstellung im Vergleichsbereich V durch einen Roboter oder einen entsprechenden Mechanismus unter der Kamera zu positionieren. In diesem Zusammenhang ist es bevorzugt, den bei der vorhergehenden Messung ermittelten Mittelpunkt als Startpunkt für diese Positionierung zu wählen. Dies beschleunigt bevorzugt die Berechnung, da weniger Iterationsschritte notwendig sind. Zudem gleicht es dennoch eventuelle Ungenauigkeiten in der Positionierung aus.It is also preferred to use the punch rivet die M for recording the actual pixel representation in the comparison area V using a robot or equivalent mechanism to position it under the camera. In this context, it is preferred to select the center point determined in the previous measurement as the starting point for this positioning. This preferably speeds up the calculation since fewer iteration steps are necessary. It also compensates for any inaccuracies in positioning.

Vorzugsweise werden feste Grenzen für die Korrelationskoeffizienten r vorgeben. Aus diesen Wertebereichen der Korrelationskoeffizienten ist ableitbar, wann eine Matrize als neu, gebraucht, verschmutzt oder defekt gilt. Zudem ist bevorzugt ableitbar, welchem Matrizentyp im Vergleich zu bekannten Matrizentypen sie entspricht.Fixed limits are preferably specified for the correlation coefficients r. From these value ranges of the correlation coefficients it can be derived when a matrix is considered new, used, dirty or defective. In addition, it can preferably be derived which matrix type it corresponds to in comparison to known matrix types.

Zieht man beispielsweise die Betrachtung aus 11 als Entscheidungsgrundlage heran, so würde man bevorzugt Werte >0,9 als neuwertige Matrize klassifizieren, Werte zwischen 0,9 und 0,8 als gebrauchte Matrize und alles darunter als defekt oder zumindest als stark verschmutzt oder beschädigt bezeichnen.If you take the consideration off, for example 11 as a basis for decision-making, one would prefer to classify values> 0.9 as new matrices, values between 0.9 and 0.8 as used matrices and everything below as defective or at least as heavily soiled or damaged.

Mit diesem heuristischen Vorgehen kann es z. B. bereits bei leichter Unterschreitung eines Schwellenwerts zu fehlerhaften Bewertungen kommen, daher werden bevorzugt künstliche neuronale Netze (KNN) zur Klassifikation des Zustand der Matrize herangezogen.With this heuristic approach it can e.g. For example, incorrect evaluations can occur even if the threshold value is slightly undershot, which is why artificial neural networks (KNN) are preferably used to classify the state of the matrix.

Künstliche neuronale Netze bestehen bekanntermaßen aus einzelnen Elementen, den Neuronen, die untereinander verknüpft sind und zusammen das neuronale Netz bilden. Die „Schaltungstechnik“ der künstlichen Neuronen kennt üblicherweise mehrere Eingänge und einen Ausgang. Wenn die Summe der Eingangssignale einen gewissen Schwellenwert überschreitet, „feuert“ das Neuron, d. h. es sendet ein Signal am Ausgang an daran angeschlossene Neuronen (entsprechend der neurobiologischen Analogie eines Aktionspotentials, das eine Nervenzelle bei einer kritischen Änderung ihres Membranpotentials aussendet). Wie stark diese Aktivierung beim angeschlossenen Neuron ankommt, ist abhängig von der Gewichtung der Verbindung.As is known, artificial neural networks consist of individual elements, the neurons, which are linked to one another and together form the neural network. The "circuit technology" of artificial neurons usually knows several inputs and one output. If the sum of the Input signals exceed a certain threshold value, the neuron "fires", ie it sends a signal at the output to connected neurons (according to the neurobiological analogy of an action potential that a nerve cell emits when its membrane potential changes critically). How strongly this activation is received by the connected neuron depends on the weighting of the connection.

Die Topologie des Netzes muss der Aufgabe des neuronalen Netzes angepasst sein, dies geschieht in unserem Fall über die Gewichtung der Verbindungen von Neuron zu Neuron und über die Anpassung der jeweiligen Schwellenwerte. Diese Darstellung eines Neurons ist unter dem Namen Perzeptron bekannt und wird bevorzugt in Form von feed-forward Perzeptron-Netzen als künstliches neuronales Netz verwendet.The topology of the network must be adapted to the task of the neural network; in our case, this is done by weighting the connections from neuron to neuron and by adapting the respective threshold values. This representation of a neuron is known under the name perceptron and is preferably used in the form of feed-forward perceptron networks as an artificial neural network.

Die Anzahl der Hidden-, Input-, Output- und Biasneuronen muss im Vorhinein festgelegt werden. Dann werden anhand von bekannten Eingangs- und Ausgangszuständen die Gewichte innerhalb des KNN trainiert. Dies wird mit Hilfe von überwachten Lernverfahren erreicht, hier mit der sog. Fehlerrückführung (engl. Backpropagation). Dieser Algorithmus funktioniert wie folgt: (1) Ein Eingabemuster wird angelegt und vorwärts durch das Netz propagiert. (2) Die Ausgabe des Netzes wird mit der gewünschten Ausgabe verglichen. Die Differenz der beiden Werte wird als Fehler betrachtet. (3) Der Fehler wird nun wieder über die Ausgabe- zur Eingabeschicht zurück propagiert. Dabei werden die Gewichtungen der Neuronenverbindungen abhängig von ihrem Einfluss auf den Fehler geändert. Dies garantiert bei einem erneuten Anlegen der Eingabe eine Annäherung an die gewünschte Ausgabe.The number of hidden, input, output and bias neurons must be determined in advance. Then the weights within the KNN are trained on the basis of known input and output states. This is achieved with the help of monitored learning processes, here with the so-called error propagation (English back propagation). This algorithm works as follows: (1) An input pattern is created and propagated forward through the network. (2) The network output is compared to the desired output. The difference between the two values is considered an error. (3) The error is now propagated back through the output to the input layer. The weights of the neuron connections are changed depending on their influence on the error. This guarantees an approximation to the desired output when the input is created again.

Damit das künstliche neuronale Netz seine Aufgabe erfolgreich durchführen kann, sind die Eingabedaten bevorzugt an das Problem angepasst. In diesem Fall reicht es also beispielsweise nicht aus, nur die Bilddaten in das neuronale Netz zu speisen und daraus eine Entscheidung abzuleiten. Stattdessen werden die Merkmalsparameter, wie die obige Berechnung des Korrelationskoeffizienten, berechnet und als Eingabedaten für das neuronale Netz herangezogen.The input data are preferably adapted to the problem so that the artificial neural network can successfully carry out its task. In this case, for example, it is not sufficient to feed only the image data into the neural network and to derive a decision from this. Instead, the feature parameters, such as the above calculation of the correlation coefficient, are calculated and used as input data for the neural network.

Die Ausgabeschicht besteht aus nur zwei Neuronen, die für die Klassifikation „funktionsfähig“ oder „defekt“ stehen. Während der Nutzung der Stanznietmatrizen wird das Netz mit den berechneten Korrelationskoeffizienten und/oder weiteren Parametern defekter, beschädigter, verschmutzter und intakter Matrizen trainiert, um entsprechende Auswertungsergebnisse zu liefern.The output layer consists of only two neurons, which stand for the classification "functional" or "defective". During the use of the punch rivet matrices, the network is trained with the calculated correlation coefficients and / or other parameters of defective, damaged, dirty and intact matrices in order to provide corresponding evaluation results.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung vorliegender Erfindung wurde ein neuronales Netz in Form eines einlagigen feed-forward Perzeptrons mit zwei Eingangs- und zwei Output-Neuronen implementiert. Einem Eingangsneuron wird bevorzugt der Wert des gesamten Korrelationsfaktors gemäß obiger Definition in den bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung zugewiesen. Dem anderen Eingangsneuron wird bevorzugt ein Vektor mit Werten aus dem Korrelationsverlauf zugewiesen, wie bevorzugt in Patentanspruch 10 beschrieben. Diesen Verlauf repräsentiert beispielsweise die rote Kurve in 11.According to a preferred embodiment of the present invention, a neural network in the form of a single-layer feed-forward perceptron with two input and two output neurons has been implemented. An input neuron is preferably assigned the value of the total correlation factor as defined above in the preferred embodiments of the invention. A vector with values from the correlation curve is preferably assigned to the other input neuron, as preferably described in claim 10. This curve is represented by the red curve in 11 .

Die beiden Ausgangsneuronen stehen für die Zustände IO (in Ordnung) und NIO (nicht in Ordnung). Sie nehmen bevorzugt jeweils Werte im Bereich zwischen 0 und 1 an.The two output neurons stand for the states OK (OK) and NOK (not OK). They each assume values in the range between 0 and 1.

Dieses neuronale Netz wurde bevorzugt mit 15 Matrizen-Testbildern per Backpropagation trainiert. Anschließend wurden testweise fünf dem neuronalen Netz unbekannte Matrizenabbildungen im neuronalen Netz bewertet; alle mit richtigem Ergebnis.This neural network was preferably trained with 15 matrix test images by back propagation. Subsequently, five matrix mappings in the neural network unknown to the neural network were evaluated; all with correct results.

Als Entscheidung diente bevorzugt der jeweils höhere Wert in den beiden Ausgangsneuronen. Dieses neuronale Netz ließe sich natürlich noch erweitern und verbessern. Beispielsweise könnte ein Werker beim Kunden bei nicht eindeutigen Ergebnissen aus der Entscheidung des neuronalen Netzes die Klassifizierung in IO oder NIO selbst vornehmen und damit das neuronale Netz weiter trainieren.The higher value in the two output neurons was the preferred decision. This neural network could of course be expanded and improved. For example, if the results from the decision of the neural network are not clear, a worker at the customer could carry out the classification in OK or NOK himself and thus train the neural network further.

BezugszeichenlisteReference list

1010th
StanznietmatrizeSelf-piercing rivet die
12, 1412, 14
VertiefungenIndentations
MM
MittelachseCentral axis
DD
DraufsichtTop view
V V
VergleichsbereichComparison range
CC.
Computercomputer
MM
Kameracamera

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • EP 0127751 A1 [0005]EP 0127751 A1 [0005]
  • WO 2000/15082542 [0006]WO 2000/15082542 [0006]

Claims (13)

Eine computergestützte optische Zustandsbewertung eines Gegenstands, insbesondere eines Werkzeugs, wie eine Matrize oder ein Stempel, eines Bauteils, einer Fügestelle oder einer Verbindung, in der eine optische Aufnahme eines Ist-Zustands des Gegenstands in Form einer Ist-Pixeldarstellung mit einer optischen Aufnahme eines Ausgangszustands des Gegenstands oder eines vergleichbaren Gegenstands in Form einer Ursprungs-Pixeldarstellung durch folgende Schritte in Zusammenhang gebracht wird: a. Festlegen eines flächigen Vergleichsbereichs des Gegenstands, der aufgrund eines äußeren Einflusses veränderbar und über eine äußere Zugänglichkeit optisch erfassbar ist, b. Erstellen einer Aufnahme des Vergleichsbereichs des Gegenstands mit einer optischen Kamera und Speichern der Aufnahme als Ist-Pixeldarstellung des Vergleichsbereichs, die einen Ist-Zustand des Gegenstands im Vergleichsbereich repräsentiert, c. Vergleichen der Ist-Pixeldarstellung des Vergleichsbereichs mit der Ursprungs-Pixeldarstellung des Vergleichsbereichs, die den Vergleichsbereich des Gegenstands im Ursprungszustand oder den Vergleichsbereich eines dem Gegenstand im Ursprungszustand entsprechenden Vergleichsgegenstands umfasst, d. Bestimmen eines Korrelationsfaktors aus dem Vergleich der Ist-Pixeldarstellung mit der Ursprungs-Pixeldarstellung und e. Zuordnen des bestimmten Korrelationsfaktors zu einem Zustandswertebereich, aus dem anhand des bestimmten Korrelationsfaktors ein Zustand des Gegenstands auf Grundlage des ausgewerteten Vergleichsbereichs des Gegenstands bestimmbar ist.A computer-aided optical status evaluation of an object, in particular a tool, such as a die or a stamp, a component, a joint or a connection, in which an optical recording of an actual state of the object in the form of an actual pixel representation with an optical recording of an initial state the object or a comparable object in the form of an original pixel representation is connected by the following steps: a. Definition of a flat comparison area of the object, which can be changed due to an external influence and can be optically detected via an external accessibility, b. Creating an image of the comparison area of the object with an optical camera and storing the image as an actual pixel representation of the comparison area, which represents an actual state of the object in the comparison area, c. Comparing the actual pixel representation of the comparison area with the original pixel representation of the comparison area, which comprises the comparison area of the object in the original state or the comparison region of a comparison object corresponding to the object in the original state, d. Determining a correlation factor from the comparison of the actual pixel representation with the original pixel representation and e. Assigning the determined correlation factor to a state value range, from which a state of the object can be determined on the basis of the evaluated comparison region of the object on the basis of the determined correlation factor. Zustandsbewertung gemäß Patentanspruch 1, mit den weiteren Schritten: Darstellen der Ist-Pixeldarstellung mit n·m Pixelwerten gemäß {x1,1 ...xn,m}, Darstellen der Ursprungs-Pixeldarstellung mit n·m Pixelwerten gemäß {y1,1 ...yn,m} Berechnen des Korrelationskoeffizienten für beide Darstellungen gemäß r = i = 1 n j = 1 m ( x i , j x ¯ ) ( y i , j y ¯ ) i = 1 n j = 1 m ( x i , j x ¯ ) 2 i = 1 n j = 1 m ( y i , j y ¯ ) 2 ,
Figure DE102018133567A1_0038
der eine Zustandsänderung zwischen den in Zusammenhang gebrachten Gegenständen der verglichenen Darstellungen repräsentiert.
Condition assessment according to Claim 1 , with the further steps: representation of the actual pixel representation with n · m pixel values according to {x 1,1 ... x n, m }, representation of the original pixel representation with n · m pixel values according to {y 1,1 ... y n, m } Calculate the correlation coefficient for both representations according to r = i = 1 n j = 1 m ( x i , j - x ¯ ) ( y i , j - y ¯ ) i = 1 n j = 1 m ( x i , j - x ¯ ) 2nd i = 1 n j = 1 m ( y i , j - y ¯ ) 2nd ,
Figure DE102018133567A1_0038
which represents a change in state between the related objects of the compared representations.
Zustandsbewertung gemäß Patentanspruch 2, mit den weiteren Schritten: Aufnehmen zeitlich voneinander beabstandeter und aufeinanderfolgender Ist-Pixeldarstellungen des Vergleichsbereichs als zumindest aktuelle Ist-Pixeldarstellung und vorhergegangene Ist-Pixeldarstellung und Berechnen des Korrelationsfaktors aus einem Vergleich der aktuellen Ist-Pixeldarstellung und der der aktuellen Ist-Pixeldarstellung vorhergegangenen Ist-Pixeldarstellung.Condition assessment according to Claim 2 , with the further steps: recording temporally spaced and successive actual pixel representations of the comparison area as at least the current actual pixel representation and previous actual pixel representation and calculating the correlation factor from a comparison of the current actual pixel representation and the actual actual pixel representation preceding Pixel representation. Zustandsbewertung gemäß einem der vorhergehenden Patentansprüche, in der der Gegenstand rotationssymmetrisch ist.Condition assessment according to one of the preceding claims, in which the object is rotationally symmetrical. Zustandsbewertung gemäß Patentanspruch 4, in der der rotationssymmetrische Gegenstand eine rotationssymmetrische Matrize, eine rotationssymmetrische Fügestelle oder eine rotationssymmetrische Stempelfläche ist.Condition assessment according to Claim 4 , in which the rotationally symmetrical object is a rotationally symmetrical die, a rotationally symmetrical joint or a rotationally symmetrical stamp surface. Zustandsbewertung gemäß Patentanspruch 5 in Kombination mit Patentanspruch 2, mit dem weiteren Schritt: Definieren einer Mehrzahl von sternförmig verlaufenden Linien £k mit k=1...n in der Ist-Pixeldarstellung basierend auf dem Bresenham-Algorithmus, die an einem symmetrischen Mittelpunkt der Ist-Pixeldarstellung jeweils einen Anfangspunkt haben und einen Helligkeitsverlauf basierend auf den Pixeldaten je Linie £k liefern.Condition assessment according to Claim 5 in combination with Claim 2 , with the further step: defining a plurality of star-shaped lines £ k with k = 1 ... n in the actual pixel representation based on the Bresenham algorithm, which each have a starting point and one at a symmetrical center of the actual pixel representation Provide brightness curve based on the pixel data per line £ k . Zustandsbewertung gemäß Patentanspruch 6 mit den weiteren Schritten: Darstellen der Mehrzahl von Linien £k jeweils als Helligkeitsverlauf £ k β = { p 1 β , p l β }
Figure DE102018133567A1_0039
basierend auf den Pixelwerten, Vergleichen der Linien £k untereinander und Erkennen von Abweichungen der Linien £k untereinander, um Schäden an der Matrize zu qualifizieren.
Condition assessment according to Claim 6 with the further steps: displaying the plurality of lines £ k each as a brightness curve £ k β = { p 1 β , ... p l β }
Figure DE102018133567A1_0039
based on the pixel values, comparing the lines £ k with one another and recognizing deviations of the lines £ k with one another in order to qualify damage to the matrix.
Zustandsbewertung gemäß Patentanspruch 5 mit den weiteren Schritten: Berechnen jeweils einer Mittelwert-Linie £β aus der Mehrzahl von Linien £k als Helligkeitsverlauf für die Matrize im Ausgangszustand anhand der Ursprungs-Pixeldarstellung und für die Matrize zumindest im Ist-Zustand anhand der Ist-Pixel darstellung und Vergleichen der Mittelwert-Linien £β für die Matrize im Ausgangszustand und für die Matrize zumindest im Ist-Zustand. Condition assessment according to Claim 5 with the further steps: calculate a mean value line in each case £ β from the plurality of lines £ k as the brightness curve for the matrix in the initial state using the original pixel representation and for the matrix at least in the actual state using the actual pixel representation and comparing the mean value lines £ β for the matrix in the initial state and for the matrix at least in the actual state. Zustandsbewertung gemäß Patentanspruch 5 mit den weiteren Schritten: Berechnen einer Mittelwert-Linie £β aus der Mehrzahl von Linien £ n e u β , £ d e f β ,
Figure DE102018133567A1_0040
als Helligkeitsverlauf für eine Matrize im Ausgangszustand anhand der Ursprungs-Pixeldarstellung und für eine Matrize zumindest im Ist-Zustand anhand der Ist-Pixel darstellung und Berechnen des Korrelationsfaktors r £ n e u β ¯ , £ d e f . β ¯ ,
Figure DE102018133567A1_0041
zwischen der Mittelwert-Linie £ n e u β
Figure DE102018133567A1_0042
der Matrize im Ausgangszustand und der Mittelwertlinie £ d e f β ,
Figure DE102018133567A1_0043
der Matrize im Ist-Zustand und Bestimmen eines Grads der Schädigung der Matrize basierend auf dem berechneten Korrelationsfaktors r £ n e u β ¯ , £ d e f . β ¯ .
Figure DE102018133567A1_0044
Condition assessment according to Claim 5 with the further steps: calculating an average line £ β from the plurality of lines £ n e u β , £ d e f β ,
Figure DE102018133567A1_0040
as a brightness curve for a matrix in the initial state on the basis of the original pixel representation and for a matrix at least in the actual state on the basis of the actual pixel representation and calculating the correlation factor r £ n e u β ¯ , £ d e f . β ¯ ,
Figure DE102018133567A1_0041
between the mean line £ n e u β
Figure DE102018133567A1_0042
the matrix in the initial state and the mean value line £ d e f β ,
Figure DE102018133567A1_0043
the die in the actual state and determining a degree of damage to the die based on the calculated correlation factor r £ n e u β ¯ , £ d e f . β ¯ .
Figure DE102018133567A1_0044
Zustandsbewertung gemäß Patentanspruch 5, mit den weiteren Schritten: Berechnen des Korrelationsfaktors zwischen jeder Linie £k und den anderen Linien £k der Mehrzahl von Linien £k für die Matrize im Ausgangszustand und im Ist-Zustand, Berechnen des Mittelwerts der berechneten Korrelationsfaktoren für die Matrize im Ausgangszustand und Berechnen des Mittelwerts der berechneten Korrelationsfaktoren für die Matrize im Ist-Zustand und Bestimmen eines Grads der Schädigung der Matrize im Ist-Zustand anhand eines Vergleichs zwischen den gemittelten Korrelationsfaktoren der Matrize im Ist-Zustand und im Ausgangszustand.Condition assessment according to Claim 5 , with the further steps: calculating the correlation factor between each line £ k and the other lines £ k of the plurality of lines £ k for the matrix in the initial state and in the current state, calculating the mean value of the calculated correlation factors for the matrix in the initial state and calculating the mean value of the calculated correlation factors for the matrix in the current state and determining a degree of damage to the matrix in the current state on the basis of a comparison between the average correlation factors of the matrix in the current state and in the initial state. Zustandsbewertung gemäß einem der vorhergehenden Patentansprüche 5 bis 10 mit den weiteren Schritten: Bestimmen des Mittelpunkts der Matrize in der Ist-Pixeldarstellung und in der Ursprungs-Pixel darstellung.Condition assessment according to one of the preceding Claims 5 to 10 with the further steps: determining the center of the matrix in the actual pixel representation and in the original pixel representation. Zustandsbewertung gemäß Patentanspruch 11, in der der Mittelpunkt folgendermaßen bestimmt wird: Definieren einer Mehrzahl von sternförmig verlaufenden Linien £k mit k=1...n in der Ist-Pixeldarstellung als Helligkeitsverlauf £ k β = { p 1 β , , p l β }
Figure DE102018133567A1_0045
basierend auf den Pixelwerten und dem Bresenham-Algorithmus Bestimmen von drei Pixeln pro Linie £k ausgehend von der Mitte, an denen die Helligkeitsdifferenz zum darauffolgenden Pixel maximal ist gemäß p m a x g r a d = max i = 1 l 1 | p i + 1 β p i β | ,
Figure DE102018133567A1_0046
Segmentieren der Mehrzahl von Pixeln zu unterschiedlichen Kreiskonturen der Matrize, indem für jede Kreiskontur ein Cluster mit Hilfe einer Menge von Gaußfunktionen nach dem Gaußschen Mischungsmodell modelliert wird, danach Ermitteln der dominanten Gaußverteilung mit der geringsten Varianz und daraus Bestimmen des Kreises aus den Pixelkoordinaten und dessen Mittelpunkt und Festlegen des Mittelpunkts als Matrizenmittelpunkt.
Condition assessment according to Claim 11 , in which the center point is determined as follows: Defining a plurality of star-shaped lines £ k with k = 1 ... n in the actual pixel representation as a brightness curve £ k β = { p 1 β , ... , p l β }
Figure DE102018133567A1_0045
based on the pixel values and the Bresenham algorithm, determining three pixels per line £ k starting from the center, at which the difference in brightness with respect to the subsequent pixel is maximum according to p m a x G r a d = Max i = 1 ... l - 1 | p i + 1 β - p i β | ,
Figure DE102018133567A1_0046
Segmentation of the plurality of pixels into different circular contours of the matrix by modeling a cluster for each circular contour using a set of Gaussian functions according to the Gaussian mixture model, then determining the dominant Gaussian distribution with the least variance and determining the circle from the pixel coordinates and its center and setting the center point as the matrix center point.
Ein neuronales Netz, mit dem eine Zustandsbewertung von gleichen Werkzeugen, vorzugsweise eine Stanznietmatrize, bei mindestens einem Anwender im Betrieb erfolgt, in welchem ein Ergebnis einer Zustandsbewertung gemäß einem der vorhergehenden Patentansprüche verarbeitbar ist.A neural network with which a condition assessment of the same tools, preferably a punch rivet die, is carried out for at least one user in the company, in which a result of a condition assessment according to one of the preceding claims can be processed.
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