DE102021207130A1 - System, method and computer program for the automated assessment of at least one component - Google Patents
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Abstract
System (10) zur automatisierten Befundung wenigstens eines Bauteils (B) umfassend eine Bildgebungseinrichtung (1), ausgeführt wenigstens einen Bereich des Bauteils (B) abzubilden; eine Führungseinrichtung (2), ausgeführt das Bauteil (B) relativ zu der Bildgebungseinrichtung (1) zu positionieren; eine Auswerteeinrichtung (3), ausgeführt ein Computerprogramm auszuführen, das ein Abbild der Bildgebungseinrichtung (1) einliest, Fehlstellen des Bauteils (B) klassifiziert und/oder lokalisiert und die Fehlstellen ausgibt, wenn das Computerprogramm auf der Auswerteeinheit (3) läuft.System (10) for the automated assessment of at least one component (B) comprising an imaging device (1), designed to image at least one region of the component (B); a guiding device (2) adapted to position the component (B) relative to the imaging device (1); an evaluation device (3) designed to run a computer program that reads in an image of the imaging device (1), classifies and/or localizes defects in the component (B) and outputs the defects when the computer program runs on the evaluation unit (3).
Description
Die Erfindung betrifft ein System, Verfahren und Computerprogramm zur automatisierten Befundung wenigstens eines BauteilsThe invention relates to a system, method and computer program for the automated diagnosis of at least one component
Die
Ferner sind automatisierte und hochpräzise Produktfehlersuchverfahren auf Basis künstlicher Intelligenz für zerstörungsfreie Prüfverfahren bekannt, siehe beispielsweise https://weisswaszu.de/Digitalisierung/kuenstliche-intelligenz-sucht-fehler-inbauteilen/.Furthermore, automated and high-precision product troubleshooting methods based on artificial intelligence for non-destructive testing methods are known, see for example https://weisswaszu.de/Digitalisierung/kuenstliche-intelligenz-sucht- Fehler-inteile/.
Die
Auch bei der Bauteilbeurteilung, beispielsweise nach durchgeführten Versuchen, ist die optische Befundung ein Standard. Bei der Bauteilbeurteilung ist im bekannten Stand der Technik ein hoher manueller Aufwand für wiederkehrende Befundungen notwendig. Die Vergleichbarkeit von unterschiedlichen Befundungen kann beispielsweise durch unterschiedliche Lichtverhältnisse beeinträchtigt werden.Visual assessment is also a standard when assessing components, for example after tests have been carried out. In the known state of the art, a high level of manual effort is required for recurring assessments when assessing the component. The comparability of different findings can be impaired, for example, by different lighting conditions.
Davon ausgehend lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine standardisierte und automatisierte Befundung von Bauteilen in der Entwicklung oder Vorserie bereitzustellen.Proceeding from this, the object of the invention was to provide a standardized and automated assessment of components in development or pre-series.
Die Gegenstände der unabhängigen und nebengeordneten Ansprüche lösen jeweils diese Aufgabe.The subjects of the independent and subordinate claims each solve this problem.
Nach einem Aspekt stellt die Erfindung ein System bereit zur automatisierten Befundung wenigstens eines Bauteils. Das System umfasst eine Bildgebungseinrichtung, ausgeführt wenigstens einen Bereich des Bauteils abzubilden. Ferner umfasst das System eine Führungseinrichtung, ausgeführt das Bauteil relativ zu der Bildgebungseinrichtung zu positionieren. Außerdem umfasst das System eine Auswerteeinrichtung, ausgeführt ein Computerprogramm auszuführen, das ein Abbild der Bildgebungseinrichtung einliest, Fehlstellen des Bauteils klassifiziert und/oder lokalisiert und die Fehlstellen ausgibt, wenn das Computerprogramm auf der Auswerteeinheit läuft.According to one aspect, the invention provides a system for the automated assessment of at least one component. The system includes an imaging device configured to image at least a portion of the component. Furthermore, the system includes a guide device, designed to position the component relative to the imaging device. The system also includes an evaluation device, designed to run a computer program that reads in an image of the imaging device, classifies and/or localizes defects in the component and outputs the defects when the computer program runs on the evaluation unit.
Nach einem weiteren Aspekt stellt die Erfindung ein Verfahren bereit zur automatisierten Befundung wenigstens eines Bauteils. Das Bauteil wird relativ zu einer Bildgebungseinrichtung automatisiert positioniert. Die Bildgebungseinrichtung bildet wenigstens einen Bereich des Bauteils ab. Bei dem erhaltenen Abbild werden durch Ausführen eines trainierten Maschinenlernprogramms Fehlstellen des Bauteils klassifiziert und/oder lokalisiert.According to a further aspect, the invention provides a method for the automated assessment of at least one component. The component is automatically positioned relative to an imaging device. The imaging device images at least one area of the component. In the image obtained, defects in the component are classified and/or localized by executing a trained machine learning program.
Nach einem weiteren Aspekt stellt die Erfindung ein Computerprogramm bereit zur automatisierten Befundung wenigstens eines Bauteils. Das Computerprogramm umfasst Befehle, die bewirken, dass ein Computer ein erfindungsgemäßes Verfahren ausführt, wenn der Computer das Computerprogramm ausführt.According to a further aspect, the invention provides a computer program for the automated assessment of at least one component. The computer program includes instructions that cause a computer to execute a method according to the invention when the computer executes the computer program.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Definitionen, den Unteransprüchen, den Zeichnungen und der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele.Advantageous refinements of the invention result from the definitions, the dependent claims, the drawings and the description of preferred exemplary embodiments.
Die Befehle des erfindungsgemäßen Computerprogramms umfassen Maschinenbefehle, Quelltext oder Objektcode geschrieben in Assemblersprache, einer objektorientierten Programmiersprache, beispielsweise C++, oder in einer prozeduralen Programmiersprache, beispielsweise C. Das Computerprogramm wird ganz oder teilweise auf einem integrierten Schaltkreis oder in einem Remote-System umfassend eine Cloud ausgeführt. Nach einem Aspekt wird beispielsweise ein FPGA-Chip mittels Hardwareprogrammbefehlen konfiguriert, die Verfahrensschritte auszuführen.The instructions of the computer program according to the invention include machine instructions, source text or object code written in assembly language, an object-oriented programming language, for example C++, or in a procedural programming language, for example C. The computer program is entirely or partially on an integrated circuit or in a remote system comprising a cloud executed. According to one aspect, for example an FPGA chip is configured using hardware program instructions to carry out the method steps.
Die Erfindung betrifft auch einen Datenträger, auf dem das erfindungsgemäße Computerprogramm gespeichert ist. Der Datenträger umfasst flüchtige Speicher, beispielsweise RAM, DRAM, SRAM, und nichtflüchtige Speicher, beispielsweise ROM, Flash-EEPROM. Die Datenträger sind beispielsweise Flash-Speicherkarten, USB-Sticks.The invention also relates to a data carrier on which the computer program according to the invention is stored. The data carrier includes volatile memory, for example RAM, DRAM, SRAM, and non-volatile memory, for example ROM, flash EEPROM. The data carriers are, for example, flash memory cards, USB sticks.
Die Erfindung betrifft auch ein Datenträgersignal, das das erfindungsgemäße Computerprogramm überträgt. Das Datenträgersignal wird beispielsweise mittels Funktechnologie umfassend 5G-Technologie oder optisch übertragen. Damit kann Software-over-the-air bereitgestellt werden.The invention also relates to a data carrier signal which transmits the computer program according to the invention. The data carrier signal is transmitted, for example, using radio technology including 5G technology or optically. This allows software to be provided over-the-air.
Mit dem erfindungsgemäßen System können Bauteile in der Entwicklung, beispielsweise nach durchgeführten Versuchen, automatisiert, das heißt ohne manuellen Aufwand, beurteilt werden. Für wiederkehrende Befundungen ist damit im Vergleich zum bekannten Stand der Technik kein hoher Aufwand erforderlich.With the system according to the invention components in development, for example after tests carried out can be assessed automatically, i.e. without manual effort. In comparison to the known state of the art, no great effort is required for recurring findings.
Bauteile umfassen Maschinenteile, beispielsweise Teile von Antriebssträngen eines Fahrzeuges, beispielsweise Getriebeteile, und Elektronikteile, beispielsweise Teile von Hardwaremodulen, beispielsweise Steuergeräten.Components include machine parts, for example parts of drive trains of a vehicle, for example transmission parts, and electronic parts, for example parts of hardware modules, for example control units.
Die Befundung ist nach einem Aspekt eine optische Befundung. Die Bildgebungseinrichtung umfasst beispielsweise ein Kamerasystem umfassend eine Optik und einen Bildgebungssensor. Der Bildgebungssensor misst beispielsweise von dem Bauteil reflektierte elektromagnetische Strahlung umfassend elektromagnetische Strahlung im sichtbaren und/oder infrarotem Bereich. Nach einem weiteren Aspekt ist der Bildgebungssensor ein time-of-flight Sensor, ein Radarsensor oder ein Lidarsensor. Damit werden Tiefeninformationen des Bauteils erhalten. Nach einem weiteren Aspekt umfasst die Bildgebungseinrichtung eine Kombination aus Kamera-, Radar- und/oder Lidarsensoren. Nach einem weiteren Aspekt ist eine Strahlungseinrichtung in die Bildgebungseinrichtung integriert. Die Strahlungseinrichtung strahlt das Bauteil an. Damit können Reflexionseigenschaften des Bauteils ausgewertet werden.According to one aspect, the diagnosis is an optical diagnosis. The imaging device includes, for example, a camera system comprising optics and an imaging sensor. The imaging sensor measures, for example, electromagnetic radiation reflected by the component, including electromagnetic radiation in the visible and/or infrared range. According to a further aspect, the imaging sensor is a time-of-flight sensor, a radar sensor or a lidar sensor. In this way, depth information of the component is obtained. According to a further aspect, the imaging device includes a combination of camera, radar and/or lidar sensors. According to a further aspect, a radiation device is integrated into the imaging device. The radiation device irradiates the component. This allows the reflection properties of the component to be evaluated.
Die Führungseinrichtung bewegt beispielsweise das Bauteil in einer oder mehreren Dimensionen, beispielsweise in zwei Dimensionen innerhalb einer Ebene. Die Führungseinrichtung ist nach einem weiteren Aspekt ausgeführt, das Bauteil relativ zu der Bildgebungseinrichtung über einen großen Verfahrweg reproduzierbar im Millibis hin zum Mikrometerbereich zu positionieren.For example, the guide device moves the component in one or more dimensions, for example in two dimensions within one plane. According to a further aspect, the guide device is designed to reproducibly position the component relative to the imaging device over a large displacement path in the millimeter to micrometer range.
Die Auswerteeinrichtung ist nach einem Aspekt in das System eingebettet. Beispielsweise ist die Auswerteeinrichtung ein Mikrokontroller des Systems. Nach einem weiteren Aspekt ist die Auswerteeinrichtung eine Remote-Einrichtung. Nach einem weiteren Aspekt umfasst die Auswerteeinrichtung einen Speicher, in den die klassifizierten und/oder lokalisierten Fehlstellen des Bauteils zu Dokumentationszwecken geschrieben werden. Nach einem weiteren Aspekt umfasst die Auswerteeinrichtung eine Schnittstelle, beispielsweise eine Funk- oder drahtgebundene Schnittstelle, zu einem derartigen Speicher. Fehlstellen umfassen Problemstellen.According to one aspect, the evaluation device is embedded in the system. For example, the evaluation device is a microcontroller of the system. According to a further aspect, the evaluation device is a remote device. According to a further aspect, the evaluation device includes a memory into which the classified and/or localized defects in the component are written for documentation purposes. According to a further aspect, the evaluation device comprises an interface, for example a radio or wired interface, to such a memory. Defects include problem areas.
Nach einem weiteren Aspekt ist die die Auswerteeinrichtung ausgeführt, die Fehlstellen basierend auf einem Soll-/Ist-Vergleich von Abbildern des Bauteils zu klassifizieren und/oder lokalisieren. Mittels des Soll-/Ist-Vergleiches können Fehlstellen eindeutig klassifiziert und/oder lokalisiert werden. Nach einem Aspekt ist die Auswerteeinrichtung ausgeführt, Soll-Abbilder des Bauteils nachzuschlagen und mit den Ist- Abbildern zu vergleichen. Die Soll-Abbilder sind beispielsweise in einem internen Speicher der Auswerteeinrichtung hinterlegt oder werden aus einem Cloud-Speicher geladen. Der Soll-/Ist-Vergleich erfolgt nach einem Aspekt pixel- oder Bit-weise.According to a further aspect, the evaluation device is designed to classify and/or localize the defects based on a target/actual comparison of images of the component. Defects can be clearly classified and/or localized by means of the target/actual comparison. According to one aspect, the evaluation device is designed to look up target images of the component and to compare them with the actual images. The target images are stored, for example, in an internal memory of the evaluation device or are loaded from a cloud memory. According to one aspect, the target/actual comparison is carried out pixel-wise or bit-wise.
Nach einem weiteren Aspekt ist die Auswerteeinrichtung ausgeführt, die Fehlstellen durch Ausführen eines trainierten Maschinenlernprogramms zu klassifizieren und/oder lokalisieren. Das trainierte Maschinenlernprogramm hat nach einem Aspekt Soll-Abbilder datengetrieben gelernt und führt den Soll-/Ist-Vergleich automatisiert aus, ohne auf hinterlegte Soll-Abbilder zuzugreifen. Beispielsweise wurde das Maschinenlernprogramm überwacht trainiert mit mehreren Soll-Abbildern verschiedener Bauteile unter verschiedenen Umgebungsbedingungen, beispielsweise unter verschiedenen Lichtverhältnissen. Das Maschinenlernprogramm umfasst eine Support Vector Machine, einen Random Forest Klassifizierer oder ein künstliches neuronales Netzwerk. Nach einem Aspekt ist das Maschinenlernprogramm ein Faltungsnetzwerk.According to a further aspect, the evaluation device is designed to classify and/or localize the defects by executing a trained machine learning program. According to one aspect, the trained machine learning program has learned target images in a data-driven manner and automatically carries out the target/actual comparison without accessing stored target images. For example, the machine learning program was trained with a number of target images of different components under different environmental conditions, for example under different lighting conditions. The machine learning program includes a support vector machine, a random forest classifier or an artificial neural network. In one aspect, the machine learner is a convolutional network.
Nach einem weiteren Aspekt umfasst das System eine Strahlungseinrichtung zum Anstrahlen des Bauteils. Das System ist ausgeführt, die Strahlungseinrichtung relativ zu dem Bauteil und/oder relativ zu der Bildgebungseinrichtung zu positionieren. Dadurch wird erreicht, dass ein Bauteil wiederkehrend in einer gleichen Position relativ zu der Bildgebungseinrichtung unter gleichen Strahlungsbedingungen ausgerichtet wird. Damit werden die Befundungen reproduzierbar.According to a further aspect, the system comprises a radiation device for irradiating the component. The system is designed to position the radiation device relative to the component and/or relative to the imaging device. The result of this is that a component is repeatedly aligned in the same position relative to the imaging device under the same radiation conditions. This makes the findings reproducible.
Die Strahlungseinrichtung ist beispielsweise eine Lichtquelle, beispielsweise eine LED oder ein Array von LEDs. Beispielsweise werden damit unterschiedliche Befundungen nicht durch andere Lichtverhältnisse beeinträchtigt.The radiation device is, for example, a light source, for example an LED or an array of LEDs. For example, different findings are not affected by different lighting conditions.
Nach einem weiteren Aspekt umfasst das System wenigstens eine Steuerungseinrichtung zum automatisierten Ansteuern der Bildgebungseinrichtung, der Führungseinrichtung und/oder der Strahlungseinrichtung.According to a further aspect, the system comprises at least one control device for automatically controlling the imaging device, the guiding device and/or the radiation device.
Die Steuerungseinrichtung umfasst nach einem Aspekt Achsantriebe, beispielsweise motorgetriebene Kugelgewindetriebe, andere Gewindetriebe oder auch Linearmotoren.According to one aspect, the control device comprises axle drives, for example motor-driven ball screws, other screw drives or also linear motors.
Nach einem Aspekt ist die Steuerungseinrichtung ausgeführt, basierend auf den Abbildern der Bildgebungseinrichtung und/oder basierend auf Signalen der Auswerteeinrichtung Regel- und/oder Steuersignale für die Führungseinrichtung und/oder die Strahlungseinrichtung zu bestimmen.According to one aspect, the control device is designed to regulate and/or based on the images of the imaging device and/or based on signals from the evaluation device to determine control signals for the guiding device and/or the radiation device.
Nach einem weiteren Aspekt umfasst die Führungseinrichtung wenigstens einen Kreuztisch oder einen Roboterarm.According to a further aspect, the guide device comprises at least one compound table or one robot arm.
Ein Kreuztisch, auch XY-Tisch oder Kreuzsupport genannt, ist ein Zweiachssystem, bestehend aus zwei einachsigen Linearführungssystemen, das Bewegen eines Objektes in zwei Richtungen innerhalb einer Ebene ermöglicht. Die zwei Führungen des Kreuztisches legen die Bewegungsrichtungen in X- und Y-Richtung fest. Sie sind gekreuzt eingearbeitet. Der Winkelversatz beträgt in der Regel im Wesentlichen 90 Grad. Nach einem Aspekt ist der Kreuztisch ein Schwenktisch, bei dem dieser Winkel einstellbar ist. Durch das Zusammenspiel der beiden Achsen kann das Bauteil jede Position im Bereich der X-Y-Ebene einnehmen, solange sich die Position im Bereich der Bewegungsmöglichkeiten der Führungen, das heißt dem Verfahrweg, befindet.A cross table, also known as an XY table or cross support, is a two-axis system consisting of two single-axis linear guide systems that enable an object to be moved in two directions within one plane. The two guides of the cross table determine the directions of movement in the X and Y directions. They are incorporated crossed. The angular offset is generally essentially 90 degrees. According to one aspect, the compound table is a tilting table in which this angle is adjustable. Thanks to the interaction of the two axes, the component can assume any position in the area of the X-Y plane, as long as the position is within the range of possible movement of the guides, i.e. the travel path.
Der Roboterarm ist nach einem Aspekt ein Gelenkarmroboter mit mehreren Freiheitsgraden, beispielsweise 4, 5 oder 6. Der Roboterarm ist nach einem Aspekt ausgeführt, Lasten bis zu 10kg zu tragen.According to one aspect, the robot arm is an articulated arm robot with several degrees of freedom, for example 4, 5 or 6. According to one aspect, the robot arm is designed to carry loads of up to 10 kg.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens wird das Bauteil relativ zu einer das Bauteil anstrahlenden Strahlungseinrichtung automatisiert positioniert. Damit wird der Automatisierungsgrad erhöht.According to one embodiment of the method, the component is automatically positioned relative to a radiation device that illuminates the component. This increases the degree of automation.
Nach einem weiteren Aspekt wird zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens ein erfindungsgemäßes System verwendet wird.According to a further aspect, a system according to the invention is used to carry out a method according to the invention.
Die in dem Verfahren klassifizierten und/oder lokalisierten Fehlstellen des Bauteils werden nach einem Aspekt zu Dokumentationszwecken gespeichert.According to one aspect, the defects in the component classified and/or localized in the method are stored for documentation purposes.
Die Erfindung wird in den folgenden Ausführungsbeispielen verdeutlicht. Es zeigen:
-
1 ein schematische Darstellung eines erfindungsgemäßes System und -
2 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
-
1 a schematic representation of a system according to the invention and -
2 a schematic representation of a method according to the invention.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsähnliche Bezugsteile. Übersichtshalber werden in den einzelnen Figuren nur die jeweils relevanten Bezugsteile hervorgehoben.In the figures, the same reference symbols denote the same or functionally similar reference parts. For the sake of clarity, only the relevant reference parts are highlighted in the individual figures.
Das in
Ferner umfasst das System 10 einen Kreuztisch als Führungseinrichtung 2. Die Führungseinrichtung 2 positioniert automatisiert das Bauteil B in einem Erfassungsbereich der Bildgebungseinrichtung 1 an einer bestimmten Stelle und erlaubt damit wiederkehrende und reproduzierbare optische Befunde. In einer alternativen Ausgestaltung ist die Führungseinrichtung 2 ein Gelenkarmroboter.Furthermore, the
Außerdem umfasst das System 10 eine Auswerteeinrichtung 3. Die Auswerteeinrichtung 3 liest, beispielsweise über eine Datenschnittstelle zu der Bildgebungseinrichtung 1, das mit der Bildgebungseinrichtung 1 erhaltene Abbild des Bauteils B ein. Die Auswerteeinrichtung 3 prozessiert das Abbild durch ein künstliches neuronales Netzwerk, das trainiert ist, Fehlstellen in Bauteilen B zu klassifizieren und/oder auf dem Bauteil B zu lokalisieren. Die klassifizierten und/oder lokalisierten Fehlstellen gibt das trainierte künstliche neuronale Netzwerk aus, beispielsweise über eine Ausgangsschnittstelle zu einem Datenspeicher zu Dokumentationszwecken oder zu einer Anzeigeeinrichtung.The
Das System 10 umfasst des Weiteren eine Strahlungseinrichtung 4, beispielsweise eine Lichtquelle. Die Strahlungseinrichtung 4 strahlt das Bauteil B unter gleichen Strahlungsbedingungen an, um beispielsweise gleiche Lichtverhältnisse bei der Abbildung des Bauteils B mit der Bildgebungseinrichtung 1 sicherzustellen.The
Das System 10 umfasst auch eine Steuerungseinrichtung 5. Die Steuerungseinrichtung 5 steuert die Bildgebungseinrichtung 1, die Führungseinrichtung 2 und/oder die Strahlungseinrichtung 5 an, um das Bauteil automatisiert relativ zu der Bildgebungseinrichtung 1 und/oder der Strahlungseinrichtung 5 zu positionieren.The
In
Bezugszeichenlistereference list
- BB
- Bauteilcomponent
- 1010
- Systemsystem
- 11
- Bildgebungseinrichtungimaging facility
- 22
- Führungseinrichtungguide device
- 33
- Auswerteeinrichtungevaluation device
- 44
- Strahlungseinrichtungradiation device
- 55
- Steuerungseinrichtungcontrol device
- V1-V3V1-V3
- Verfahrensschritteprocess steps
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
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