DE102021209951A1 - Method and device for checking a cast component - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überprüfen eines Gussbauteils, wobei computertomographisch erfasste und erzeugte Volumendaten (10) des Gussbauteils empfangen werden, wobei dreidimensionale Sollmodelldaten (20) des Gussbauteils empfangen werden, wobei vorgegebene Teilbereiche (21-x) in den Sollmodelldaten (20) empfangen oder definiert werden, wobei eine globale Registrierung der Volumendaten (10) des Gussbauteils mit den dreidimensionalen Sollmodelldaten (20) des Gussbauteils durchgeführt wird, wobei die vorgegebenen Teilbereiche (21-x) unabhängig voneinander lokal mit jeweils hiermit korrespondierenden Teilbereichen (11-x) in den Volumendaten (10) verglichen werden, und wobei ein Überprüfungsergebnis (30) ausgehend von den jeweiligen Vergleichsergebnissen der Teilbereiche (11-x,21-x) erzeugt und ausgegeben wird. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung (1) zum Überprüfen eines Gussbauteils. The invention relates to a method for checking a cast component, with volume data (10) of the cast component being recorded and generated by computer tomography being received, with three-dimensional target model data (20) of the cast component being received, with predetermined partial areas (21-x) being received in the target model data (20). or are defined, with a global registration of the volume data (10) of the cast component with the three-dimensional target model data (20) of the cast component being carried out, with the specified sub-areas (21-x) independently of one another locally with corresponding sub-areas (11-x) in each case are compared with the volume data (10), and wherein a verification result (30) is generated and output based on the respective comparison results of the partial areas (11-x, 21-x). The invention also relates to a device (1) for checking a cast component.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Überprüfen eines Gussbauteils.The invention relates to a method and a device for checking a cast component.
In der industriellen Fertigung ist das Gießen von Metallen und Legierungen als Fertigungsverfahren für Bauteile weit verbreitet. Hierbei wird eine Schmelze aus einem flüssigen Metall bzw. einer Legierung in eine Hohlform gefüllt, in der die Schmelze anschließend erstarrt. Ein verbreitetes Gießverfahren ist der Kokillenguss. Hierbei wird ein Gussbauteil in einer Kokille und mittels darin eingelegter Sandkerne geformt. Die Sandkerne bzw. Teile hiervon können hierbei insbesondere zur Darstellung von innenliegenden Konturen, insbesondere von Hohlräumen im späteren Gussbauteil, verwendet werden. Die Sandkerne werden nach dem Gießen zerstört und entfernt.In industrial manufacturing, the casting of metals and alloys is a widespread manufacturing process for components. Here, a melt of a liquid metal or an alloy is filled into a hollow mold in which the melt then solidifies. A common casting process is gravity die casting. Here, a cast component is formed in a mold and by means of sand cores inserted therein. The sand cores or parts thereof can be used here in particular to represent internal contours, in particular cavities in the subsequent cast component. The sand cores are destroyed and removed after casting.
Eine Position der Sandkerne unterliegt Prozessschwankungen des Fertigungsverfahrens, wie beispielsweise Lagetoleranzen beim Einlegen von Kernpaketen in die Kokille oder beim Gießen Einflüssen von einem Schmelzfluss (Strömungsdruck) und von einer thermischen Belastung auf unterschiedliche Kernbereiche. Um eine Qualität eines Gussbauteils überprüfen zu können, ist es notwendig, eine tatsächliche Lage eines Sandkerns oder Teilen hiervon beim Gießen zu kennen und nach dem Gießen überprüfen zu können. Für die dreidimensionale Aufnahme und Visualisierung von Bauteilen kann beispielsweise ein computertomographisches Verfahren verwendet werden.A position of the sand cores is subject to process fluctuations in the manufacturing process, such as positional tolerances when inserting core packages into the mold or during casting, influences from melt flow (flow pressure) and thermal stress on different core areas. In order to be able to check the quality of a cast component, it is necessary to know the actual position of a sand core or parts thereof during casting and to be able to check it after casting. A computer tomographic method, for example, can be used for the three-dimensional recording and visualization of components.
Aus W. E. Lorensen und H. E. Cline, Marching Cubes: A high resolution 3D surface construction algorithm, Computer Graphics, Vol. 21, Nr. 4, Juli 1987, S. 163-169, Association for Computing Machinery, New York, NY, USA, https://doi.org/10.1145/37402.37422, ist ein Verfahren zur Extraktion von Oberflächen aus Volumendaten bekannt.From W.E. Lorensen and H.E. Cline, Marching Cubes: A high resolution 3D surface construction algorithm, Computer Graphics, Vol. 21, No. 4, July 1987, pp. 163-169, Association for Computing Machinery, New York, NY, USA, https://doi.org/10.1145/37402.37422, a method for extracting surfaces from volume data is known.
Aus P. J. Besl und N. D. McKay, A Method for Registration of 3-D Shapes, IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, Vol. 14, Nr. 2, Februar 1992, ist ein Verfahren zum Registrieren von dreidimensionalen Formen, insbesondere Freiformkurven und Oberflächen, bekannt.From P.J. Besl and N.D. McKay, A Method for Registration of 3-D Shapes, IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, Vol. 14, No. 2, February 1992, is a method for registering three-dimensional shapes, especially free-form curves and surfaces , known.
Es ist bekannt, ein CAD-Modell an dreidimensionale Volumendaten anzupassen (in Registrierung zu bringen), die mittels eines Computertomographen erfasst wurden. Das Bestimmen einer Ausrichtung (Schätzung einer Translation und einer Rotation) der Volumendaten zu dem CAD-Modell erfolgt beispielsweise, indem ein quadratischer Fehler einer CAD-Oberfläche zu einer aus den dreidimensionalen Volumendaten extrahierten Oberfläche minimiert wird. Hierdurch können das CAD-Modell und die dreidimensionalen Volumendaten zur Registrierung gebracht werden. Die vorgenannten Prozessschwankungen können mittels dieses Verfahrens jedoch nur unzureichend abgebildet werden. Für die 100%-Prüfung von Gussteilen in der Prozesslinie steht nur eine begrenzte Zeit für das Erfassen von Bilddaten (insbesondere Durchstrahlungsbildern) zur Verfügung. Entsprechend ist eine Bildqualität, die erreicht werden kann, durch die langen Durchstrahlungslängen massiver Bauteile (zum Beispiel von Kurbelgehäusen oder E-Motor-Gehäusen) beeinträchtigt. Insbesondere kann die Oberfläche von massiven Bauteilen nicht an allen Stellen im aufgenommenen Volumen fehlerfrei rekonstruiert werden. Dies erschwert die Messung von Wandstärken in relevanten Bereichen.It is known to adapt (register) a CAD model to three-dimensional volume data that has been recorded by means of a computer tomograph. An alignment (estimation of a translation and a rotation) of the volume data to the CAD model is determined, for example, by minimizing a quadratic error of a CAD surface to a surface extracted from the three-dimensional volume data. This allows the CAD model and the three-dimensional volume data to be registered. However, the aforementioned process fluctuations can only be mapped insufficiently using this method. For the 100% inspection of castings in the process line, there is only a limited time available for capturing image data (especially radiographic images). Accordingly, an image quality that can be achieved is impaired by the long transmission lengths of solid components (e.g. crankcases or electric motor housings). In particular, the surface of solid components cannot be reconstructed without errors at all points in the recorded volume. This makes it difficult to measure wall thicknesses in relevant areas.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Überprüfen eines Gussbauteils zu verbessern.The object of the invention is to improve a method and a device for checking a cast component.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.The object is achieved according to the invention by a method having the features of
Es ist einer der Grundgedanken der Erfindung, vorgegebene Teilbereiche in dreidimensionalen Sollmodelldaten (z.B. CAD-Daten) eines Gussbauteils beim Überprüfen jeweils getrennt zu betrachten und getrennt zu berücksichtigen. Die vorgegebenen Teilbereiche werden hierzu jeweils getrennt mit jeweils korrespondierenden Teilbereichen in erfassten und erzeugten Volumendaten des Gussbauteils verglichen. Um insbesondere ein gemeinsames Bezugssystem zu erhalten, wird zuerst eine globale Registrierung der Volumendaten des Gussbauteils mit den dreidimensionalen Sollmodelldaten des Gussbauteils durchgeführt. Dies kann insbesondere ausgehend von einer Außenhülle des Gussbauteils erfolgen. Beispielsweise wird eine globale Registrierung der dreidimensionalen Sollmodelldaten mit den Volumendaten ausschließlich unter Betrachtung der Außenhülle des Gussbauteils durchgeführt. Nach dieser anfänglichen globalen Registrierung werden lokale Teilbereiche innerhalb des Gussbauteils betrachtet. Diese lokalen Teilbereiche sind bzw. werden vorgegeben oder definiert. Insbesondere sind oder werden diese Teilbereiche derart definiert, dass diese mit funktionalen Teilbereichen und/oder Funktionsmodulen (bei Verbrennungskraftmaschinen z.B. ein Wassermantel, ein Einlass- oder Auslasskanal oder Ölkanäle etc.) zusammenfallen. Insbesondere sind oder werden die Teilbereiche derart vorgegeben oder definiert, dass diese mit den im Fertigungsverfahren verwendeten Sandkernen oder Teilen hiervon zusammenfallen. Die Teilbereiche werden jeweils einzeln miteinander verglichen. Ein Überprüfungsergebnis wird ausgehend von den jeweiligen Vergleichsergebnissen der Teilbereiche erzeugt und ausgegeben. Anders ausgedrückt wird das Gussbauteil anhand von jeweils einzelnen Vergleichen der vorgegebenen Teilbereiche überprüft. Ein Vergleichsergebnis umfasst hierbei insbesondere eine Abweichung zwischen den Teilbereichen in den Volumendaten und den dreidimensionalen Sollmodelldaten, insbesondere eine Verschiebung und/oder eine Differenz zwischen einer Lage der Teilbereiche in den Volumendaten und den dreidimensionalen Sollmodelldaten zueinander. Auf diese Weise kann das Überprüfen verbessert werden, da dem Überprüfen kein Vergleich des gesamten Gussbauteils mit rigiden dreidimensionalen Sollmodelldaten zugrunde liegt, sondern (Einzel-)Vergleiche von mehreren Teilbereichen innerhalb des Gussbauteils. Hierdurch kann eine innere Struktur, insbesondere eine innenliegende Oberflächenstruktur, welche durch Sandkerne oder Teile hiervon erzeugt wird, verbessert abgebildet und überprüft werden. Insgesamt lässt sich das Gussbauteil hierdurch detaillierter und somit verbessert überprüfen.It is one of the basic ideas of the invention to separately consider and separately consider predetermined partial areas in three-dimensional reference model data (for example CAD data) of a cast component during checking. For this purpose, the specified sub-areas are each compared separately with the respective corresponding sub-areas in recorded and generated volume data of the cast component. In order in particular to obtain a common reference system, a global registration of the volume data of the cast component with the three-dimensional target model data of the cast component is first carried out. This can be done in particular starting from an outer shell of the cast component. For example, a global registration of the three-dimensional target model data with the volume data is carried out exclusively with regard to the outer shell of the cast component. After this initial global registration, local sub-areas within the cast component are considered. These local subareas are or will be specified or defined. In particular, these subareas are or will be defined in such a way that they coincide with functional subareas and/or functional modules (in internal combustion engines, for example, a water jacket, an inlet or outlet channel or oil channels, etc.). In particular, the partial areas are or will be specified or defined in such a way that they coincide with the sand cores or parts thereof used in the production process len. The sub-areas are each individually compared with one another. A check result is generated and output based on the respective comparison results of the partial areas. In other words, the cast component is checked on the basis of individual comparisons of the specified sub-areas. A comparison result includes in particular a deviation between the partial areas in the volume data and the three-dimensional target model data, in particular a shift and/or a difference between a position of the partial areas in the volume data and the three-dimensional target model data relative to one another. In this way, the checking can be improved, since the checking is not based on a comparison of the entire cast component with rigid three-dimensional target model data, but rather on (individual) comparisons of a plurality of partial areas within the cast component. As a result, an inner structure, in particular an inner surface structure, which is produced by sand cores or parts thereof, can be mapped and checked in an improved manner. Overall, the cast component can be checked in more detail and thus improved.
Insbesondere wird ein Verfahren zum Überprüfen eines Gussbauteils zur Verfügung gestellt, wobei computertomographisch erfasste und erzeugte Volumendaten des Gussbauteils empfangen werden, wobei dreidimensionale Sollmodelldaten des Gussbauteils empfangen werden, wobei vorgegebene Teilbereiche in den Sollmodelldaten empfangen oder definiert werden, wobei eine globale Registrierung der Volumendaten des Gussbauteils mit den dreidimensionalen Sollmodelldaten des Gussbauteils durchgeführt wird, wobei die vorgegebenen Teilbereiche unabhängig voneinander lokal mit jeweils hiermit korrespondierenden Teilbereichen in den Volumendaten verglichen werden, und wobei ein Überprüfungsergebnis ausgehend von den jeweiligen Vergleichsergebnissen der Teilbereiche erzeugt und ausgegeben wird.In particular, a method for checking a cast component is provided, with volume data of the cast component recorded and generated by computer tomography being received, with three-dimensional target model data of the cast component being received, with predetermined partial areas being received or defined in the target model data, with a global registration of the volume data of the cast component is carried out with the three-dimensional target model data of the cast component, with the specified sub-areas being locally compared independently of one another with respective corresponding sub-areas in the volume data, and with a check result being generated and output on the basis of the respective comparison results of the sub-areas.
Ferner wird insbesondere eine Vorrichtung zum Überprüfen eines Gussbauteils geschaffen, umfassend eine Eingangseinrichtung, eine Recheneinrichtung, und eine Ausgangseinrichtung, wobei die Eingangseinrichtung dazu eingerichtet ist, computertomographisch erfasste und erzeugte Volumendaten des Gussbauteils, dreidimensionale Sollmodelldaten des Gussbauteils und vorgegebene Teilbereiche in den Sollmodelldaten zu empfangen, wobei die Recheneinrichtung dazu eingerichtet ist, eine globale Registrierung der Volumendaten des Gussbauteils mit den dreidimensionalen Sollmodelldaten des Gussbauteils durchzuführen, die vorgegebenen Teilbereiche unabhängig voneinander lokal mit jeweils hiermit korrespondierenden Teilbereichen in den Volumendaten zu vergleichen, und ein Überprüfungsergebnis ausgehend von den jeweiligen Vergleichsergebnissen der Teilbereiche zu erzeugen, und wobei die Ausgangseinrichtung dazu eingerichtet ist, das erzeugte Überprüfungsergebnis auszugeben.Furthermore, in particular a device for checking a cast component is created, comprising an input device, a computing device, and an output device, wherein the input device is set up to receive computer tomographically recorded and generated volume data of the cast component, three-dimensional target model data of the cast component and predetermined partial areas in the target model data. wherein the computing device is set up to carry out a global registration of the volume data of the cast component with the three-dimensional target model data of the cast component, to compare the specified sub-areas independently of one another locally with the corresponding sub-areas in the volume data, and to provide a verification result based on the respective comparison results of the sub-areas generate, and wherein the output device is set up to output the generated verification result.
Dreidimensionale Sollmodelldaten sind insbesondere dreidimensionale Computer Aided Design (CAD)-Daten.Three-dimensional target model data are, in particular, three-dimensional Computer Aided Design (CAD) data.
Ein Computertomograph ist insbesondere ein Computertomograph aus der industriellen Messtechnik. Ein Gussbauteil ist insbesondere ein Werkstück, das mittels eines Gießverfahrens hergestellt wird.A computer tomograph is in particular a computer tomograph from industrial measurement technology. A cast component is in particular a workpiece that is produced using a casting process.
Die computertomographisch erfassten und erzeugten Volumendaten werden insbesondere mittels eines industriellen Computertomographen erfasst. Hierzu wird das Gussbauteil insbesondere mittels Röntgenstrahlung aus mehreren Durchstrahlungsrichtungen durchstrahlt, wobei jeweils zugehörige Durchstrahlungsbilder erfasst werden. Die erfassten Durchstrahlungsbilder werden zu den dreidimensionalen Volumendaten (auch als Volumenmodell oder Objektvolumen bezeichnet) rekonstruiert. Volumendaten bezeichnen insbesondere Rohdaten aus Voxelwerten, die durch Rekonstruktion von bei unterschiedlichen Durchstrahlungsrichtungen erfassten Durchstrahlungsbildern gewonnen werden oder gewonnen wurden. Insbesondere werden die Volumendaten im Rahmen einer Inline-Überprüfung des Gussbauteils erfasst und erzeugt. Es kann vorgesehen sein, dass das Verfahren die Maßnahme des Erfassens und Erzeugens der dreidimensionalen Volumendaten umfasst.The volume data recorded and generated by computer tomography are recorded in particular by means of an industrial computer tomograph. For this purpose, the cast component is irradiated in particular by means of X-rays from a plurality of irradiation directions, the associated radiographic images being recorded in each case. The acquired radiographic images are reconstructed into the three-dimensional volume data (also referred to as volume model or object volume). Volume data refer in particular to raw data from voxel values that are obtained or were obtained by reconstruction of transmission images captured in different transmission directions. In particular, the volume data is recorded and generated as part of an inline check of the cast component. Provision can be made for the method to include the measure of acquiring and generating the three-dimensional volume data.
Eine globale Registrierung soll insbesondere bedeuten, dass die dreidimensionalen Sollmodelldaten als Ganzes, das heißt, nicht in Teilbereiche unterteilt, in rigider, das heißt starrer Form, zur Registrierung mit den dreidimensionalen Volumendaten gebracht werden. Dies kann beispielsweise durch Minimierung einer Summe eines quadratischen Fehlers zwischen Oberflächen in den dreidimensionalen Sollmodelldaten und den dreidimensionalen Volumendaten erfolgen. Insbesondere kann dies ausgehend von einer Außenhülle des Gussbauteils erfolgen, das heißt, es wird zur globalen Registrierung nur die Außenhülle des Gussbauteils betrachtet, wobei innenliegende Strukturen nicht berücksichtigt werden und lediglich starr zusammen mit der Außenhülle verschoben werden. Insbesondere ist vorgesehen, dass ein Koordinatensystem der Sollmodelldaten nach der globalen Registrierung als Referenzkoordinatensystem dient, auf das insbesondere beim Vergleichen der Teilbereiche Bezug genommen wird.A global registration is intended to mean in particular that the three-dimensional target model data as a whole, that is to say not subdivided into partial areas, are registered with the three-dimensional volume data in a rigid, that is to say rigid, form. This can be done, for example, by minimizing a sum of a squared error between surfaces in the three-dimensional target model data and the three-dimensional volume data. In particular, this can be done starting from an outer shell of the cast component, that is, only the outer shell of the cast component is considered for global registration, internal structures are not taken into account and are only rigidly displaced together with the outer shell. In particular, it is provided that a coordinate system of the target model data serves as a reference coordinate system after the global registration, which is referred to in particular when comparing the partial areas.
Ein Teilbereich ist insbesondere eine Untermenge innerhalb des Gussbauteils. Ein Teilbereich ist insbesondere ein dreidimensionaler Ausschnitt aus dem Gussbauteil, der beispielsweise durch zugehörige Positionen und/oder Oberflächenkonturen definiert werden kann. Ein Teilbereich korrespondiert insbesondere mit einem Sandkern oder einem Teil hiervon.A partial area is in particular a subset within the cast component. A partial area is in particular a three-dimensional section from the cast component, which can be defined, for example, by associated positions and/or surface contours. A sub-area corresponds in particular to a sand core or a part thereof.
Teile der Vorrichtung, insbesondere die Eingangseinrichtung, die Recheneinrichtung und die Ausgangseinrichtung, können einzeln oder zusammengefasst als eine Kombination von Hardware und Software ausgebildet sein, beispielsweise als Programmcode, der auf einem Mikrocontroller oder Mikroprozessor ausgeführt wird. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass Teile einzeln oder zusammengefasst als anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) und/oder feldprogrammierbares Gatterfeld (FPGA) ausgebildet sind. Der Recheneinrichtung ist insbesondere eine Speichereinrichtung zugeordnet.Parts of the device, in particular the input device, the computing device and the output device, can be designed individually or combined as a combination of hardware and software, for example as program code that is executed on a microcontroller or microprocessor. However, it can also be provided that parts are designed individually or combined as an application-specific integrated circuit (ASIC) and/or field-programmable gate array (FPGA). In particular, a memory device is assigned to the computing device.
Das Überprüfungsergebnis wird insbesondere durch Zusammenfassen und/oder Aggregieren der einzelnen Vergleichsergebnisse erzeugt. Beispielsweise können die Vergleichsergebnisse gewichtet berücksichtigt werden. Werden als Vergleichsergebnisse beispielsweise Abweichungen (z.B. in Translation und Rotation) zwischen den Volumendaten und den Sollmodelldaten jeweils für die einzelnen Teilbereiche bestimmt, können Toleranzwerte vorgegeben sein, die die Vergleichsergebnisse nicht über- oder unterschreiten dürfen. Hier kann es beispielsweise vorgesehen sein, dass die Vergleichsergebnisse für alle Teilbereiche innerhalb des jeweiligen Toleranzbereichs liegen müssen. Liegt mindestens ein Vergleichsergebnis nicht im jeweiligen Toleranzbereich, so wird dies entsprechend im Überprüfungsergebnis abgebildet und/oder kodiert.The verification result is generated in particular by combining and/or aggregating the individual comparison results. For example, the comparison results can be weighted. If, for example, deviations (e.g. in translation and rotation) between the volume data and the target model data are determined as comparison results for the individual partial areas, tolerance values can be specified which the comparison results must not exceed or fall below. Provision can be made here, for example, for the comparison results for all sub-areas to be within the respective tolerance range. If at least one comparison result is not within the respective tolerance range, this is displayed and/or encoded accordingly in the verification result.
Das Überprüfungsergebnis wird insbesondere als analoges oder digitales Signal, beispielsweise als Datenpaket, bereitgestellt, insbesondere ausgegeben.The result of the check is made available, in particular output, in particular as an analog or digital signal, for example as a data packet.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Überprüfungsergebnis eine Ausschussentscheidung umfasst. Die Ausschussentscheidung kann beispielsweise in Form eines analogen oder digitalen Steuersignals erzeugt und ausgegeben werden. Hierdurch kann direkt in einen Fertigungsprozess eingegriffen werden bzw. ein solcher kann direkt gesteuert werden. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, ein Gussbauteil in Abhängigkeit des Überprüfungsergebnisses in die Kategorien „OK“ / „Nicht OK“ einzuteilen. Entsprechend bewirkt die Ausschussentscheidung bzw. ein entsprechendes Steuersignal dann das Weiterführen oder Aussortieren des überprüften Gussbauteils. Es kann grundsätzlich auch eine Klassifizierung in verschiedene (abgestufte) Qualitätsklassen vorgesehen sein, um beispielsweise einen nachfolgenden Prozessschritt auszuwählen und/oder zu parametrieren.In one embodiment it is provided that the result of the check includes a rejection decision. The rejection decision can be generated and output, for example, in the form of an analog or digital control signal. This allows direct intervention in a manufacturing process or such can be controlled directly. For example, it can be provided that a cast component is divided into the categories “OK”/“Not OK” depending on the test result. Accordingly, the rejection decision or a corresponding control signal then causes the checked cast component to be carried on or sorted out. In principle, a classification into different (graded) quality classes can also be provided in order, for example, to select and/or parameterize a subsequent process step.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Vergleichen jeweils durch Anpassen einer aus den dreidimensionalen Sollmodelldaten jeweils abgeleiteten dreidimensionalen Oberflächenkontur der vorgegebenen Teilbereiche an eine Oberflächenkontur eines jeweils hiermit korrespondierenden Teilbereichs in den Volumendaten erfolgt, wobei hierbei jeweils Transformationsparameter einer Transformation zwischen dem jeweiligen Teilbereich in den dreidimensionalen Sollmodelldaten und den Volumendaten geschätzt werden. Das Bestimmen der Oberflächenkontur in den Volumendaten erfolgt beispielsweise mittels des eingangs zitierten Verfahrens nach Lorensen und Cline. Das Anpassen, welches auch als lokales Registrieren bezeichnet werden kann, erfolgt insbesondere für alle vorgegebenen Teilbereiche separat, das heißt, das Anpassen erfolgt jeweils lokal und unabhängig voneinander. Zum Anpassen kann beispielsweise eine Summe eines mittleren quadratischen Fehlers zwischen Punkten auf den Oberflächenkonturen bestimmt und minimiert werden. Hierdurch lassen sich die Transformationsparameter bestimmen, da die (rigide bzw. starren) Sollmodelldaten für den Teilbereich insbesondere so lange innerhalb des anfangs bestimmten Koordinatensystems verschoben (Translation) und/oder rotiert (Rotation) werden, bis die Summe der quadratischen Fehler minimiert ist. Ein Vergleich mit der ursprünglichen Lage des Teilbereichs innerhalb der Sollmodelldaten liefert die Transformationsparameter. Die Transformationsparameter, insbesondere für eine Translation (z.B. ausgedrückt durch Differenzen in x, y, z) und eine Rotation (z.B. ausgedrückt durch Winkel alpha, beta und gamma), sind insbesondere ein Maß für einen Fehler des jeweils betrachteten Teilbereichs. Fällt der betrachtete Teilbereich mit einem Sandkern oder einem Teil hiervon in der verwendeten Gussform zusammen, so lässt sich insbesondere eine Lage (Position und Ausrichtung) des Sandkerns oder des Teils hiervon während des bereits erfolgten Gießvorgangs bestimmen und überprüfen. Es können hierbei grundsätzlich auch andere robuste Schätzverfahren, wie beispielsweise RANSAC, M-Estimator (MSAC) oder Hough Voting verwendet werden, welche insbesondere das Berücksichtigen möglichst vieler Oberflächenpunkte beim Anpassen ermöglichen. Hierdurch lassen sich insbesondere inkonsistente Oberflächenpunkte (die nicht robust bzw. konsistent mit der Oberflächenkontur extrahiert werden können) beim Bestimmen bzw. Schätzen der Transformationsparameter verwerfen. Diese Verfahren funktionieren üblicherweise noch mit einem Ausreißer-Anteil von bis zu 50-80 % (abhängig von einer statistischen Verteilung der Ausreißer).In one embodiment, it is provided that the comparison takes place in each case by adapting a three-dimensional surface contour of the specified sub-areas derived from the three-dimensional target model data to a surface contour of a corresponding sub-area in the volume data, with transformation parameters of a transformation between the respective sub-area into the three-dimensional Target model data and the volume data are estimated. The surface contour in the volume data is determined, for example, by means of the Lorensen and Cline method cited at the outset. The adjustment, which can also be referred to as local registration, takes place separately for all specified sub-areas, that is, the adjustment takes place locally and independently of one another. For example, a sum of a mean squared error between points on the surface contours can be determined and minimized for fitting. This allows the transformation parameters to be determined, since the (rigid or rigid) target model data for the sub-area are shifted (translation) and/or rotated (rotation) within the initially determined coordinate system until the sum of the squared errors is minimized. A comparison with the original position of the sub-area within the target model data provides the transformation parameters. The transformation parameters, in particular for a translation (expressed, for example, by differences in x, y, z) and a rotation (expressed, for example, by angles alpha, beta and gamma), are in particular a measure of an error in the sub-area under consideration. If the sub-area under consideration coincides with a sand core or a part thereof in the casting mold used, a location (position and orientation) of the sand core or part thereof can be determined and checked during the casting process that has already taken place. In principle, other robust estimation methods such as RANSAC, M-Estimator (MSAC) or Hough Voting can also be used here, which in particular allow as many surface points as possible to be taken into account during the adjustment. In this way, in particular inconsistent surface points (which cannot be extracted robustly or consistently with the surface contour) can be discarded when determining or estimating the transformation parameters. These methods usually still work with an outlier share of up to 50-80% (depending on a statistical distribution of the outliers).
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass mindestens ein Abstand zwischen vorgegebenen Referenzpunkten auf Oberflächenkonturen der mit den vorgegebenen Teilbereichen korrespondierenden Teilbereiche in den Volumendaten bestimmt wird, wobei der mindestens eine bestimmte Abstand mit einem hiermit korrespondierenden Sollabstand zwischen entsprechenden Referenzpunkten in den dreidimensionalen Sollmodelldaten verglichen wird, und wobei das Überprüfungsergebnis unter Berücksichtigung eines Vergleichsergebnisses für den bestimmten mindestens einen Abstand erzeugt wird. Hierdurch kann eine Lage der Teilbereiche zueinander überprüft werden. Die Referenzpunkte, zwischen denen ein Abstand bestimmt wird, liegen insbesondere auf Oberflächenkonturen, die zu unterschiedlichen Teilbereichen gehören. In one embodiment, it is provided that at least one distance between specified reference points on surface contours of the sub-areas in the volume data that correspond to the specified sub-areas is determined, with the at least one determined distance being compared with a corresponding target distance between corresponding reference points in the three-dimensional target model data, and wherein the verification result is generated taking into account a comparison result for the at least one distance determined. In this way, a position of the partial areas relative to one another can be checked. The reference points between which a distance is determined lie, in particular, on surface contours that belong to different partial areas.
Ein Abstand kann hierbei insbesondere mittels des euklidischen Distanzmaßes bestimmt werden.In this case, a distance can be determined in particular by means of the Euclidean distance measure.
Es kann vorgesehen sein, dass eine Fertigungsqualität beurteilt wird. Hierzu ist insbesondere vorgesehen, dass mehrere Abstände zwischen jeweils vorgegebenen Referenzpunkten bestimmt werden. Jedem Abstand ist ein vorgegebener Mindestabstand (Toleranz) zugeordnet. Die bestimmten Abstände werden mit dem jeweils vorgegebenen Mindestabstand verglichen. Überschreiten alle bestimmten Abstände die jeweils zugeordneten Mindestabstände, so wird das Gussbauteil im Überprüfungssignal als „gut“ bewertet. Wird oder ist jedoch mindestens ein Mindestabstand überschritten, so wird das Gussbauteil im Überprüfungssignal als „schlecht“ bewertet. Ausgehend hiervon kann eine Ausschussentscheidung erzeugt und als Teil des Überprüfungsergebnisses bereitgestellt werden.Provision can be made for a production quality to be assessed. For this purpose, it is provided in particular that a plurality of distances between respectively specified reference points are determined. A predetermined minimum distance (tolerance) is assigned to each distance. The determined distances are compared with the minimum distance specified in each case. If all of the specified distances exceed the assigned minimum distances, the cast component is evaluated as “good” in the inspection signal. However, if or if at least a minimum distance is exceeded, the cast component is evaluated as "bad" in the inspection signal. Based on this, a rejection decision can be generated and made available as part of the verification result.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass ausgehend von Oberflächenkonturen der mit den vorgegebenen Teilbereichen korrespondierenden Teilbereiche in den Volumendaten mindestens eine Wandstärke zwischen benachbarten Teilbereichen bestimmt wird, wobei die bestimmte mindestens eine Wandstärke beim Erzeugen des Überprüfungsergebnisses berücksichtigt wird. Die Wandstärke ist insbesondere ein minimaler Abstand zwischen zwei Hohlräumen innerhalb des Gussbauteils, die durch Sandkerne oder Teilen hiervon erzeugt wurden. Ein Abstand kann hierbei insbesondere mittels des euklidischen Distanzmaßes bestimmt werden. Das Bestimmen der mindestens einen Wandstärke erfolgt insbesondere an jeweils mindestens zwei Referenzpunkten, die bezüglich einer Oberflächenkontur der jeweiligen Teilbereiche fest vorgegeben sind. Alternativ kann auch vorgesehen sein, einen Abstand paarweise zwischen sämtlichen Punkten auf den Oberflächenkonturen der beiden Teilbereiche zu bestimmen und den kleinsten Abstand als Schätzwert für die Wandstärke zu verwenden. Hierbei können effiziente Verfahren, wie z.B. OctTrees, verwendet werden. Eine Lage der Referenzpunkte und Punkte in den Volumendaten wird insbesondere über die (jeweils lokal bestimmten) Transformationen bestimmt.In one embodiment, at least one wall thickness between adjacent partial areas is determined based on surface contours of the partial areas corresponding to the specified partial areas in the volume data, the determined at least one wall thickness being taken into account when generating the verification result. The wall thickness is in particular a minimum distance between two cavities within the cast component, which were created by sand cores or parts thereof. In this case, a distance can be determined in particular by means of the Euclidean distance measure. The at least one wall thickness is determined in particular at at least two reference points, which are permanently specified with respect to a surface contour of the respective partial areas. Alternatively, provision can also be made to determine a distance in pairs between all points on the surface contours of the two partial areas and to use the smallest distance as an estimated value for the wall thickness. Efficient methods such as OctTrees can be used here. A position of the reference points and points in the volume data is determined in particular via the (in each case locally determined) transformation.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass für jeden vorgegebenen Teilbereich eine Menge mit mindestens einer Vergleichsregion definiert ist oder definiert wird, wobei die mindestens eine Vergleichsregion einen Teil einer Oberflächenkontur des jeweiligen vorgegebenen Teilbereichs beinhaltet, wobei aus den dreidimensionalen Sollmodelldaten abgeleitete Sollvoxelwerte innerhalb der mindestens einen Vergleichsregion mit Voxelwerten in den Volumendaten verglichen werden. Die einzelnen Vergleichsergebnisse werden dann beim Erzeugen des Überprüfungsergebnisses berücksichtigt. Diese Ausführungsform erlaubt es insbesondere, die einzelnen Teilbereiche zu überprüfen und jeweils mit den zugehörigen Sollmodelldaten zu vergleichen, auch wenn ein Anpassen von Oberflächenkonturen der Teilbereiche aneinander nicht möglich ist, beispielsweise, weil sich eine Oberflächenkontur nicht in ausreichender Güte/Qualität bestimmen lässt. Insbesondere sind oder werden für jeden Teilbereich mehrere Vergleichsregionen definiert. Die Vergleichsregionen innerhalb einer Menge sind insbesondere gleichverteilt über eine Oberflächenkontur eines Teilbereichs. Die Vergleichsregionen sind insbesondere dreidimensionale Bereiche. Ein Vergleich der Voxelwerte erfolgt daher insbesondere ebenfalls jeweils für ein dreidimensionales Volumen.In one embodiment, it is provided that a set with at least one comparison region is or will be defined for each predetermined sub-region, the at least one comparison region containing part of a surface contour of the respective predetermined sub-region, with target voxel values derived from the three-dimensional target model data within the at least one comparison region compared to voxel values in the volume data. The individual comparison results are then taken into account when generating the verification result. In particular, this embodiment makes it possible to check the individual sub-areas and to compare them with the associated target model data, even if it is not possible to adapt surface contours of the sub-areas to one another, for example because a surface contour cannot be determined with sufficient quality. In particular, several comparison regions are or will be defined for each sub-area. The comparison regions within a set are, in particular, evenly distributed over a surface contour of a partial area. The comparison regions are in particular three-dimensional areas. A comparison of the voxel values therefore also takes place in particular for a three-dimensional volume in each case.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass zum Vergleichen der Voxelwerte die mindestens eine Vergleichsregion an eine mit der mindestens einen Vergleichsregion korrespondierende Region in den dreidimensionalen Sollmodelldaten angepasst wird, wobei hierbei Transformationsparameter einer Transformation zwischen der mindestens einen Vergleichsregion und der korrespondierenden Region in den dreidimensionalen Sollmodelldaten geschätzt werden. Das Anpassen, welches auch als lokales Registrieren bezeichnet werden kann, erfolgt insbesondere unter Berücksichtigung sämtlicher Voxelwerte innerhalb einer betrachteten Vergleichsregion. Das Bestimmen der Transformationsparameter für jede der Vergleichsregionen erfolgt grundsätzlich in gleicher Weise wie dies voranstehend bereits mit Bezug auf die Teilbereiche beschrieben wurde.In one embodiment, it is provided that, in order to compare the voxel values, the at least one comparison region is adapted to a region in the three-dimensional target model data that corresponds to the at least one comparison region, with transformation parameters of a transformation between the at least one comparison region and the corresponding region in the three-dimensional target model data being estimated become. The adjustment, which can also be referred to as local registration, takes place in particular taking into account all voxel values within a comparison region under consideration. The transformation parameters for each of the comparison regions are determined in principle in the same way as has already been described above with reference to the partial regions.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Anpassen mittels eines trainierten Neuronalen Netzes durchgeführt wird. Hierdurch kann das Anpassen auf effiziente und zuverlässige Weise erfolgen. Die Eingangsdaten des trainierten Neuronalen Netzes sind hierbei die aus den Sollmodelldaten abgeleiteten Voxelwerte innerhalb der Vergleichsregion und die Voxelwerte der Volumendaten innerhalb der Vergleichsregion. Als Ausgabe schätzt das trainierte Neuronale Netz Transformationsparameter für eine Transformation, die eine Verschiebung (insbesondere Translation und Rotation) der betrachteten Vergleichsregion zwischen den Sollmodelldaten und den Volumendaten beschreibt. Trainingsdaten zum Trainieren eines solchen Neuronalen Netzes können beispielsweise empirisch gesammelt werden. Eine Zielfunktion kann hierbei beispielsweise durch das Anpassen von Oberflächenkonturen aneinander approximiert werden, wie dies voranstehend bereits beschrieben wurde. Alternativ können die Trainingsdaten auch durch Simulation von computertomographischen Volumendaten erzeugt werden, in denen jeweils gezielt Verschiebungen von Teilbereichen und/oder Vergleichsregionen erzeugt werden. Das Trainieren des Neuronalen Netzes erfolgt mittels an sich bekannter Verfahren. Das Neuronale Netz ist insbesondere ein tiefes Neuronales Netz. Das Neuronale Netz ist beispielsweise ein Faltungsnetz.One embodiment provides for the adaptation to be carried out using a trained neural network. This can do that Adjusting can be done in an efficient and reliable way. The input data of the trained neural network are the voxel values within the comparison region derived from the target model data and the voxel values of the volume data within the comparison region. As an output, the trained neural network estimates transformation parameters for a transformation that describes a shift (in particular translation and rotation) of the comparison region under consideration between the target model data and the volume data. Training data for training such a neural network can be collected empirically, for example. In this case, a target function can be approximated, for example, by adapting surface contours to one another, as has already been described above. Alternatively, the training data can also be generated by simulating computer tomographic volume data in which displacements of partial areas and/or comparison regions are generated in a targeted manner. The neural network is trained using methods known per se. The neural network is in particular a deep neural network. The neural network is a convolutional network, for example.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass zum Erzeugen des Überprüfungsergebnisses zumindest teilbereichsweise eine statistische Auswertung der für die Teilbereiche und/oder die zugehörigen Vergleichsregionen jeweils bestimmten Vergleichsergebnisse durchgeführt wird. Insbesondere kann hierzu eine Aggregation der einzelnen Vergleichsergebnisse für die Vergleichsregionen und/oder die Teilbereiche durchgeführt werden. Hierzu können robuste Schätzverfahren verwendet werden, wie beispielsweise RANSAC, M-Estimator (MSAC) und/oder Hough Voting etc.In one embodiment it is provided that, in order to generate the verification result, a statistical evaluation of the comparison results determined for the sub-areas and/or the associated comparison regions is carried out at least for sub-areas. In particular, an aggregation of the individual comparison results for the comparison regions and/or the sub-areas can be carried out for this purpose. Robust estimation methods can be used for this, such as RANSAC, M-Estimator (MSAC) and/or Hough Voting etc.
Weitere Merkmale zur Ausgestaltung der Vorrichtung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausgestaltungen des Verfahrens. Die Vorteile der Vorrichtung sind hierbei jeweils die gleichen wie bei den Ausgestaltungen des Verfahrens.Further features for the configuration of the device result from the description of configurations of the method. The advantages of the device are in each case the same as in the embodiments of the method.
Weiter wird insbesondere auch ein Computertomographiesystem zum Überprüfen eines Gussteiles geschaffen, umfassend einen Computertomographen und eine Vorrichtung nach einer der beschriebenen Ausführungsformen. Das System kann beispielsweise zur Inline-Überprüfung von Gussbauteilen in einer Fertigungslinie verwendet werden. Insbesondere kann ausgehend von dem erzeugten und bereitgestellten Überprüfungsergebnis, welches beispielsweise eine Ausschussentscheidung für ein überprüftes Gussbauteil umfasst, ein nachfolgender Fertigungsschritt gesteuert werden. Das Gussbauteil wird ausgehend von dem bereitgestellten Überprüfungsergebnis bzw. der Ausschussentscheidung entweder aussortiert oder weiterverarbeitet.Furthermore, in particular, a computer tomography system for checking a cast part is also created, comprising a computer tomograph and a device according to one of the described embodiments. For example, the system can be used for inline inspection of cast components in a production line. In particular, a subsequent manufacturing step can be controlled on the basis of the generated and provided verification result, which includes, for example, a rejection decision for a verified cast component. The cast component is either sorted out or further processed based on the inspection result provided or the rejection decision.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Hierbei zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Vorrichtung zum Überprüfen eines Gussbauteils; -
2a-2f schematische Darstellungen zur Verdeutlichung einer Ausführungsform der Vorrichtung und des Verfahrens zum Überprüfen eines Gussbauteils; -
3 eine schematische Darstellung zur Verdeutlichung einer Ausführungsform der Vorrichtung und des Verfahrens zum Überprüfen eines Gussbauteils; -
4 ein schematisches Ablaufdiagramm einer Ausführungsform des Verfahrens zum Überprüfen eines Gussbauteils.
-
1 a schematic representation of an embodiment of the device for checking a cast component; -
2a-2f schematic representations to illustrate an embodiment of the device and the method for checking a cast component; -
3 a schematic representation to clarify an embodiment of the device and the method for checking a cast component; -
4 a schematic flowchart of an embodiment of the method for checking a cast component.
In
Eine Anwendungssituation ist beispielsweise die folgende: An einer Fertigungslinie werden hergestellte Gussbauteile mittels eines Computertomographiesystems 50 computertomographisch erfasst und aus erfassten Durchstrahlungsbildern werden Volumendaten 10 erzeugt. Die Vorrichtung 1 kann auch Teil des Computertomographiesystems 50 sein.One application situation is, for example, the following: cast components produced on a production line are computer tomographically recorded using a
Die computertomographisch erfassten und erzeugten Volumendaten 10 des Gussbauteils werden der Eingangseinrichtung 2 zugeführt, diese empfängt die Volumendaten 10 und führt sie der Recheneinrichtung 3 zu, welche die Volumendaten 10 zur Bearbeitung in der Speichereinrichtung 4 hinterlegt. Es ist insbesondere vorgesehen, dass in den Volumendaten 10 bereits Voxel (Grauwerte, die mit einer materialabhängigen Abschwächung von Röntgenstrahlung korrespondieren) des Gussbauteils und von Luft identifiziert wurden, sodass deren jeweilige Positionen in den Volumendaten 10 bekannt sind. Die Identifikation wird beispielsweise mittels an sich bekannter Verfahren mittels des Computertomographiesystems 50 durchgeführt.The
Ferner werden der Eingangseinrichtung 2 dreidimensionale Sollmodelldaten 20 des Gussbauteils und vorgegebene Teilbereiche 21 in den Sollmodelldaten 20 zugeführt. Die dreidimensionalen Sollmodelldaten 20 sind beispielsweise CAD-Daten und die vorgegebenen Teilbereiche 21-x sind Teilmengen innerhalb der CAD-Daten, welche beispielsweise durch Positionsangaben und/oder durch funktionale Einheiten innerhalb der CAD-Daten definiert sind (z.B. ein Wassermantel, Kanäle für Medien etc.). Die Eingangseinrichtung 2 empfängt die Sollmodelldaten 20 und die vorgegebenen Teilbereiche 21-x und führt diese der Recheneinrichtung 3 zu, welche die Sollmodelldaten 20 und die vorgegebenen Teilbereiche 21-x zur Bearbeitung in der Speichereinrichtung 4 hinterlegt.In addition, the
Die Recheneinrichtung 2 führt eine globale Registrierung der Volumendaten 10 des Gussbauteils mit den dreidimensionalen Sollmodelldaten 20 des Gussbauteils durch. Dies erfolgt insbesondere ausgehend von einer Außenhülle des Gussbauteiles, das heißt, insbesondere wird bei der globalen Registrierung nur die Außenhülle des Gussbauteils betrachtet, sodass die Außenhülle in den Sollmodelldaten 20 mit der Außenhülle in der Volumendaten 10 zur Registrierung gebracht wird (die restlichen, innenliegenden Strukturen werden hierbei insbesondere starr mit der Außenhülle mitbewegt). Hierbei können an sich bekannte Verfahren verwendet werden, wie beispielsweise das eingangs zitierte Verfahren nach Besl und McKay. Nach der globalen Registrierung wird insbesondere ein Koordinatensystem der derart mit der Außenhülle registrierten Sollmodelldaten 20 als Referenzkoordinatensystem verwendet, um nachfolgende Vergleiche durchzuführen.The
Die Recheneinrichtung 2 vergleicht die vorgegebenen Teilbereiche 21-x unabhängig voneinander lokal mit jeweils hiermit korrespondierenden Teilbereichen 11-x (vgl. z.B.
Die Recheneinrichtung 2 erzeugt ausgehend von den jeweiligen Vergleichsergebnissen der Teilbereiche ein Überprüfungsergebnis 30, das von der Ausgangseinrichtung 5 ausgegeben wird. Das Überprüfungsergebnis 30 kann beispielsweise eine Ausschussentscheidung 31 umfassen, welche beispielsweise in Form eines Ausschussentscheidungssignals ausgegeben wird.Based on the respective comparison results of the partial areas, the
Das Überprüfungsergebnis 30, insbesondere die Ausschussentscheidung 31, kann anschließend beispielsweise einer Fertigungssteuerung 51 zugeführt werden, die mittels einer entsprechenden Selektionsvorrichtung (nicht gezeigt) das jeweils überprüfte Gussbauteil aussondert oder zur weiteren Verarbeitung in die Fertigungslinie zurückführt.The test result 30, in particular the rejection decision 31, can then be fed to a
Es kann vorgesehen sein, dass das Vergleichen jeweils durch Anpassen einer aus den dreidimensionalen Sollmodelldaten 20 jeweils abgeleiteten dreidimensionalen Oberflächenkontur der vorgegebenen Teilbereiche 21-x an eine Oberflächenkontur eines jeweils hiermit korrespondierenden Teilbereichs in den Volumendaten 10 erfolgt, wobei hierbei jeweils Transformationsparameter einer Transformation zwischen dem jeweiligen Teilbereich 21 in den dreidimensionalen Sollmodelldaten 20 und den Volumendaten 10 geschätzt werden. Die Oberflächenkontur eines korrespondierenden Teilbereichs in den Volumendaten 10 kann beispielsweise mittels des eingangs zitierten Verfahrens nach Lorensen und Cline extrahiert werden. Die Oberflächenkonturen fallen in den gezeigten Beispielen mit einer jeweiligen Außenkontur der Teilbereiche 11-x, 21-x zusammen, können grundsätzlich jedoch auch anderes ausgebildet sein.Provision can be made for the comparison to take place in each case by adapting a three-dimensional surface contour of the specified partial regions 21-x derived from the three-dimensional
Dies ist schematisch in den
Die
In der
Nach der globalen Registrierung werden die vorgegebenen Teilbereiche 21-1, 21-2, 21-3 unabhängig voneinander lokal mit jeweils hiermit korrespondierenden Teilbereichen 11-1, 11-2, 11-3 in den Volumendaten 10 verglichen.After the global registration, the specified partial areas 21-1, 21-2, 21-3 are compared locally, independently of one another, with corresponding partial areas 11-1, 11-2, 11-3 in the
Hierzu werden aus den dreidimensionalen Sollmodelldaten 20 jeweils abgeleitete dreidimensionale Oberflächenkonturen der vorgegebenen Teilbereiche 21-1, 21-2, 21-3 an eine Oberflächenkontur eines jeweils hiermit korrespondierenden Teilbereichs 11-1, 11-2, 11-3 in den Volumendaten 10 angepasst. Anders ausgedrückt erfolgt jeweils eine lokale Registrierung der Oberflächenkonturen. Hierbei werden jeweils Transformationsparameter von Transformationen P1, P2. P3 zwischen dem jeweiligen Teilbereich 21-1, 21-2, 21-3 in den dreidimensionalen Sollmodelldaten 20 und den Volumendaten 10 geschätzt. Dies ist schematisch in den
Ausgehend von den Transformationsparametern der einzelnen Transformationen P0, P1, P2 und P3 wird das Überprüfungsergebnis erzeugt und bereitgestellt. Beispielsweise können die Transformationsparameter mit vorgegebenen Schwellenwerten (Toleranzen) für die Translation und/oder die Rotation verglichen werden. In Abhängigkeit der einzelnen Vergleichsergebnisse umfasst das Überprüfungsergebnis, insbesondere eine Ausschussentscheidung umfassend, beispielsweise eine qualitative Beurteilung des Gussbauteils.Based on the transformation parameters of the individual transformations P0, P1, P2 and P3, the verification result is generated and made available. For example, the transformation parameters can be compared to predefined threshold values (tolerances) for the translation and/or the rotation. Depending on the individual comparison results, the test result includes, in particular, a rejection decision, for example a qualitative assessment of the cast component.
Es kann vorgesehen sein, dass mindestens ein Abstand D1, D2 (
Mit den bestimmten Transformationen P0, P1, P2 und P3 (welche insbesondere jeweils einer linearen Abbildung entsprechen) können die Referenzpunkte x0`, x1', x2', x3` in den Volumendaten 10 direkt aus den Referenzpunkten x0, x1, x2, x3 der Sollmodelldaten 20 bestimmt werden:
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die bestimmten Abstände D1, D2 nur innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereichs von den Sollabständen S1, S2 abweichen dürfen. Liegt mindestens einer der Abstände D1, D2 außerhalb eines solchen Toleranzbereichs so wird ein entsprechendes Überprüfungsergebnis 30 (
Es kann vorgesehen sein, dass ausgehend von Oberflächenkonturen der mit den vorgegebenen Teilbereichen 21-1, 21-2, 21-3 korrespondierenden Teilbereiche 11-1, 11-2, 11-3 in den Volumendaten 10 mindestens eine Wandstärke zwischen benachbarten Teilbereichen 11-1, 11-2, 11-3 bestimmt wird, wobei die bestimmte mindestens eine Wandstärke beim Erzeugen des Überprüfungsergebnisses 30 (
In der
Die Vergleichsregionen 22-1, 22-2, 22-3 sind hierbei insbesondere mit Bezug auf die Sollmodelldaten 20 definiert und korrespondieren mit Regionen in den Volumendaten 10. Die korrespondierenden Regionen in den Volumendaten 10 werden hierbei ausgehend von der globalen Registrierung bestimmt, indem ausgehend hiervon die mit den Vergleichsregionen 22-1, 22-2, 22-3 korrespondierenden Regionen in den Volumendaten 10 bestimmt werden, ohne dass hierbei ein Anpassen zwischen den Teilbereichen 11-1, 11-2, 11-3, 21-1, 21-2, 21-3 erfolgen muss. Die Sollvoxelwerte werden ausgehend von den Sollmodelldaten 20 des Gussbauteils bestimmt, welche neben geometrischen Informationen insbesondere auch Materialparameter umfassen, aus denen sich die Werte der einzelnen Voxel bestimmen lassen.The comparison regions 22-1, 22-2, 22-3 are in this case defined in particular with reference to the
Zum Vergleichen der Vergleichsregionen 22-1, 22-2, 22-3 kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die jeweiligen Teile der Oberflächenkonturen innerhalb der jeweiligen Vergleichsregion 22-1, 22-2, 22-3 aneinander angepasst werden, insbesondere in Registrierung zueinander gebracht werden. Ausgehend hiervon können Transformationsparameter für jede der Vergleichsregionen 22-1, 22-2, 22-3 bestimmt werden. Eine Verschiebung (Translation und Rotation) eines Teilbereichs 21-1, 21-2, 21-3 kann durch Aggregation der Einzelergebnisse der jeweiligen Vergleichsregionen 22-1, 22-2, 22-3 bestimmt werden, wobei hierzu robuste Schätzverfahren verwendet werden können.To compare the comparison regions 22-1, 22-2, 22-3, it can be provided, for example, that the respective parts of the surface contours within the respective comparison region 22-1, 22-2, 22-3 are adapted to one another, in particular brought into registration with one another become. Based on this, transformation parameters can be determined for each of the comparison regions 22-1, 22-2, 22-3. A shift (translation and rotation) of a subarea 21-1, 21-2, 21-3 can be determined by aggregating the individual results of the respective comparison regions 22-1, 22-2, 22-3, with robust estimation methods being able to be used for this purpose.
Weiterbildend kann vorgesehen sein, dass das Anpassen mittels eines trainierten Neuronalen Netzes durchgeführt wird. Dem trainierten Neuronalen Netz werden hierzu als Eingangsdaten die abgeleiteten Sollvoxelwerte einer Vergleichsregion 22-1, 22-2, 22-3 und die Voxelwerte einer mit der Vergleichsregion 22-1, 22-2, 22-3 korrespondierenden Region der Volumendaten 10 zugeführt. Das Neuronale Netz ist beispielsweise darauf trainiert, ausgehend hiervon eine Verschiebung (Translation und Rotation) zu identifizieren bzw. zu schätzen (z.B. Werte für eine Translation in x-, y-, z-Richtung und eine Rotation um die Winkel alpha, beta, gamma). Für die einzelnen Vergleichsregionen 22-1, 22-2, 22-3 erfolgt dies insbesondere unabhängig voneinander (parallel oder sequentiell). Eine Verschiebung bzw. Transformationsparameter einer Transformation (Translation und Rotation) eines Teilbereichs 21-1, 21-2, 21-3 können durch Aggregation der Einzelergebnisse der jeweiligen Vergleichsregionen 22-1, 22-2, 22-3 bestimmt werden, wobei hierzu robuste Schätzverfahren verwendet werden können.In a further development, it can be provided that the adaptation is carried out using a trained neural network. For this purpose, the derived setpoint voxel values of a comparison region 22-1, 22-2, 22-3 and the voxel values of a region of the
Es kann vorgesehen sein, dass zum Erzeugen des Überprüfungsergebnisses zumindest teilbereichsweise mittels der Recheneinrichtung 2 (
Die
In einer Maßnahme 100 werden computertomographisch erfasste und erzeugte Volumendaten des Gussbauteils empfangen. Es kann auch vorgesehen sein, dass das Erfassen und Erzeugen der Volumendaten mittels eines Computertomographiesystems bzw. Computertomographen Teil der Maßnahme 100 ist.In a
In Maßnahme 101 werden dreidimensionale Sollmodelldaten, insbesondere CAD-Daten, des Gussbauteils empfangen.In
In Maßnahme 102 werden vorgegebene Teilbereiche in den Sollmodelldaten empfangen oder definiert. Die vorgegebenen Teilbereiche korrespondieren hierbei insbesondere mit funktionalen Strukturen im Gussbauteil, insbesondere mit Strukturen, die beim Gießen mittels Sandkernen oder Teilen hiervon erzeugt werden.In
In Maßnahme 103 wird eine globale Registrierung der Volumendaten des Gussbauteils mit den dreidimensionalen Sollmodelldaten des Gussbauteils durchgeführt. Dies erfolgt insbesondere ausgehend von einer Außenhülle des Gussbauteils unter Vernachlässigung von innerhalb der Außenhülle liegenden Strukturen.In measure 103 a global registration of the volume data of the cast component with the three-dimensional target model data of the cast component is carried out. This is done in particular starting from an outer shell of the cast component, neglecting structures located within the outer shell.
In Maßnahme 104 werden die vorgegebenen Teilbereiche unabhängig voneinander lokal mit jeweils hiermit korrespondierenden Teilbereichen in den Volumendaten verglichen.In
In Maßnahme 105 wird ein Überprüfungsergebnis ausgehend von den jeweiligen Vergleichsergebnissen der Teilbereiche erzeugt und in Maßnahme 106 ausgegeben, beispielsweise als analoges oder digitales Signal, beispielsweise in Form eines digitalen Datenpakets.In
Das Überprüfungsergebnis kann beispielsweise eine Ausschussentscheidung umfassen, welche beispielsweise in Form eines Ausschussentscheidungssignals ausgegeben wird. Zum Erzeugen des Ausscheidungssignals kann in einer Maßnahme 105a vorgesehen sein, dass die Vergleichsergebnisse mit vorgegebenen Kriterien verglichen werden, um beispielsweise einen Schwellwertvergleich durchzuführen und/oder um zu überprüfen, ob Abweichungen innerhalb einer vorgegebenen Toleranz liegen. Je nachdem, ob die vorgegebenen Kriterien erfüllt werden oder nicht, ergibt sich ein entsprechendes Ausschussentscheidungssignal.The verification result can include a rejection decision, for example, which is output in the form of a rejection decision signal, for example. To generate the elimination signal, provision can be made in a measure 105a for the comparison results to be compared with specified criteria, for example in order to carry out a threshold value comparison and/or to check whether deviations lie within a specified tolerance. Depending on whether the specified criteria are met or not, a corresponding reject decision signal results.
In einer Maßnahme 106 kann das Überprüfungsergebnis, insbesondere die Ausschussentscheidung, beispielsweise einer Fertigungssteuerung zugeführt werden, die mittels einer entsprechend hierfür eingerichteten Selektionsvorrichtung das jeweils überprüfte Gussbauteil in einer Maßnahme 106a aussondert oder in einer Maßnahme 106b zur weiteren Verarbeitung in die Fertigungslinie zurückführt.In a
Es kann in der Maßnahme 104 vorgesehen sein, dass das Vergleichen jeweils durch Anpassen einer aus den dreidimensionalen Sollmodelldaten jeweils abgeleiteten dreidimensionalen Oberflächenkontur der vorgegebenen Teilbereiche an eine Oberflächenkontur eines jeweils hiermit korrespondierenden Teilbereichs in den Volumendaten erfolgt, wobei hierbei jeweils Transformationsparameter einer Transformation zwischen dem jeweiligen Teilbereich in den dreidimensionalen Sollmodelldaten und den Volumendaten geschätzt werden.Measure 104 can provide for the comparison to be carried out by adapting a three-dimensional surface contour of the specified sub-areas derived from the three-dimensional target model data to a surface contour of a corresponding sub-area in the volume data, with transformation parameters of a transformation between the respective sub-area being used in each case can be estimated in the three-dimensional target model data and the volume data.
Es kann in der Maßnahme 104 alternativ oder zusätzlich vorgesehen sein, dass für jeden vorgegebenen Teilbereich eine Menge mit mindestens einer Vergleichsregion definiert ist oder definiert wird, wobei die mindestens eine Vergleichsregion einen Teil einer Oberflächenkontur des jeweiligen vorgegebenen Teilbereichs beinhaltet, wobei aus den dreidimensionalen Sollmodelldaten abgeleitete Sollvoxelwerte innerhalb der mindestens einen Vergleichsregion mit Voxelwerten in den Volumendaten verglichen werden.Measure 104 can alternatively or additionally provide for a set with at least one comparison region to be defined or to be defined for each specified sub-area, with the at least one comparison region containing a part of a surface contour of the respective specified sub-area, with data derived from the three-dimensional target model data Target voxel values within the at least one comparison region are compared with voxel values in the volume data.
Weitere Ausführungsformen des Verfahrens wurden voranstehend mit Bezug auf die anderen Figuren bereits beschrieben.Further embodiments of the method have already been described above with reference to the other figures.
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Vorrichtungcontraption
- 22
- Eingangseinrichtungentrance facility
- 33
- Recheneinrichtungcomputing device
- 44
- Speichereinrichtungstorage device
- 55
- Ausgangseinrichtungexit facility
- 1010
- Volumendatenvolume data
- 10-010-0
- Außenhülleouter shell
- 11-x11-x
- korrespondierender Teilbereichcorresponding section
- 2020
- Sollmodelldatentarget model data
- 20-020-0
- Außenhülleouter shell
- 21-x21-x
- Teilbereichsubarea
- 22-x22-x
- Vergleichsregioncomparison region
- 3030
- Überprüfungsergebnisverification result
- 3131
- Ausschussentscheidungcommittee decision
- 5050
- Computertomographiesystemcomputed tomography system
- 5151
- Fertigungssteuerungproduction control
- 100-106100-106
- MaßnahmenMeasures
- D1D1
- AbstandDistance
- D2D2
- AbstandDistance
- P0P0
- Transformationtransformation
- P1P1
- Transformationtransformation
- P2p2
- Transformationtransformation
- P3P3
- Transformationtransformation
- S1S1
- Sollabstandtarget distance
- S2S2
- Sollabstandtarget distance
- x0x0
- Referenzpunkt (Sollmodelldaten)Reference point (nominal model data)
- x1x1
- Referenzpunkt (Sollmodelldaten)Reference point (nominal model data)
- x2x2
- Referenzpunkt (Sollmodelldaten)Reference point (nominal model data)
- x3x3
- Referenzpunkt (Sollmodelldaten)Reference point (nominal model data)
- x0'x0'
- Referenzpunkt (Volumendaten)Reference point (volume data)
- x1'x1'
- Referenzpunkt (Volumendaten)Reference point (volume data)
- x2'x2'
- Referenzpunkt (Volumendaten)Reference point (volume data)
- x3`x3`
- Referenzpunkt (Volumendaten)Reference point (volume data)
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---|---|---|---|---|
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-
2021
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Patent Citations (1)
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US20120303333A1 (en) | 2011-05-26 | 2012-11-29 | General Electric Company | System and method for non-destructive testing |
Non-Patent Citations (1)
Title |
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PAIS, G. D. [et al.]: A Deep Neural Network for 3D Point Registration. In: Proceedings of the IEEE/CVF Conference on Computer Vision and Pattern Recognition (CVPR), 2020. 7193 – 7203. |
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