DE112020001968T5

DE112020001968T5 - Verfahren zur Prüfung der Konformität eines mechanischen Bauteils eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE112020001968T5
Application number: DE112020001968.3T
Authority: DE
Inventors: Sarah Tallet-Pinet; Emeric Richard-Vitton
Original assignee: JTEKT Europe SAS
Current assignee: JTEKT Europe SAS
Priority date: 2019-04-15
Filing date: 2020-04-09
Publication date: 2021-12-30
Also published as: FR3095069A1; FR3095069B1; US20220178840A1; WO2020212654A1; CN113692602A; JP2022529122A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Prüfung (100) der Konformität eines mechanischen Bauteils eines Fahrzeugs, das einen Bildaufnahmeschritt (60) zum Erzeugen eines Untersuchungsbildes (101) des mechanischen Bauteils (10) und einen Schritt (90) zur Analyse des Untersuchungsbildes (101) durch eine Analyseeinheit (9) umfasst, wobei der Analyseschritt (90) eine Ergebnisphase (94) umfasst, die ein Ergebnissignal (C, D) ausgibt, das anzeigt, ob das mechanische Bauteil (10) konform oder im Gegenteil nicht konform ist.

Description

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Konformitätsprüfungen, die an einem mechanischen Bauteil eines Fahrzeugs durchgeführt werden, und insbesondere ein Verfahren zur automatischen Erkennung von Defekten.
Einige mechanische Bauteile sind in die Sicherheit der Fahrzeuginsassen involviert. Daher muss ein Hersteller solcher Bauteile deren Konformität durch eine Konformitätsprüfung der Konformität gemäß vordefinierter Spezifikationen gewährleisten.
Die Konformitätsprüfung ermöglicht insbesondere die Identifizierung, Lokalisierung und Gewährleistung des Nichtvorliegens von Oberflächen- oder darunter liegenden metallurgischen Defekten, die z. B. auf ein Problem bei der Herstellung des Materials oder auf eine Oberflächenbehandlung (auf intergranularer Ebene) des mechanischen Bauteils zurückzuführen sind.
Nachfolgend wird als Beispiel und in nicht einschränkender Weise eine Konformitätsprüfung an einem bestimmten mechanischen Bauteil durchgeführt: einer Zahnstange eines Lenksystems. Die Konformitätsprüfung kann jedoch auch auf andere mechanische Bauteile, wie z. B. ein Antriebsritzel, eine Pleuelstange, eine Nockenwelle oder einen Achsschenkel angewandt werden.
Eine Zahnstange ist ein mechanisches Bauteil, welches das Lenken der Räder, d.h. die Änderung des Ausrichtungswinkels der Räder, über Spurstangen ermöglicht. Die Zahnstange ist im Allgemeinen zwischen 400 mm und 900 mm lang. Sie ist aus ferromagnetischem Material hergestellt. Sie umfasst einen Körper, der im Allgemeinen eine zylindrische Form mit einem Durchmesser zwischen 22 mm und 34 mm und eine Verzahnung aufweist.
Die Verzahnung umfasst eine Vielzahl von Zähnen, die sich entlang einer Achse quer zur Längsachse der Zahnstange erstrecken. Jeder Zahn ist vom angrenzenden Zahn durch eine Zahnkehle getrennt. Jeder Zahn umfasst eine rechte und eine linke Zahnflanke, die durch einen Zahnkamm verbunden sind.
Während der Herstellung der Zahnstange können Defekte entstehen. Insbesondere kann der Körper zumindest eine „Stangenlinie“ aufweisen. Dabei handelt es sich um einen linearen Defekt, der sich entlang der Längsachse der Zahnstange erstreckt. Darüber hinaus kann die Verzahnung Defekte aufweisen, die im Folgenden als „Risse“ bezeichnet werden, deren Abmessungen im Allgemeinen mindestens 1 mm lang und mindestens 5 µm breit sind. Daher ist es erforderlich, für jede Zahnstange eine Konformitätsprüfung, d.h. eine Prüfung auf Mängelfreiheit, durchzuführen.
Derzeit umfasst die Konformitätsprüfung einer Zahnstange die folgenden Schritte:

- Magnetisierung der Zahnstange mittels einer Magnetisierungsvorrichtung, die es ermöglicht, einen Strom in der Zahnstange zu verteilen;
- Besprühen der Zahnstange mit einem Entwicklerprodukt mittels einer Sprühvorrichtung, wobei das Entwicklerprodukt unter ultraviolettem Licht fluoresziert;
- Prüfung der Zahnstange durch eine Bedienungsperson;
- Entmagnetisierung.
- Diese Konformitätsprüfung kann selbstverständlich auch an einem anderen mechanischen Bauteil als der Zahnstange vorgenommen werden.

Der Schritt der Prüfung der Zahnstange durch die Bedienungsperson erfordert zum einen die Anwesenheit der Bedienungsperson in einem mit UV-Licht beleuchteten Raum und zum anderen, dass die Bedienungsperson die zu prüfende Zahnstange ergreift, um den Körper und die Verzahnung betrachten zu können, um eventuelle Defekte zu erkennen.
Der Nachteil besteht darin, dass dieses Verfahren mit menschlichen Fehlern behaftet ist. Somit könnte ein Defekt von der Bedienungsperson nicht erkannt werden.
Es ist Aufgabe der Erfindung, alle oder einen Teil der oben genannten Nachteile dadurch zu überwinden, dass ein Verfahren zur Prüfung der Konformität eines mechanischen Bauteils eines Fahrzeugs vorgeschlagen wird, das einen Bildaufnahmeschritt, der dazu bestimmt ist, ein Untersuchungsbild des mechanischen Bauteils zu erzeugen, und einen Schritt zum Analysieren des Untersuchungsbildes durch eine Analyseeinheit, und eine Ergebnisphase umfasst, die ein Ergebnissignal ausgibt, das anzeigt, ob das mechanische Bauteil konform oder im Gegenteil nicht konform ist.
Während des Bildaufnahmeschritts erzeugt eine Bildaufnahmevorrichtung zumindest ein Untersuchungsbild des mechanischen Bauteils. Das Untersuchungsbild ist ein digitales Bild der Größe n * m Pixel, mit n ≥ 1 und m >1. Ein Pixel ist der kleinste Bestandteil des Bildes. Das Pixel wird durch seinen Wert definiert, der seine Helligkeit und seine Farbe repräsentiert.
Es ist definiert, dass ein Pixelsatz aus zumindest zwei Pixeln zusammengesetzt ist, wobei zumindest eine Seite eines ersten Pixels an eine Seite eines zweiten Pixels angrenzt, wobei das erste Pixel und das zweite Pixel einen Wert und/oder eine Farbe aufweisen, die innerhalb eines bestimmten Bereichs liegen. Ein Pixelsatz ist eine charakteristische Darstellung des Untersuchungsbildes, die einem Element des mechanischen Bauteils, wie z. B. einem Defekt, eines Zahnkamms, einer Zahnflanke usw., entspricht. Mit anderen Worten ist eine charakteristische Darstellung eine Form oder eine Oberfläche des Untersuchungsbildes, die für eine Darstellung eines Elements des mechanischen Bauteils auf dem Untersuchungsbild spezifisch ist. Die charakteristische Darstellung eines gleichen Elements variiert z. B. gemäß den Lichtverhältnissen, mit denen das Untersuchungsbild erzeugt wird, einem Betrachtungswinkel oder einer Oberflächenbeschaffenheit des mechanischen Bauteils.
Der Analyseschritt erhält als Eingabe das Untersuchungsbild, welches das mechanische Bauteil oder zumindest einen Abschnitt des mechanischen Bauteils darstellt. Wenn es sich bei dem mechanischen Bauteil um eine Zahnstange handelt, stellt das Untersuchungsbild zumindest teilweise den Körper oder die Verzahnung der Zahnstange dar.
Der Analyseschritt ermöglicht es, das Vorliegen oder Nichtvorliegen eines Defekts am mechanischen Bauteil zu erkennen.
Gemäß einem Merkmal der Erfindung umfasst der Analyseschritt eine Phase des Vergleichens eines Wertes zumindest einer Eigenschaft eines Pixelsatzes des Untersuchungsbildes mit einem Referenzwert der zumindest einen Eigenschaft, der zumindest einem Erkennungskriterium entspricht.
Die Vergleichsphase ermittelt anhand des Untersuchungsbildes das Vorliegen oder Nichtvorliegen eines Defekts am mechanischen Bauteil. Insbesondere vergleicht die Vergleichsphase einen Wert zumindest einer Eigenschaft eines Pixelsatzes des Untersuchungsbildes mit einem Referenzwert der zumindest einen Eigenschaft, der einem Erkennungskriterium entspricht, und ermittelt in Abhängigkeit vom zumindest einen Erkennungskriterium, ob das Untersuchungsbild einen Pixelsatz, d.h. eine charakteristische Darstellung aufweist, die das Vorliegen eines Defekts am mechanischen Bauteil aufzeigt.
Die Vergleichsphase verläuft iterativ, um alle Pixelsätze des Untersuchungsbildes zu vergleichen.
Das zumindest eine Erkennungskriterium ist eine messbare Größe des Pixelsatzes, d.h. ein Referenzwert einer Eigenschaft des Pixelsatzes. Das Erkennungskriterium wird von einer Bedienungsperson oder einer Maschine sorgsam ausgewählt, um im Untersuchungsbild die Erkennung eines Pixelsatzes, der einen Defekt darstellt, das heißt, eines Pixelsatzes zu ermöglichen, dessen Eigenschaft das Erkennungskriterium bestätigt.
Um die Wahl des Erkennungskriteriums zu erleichtern, wird das Untersuchungsbild des mechanischen Bauteils nach definierten, reproduzierbaren Parametern erzeugt. Bei den Parametern handelt es sich um Größen außerhalb der Bildaufnahmevorrichtung und des Prüfverfahrens.
Auf diese Weise ist es während des Bildaufnahmeschritts möglich, eine Vielzahl von Bildern eines oder mehrerer mechanischer Bauteile gemäß den definierten Parametern herzustellen. Es ist danach möglich, das Vorliegen oder Nichtvorliegen eines Defekts auf der Vielzahl von Bildern zu überprüfen und somit die Konformität des einzelnen oder der Vielzahl von mechanischen Bauteilen mit zumindest einem für alle Untersuchungsbilder identischen Erkennungskriterium zu ermitteln.
Das Verfahren zur Prüfung der Konformität einer Zahnstange gemäß der Erfindung basiert auf einem Untersuchungsbild und auf objektiven Erkennungskriterien. Die Suche nach einem Defekt am mechanischen Bauteil wird somit nicht mehr subjektiv durch eine Bedienungsperson ermittelt.
Die Aufgabe des Prüfverfahrens besteht darin, die mechanischen Bauteile, die einen Defekt aufweisen, von den mechanischen Bauteilen auszusortieren, die keinen Defekt aufweisen. Der Analyseschritt umfasst daher eine Ergebnisphase. Die Ergebnisphase zeigt durch Senden eines Ergebnissignals an, ob das mechanische Bauteil einen Defekt aufweist, oder nicht.
Genauer gesagt, wenn die Vergleichsphase einen Pixelsatz erkennt, dessen Eigenschaft das zumindest eine Erkennungskriterium bestätigt, weist das mechanische Bauteil einen Defekt auf. Wenn die Vergleichsphase hingegen keinen Pixelsatz erkennt, der das zumindest eine Erkennungskriterium validiert, weist das mechanische Bauteil keinen Defekt auf, das mechanische Bauteil ist konform.
Das Ergebnissignal kann aus einem akustischen oder visuellen Signal gebildet sein.
Das Ergebnissignal wird an eine Bedienperson oder an eine Sortiermaschine übertragen, welche die Zahnstangen sortiert.
Das Ergebnissignal ist ein Konformitätssignal oder ein Defektsignal.
Gemäß einem Merkmal der Erfindung wird der Bildaufnahmeschritt automatisch durchgeführt.
Somit werden die Parameter, mit denen das Untersuchungsbild erzeugt wurde, durch eine Maschine objektiv überprüft.
Gemäß einem Merkmal der Erfindung wird der Analyseschritt automatisch, also ohne Eingriff eines Menschen, von einer Analyseeinheit durchgeführt, die zumindest einen Prozessor umfasst.
Somit unterliegt die Erkennung eines Defekts am mechanischen Bauteil keinem menschlichen Fehler. Die Erkennung eines Defekts ist objektiv.
Gemäß einem Merkmal der Erfindung vergleicht die Vergleichsphase einen Wert einer Vielzahl von Eigenschaften eines Pixelsatzes des Untersuchungsbildes mit einem Referenzwert einer Vielzahl von Eigenschaften, der einer Vielzahl von Erkennungskriterien entsprechen.
Gemäß einem Merkmal der Erfindung verläuft das Verfahren und insbesondere die Vergleichsphase iterativ.
Gemäß einem Merkmal der Erfindung umfasst der Analyseschritt eine Definitionsphase, während der zumindest ein Erkennungskriterium definiert wird.
Die Definitionsphase ermöglicht der Bedienungsperson oder der Maschine, das zumindest eine Erkennungskriterium, also einen Referenzwert zumindest einer Eigenschaft, in Abhängigkeit von den Parametern, mit denen das Bild erzeugt wurde, zu verändern.
Gemäß einem Merkmal der Erfindung wird das Erkennungskriterium durch einen maschinellen Lernprozess ermittelt, der auch als „Maschinelles Lernen“ oder „Deep Learning“ bezeichnet wird.
Gemäß einem Merkmal der Erfindung ist das mechanische Bauteil ein Teil eines Lenksystems eines Fahrzeugs.
Gemäß einem Merkmal der Erfindung ist das mechanische Bauteil eine Zahnstange.
Gemäß einem Merkmal der Erfindung ist das zumindest eine Erkennungskriterium definiert aus: einer Breite eines Pixelsatzes mit einem Wert und/oder einer bestimmten Farbe, einer Höhe eines Pixelsatzes mit einem Wert und/oder einer bestimmten Farbe.
Somit kann die Bedienungsperson oder die Maschine das Erkennungskriterium gemäß den Parametern, mit denen das Untersuchungsbild erzeugt wurde, modifizieren.
Gemäß einem Merkmal der Erfindung umfasst der Bildaufnahmeschritt eine Rohbildphase, während der zumindest eine Bildaufnahmevorrichtung zumindest ein Rohbild des mechanischen Bauteils erzeugt.
Ein Rohbild des mechanischen Bauteils hängt von den Parametern, mit denen das Untersuchungsbild erzeugt wird, und von einer Einstellung der Bildaufnahmevorrichtung ab.
Gemäß einem Merkmal der Erfindung erzeugt die Bildaufnahmevorrichtung zumindest ein Schwarzweiß-Rohbild.
Ein Schwarzweiß-Rohbild umfasst eine Matrix von Pixeln, wobei die Pixel nur durch deren Wert definiert sind. Schwarz weist einen Wert von 0 auf. Weiß weist einen Wert von 255 auf. Ein Pixel mit einem Wert zwischen 0 und 255 weist einen mehr oder weniger dunklen Grauton auf.
Ein Schwarzweiß-Bild reduziert die Anzahl der Erkennungskriterien, die ausgewählt werden können, da die Pixel des Bildes keine Farbe aufweisen.
Gemäß einem Merkmal der Erfindung erzeugt die Bildaufnahmevorrichtung während der Rohbildphase ein erstes Bild, bei der das mechanische Bauteil mit weißem Licht beleuchtet wird.
Weißes Licht ist polychromatisches Licht mit einer Vielzahl von elektromagnetischen Strahlungen des sichtbaren Spektrums, d.h. mit einer Wellenlänge zwischen 400 nm und 800 nm, oder mit Strahlungen gleicher Intensität, die den Primärfarben der additiven Synthese, nämlich Rot, Grün und Blau, entsprechen.
Das erste Bild ermöglicht die Erkennung der im Bild vorhandenen Bereiche, ermöglicht jedoch keine zuverlässige Erkennung einer für einen Defekt charakteristischen Darstellung. Dies sind die glänzenden Bereiche.
Im ersten Bild erscheinen die glänzenden Bereiche weiß, während der Rest des mechanischen Bauteils hellgrau ist.
Das erste Bild wird verwendet, um während des Analyseschritts eine geometrische Maske der Bereiche des Bildes zu erstellen, die nicht der automatischen Analyse unterzogen werden sollen.
Gemäß einem Merkmal der Erfindung erzeugt die Bildaufnahmevorrichtung während der Rohbildphase ein zweites Bild, bei der das mechanische Bauteil mit ultraviolettem Licht beleuchtet wird.
Ultraviolettes Licht ist Licht, das Strahlungen mit Wellenlängen von weniger als etwa 400 nm umfasst.
Um die an einem mechanischen Bauteil vorhandenen Defekte zu erkennen, ist es bekannt, dieses mechanische Bauteil mit einem Entwicklerprodukt zu besprühen, das unter ultraviolettem Licht fluoreszierend wird.
Das zweite Bild ermöglicht es, das mögliche Vorliegen eines Defekts hervorzuheben, der unter ultraviolettem Licht aufleuchtet. Auf dem zweiten Bild erscheinen die Defekte daher weiß, während der Rest des mechanischen Bauteils dunkelgrau ist. Gemäß einem Merkmal der Erfindung weist das erste Bild die gleiche Größe wie das zweite Bild auf.
Gemäß einem Merkmal der Erfindung ist die Position des mechanischen Bauteils im ersten Bild und im zweiten Bild identisch.
Gemäß einem Merkmal der Erfindung umfasst der Bildaufnahmeschritt eine Bildverarbeitungsphase des zumindest einen Rohbildes, um das Untersuchungsbild zu erhalten.
Die Bildverarbeitungsphase führt eine Modifikation des Wertes oder/und der Farbe zumindest eines Pixels des verarbeiteten Rohbildes durch.
Die Verarbeitungsphase kann auch eine Vielzahl von Rohbildern kombinieren, um ein neues Bild zu erhalten.
Die Verarbeitungsphase kann schließlich eine Vielzahl von Bildern kombinieren, um ein neues Bild zu erstellen. Wenn es sich bei der Bildaufnahmevorrichtung beispielsweise um eine lineare Bildaufnahmevorrichtung handelt, ist das Rohbild ein lineares Bild mit einer Größe von annähernd 1*n Pixeln, wobei n ≥ 1 ist. Ein lineares Bild weist eine homogene Helligkeit auf. Folglich kann die Verarbeitungsphase die linearen Bilder kombinieren, um ein neues Bild mit einer weiterentwickelten Ansicht des mechanischen Bauteils zu erhalten.
Die Verarbeitungsphase kann einen Kontrast oder die Helligkeit des Rohbildes ändern, die Schärfe verbessern oder Farben ändern.
Auf diese Weise ist es möglich, ein Untersuchungsbild zu erhalten, auf dem ein Defekt erkannt werden kann.
Gemäß einem Merkmal der Erfindung wird während der Bildverarbeitungsphase das zweite Bild vom ersten Bild subtrahiert, um das Untersuchungsbild zu erhalten. Das Untersuchungsbild ist ein neues Bild, das aus dem ersten Bild und dem zweiten Bild erstellt wurde.
Der Vorgang der Subtraktion der beiden Bilder besteht darin, von jedem Pixelwert des ersten Bildes den Pixelwert des zweiten Bildes vom entsprechenden Pixel zu subtrahieren, um den Wert des entsprechenden Pixels des Untersuchungsbildes zu erhalten.
Der Subtraktionsvorgang kann durch die folgende Formel veranschaulicht werden: $P_{x y}^{3} = P_{x y}^{1} - P_{x y}^{2}$
wobei $P_{x y}^{1}$
der Wert des Pixels mit den Koordinaten (x, y) des Untersuchungsbildes ist, $P_{x y}^{3}$
der Wert des Pixels mit den Koordinaten (x, y) des ersten Bildes ist, $P_{x y}^{2}$
der Wert der Pixelkoordinaten (x, y) des zweiten Bildes ist.
Der Subtraktionsvorgang ermöglicht es, den Kontrast der im zweiten Bild vorhandenen Defekte zu erhöhen.
Da die Defekte im zweiten Bild weiß sind, weisen die Pixel $P_{x y}^{2}$
, welche die Defekte darstellen, einen hohen Wert in der Nähe von 255 auf.
Die auf dem ersten Bild analysierten Pixel $P_{x y}^{1}$
sind im Allgemeinen grau, weisen daher einen Wert kleiner als 255, zum Beispiel in der Nähe von 0, auf.
Somit liegt während des Subtraktionsvorgangs der Wert der Pixel, die einen Defekt im Untersuchungsbild darstellen, in der Nähe von 255. Jeder negative Wert wird dem Wert 0 gleichgesetzt. Deshalb sind die Pixel, die einen Defekt im Untersuchungsbild darstellen, schwarz.
Der Rest des mechanischen Bauteils erscheint auf dem ersten Bild hellgrau und auf dem zweiten Bild dunkelgrau, sodass der Wert der Pixel des ersten Bildes größer als der Wert der Pixel des zweiten Bildes ist. Somit ist der Wert der Pixel des Untersuchungsbildes hoch, d.h. das mechanische Bauteil erscheint auf dem Untersuchungsbild hellgrau.
Auf diese Weise wird auf dem Untersuchungsbild der Kontrast der Defekte zulasten des mechanischen Bauteils erhöht, d.h. der Kontrast der geometrischen Variationen des mechanischen Bauteils wird reduziert.
Die Vergleichsphase verwendet ein Bild, das einer Behandlung unterzogen wurde, um den Kontrast der Defekte zu erhöhen.
Das zumindest eine Erkennungskriterium ist somit leichter zu ermitteln.
Gemäß einem Merkmal der Erfindung kann sich an den Subtraktionsvorgang ein Schritt anschließen, während dem die Anzahl und/oder die Position jedes identifizierten Defekts abgeleitet wird.
Zum besseren Verständnis der Erfindung wird nachstehend ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben, die als nicht einschränkendes Beispiel angegeben und mit Bezug auf die beigefügten schematischen Zeichnungen erläutert wird, in denen:

1 eine Ansicht aus einem ersten Winkel eines Aufbaus zeigt, der die Durchführung eines erfindungsgemäßen Prüfverfahrens ermöglicht;
2 eine Ansicht des Aufbaus aus 1 aus einem zweiten Winkel zeigt;
3 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Erzeugung zumindest eines Rohbildes zeigt;
4 ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Prüfverfahrens zeigt;
5 ein erstes Bild einer Verzahnung einer Zahnstange zeigt, das während eines erfindungsgemäßen Bilderaufnahmeschritts aufgenommen wurde;
6 ein zweites Bild der Verzahnung der Zahnstange von 5 zeigt;
7 ein erfindungsgemäßes Untersuchungsbild zeigt;
8 ein Bild der erfindungsgemäßen Vergleichsphase zeigt;
9 ein Ablaufdiagramm des Analyseschrittes zeigt.

Die 1 und 2 veranschaulichen eine Anlage 1, welche die Durchführung eines erfindungsgemäßen Prüfverfahrens 100 ermöglicht. Die Anlage 1 umfasst eine Fördereinrichtung 2, die mit zwei Förderbändern 21 ausgestattet ist. Die Fördereinrichtung 2 weist V-förmige Träger auf, die zum Aufnehmen einer Zahnstange 10 für ein Lenksystem eines Fahrzeugs bestimmt sind. Die Zahnstange 10 ist dazu bestimmt, quer auf den Förderbändern 21 positioniert zu werden. Ein Förderband 21 ist relativ zum anderen beweglich. Somit wird ein Abstand zwischen den beiden Förderbändern 21 in Abhängigkeit von der Länge der Zahnstange 10 eingestellt.
Die Anlage 1 umfasst eine Magnetisierungsvorrichtung 3. Die Magnetisierungsvorrichtung 3 verteilt einen Strom in die Zahnstange 10, um diese magnetisch zu machen.
Die Anlage 1 umfasst eine Vorrichtung 4 zum Versprühen eines Entwicklerprodukts. Das Entwicklerprodukt ist ein Produkt, das unter ultraviolettem Licht fluoresziert. Das Entwicklerprodukt weist eine wässrige Basis auf.
Die Anlage 1 umfasst eine Vorrichtung 5 zum Trocknen des Entwicklerprodukts. Die Trocknungsvorrichtung 5 induziert einen Strom in die Zahnstange 10, um deren Temperatur zu erhöhen und das Entwicklerprodukt dadurch zu trocknen.
Die Anlage 1 umfasst zudem eine Vorrichtung zur Erzeugung zumindest eines Bildes 6. 3 zeigt eine schematische Darstellung der Vorrichtung zur Erzeugung zumindest eines Bildes 6.
Die Vorrichtung zur Erzeugung zumindest eines Bildes 6 umfasst 4 erste Bildaufnahmevorrichtungen 61, die parallel zur Längsachse der Zahnstange 10 angeordnet sind. Bei den ersten Bildaufnahmevorrichtungen 61 handelt es sich um Kameras. Die ersten Bildaufnahmevorrichtungen 61 sind relativ zur Anlage 1 befestigt, genauer gesagt sind diese an einem Träger 63 befestigt, der sich entlang der Längsachse der Zahnstange 10 erstreckt. Die ersten Bildaufnahmevorrichtungen 61 sind sogenannte lineare Bildaufnahmevorrichtungen. Jede der ersten Bildaufnahmevorrichtungen 61 erzeugt ein lineares Rohbild von 40°, das von 20° bis 120° konfigurierbar ist. Die ersten Bildaufnahmevorrichtungen 61 erzeugen Schwarzweiß-Rohbilder. Die ersten Bildaufnahmevorrichtungen 61 arbeiten unter weißem Licht oder unter ultraviolettem Licht, das von einer Ultraviolettlampe 7 ausgestrahlt wird.
Die Vorrichtung zur Erzeugung zumindest eines Bildes 6 umfasst zudem 2 zweite Bildaufnahmevorrichtungen 62, die so angeordnet sind, dass diese einen Winkel von weniger als 90° mit der Längsachse der Zahnstange 10 bilden. Bei den 2 zweiten Bildaufnahmevorrichtungen 62 handelt es sich um Kameras. Die 2 zweiten Bildaufnahmevorrichtungen 62 sind symmetrisch in Bezug auf die Achse quer zur Längsachse der Zahnstange 10 angeordnet. Die zweiten Bildaufnahmevorrichtungen 62 sind an einem beweglichen System der 2 zweiten Bildaufnahmevorrichtungen 62, und insbesondere an einem translatorischen System 64 der 2 zweiten Bildaufnahmevorrichtungen 62 entlang der Längsachse der Zahnstange 10, befestigt. Die zweiten Bildaufnahmevorrichtungen 62 sind sogenannte Matrix-Bildaufnahmevorrichtungen. Die zweiten Bildaufnahmevorrichtungen 62 erzeugen Matrix-Rohbilder in Schwarzweiß. Die zweiten Bildaufnahmevorrichtungen 62 arbeiten unter weißem Licht oder unter ultraviolettem Licht, das von der Ultraviolettlampe 7 ausgestrahlt wird.
Die Vorrichtung zur Erzeugung zumindest eines Bildes 6 umfasst außerdem ein System zum Bewegen der Zahnstange 10. Das System zum Bewegen der Zahnstange 10 umfasst ein System 65 zum Drehen der Zahnstange 10 um die Längsachse der Zahnstange 10. Zum Drehen der Zahnstange 10 um deren Längsachse umfasst das Drehsystem 65 ein Achsenelement, das mit einem Ende der Zahnstange 10 in Berührung kommt.
Die Vorrichtung zur Erzeugung zumindest eines Bildes 6 umfasst ferner eine Vorrichtung 8 zur Übertragung des zumindest einen Bildes an eine Analyseeinheit 9.
Die Analyseeinheit 9 ist ein Prozessor, der mit einem Bildschirm verbunden ist. Die Analyseeinheit 9 ist vorzugsweise in einem Abstand von der Vorrichtung zur Erzeugung zumindest eines Bildes 6 angeordnet.
Die Anlage 1 umfasst ferner eine Vorrichtung 3' zum Entmagnetisieren der Zahnstange 10, die das Entmagnetisieren der Zahnstange ermöglicht.
4 zeigt ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Prüfverfahrens 100.
Das Verfahren 100 zur Prüfung der Konformität der Zahnstange 10 wendet die oben beschriebene Anlage 1 an.
Das Prüfverfahren 100 umfasst einen Schritt des Ablegens 20 der Zahnstange 10 auf der Fördereinrichtung 2. Der Schritt des Ablegens 20 wird von einer Bedienungsperson oder einer Maschine durchgeführt. Die Bedienungsperson oder die Maschine positioniert jedes Ende der Zahnstange 10 auf den Trägern der Förderbänder 21.
Die Fördereinrichtung 2 bringt die Zahnstange 10 zur Magnetisierungsvorrichtung 3, die einen Schritt 30 zum Magnetisieren der Zahnstange 10 ausführt.
Die Zahnstange 10 wird danach mittels der Sprühvorrichtung 4 mit dem Entwicklerprodukt während eines Sprühschritts 40 besprüht.
Die Trocknungsvorrichtung 5 induziert einen Strom in die Zahnstange 10, um deren Temperatur zu erhöhen und dadurch das Entwicklerprodukt während eines Trocknungsschritts 50 zu trocknen. Folglich wird das Entwicklerprodukt während des Bildaufnahmeschrittes 60 trocken und erzeugt wenig glänzende Bereiche.
Die Fördereinrichtung 2 bringt die Zahnstange 10 zur Vorrichtung zur Erzeugung zumindest eines Bildes 6, die einen Bildaufnahmeschritt 60 der Zahnstange 10 durchführt. Der Bildaufnahmeschritt 60 erzeugt ein Untersuchungsbild 101 der Zahnstange 10.
Insbesondere umfasst der Bildaufnahmeschritt 60 eine Rohbildphase 68.
Die Rohbildphase 68 umfasst eine Stangenbildaufnahmephase unter weißem Licht, um ein erstes Stangenbild zu erzeugen, und danach unter ultraviolettem Licht, um ein zweites Stangenbild zu erzeugen. Während der Stangenbilderaufnahmephase führt die Drehvorrichtung 65 der Zahnstange 10 eine schrittweise Drehung der Zahnstange 10 um einen vorgegebenen Winkel durch, und jede der ersten Bildaufnahmevorrichtungen 61 erzeugt bei jedem Drehschritt ein erstes Bild und ein zweites Stangenbild.
Mit anderen Worten erzeugt im ersten Schritt „n“ jede der ersten Bildaufnahmevorrichtungen 61 unter weißem und anschließend unter ultraviolettem Licht ein Rohbild eines Abschnitts einer Linie „m“ der Zahnstange 10. Ein sich über die gesamte Länge der Zahnstange 10 erstreckender Bereich der Oberfläche der Zahnstange 10, der den ersten Bildaufnahmevorrichtungen 61 gegenüberliegt, wird als Linie der Zahnstange 10 bezeichnet.
Im nächsten Schritt „n + 1“ wird die Zahnstange um deren Längsachse in einem vorgegebenen Winkel geschwenkt. Die Linie „m + 1“ liegt dann den ersten Bildaufnahmevorrichtungen 61 gegenüber. Jede der ersten Bildaufnahmevorrichtungen 61 erzeugt unter weißem Licht und anschließend unter ultraviolettem Licht ein Rohbild eines Abschnitts der Linie „m +1“ der Zahnstange 10.
Sobald die Zahnstange eine vollständige Drehung um deren Längsachse vollzogen hat, d.h., wenn die Linie „m“ wieder gegenüber den ersten Bildaufnahmevorrichtungen 61 liegt, wurde ein Rohbild des Satzes der Zahnstangenlinien unter weißem Licht und ultraviolettem Licht erzeugt.
Die Rohbildphase 68 umfasst danach eine Verzahnungsbildaufnahmephase unter weißem Licht, um ein erstes Verzahnungsbild zu erzeugen, und anschließend unter ultraviolettem Licht, um ein zweites Verzahnungsbild zu erzeugen. Während der Verzahnungsbildaufnahmephase erzeugt jede der 2 zweiten Bildaufnahmevorrichtungen 62 Rohbilder der Verzahnung 12 der Zahnstange 10 unter weißem Licht und anschließend unter ultraviolettem Licht.
Insbesondere ist eine der zweiten Bildaufnahmevorrichtungen 62 so ausgerichtet, dass diese ein Rohbild einer rechten Zahnflanke 70 zumindest eines Zahns 71 der Verzahnung 12 aufnehmen kann, während die andere Bildaufnahmevorrichtung 62 so ausgerichtet ist, dass diese ein Bild einer linken Zahnflanke des zumindest einen Zahns 71 aufnehmen kann. Die Tiefenschärfe der zweiten Bildaufnahmevorrichtung 62 ermöglicht die Aufnahme vom 3 Zahnflanken auf demselben Rohbild.
Somit ist die Zahnstange 10 so ausgerichtet, dass die Verzahnung den zweiten Bildaufnahmevorrichtungen 62 zugewandt platziert ist. Die zweiten Bildaufnahmevorrichtungen 62 nehmen unter weißem Licht und danach unter ultraviolettem Licht ein Rohbild der rechten und linken Zahnflanken 70 der ersten drei Zähne „d“ auf. Anschließend werden die zweiten Bildaufnahmevorrichtungen 62 mittels des Translationssystems 64 um eine vorbestimmte Strecke verschoben. Die vorbestimmte Strecke hängt von der Tiefenschärfe der zweiten Bildaufnahmevorrichtungen 62 ab. Die zweiten Bildaufnahmevorrichtungen 62 nehmen unter weißem Licht und danach unter ultraviolettem Licht ein Rohbild der rechten und linken Zahnflanken 70 der nächsten drei Zähne „d + 1“ auf. Auf diese Weise wird ein Rohbild der rechten und linken Zahnflanken 70 aller Zähne 71 des Zahnsatzes 12 erzeugt.
Der Bildaufnahmeschritt 60 umfasst eine Bildverarbeitungsphase 69. In der Bildverarbeitungsphase 69 werden die unter weißem Licht aufgenommenen Stangenrohbilder der 4 Linienabschnitte „m“ zusammengesetzt, um ein Bild der Linie „m“ der Zahnstange 10 zu bilden. Danach setzt die Verarbeitungsphase 69 die 4 unter weißem Licht aufgenommenen Abschnitte der Linie „m + 1“ zusammen, um ein Bild der Linie „m + 1“ der Zahnstange 10 zu bilden. Schließlich fügt die Verarbeitungsphase 69 das unter weißem Licht aufgenommene Bild der Linie „m“ mit dem unter weißem Licht aufgenommenen Bild der Linie „m + 1“ zusammen, um ein erstes Stangenbild zu erzeugen, das einer unter weißem Licht aufgenommenen entwickelten Ansicht des Körpers der Zahnstange 10 entspricht.
Gleichermaßen erzeugt die Verarbeitungsphase 69 ein zweites Stangenbild, das einer unter ultraviolettem Licht aufgenommenen entwickelten Ansicht des Körpers der Zahnstange 10 entspricht.
Die Verarbeitungsphase 69 setzt die unter weißem Licht aufgenommenen Rohbilder der rechten Zahnflanken 70 der Zahnstange zusammen, um ein erstes Bild der Verzahnung 72 zu erhalten, das einer entwickelten Ansicht der rechten Zahnflanken 70 der Verzahnung 12 entspricht. Das erste Bild der Verzahnung 72 ist in 5 dargestellt. Die Verzahnung 12 weist eine hellgraue Farbe auf, wohingegen der Kamm der Zähne 71 und die Zahnkehle 71 weiß sind, da der Kamm der Zähne 71 und die Zahnkehle 71 unter weißem Licht glänzende Bereiche sind.
In gleicher Weise setzt die Verarbeitungsphase 69 die unter ultraviolettem Licht aufgenommenen Rohbilder der rechten Zahnflanken 70 der Zahnstange zusammen, um ein zweites Verzahnungsbild 73 zu erhalten, das einer entwickelten Ansicht der rechten Zahnflanken 70 entspricht. Das zweite Verzahnungsbild 73 ist in 6 veranschaulicht. Die Verzahnung 12 ist dunkelgrau, wohingegen die Defekte 74 weiß sind. Auf dem unter ultraviolettem Licht erzeugten Bild erscheint das in die Risse 74 eingebrachte Entwicklerprodukt tatsächlich fluoreszierend und somit glänzend.
Selbstverständlich führt die Verarbeitungsphase 69 eine identische Verarbeitung der unter weißem Licht aufgenommenen Rohbilder der linken Zahnflanken der Zahnstange durch.
Die Verarbeitungsphase 69 führt anschließend eine Subtraktion des zweiten Verzahnungsbildes 73 vom ersten Verzahnungsbild 72 durch, um das Untersuchungsbild 101 zu erzeugen. Das Untersuchungsbild 101 ist in 7 dargestellt.
Es ist zu erkennen, dass im Untersuchungsbild 101 die Defekte 74 schwarz erscheinen und an den Flanken des rechten Zahns 70, die hellgrau erscheinen, deutlich zu sehen sind.
Das von der Vorrichtung zur Erzeugung zumindest eines Bildes 6 aufgenommene Untersuchungsbild 101 wird während eines Schritts zum Übertragen 80 des Untersuchungsbilds von der Übertragungsvorrichtung 8 an die Analyseeinheit 9 übertragen.
Die Analyseeinheit 9 führt einen Analyseschritt 90 des Untersuchungsbildes 101 durch.
Der Analyseschritt 90 umfasst eine Definitionsphase 92, in der zumindest ein Erkennungskriterium X definiert wird, beispielsweise können 3 Erkennungskriterien definiert werden. Ein Erkennungskriterium X entspricht einem Referenzwert einer Eigenschaft eines Pixelsatzes des Untersuchungsbildes 101.
Der Analyseschritt 90 umfasst eine Vergleichsphase 93, während der ein erster Pixelsatz des Untersuchungsbildes 101 erkannt wird. Danach wird ein Wert einer ersten Eigenschaft des ersten Pixelsatzes mit einem Referenzwert der ersten Eigenschaft verglichen, der einem ersten Erkennungskriterium entspricht. Anschließend wird ein Wert einer zweiten Eigenschaft des ersten Pixelsatzes mit einem Referenzwert der zweiten Eigenschaft verglichen, der einem zweiten Erkennungskriterium entspricht. Der vorherige Vorgang wird so oft wiederholt, wie es definierte Erkennungskriterien gibt.
Der vorherige Vorgang wird dann mit einem zweiten Pixelsatz und so oft wiederholt wie Pixelsätze erkannt werden.
Die Vergleichsphase überträgt danach die Ergebnisse R der durchgeführten Vergleiche in Form einer Ergebnistabelle an eine Ergebnisphase 94.
Die Ergebnisphase 94 ermittelt, ob zumindest ein Wert zumindest einer Eigenschaft eines Pixelsatzes des Untersuchungsbildes 101 zumindest ein Erkennungskriterium erfüllt, und gibt danach ein Ergebnissignal C, D aus, das anzeigt, ob die Zahnstange 10 konform oder im Gegenteil nicht konform ist.
Die Ergebnisphase 94 kann auch das Untersuchungsbild 101 anzeigen, auf dem die erkannten Defekte 74', wie in 8 dargestellt, erscheinen.
Wenn die Zahnstange 10 keine Stangenlinien- oder Rissdefekte aufweist, wird die Zahnstange 10 als konform deklariert. Danach wird von der Analyseeinheit 9 ein Konformitätssignal C ausgegeben. Wenn die Zahnstange 10 Stangenlinien- oder Rissdefekte aufweist, wird die Zahnstange 10 als nicht konform deklariert. Danach wird von der Analyseeinheit 9 ein Defektsignal D ausgegeben.
Auf das Konformitätssignal C hin bringt die Fördereinrichtung 2 die Zahnstange 10 zur Entmagnetisierungsvorrichtung 3', die einen Schritt zum Entmagnetisieren 300 der Zahnstange 10 durchführt.
Auf das Defektsignal D hin wird die Zahnstange von einer Bedienungsperson oder einer Maschine, welche die Zahnstange von der Fördereinrichtung 2 entfernt, während eines Evakuierungsschritts 400 entnommen. Die Zahnstange wird dem Entmagnetisierungsschritt 300 nicht unterzogen.
Auf diese Weise ermöglicht die Anlage 1 eine Konformitätsprüfung der Zahnstange 10.
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die in den beigefügten Figuren beschriebenen und dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Modifikationen sind insbesondere in Bezug auf die Beschaffenheit der verschiedenen Elemente oder durch Substitution technischer Äquivalente noch möglich, ohne jedoch vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen.

Claims

Verfahren zur Prüfung (100) der Konformität eines mechanischen Bauteils (10) eines Fahrzeugs, das einen Bildaufnahmeschritt (60), der dazu bestimmt ist, ein Untersuchungsbild (101) des mechanischen Bauteils (10) zu erzeugen, und einen Schritt (90) zur Analyse des Untersuchungsbildes (101) durch eine Analyseeinheit (9) umfasst, wobei der Analyseschritt (90) eine Ergebnisphase (94) umfasst, die ein Ergebnissignal (C, D) ausgibt, das anzeigt, ob das mechanische Bauteil (10) konform oder, im Gegenteil, nicht konform ist.
Prüfverfahren (100) nach Anspruch 1, wobei der Analyseschritt (90) eine Definitionsphase (92) umfasst, während der zumindest ein Erkennungskriterium (X) definiert wird.
Prüfverfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zumindest eine Erkennungskriterium (X) definiert ist aus: einer Breite eines Pixelsatzes mit einem Wert und/oder einer bestimmten Farbe, einer Höhe eines Pixelsatzes mit einem Wert und/oder einer bestimmten Farbe.
Prüfverfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Bildaufnahmeschritt (60) eine Rohbildphase (68) umfasst, während der zumindest eine Bildaufnahmevorrichtung (61, 62) zumindest ein Rohbild des mechanischen Bauteils (10) erzeugt.
Prüfverfahren (100) nach Anspruch 4, wobei die Bildaufnahmevorrichtung (61, 62) während der Rohbildphase (68) zumindest ein Schwarzweiß-Rohbild erzeugt.
Prüfverfahren (100) nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Bildaufnahmevorrichtung (61, 62) während der Rohbildphase (68) ein erstes Bild erzeugt, bei der das mechanische Bauteil (10) mit weißem Licht beleuchtet wird.
Prüfverfahren (100) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei die Bildaufnahmevorrichtung (61, 62) während der Rohbildphase (68) ein zweites Bild erzeugt, bei der das mechanische Bauteil (10) mit ultraviolettem Licht beleuchtet wird.
Prüfverfahren (100) nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei der Bildaufnahmeschritt (60) eine Bildverarbeitungsphase (69) des zumindest einen Rohbildes umfasst, um das Untersuchungsbild (101) zu erhalten.
Prüfverfahren (100) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei während der Bildverarbeitungsphase (69) das zweite Bild vom ersten Bild subtrahiert wird, um das Untersuchungsbild (101) zu erhalten.
Prüfverfahren (100) nach Anspruch 9, das einen Schritt umfasst, während dessen die Anzahl und/oder die Position jedes identifizierten Defekts abgeleitet wird/werden.