DE4014808C2 - Verfahren zur numerischen Steuerung einer Bearbeitungseinrichtung - Google Patents

Verfahren zur numerischen Steuerung einer Bearbeitungseinrichtung

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur numerischen Steuerung einer Bearbeitungseinrichtung unter Ermittlung von von einer Werkstückoberfläche abhängigen Werkzeugbahn und Prozeßparametern.
Obwohl die numerische Steuerung die Geschwindigkeit, Betriebssicherheit und Übereinstimmung stark verbessert hat, mit denen Werkstücke bearbeitet, geschnitten, geschweißt oder auf andere Weise bearbeitet werden können, ziehen viele Fertigungs- und Reparaturaufgaben zeitraubende Arbeiten nach sich. Beispielsweise sind Hochdruckturbinenschaufeln, wie sie in Flugzeug-Strahltriebwerken verwendet werden, empfindlich gegenüber Abnutzungen an der Schaufelspitze. Gegenwärtig ist die Reparatur der Schaufelspitze von im Triebwerk im Einsatz gewesenen Schaufeln eine zeitraubende Arbeit, bei der ein Aufbauschweißen durch einen erfahrenen Schweißer manuell auf die Schaufelspitze der Turbinenschaufel angewendet wird. Eine Automatisierung dieses Prozesses ist schwierig gewesen aufgrund der Ungleichförmigkeit der Turbinenspitzenabnutzungen und der Änderungen in den Schaufelspitzenoberflächen von Schaufel zu Schaufel, die eine Einstellung von Schweißparametern vor jeder Schaufelreparatur erforderlich machen. Versuche, die Reparatur der Schaufelspitze durch den Einsatz computergestützer Konstruktionstechniken (CAD) zu automatisieren, um eine Schweißbahn zu definieren, haben unverträgliche Schaufelspitzenreparaturen zur Folge gehabt aufgrund der Abweichungen in der Spitzenabnutzung und der unterschiedlichen Beanspruchungen von Schaufel zu Schaufel.
Die US-A 39 67 242 beschreibt eine Arbeitsmaschine mit Mitteln zum Erkennen der Konfiguration und Position eines Gegenstandes auf der Basis von Bildinformation, die durch einen Abtast- bzw. Scanprozeß erhalten wird. In der US-A 44 12 121 ist eine Positioniereinrichtung zum Projizieren von Lichtmustern auf ein Werkstück und zum Ermitteln einer Werkstückgeometrie aus den reflektierten Lichtelementen beschrieben. Ferner beschreibt die US-A 44 93 968 eine Einrichtung zum optischen Abtasten bzw. Scannen einer Schweißspur und zum Liefern von Daten, die die Lage und Geometrie der Schweißdaten darstellen. Die US-A 45 75 805 zeigt eine Einrichtung und ein Verfahren für ein berührungsfreies topographisches Abbilden von dreidimensionalen Formen.
Ferner beschreibt die US-A 49 88 200 eine Einrichtung zum Nachführen eines Werkstückes in dreidimensionaler Form und zum Vergleichen des Ergebnisses mit einem gespeicherten Ergebnis, um Unterschiede dazwischen festzustellen.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein neues und verbessertes Verfahren zum Automatisieren eines Bearbeitungsprozesses zu schaffen,der automatisch Prozeßparameter einstellt, um Abweichungen in den Werkstückgeometrien von Bauteil zu Bauteil zu kompensieren, um verbesserte Ausgangsqualität des Produktes und verbesserte Gleichförmigkeit zu erhalten.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Maßnahmen des Patentanspruches 1 gelöst.
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß eine Automatisierung des Bearbeitungsprozesses ermöglicht wird. Es werden automatisch Prozeßparameter aus einer Werkstückoberfläche ermittelt, indem ein Bild der Werkstückoberfläche generiert, das Werkstückbild in elektrische Signale umgewandelt und die Prozeßparameter elektronisch aus den elektrischen Signalen ermittelt werden.
Bei einer Anwendung auf ein Laser-Schweißverfahren werden in vorteilhafter Weise Werkstückränder lokalisiert, die Mittellinie und Dicke des Bauteils ermittelt und Prozeßparameter, wie beispielsweise die Schweißstelle, die Zufuhrgeschwindigkeit von Schweißpulver, die Laser-Intensität und die Geschwindigkeit, mit der die Schweißung aufgebracht wird, berechnet.
Die Erfindung wird nun anhand der Beschreibung und Zeichnung von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht von einer typischen Flugzeug-Triebwerksschaufel mit einer Spitze, die durch ein Aufbau-Schweißverfahren repariert werden soll.
Fig. 2 ist eine Ansicht von oben auf die Schaufel gemäß Fig. 1.
Fig. 3 ist ein Blockdiagramm eines Laser-Systems mit einem Sicht- bzw. Visionssystem gemäß der Erfindung.
Fig. 4 ist ein Fließbild und stellt die Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung dar.
Fig. 5 ist ein Kurvenbild und zeigt die Verteilung der Bildele­ mente bei verschiedenen Luminanzwerten.
Fig. 6 zeigt den der Begrenzung folgenden Algorithmus, der ver­ wendet worden ist, um die Grenzdaten zu sammeln, die dem äußeren Rand der Spitzenwand zugeordnet sind.
Fig. 7 ist ein Bild von einem Teil der Schaufeln gemäß Fig. 2 nach einer Visionsverarbeitung gemäß der Erfindung.
Fig. 8 stellt ein Verfahren dar, das als Sub-Pixelation bekannt ist, zum genaueren Lokalisieren der Ränder der Spitzenwand.
Fig. 1 ist eine perspektivische Darstellung von einer Rotorschau­ fel, deren Spitze mit einem den Rotor umgebenden Mantel in Reibeingriff kommen kann und dabei ein kreischendes Geräusch erzeugt. Die Schaufel 10 ent­ hält eine Vorderkante 12, eine Hinterkante 14 und, an dem radial äußeren Ende der Schaufel 10, eine Schaufelspitze 16. Die Spitzenwand 18 enthält einen äußeren Rand 20 und einen inneren Rand 22. Durch die Spitzenwand 18 ist eine Kam­ mer 24 gebildet. Die Spitzenwand 18, der Außenrand 20, der Innen­ rand 22 und die Kammer 24 sind auch in der Draufsicht in Fig. 2 gezeigt.
Die Wiederherstellung von abgenutzten Spitzenwänden auf Turbinenschaufeln wie beispielsweise der in Fig. 2 gezeigten Schaufel 10, war bisher eine zeitraubende Arbeit, bei der ein Aufbauschweißen manuell durch einen erfahrenen Schweißer auf die Spitzenwände der Turbinenschaufel ausgeführt wird, wobei diese Arbeit typisch eine Arbeit einer Mannstunde für einen erfahrenen Schweißer pro Turbinenschaufel erfordert. Eine Automatisierung dieses Schweißverfahrens ist schwierig gewesen wegen der Ungleich­ förmigkeit der Abnutzung der Schaufelspitzen 16 und der Abweichungen in den Spitzenwänden 18 von Schaufel zu Schaufel. Diese Abweichungen von Schaufel zu Schaufel erfordern Änderungen in den Schweißprozeßparametern vor jeder Schaufelreparatur.
Fig. 3 ist ein Blockdiagramm eines automatisierten Laser-Systems zum Durchführen einer Aufbauschweißung an Spitzen­ wänden von Flugzeug-Triebwerkschaufeln. Die Laser-Schweißeinrich­ tung enthält ein Bild- bzw. Visonssystem gemäß der Erfindung. Die Spitze einer Schaufel 10, die durch das Laser-System bearbeitet werden soll, wird gereinigt und geschliffen. Die Schaufel 10 wird dann in einer Halterung 32 befestigt. Ein Ma­ terialhandhabungscomputer 34 steuert ein Transport- und Schub­ stangensystem (nicht gezeigt), das die Montagehalterung 32 und die daran befestigte Schaufel einem Tisch 36 mit numerisch ge­ steuerten Achsen zuführt. Dieser Tisch 36 nimmt die Halterung 32 von dem Schubstangensystem auf und bewegt die Schaufel 10 in das Sicht- bzw. Betrachtungsbild einer Festkörper-CCD Kamera 38 für eine Inspektion durch das Visionssystem.
Das Visionssystem enthält eine Kamera 38, einen Visionsprozessor 40, einen Video-Monitor 42 und eine Operator-Konsole 44. Der Ab­ tastmechanismus innerhalb der Kamera 38 generiert ein Videosig­ nal aus einem Bild der Schaufel und liefert dieses Signal an den Visionsprozessor 40. Der Visionsprozessor 40 ermittelt Schweiß- und Laser-Parameter, wie beispielsweise die Schweißlage, Geschwindigkeit der Zufuhr von Schweißpulver, Laser-Leistungsintensität und die Geschwindigkeit, mit der die Schweißung durchgeführt wird. Der Visionsprozessor 40 steht über ein Interface mit dem Materialhandhabungscomputer 34, einem numeri­ schen Steuerungsgerät 46 und einer Laser-Steuerung 48 in Verbin­ dung, um den Laser-Betrieb, die Strahlbündelzufuhr, die Schweiß­ pulverzufuhr und die Positionierung des Werkstückes unter dem La­ ser 50 zu steuern.
Der Monitor 42 gestattet eine Beobachtung des Schweißprozesses durch einen menschlichen Operator. Durch die Konsole 44 kann der Operator mit dem Visionsprozessor kommunizieren und die Program­ mierung des Visionssystems steuern oder ändern.
Das von der Einrichtung gemäß Fig. 3 verwendete Verfahren zum automatischen Ermitteln von Schweißparametern ist in dem Fließ­ bild gemäß Fig. 4 dargestellt. Bevor eine Bildinformation er­ halten und verarbeitet werden kann, muß die Schaufel in einer bekannten Position innerhalb des Sichtfeldes der Kamera 38 an­ geordnet sein. Das Visionssystem kommuniziert mit der Achsen- Steuerung 46, um die Schaufel 10 und die Scheibe bzw. Platte 32, an der die Schaufel befestigt worden ist, an der richtigen Stel­ le unter der Kamera 38 zu positionieren.
Die Kamera 38 wird dann fokussiert, so daß ein Bild der oberen Fläche der Spitzenwand der Schaufel 10 auf der licht­ empfindlichen Array innerhalb der Kamera abgebildet und durch den Abtastmechanismus innerhalb der Kamera in ein Videosignal umge­ wandelt wird. Eine CCD-Kamera enthält eine Matrix von 256 × 256 lichtempfindlichen Ele­ menten und löst somit das empfangene Bild in 65 536 Bildelemente oder Pixels auf. Das Videosignal wird dem Videoprozessor 40 zu­ geführt, der das Videosignal in digitale Pixeldaten umwandelt, wobei ein Luminanzwert zwischen null für schwarz und 255 für weiß jedem Bildelement der Matrix zugeordnet wird.
Um zwischen der Teileoberfläche (Oberseite der Spit­ zenwand) und dem Hintergrund zu unterscheiden, wird die digitale Pixelinformation als nächstes in binäre Form oder in Werte von entweder null (schwarz) oder 255 (weiß) umgewandelt. Dieser Pro­ zeß wird besser verständlich aus dem in Fig. 5 gezeigten Kur­ venbild.
Die Luminanzwerte im Bereich von 0 bis 255 sind entlang der X-Achse der Kurve aufgetragen. Vertikal ist entlang der Y-Achse die Gesamtzahl an Pixeln aufgetragen, die während einer Halbbild-Abtastung gefunden werden und den angezeigten Lumi­ nanzwert haben. Beispielsweise gibt der Punkt 80 an, daß etwa 450 Pixel einen Luminanzwert von 45 haben. Wie in Fig. 5 gezeigt ist, enthält die Kurve zwei Maxima an Punkten 80 und 82 und ein Minimum am Punkt 84. Es wird relativ wenig Licht von der Hintergrundfläche reflektiert, die die Spitzenwand umgibt, und demzufolge hat die Mehrzahl an Pixeln einen kleinen Luminanzwert, wobei eine maximale Anzahl von Pixeln einen Luminanzwert von 45 (Punkt 80) hat. Die obere Fläche der Spitzenwand, die gereinigt und geschliffen und in der Brennebene der Kamera angeordnet worden ist, reflektiert eine größere Licht­ menge als die Hintergrundfläche. Diese Pixel bilden denjenigen Abschnitt der Kurve mit den Luminanzwerten um 195 herum und mit dem Maximum am Punkt 82.
Das Visionssystem ist programmiert, um das Minimum zu suchen, das zwischen den Maxima 80 und 82 angeordnet ist. Der Luminanz­ wert, der dem Minimum zugeordnet ist, dem Punkt 84 mit einem Luminanzwert von 150, wird dazu verwendet, die digi­ talen Pixelwerte zu binärisieren. Alle Pixel mit Luminanzwerten kleiner als 150 werden einem Wert null (schwarz) zugeordnet, und alle Pixel mit einem Luminanzwert größer als 150 werden einem Wert 255 (weiß) zugeordnet. Alle Pixelkoordinaten und zugeord­ neten binären Werte werden in einem Speicher innerhalb des Vi­ sionsprozessors gespeichert.
Es sei darauf hingewiesen, daß die Kurve gemäß Fig. 5 nur ein Beispiel ist. Die Form der Kurve, die Verteilung der Pixel ent­ lang der Luminanz-Skala und der Luminanz-Schwellenwert von 150 sind lediglich zu Beschreibungszwecken angegeben. Tatsächliche Pixelzählwerte und auch die Lagen der Maxima und das Minimum werden sich von Fig. 5 unterscheiden.
Das Visionssystem sammelt als nächstes die Pixeldaten, die den äußeren Rand der der Spitzenwand 18 definie­ ren. Der der Grenzlinie folgende Algorithmus, um die Grenzdaten zu sammeln, wird einfacher in Verbindung mit Fig. 6 erläutert. Die Form, die mit der Bezugszahl 90 bezeich­ net ist, stellt das Bild der Spitze einer Turbinenschaufel dar. Jedes "+" und jedes "W" gibt die Lage eines Bildelements oder Pixels an. Diejenigen Pixel, die mit einem "W" bezeichnet sind, sind der Schaufelspitzenoberfläche zugeordnet und haben Binär­ werte von 255 oder weiß. Die Pixel, die durch ein "+" bezeich­ net sind, sind dem Hintergrund des Gegenstandes zugeordnet und haben Binärwerte von null oder schwarz. Die X- und Y-Koordinaten von jedem Pixel können durch Bezugnahme auf die Koordinatenwerte ermittelt werden, die entlang der unteren bzw. linken Seite der Figur gezeigt sind. Die Form der Schaufel­ spitze und die Lage der in Fig. 6 gezeigten Pixel sind stark vergrößert, um die Erläuterung der Funktion des der Grenzlinie folgenden Algorithmus zu unterstützen.
Der der Grenzlinie folgende Algorithmus tastet die Pixeldaten, die in dem Speicher in dem Visionsprozessor gespeichert sind, ab, wobei er die Daten von links nach rechts in Fig. 6 abtastet, wie es durch Pfeile 92 gezeigt ist, bis ein Pixel mit einem Luminanz­ wert von 255 lokalisiert wird. Als Beispiel ist das Pixel 94 mit den Koordinaten X=2 und Y=5 als der erste Grenzpunkt gezeigt, der durch den der Grenzlinie folgenden Algorithmus lokalisiert wird. Die Koordinaten dieses ersten Pixels werden gespeichert. Der Algorithmus untersucht dann die Pixel neben diesem ersten Pixel, um einen zweiten Grenzpunkt zu lokalisieren, wobei in Gegenuhrzeigerrichtung um das erste Pixel gesucht wird. Diese Such-Routine ist in der oberen rechten Ecke von Fig. 6 gezeigt. Nachdem ein Pixel "a" als ein Grenzpunkt identifiziert worden ist, untersucht die Such-Routine die benachbarten Pixel in der Reihenfolge b→c→d→e→f→g→h→i, um den nächsten Grenzpunkt zu iden­ tifizieren. Die Koordinaten des neu aufgefundenen Grenzpunktes werden anschließend gespeichert, und eine Suche in Gegenuhrzei­ gerrichtung um diesen Punkt wird durchgeführt. Die Suche wird fortgesetzt, bis der erste Punkt wiedergefunden wird, wodurch eine Schleife geschlossen wird.
Um anschließende Berechnungen zu vereinfachen und die Bearbei­ tungszeit zu verkürzen, werden die Grenzdaten erneut abgetastet (resampelt), um die Anzahl von Grenzpunkten, die mehrere 100 be­ tragen können, auf eine kleinere, besser handhabbare Zahl zu verkleinern. Dieses Resampling wählt Punkte aus, die in gleichen Abständen entlang der Grenzlinie angeordnet sind. In dem hier be­ schriebenen System beträgt die vorgeschlagene Anzahl neu abgeta­ steter Punkte 64.
Aus den 64 erneut abgetasteten bzw. resampelten Punkten können Gleichungen, die die Grenzlinie definieren, unter Verwendung von Fourier-Analyse-Techniken ermittelt werden. Es ist zwar möglich, Algorithmen zu entwickeln, die mit jeder Anzahl von Punkten ar­ beiten, aber eine maximale Effizienz der Berechnung wird erhalten, wenn die Anzahl von Grenzpunkten auf eine ganzzahlige Potenz von zwei begrenzt wird, also beispielsweise auf 32, 64 oder 128. Die­ se Effizienz resultiert aus dem Binärsystem, auf dem die Computer­ architektur aufgebaut ist.
Die Teilegrenze bildet eine geschlossene Kurve, die als eine Funk­ tion des Abstandes "t" von einem Anfangspunkt auf der Grenzlinie ausgedrückt werden kann, wobei man der Kurve entgegen der Uhrzeiger­ richtung folgt. Da die Grenzlinie eine geschlossene Schleife bil­ det, ist die Funktion periodisch und kann in Fourier-Reihen ausge­ dehnt werden:
wobei
verschiedene Terme in den obigen Gleichungen sind wie folgt de­ finiert.
Cn=komplexer Fourier-Koeffizient
T=gesamte Strecke um die geschlossene Kurve
n=Anzahl der Koeffizienten.
Der zu der Kurve passende Algorithmus, der in dem Visionssystem verwendet ist, benutzt Fourier-Analyse-Techniken, um eine komplexe Zahl zu generieren, die wie folgt in Vektorform ausgedrückt wer­ den kann:
f(t)=x(t)+jy(t). (Gleichung 3)
Diese Gleichung wird anschließend verwendet, um Gleichungen für mehrere Linien senkrecht zu der Grenzlinie zu berechnen.
Eine Linie senkrecht zu der durch Gleichung 3 definierten Kurve an einem Punkt t=t1 kann aus der Gleichung y-y1 = (-1/m) (x-X1) ermittelt werden, wobei m die x-y-Steigung von f(t) am Punkt t=t1 ist. Die Steigung m kann er­ mittelt werden, indem die Partialableistung von y(t) ∂y/∂t, am Punkt t=t1 durch die Partialableitung von x(t), ∂x/∂t, am Punkt t=t1 dividiert wird. Eine Linie normal zur durch Gleichung 3 definierten Kurve wird an jedem der 64 Resampelpunkte generiert.
Es wird nun auf Fig. 7 eingegangen, die ein Bild von einem Teil der Schaufel gemäß Fig. 2 nach einer Visionsverarbeitung gemäß der Erfindung ist für eine Erläuterung, wie die Schweißbahn und die Teiledicke ermittelt werden. Die binärisierten Luminanzwerte für die Pixel, die entlang jeder Normalen angeordnet sind, werden untersucht, um den Außenrand 102 und den Innenrand 104 der Spit­ zenwand zu lokalisieren, wobei ein Randpunkt immer dort identifi­ ziert wird, wo benachbarte Pixel entlang einer normalen Linie sig­ nifikant unterschiedliche Luminanzwerte haben. Beispielsweise ent­ hält die Normallinie 100 einen äußeren Randpunkt 106 und einen inneren Randpunkt 107. Es werden die zwei folgenden Gleichungen verwendet, um einen Schweißpunkt entlang einer der 64 Normallinien zu ermit­ teln.
x=x₁+p (x₂-x₁)+bx (Gleichung 4)
y=y₁+p (y₂-y₁)+by (Gleichung 5)
In den obigen Gleichungen sind x1 und y1 die Koordinaten des äuße­ ren Randpunktes entlang einer Normallinie; x2 und y2 sind die Koordinaten des inneren Randpunktes entlang der gleichen Normal­ linie; und p und b sind Variable, die durch den Benutzer gesetzt sind. Der Wert der Variablen p kann in dem Bereich von 0 bis 1 liegen und stellt das Verhältnis des Abstandes zwischen dem Schweißpunkt und dem äußeren Randpunkt zu dem Gesamtabstand zwi­ schen den äußeren und inneren Randpunkten dar. Beispielsweise gibt ein Wert von 0,5 für p an, daß der Schweißpunkt an dem Mittel­ punkt des Liniensegmentes zwischen den Punkten (x1, y1) und (x2, y2) liegen soll. Die Variable b ist eine Strecke, die dazu ver­ wendet ist, die Lage des Schweißpunktes direkt vorzuspannen. bx und by sind die x- bzw. y-Komponenten der Variablen b.
Die Koordinaten der 64 Schweißpunkte werden durch Verwendung der obigen Gleichungen ermittelt. Diese 64 Punkte definieren die Schweißbahn. In dem speziellen Fall, wo p mit 0,5 und b mit 0 ge­ wählt ist, ist die Schweißbahn die Mittellinie oder die mittlere Linie der Spitzenwand. Die Schweißbahn kann näher an dem äußeren (oder inneren) Rand der Spitzenwand positioniert werden, indem die Parameter p und b verändert werden. Die Teiledicke entlang irgendeiner normalen Linie kann auf einfache Weise ermittelt wer­ den, indem der Abstand zwischen den zwei Randpunkten berechnet wird, die entlang der Normalen identifiziert sind.
Die Lage der inneren und äußeren Randpunkte entlang jeder Normal­ linie kann präzise ermittelt werden durch einen Prozeß, der Sub- Pixelation genannt wird. Unter Verwendung dieses Prozesses kann die präzise Lage eines Randpunktes dadurch ermittelt werden, daß der Luminanzwert von jedem Pixel entlang einer Normallinie, in der Nähe des Teilrandes, über der Pixelposition entlang der Nor­ mallinie aufgetragen wird. Fig. 8 ist eine Darstellung dieser Relation zwischen dem Luminanzwert und der Pixellage.
In Fig. 8 ist g(x) die Funktion, die die Beziehung zwischen dem Luminanzwert und der Pixelposition definiert, wobei die Variable x die Pixelposition darstellt. Der minimale Luminanzwert, der dem Hintergrund des Objektes zugeordnet ist, ist mit "H" bezeichnet. Der maximale Luminanzwert, der der oberen Oberfläche der Schaufel zugeordnet ist, ist mit "H+K" bezeichnet. Der Abschnitt von g(x) zwischen x=x1 und x=x2, wobei g(x) von H bis H+K im Wert anwächst, entspricht der Teilegrenze. Die präzise Lage des Teile­ randes, in Fig. 8 mit "L" bezeichnet, kann dadurch ermittelt wer­ den, daß die Momente nullten Grades (M0), ersten Grades (M1) und zweiten Grades (M2) der Funktion g(x) berechnet werden.
Die präzise Randlage des Objektes wird anschließend berechnet, indem die vorstehenden Momentgleichungen für L gelöst werden.
L=(3 M₂-M₀)/2 M₁ (Gleichung 9)
Der Visionsprozessor verwendet auch die Schweißbahndaten, Dicken­ daten, Grenzdaten und andere Koordinatendaten, um zusätzliche Schweiß- und Laser-Parameter zu ermitteln, wie beispielsweise die Geschwindigkeit der Zufuhr von Schweißpulver, der Laserintensität und der Geschwindigkeit, mit der die Schweißung durchgeführt wird.
Nachdem alle Prozeßparameter berechnet worden sind, wird die Koordinanten- und Prozeßparameterinformation an die numerische Steuerung und an die Laser-Steuerung geliefert, das Werkstück wird unter dem Schweiß-Laser positioniert und die Aufbau­ schweißung wird auf die Spitzenwand ausgeübt.
Es sind jedoch noch weitere Ausführungsbeispiele möglich. Beispielsweise stehen viele an die Kurve an­ gepaßte Algorithmen zur Verfügung oder können entwickelt werden, um eine Gleichung aus einer Vielzahl bekannter Punkte auf einer Kurve zu generieren. Auch kann das erforderliche Werkstückbild in dem sichtbaren, ultravioletten oder infraroten Bereich liegen oder kann durch Ultraschall- oder Röntgeninspektion ermittelt werden.
Es können auch Kameras mit höherer Auflösung und entsprechende Visionsprozessoren verwendet werden, um genauere Werkstückinfor­ mationen zu erhalten. Eine bessere Genauigkeit und höhere Auf­ lösung können auch dadurch erhalten werden, daß das Werkstück in Sektionen verarbeitet wird, wobei eine Gesamtinspektion des Werkstückes dadurch erhalten wird, daß der Prozeß an mehreren verschiedenen Stellen des Werkstückes unter der Kamera wieder­ holt wird. Die somit erhaltenen Daten können anschließend ver­ knüpft werden, um eine vollständige Inspektion des Gesamtwerk­ stückes zu erhalten.
Da das vorstehend beschriebene Visionssystem von dem auszuführen­ den Bearbeitungsprozeß unabhängig ist, ist es nicht auf die Auto­ matisation eines Laser-Schweißvorganges beschränkt und kann adaptiert werden, um mit anderen Bearbeitungsprozessen zusammen­ zuarbeiten, wie beispielsweise schleifen, schneiden, entgraten, stanzen, bohren, pressen, inspizieren und messen.

Claims (8)

1. Verfahren zur numerischen Steuerung einer Bearbeitungseinrichtung unter Ermittlung von von einer Werkstückoberfläche abhängigen Werkzeugbahn und Prozeßparametern mit den Schritten:
  • a) Erzeugen eines Videobildes der Werkstückoberfläche, wobei das Videobild aus Bildelementen (Pixel) besteht, denen unterschiedliche Luminanzwerte zugeordnet sind,
  • b) Ermitteln eines Luminanzgrenzwertes in Abhängigkeit von der Verteilung der Luminanzwerte (vgl. Fig. 5),
  • c) Binärisieren der Bilelemente, indem Bildelemente mit einem Luminanzwert kleiner als der Grenzwert ein Wert (z. B. Schwarz) zugeordnet wird, und den anderen Bildelementen der andere Wert (z. B. Weiß) zugeordnet wird,
  • d) Ermitteln der Werkstückkontur aus dem nur binärisierte Bildelemente enthaltenden Videobild durch Erzeugen einer mathematischen Gleichung für die Kontur aus den Koordinaten der die Kontur beschreibenden Bildelemente (Fig. 6),
  • e) Bestimmen von Normalen an der Werkstückkontur,
  • f) Bestimmen des Werkstückrandes durch Ermitteln von Randpunkten, indem die Luminanzwerte der Bildelemente entlang der Normalen ausgewertet werden,
  • g) Ermitteln der Werkzeugbahn und Prozeßparameter durch Auswerten der Randpunkte.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei als Prozeßparameter Schweißprozeßparameter ermittelt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Werkstückoberfläche die Schaufelspitze einer Turbinenscheibe ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Prozeßparameter zum Aufbauschweißen auf der Spitze einer Turbinenschaufel verwendet werden und die Schweißprozeßparameter aus der Werkstückkontur ermittelt werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei bei der Ermittlung der Schaufelspitzenkontur die Breite der Wände der Schaufelspitze gemessen wird, indem die Länge von jeder senkrechten Linie zwischen dem äußeren und inneren Rand ermittelt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Menge des Schweißmaterials, das auf die Oberfläche der Spitzenwände aufgebracht werden soll, und die während des Schweißprozesses aufzubringende Wärmemenge ermittelt werden.
7. Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Mittelpunkt von jeder der senkrechen Linien und die Bahn ermittelt werden, entlang der Wärme während des Schweißprozesses aufgebracht werden soll, wobei die Bahn die Mittelpunkte von jeder der senkrechten Linien schneidet.
8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei aus den Bildelement-Koordinaten ein Satz von Fourier-Koeffizienten ermittelt wird, die den Bildelement-Koordinaten entsprechen, die Fourier-Koeffizienten in der Fourier-Reihengleichung ersetzt werden, und für das Ermitteln der Steigung der Kurve an gewählten Punkten die Ableitung der Fourier-Reihengleichung an den gewählten Punkten berechnet wird.
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